Scoperta una connessione inattesa nel controllo del bere
GIOVANNI ROSSI
NOTE
E NOTIZIE - Anno XIV – 16 aprile 2016.
Testi pubblicati sul sito
www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind
& Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a
fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta
settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in
corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento è oggetto di
studio dei soci componenti lo staff dei
recensori della Commissione Scientifica
della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
Una consolidata nozione di neuroanatomia funzionale, che per decenni è stata trasmessa nei corsi di lezioni delle facoltà mediche di tutto il mondo, consisteva nell’attribuzione dei collicoli superiori della lamina quadrigemina alle vie ottiche, per il collegamento mediante il braccio congiuntivo superiore con il corpo genicolato laterale del talamo, dal quale origina la raggiera di fibre che innerva la corteccia calcarina delle aree visive[1]. A tale nozione faceva riscontro, a supporto della memoria, l’attribuzione dei collicoli inferiori alle vie acustiche, per la connessione tramite il braccio congiuntivo inferiore con il corpo genicolato mediale, che invia fibre di proiezione alla corteccia temporale uditiva dell’area 41 e zone circostanti. Addirittura, in alcune schematizzazioni didattiche, i quattro tubercoli o collicoli della lamina quadrigemina erano separati da una linea orizzontale che attribuiva i due superiori alla “parte ottica” e i due inferiori alla “parte uditiva” della lamina stessa. I corpi genicolati, contenenti i nuclei genicolati e costituenti nel loro insieme il metatalamo, a loro volta, erano rigorosamente ripartiti in ottici o laterali e acustici o mediali.
Conformemente a questo schema, memorizzato da generazioni di medici, neurologi, specialisti di altre branche e ricercatori di ambito neurofunzionale, l’uscita proveniente dalla sostanza nera (substantia nigra) mesencefalica delle reti di elaborazione esecutiva dello striato (nuclei della base encefalica), diretta al collicolo superiore, era associata al controllo dei movimenti oculari. A questa corrispondenza anatomo-funzionale, mai posta in discussione anche dagli studi più recenti, sembra si debba affiancare un nuovo dato che apre un varco alla possibilità che le formazioni anatomiche citate si scoprano protagoniste di altri ruoli funzionali e alle loro principali connessioni macroscopicamente evidenti, se ne aggiungano altre con nuovi significati neurofisiologici.
Mark A. Rossi e colleghi, usando tecniche di registrazione in vivo e di stimolazione optogenetica, hanno individuato un contingente di fibre inibitorie GABAergiche provenienti dalla pars reticulata della substantia nigra e diretto alla porzione laterale del collicolo superiore, quale sostrato neurofunzionale del controllo dell’atto del bere auto-avviato (Rossi M. A. et al, A GABAergic nigrotectal pathway for coordination of drinking behavior. Nature Neuroscience – Epub ahead of print doi: 10.1038/nn.4285, 2016).
La provenienza
degli autori è la seguente: Department of Cell Biology, Department of Neurobiology,
Center for Cognitive Neuroscience, Department of Psychology and Neuroscience, Duke
University, Durham, North Carolina (USA).
Il ricordo di qualche nozione di neuroanatomia può aiutare ad entrare nell’argomento dello studio qui recensito.
La lamina tecti o lamina quadrigemina costituisce la porzione dorsale del mesencefalo ed è costituita da quattro formazioni rilevate o mammellonate dette colliculi nella nomenclatura internazionale (IANC) e tubercoli quadrigemelli nelle più autorevoli trattazioni di anatomia descrittiva della tradizione classica. I colliculi o tubercoli sono situati sopra il ponte, posteriormente ai peduncoli cerebrali e disposti a due a due da ciascun lato della linea mediana, al di sopra del velo midollare anteriore, dorsalmente all’acquedotto cerebrale, sotto la tela corioidea superiore e lo splenio del corpo calloso. Formano il labbro inferiore della parte media della fessura trasversa di Bichat. È interessante ricordare quanto struttura e dimensioni della lamina quadrigemina siano legate allo sviluppo del telencefalo e della corteccia cerebrale, in particolare: nei vertebrati non mammiferi al posto dei quattro tubercoli vi sono due soli rigonfiamenti posti ai lati della linea mediana, detti lobi ottici per il loro rapporto con le vie visive, e contenenti una piccola cavità diverticolare dipendente dal canale centrale.
Nella specie umana i colliculi o quadrigemelli sono distinti, da un solco trasversale leggermente curvo a concavità rivolta verso l’alto, in superiori e inferiori. Un secondo solco, sagittale e mediano, separa i tubercoli di destra da quelli di sinistra. I due solchi si incontrano ad angolo retto al centro della lamina tecti o lamina quadrigemina, formando una croce con i quattro bracci di dimensione quasi uguale, denominata solco crociato.
I tubercoli o colliculi superiori presentano forma ovoidale con il maggior asse diretto da dietro in avanti e da dentro in fuori. Hanno colorito grigiastro. Sono lunghi dai 10 ai 12 mm e larghi dai 7 agli 8. Fra loro esiste una piccola depressione triangolare che corrisponde in alto al trigono delle abenule in regione diencefalica e costituisce il letto della ghiandola pineale o triangolo sottopineale di Obersteiner. Da ciascun lato, i tubercoli superiori sono uniti mediante il braccio congiuntivo superiore (destro e sinistro) ai corpi genicolati laterali corrispondenti.
I tubercoli o colliculi inferiori hanno ugualmente forma ovoidale, ma sono più piccoli dei superiori (circa 8 mm per 6) con un colorito più chiaro. Da ciascun lato, i tubercoli inferiori sono uniti mediante il braccio congiuntivo inferiore (destro e sinistro) ai corpi genicolati mediali corrispondenti.
Il corpo striato costituisce la parte laterale dei nuclei grigi centrali della base del telencefalo ed origina dalla formazione provvisoria del cervello embrionario detta ganglio basale[2]. Nel suo insieme ha la forma di un ovoide, con l’estremità di maggiori dimensioni rivolta anteriormente. Il nome deriva dalla sua costituzione disomogenea, dovuta all’attraversamento della massa grigia di pirenofori da parte di fibre bianche provenienti dalla capsula interna, che conferiscono la tipica striatura. Un contingente maggiore e più compatto di assoni di questa capsula divide il corpo striato in due formazioni: una supero-interna, il nucleo caudato; l’altra supero-esterna, il nucleo lenticolare. Il nucleo caudato ha una forma a virgola, con una testa, un corpo e una coda, che nell’insieme ricorda la sagoma di un embrione, e sporge nel ventricolo laterale, immediatamente all’esterno del talamo, dal quale è separato mediante il solco opto-striato. Il nucleo lenticolare, la cui sezione ricorda un cuneo con la base rivolta all’esterno e il vertice all’interno, ha una conformazione complessiva a lente biconvessa ed è costituito da due entità distinte, andando dalla base laterale del cuneo verso il vertice mediale: il putamen e il pallido[3]. Sia nell’ontogenesi che nella filogenesi il pallido appare per primo (nell’embrione e nella serie dei vertebrati) e, pertanto, costituisce il paleostriato. Il caudato ed il putamen, in quanto più recenti, costituiscono il neostriato.
Funzionalmente, il corpo striato è parte di una organizzazione di circuiti rientranti che svolgono funzioni esecutive importanti, fra le quali la più nota e studiata consiste nella partecipazione al controllo del movimento. In rapporto ai ruoli funzionali, lo striato è considerato parte dei basal ganglia, fra i quali si include anche un nucleo mesencefalico, ossia la sostanza nera (substantia nigra di Sömmering). Attualmente si segue questo criterio neurofisiologico: “I gangli basali sono un gruppo di nuclei subcorticali anatomicamente correlati che includono il neostriato (il nucleo caudato ed il putamen), lo striato ventrale, i segmenti esterno ed interno del globo pallido (GPe e GPi, rispettivamente), il nucleo subtalamico (STN) e la substantia nigra pars reticulata e pars compacta (SNr e SNc, rispettivamente)” (DeLong & Wichmann, 2007)[4].
Mark Rossi e colleghi, considerando la carenza di dati circa il contributo che l’uscita funzionale o, come si dice in gergo, l’output del sistema dei “gangli basali” fornisce al comportamento finalizzato all’assunzione di bevande e cibi, hanno indagato la parte reticolata della sostanza nera (SNr), ossia il maggior nucleo di informazione in uscita dell’intero sistema.
I ricercatori hanno registrato i neuroni della SNr di topi durante l’atto dell’abbeverarsi avviato autonomamente. La frequenza di scarica di molti neuroni della SNr era temporalmente associata al singolo movimento del leccare finalizzato all’assunzione di liquido. Tali neuroni inviano assoni di proiezione inibitori GABAergici al colliculo superiore. In particolare, le sinapsi di queste fibre inibitorie provenienti dalla SNr si formano negli strati profondi della regione oro-facciale della parte laterale della lamina tecti. Molti neuroni tettali sono risultati, alla registrazione, in associazione temporale con i movimenti della lingua (licking) che consentono ai roditori di bere, ma la loro attività era, in genere, in antifase rispetto a quella dei neuroni della SNr. Tale rilievo indica, evidentemente, un’attività inibitoria, e presumibilmente regolatrice, delle cellule nervose della sostanza nera su quelle del colliculo superiore: una proiezione nigrotettale di regolazione degli atti necessari per bere.
I ricercatori hanno impiegato la tecnica optogenetica secondo le procedure correnti per attivare selettivamente gli afferenti nigrotettali GABAergici ai neuroni degli strati profondi del tubercolo superiore o superior colliculus. La fotostimolazione delle proiezioni nigrotettali 1) inibiva temporaneamente l’attività dei neuroni tettali associati agli atti finalizzati a bere; 2) distruggeva il loro pattern oscillatorio caratteristico associato al leccamento; 3) sopprimeva l’atto di bere avviato dall’animale stesso.
Sulla base di queste evidenze sembrano rimanere pochi dubbi circa il fatto che le proiezioni nigrotettali GABAergiche studiate da Mark Rossi e colleghi abbiano un ruolo cruciale nella coordinazione degli atti che consentono di soddisfare l’istinto della sete.
L’autore della nota ringrazia la
dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla
lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE
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[1] Principalmente, si diceva, l’area visiva primaria (area 17 secondo Brodmann, detta anche V1) e, in subordine, alle aree visive secondaria (18) e terziaria (19).
[2] Da cui l’uso improprio, ma ormai radicato e diffuso, della denominazione di gangli basali (basal ganglia degli autori di lingua inglese) dei nuclei della base del telencefalo. Come è noto, i gangli propriamente detti sono strutture esterne al nevrasse.
[3] Detto globus pallidus (IANC) e a sua volta distinto in una parte laterale ed una mediale.
[4] Tutto quanto riportato, sia di anatomia descrittiva sia di cenni funzionali, si riferisce alla nostra specie; tuttavia, gli altri mammiferi, inclusi i roditori di laboratorio, sono dotati di formazioni e reti perfettamente omologhe di quelle umane.