Seconda discussione sul Claustro
GIOVANNI ROSSI
NOTE
E NOTIZIE - Anno XV – 23 settembre 2017.
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:
DISCUSSIONE/AGGIORNAMENTO]
Gli argomenti della prima
discussione[1] – alla quale si rimanda
anche per una sintetica introduzione – proposti per confutare l’ipotesi sulla
funzione del claustro avanzata da John R. Smythies, Lawrence R. Edelstein e
Vilayanur S. Ramachandran, sembravano precludere definitivamente ogni
possibilità di ulteriore dibattito a coloro che hanno creduto nella validità
dell’idea dei tre neuroscienziati. Ma lo studio attento degli sviluppi della
ricerca, e in particolare dei dati e delle nozioni a sostegno delle tesi
esposte da Smythies e colleghi, hanno indotto alcuni
nostri soci a proseguire la discussione, riaprendo alla possibilità che la
maggiore ipotesi funzionale del claustro, dopo quella di Crick e Koch, possa
rivelarsi fondata e, magari attraverso qualche correzione e revisione di
dettagli, guidare la ricerca verso una scoperta di notevole valore per le
neuroscienze.
È stata concettualizzata la
versione più recente di questa ipotesi, e poi si sono prese le mosse dal lavoro
di un altro importante gruppo di ricerca che indaga la fisiologia del claustro,
quello guidato da Remedios.
In sintesi: l’ipotesi
formulata da Smythies, Edelstein
e Ramachandran propone che il claustro funzioni come
un rilevatore di sincronia, e come un modulatore ed integratore di oscillazioni
sincronizzate[2]. Remedios
e colleghi ritengono che la funzione del claustro attenga al rilievo e
all’elaborazione degli elementi più importanti e significativi di un’esperienza
(salience hypothesis)[3],
secondo quanto è emerso dai loro esperimenti condotti su primati svegli.
In questa sperimentazione sono
state impiegate registrazioni video ed audio naturalistiche, presentate
contemporaneamente, mentre si rilevava l’attività elettrica di singoli neuroni
in varie parti del claustro. I risultati hanno confermato nei primati la
localizzazione distinta di neuroni visivi e acustici, rispettivamente nel
claustro ventrale e dorso-centrale, ed hanno documentato la risposta specifica
ed esclusiva delle cellule nervose claustrali per ciascuna classe sensoriale di
stimoli. Alcuni altri dettagli emersi dalla sperimentazione attraggono
l’attenzione: in tutti i casi la latenza durava poco (~ 50 ms) e le risposte
erano brevi e stereotipate, ossia ve ne era sempre una forte e temporanea,
seguita da un’attività protratta di ridotta intensità. Questo risultato era in
contrasto con quanto i ricercatori avevano rilevato, impiegando gli stessi
stimoli, nelle aree di più alta integrazione della corteccia sensoriale, dove
sono presenti quote notevoli di neuroni bimodali o integrativi[4]. Remedios e colleghi hanno poi cercato l’integrazione
multisensoriale nel claustro mediante richieste in cui la risposta ad uno
stimolo è modulata da un altro stimolo in una modalità differente; ad esempio:
la risposta ad uno stimolo visivo modulata da uno stimolo acustico. I
ricercatori non hanno rilevato alcun segno di tale modulazione nel claustro,
pertanto hanno concluso che le registrazioni di attività elettrica riportate da
altri gruppi di ricerca all’attività di neuroni multimodali del claustro sono
effetto di contaminazione proveniente dall’insula[5]. I
risultati di questo studio, come affermano gli stessi autori, supportano la
tesi secondo cui zone discrete all’interno del claustro sono connesse con loci corrispondenti
nelle aree corticali sensoriali primarie, coerentemente con l’ipotesi del
“rilevatore di salienza”. In proposito, Remedios e
colleghi notano che l’informazione proveniente da tali aree corticali e/o da
nuclei talamici è rapidamente convogliata al claustro, che la riverbera alla
maggior parte delle regioni della neocorteccia.
L’ipotesi del “rilevatore di
salienza” è stata criticata da Smythies e colleghi.
Questo filo discorsivo è stato
interrotto, per rispondere alla richiesta di sentire la risposta di Smythies, Edelstein e Ramachandran alle critiche di Helen Sherk,
da noi riportate la scorsa settimana.
I tre ricercatori prendono le
mosse da questa osservazione della Sherk sulla loro
ipotesi: “Una previsione dell’ipotesi che può essere valutata, tuttavia, è che
i neuroni claustrali abbiano risposte multimodali”[6]. In
primo luogo, sottolineano che l’affermazione si addice ad una precedente
formulazione della loro idea sulle funzioni del claustro, ma non è pertinente
alla versione attuale[7]; poi
precisano che secondo loro ogni singolo neurone del claustro riceve fibre
afferenti da una sola modalità sensoriale. Tali cellule presentano infatti solo
risposte unimodali. Nella nuova versione dell’ipotesi, si sostiene che le
modalità differenti si mescolano quando questi neuroni generano oscillazioni
gamma all’interno del claustro in cui il cosiddetto sincizio GABAergico gioca un ruolo chiave[8]. Si
suppone che queste oscillazioni competano per la dominanza, e la frequenza
vincitrice attivi l’output motorio
del nucleo.
Smythies e colleghi poi controbattono all’affermazione della Sherk
secondo cui non vi sono evidenze dell’esistenza di sincizi GABAergici nel claustro,
rilevando innanzitutto che non vi sono evidenze del contrario, e poi che tali
dispositivi sono stati cercati solo nella corteccia e nello striato. I tre
studiosi sostengono che l’esistenza di sincizi FFI GABAergici e di gap junctions
nel claustro, si può considerare alla stregua di una previsione della loro
ipotesi, che sarà poi vagliata sperimentalmente[9].
Helen Sherk
osservava anche che la lenta conduzione delle fibre claustro-corticali le rende
inadatte a generare un effetto di sincronizzazione delle reti della corteccia
cerebrale. In risposta a questa osservazione, i tre ricercatori citano uno
studio condotto da Burns e colleghi (2011) nel quale si afferma che le
oscillazioni gamma non possono essere usate come orologi per precise codifiche
temporali, ma cionondimeno possono sincronizzare differenti reti γ-attivate
per un’accensione simultanea. Citano poi uno studio di Vicente
e colleghi (2008), nel quale si dimostra la capacità del cervello di compensare
ritardi temporali prodotti da proiezioni di lunga distanza, in parte mediante
l’auto-organizzazione dinamica di neuroni bersaglio lontani, che generano
oscillazioni prive di ritardo.
Infine, un’altra critica di
Helen Sherk, rivolta anche ai sostenitori
dell’ipotesi di Crick e Koch, rileva che in queste speculazioni si è preso in
considerazione solo il versante sensoriale, perché può essere esplorato negli animali
anestetizzati o svegli e immobili, ma se si dà uno sguardo anche sommario alle
connessioni corticali del claustro ci si rende conto che la massima parte
suggerisce un ruolo nell’elaborazione motoria e cognitiva. Rispondendo a questa
critica, Smythies, Edelstein
e Ramachandran affermano di condividere pienamente
l’idea di una partecipazione del claustro all’elaborazione cognitiva e, in
cooperazione con il talamo superiore, all’elaborazione motoria.
L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla
lettura della “Discussione sul Claustro”
pubblicata la scorsa settimana nella sezione “NOTE E
NOTIZIE” del sito.
La Società Nazionale di Neuroscienze BM&L-Italia, affiliata alla International Society of Neuroscience, è registrata presso l’Agenzia delle Entrate di Firenze, Ufficio Firenze 1, in data 16 gennaio 2003 con codice fiscale 94098840484, come organizzazione scientifica e culturale non-profit.
[1] Note e Notizie 16-09-17 Discussione sul claustro. È necessaria la lettura di questa prima discussione per comprendere i termini del dibattito, ma anche per avere una stimolante introduzione agli studi sulla fisiologia del claustro.
[2] Smythies J. R., et al. Hypotheses
relating to the function of the claustrum. Front
Integr Neurosci. 6, 53,
2012.
[3] Remedios R., et al. Unimodal responses prevail within the multisensory
claustrum. Journal of Neuroscience
30, 12902-12907, 2010.
[4] Ad esempio nella corteccia uditiva (Kayser C., et al., Cerebral Cortex 18, 1560-1574, 2008) e nella corteccia temporale superiore (Dahl C. D., et al., Frontiers in Integrative Neuroscience 4, 10, 2010).
[5] Remedios R., et al., op. cit.
[6] Helen Sherk,
Physiology of the Claustrum, p. 188, in John R. Smythies,
Lawrence R. Edelstein, Vilayanur S. Ramachandran (eds), The Claustrum - structural, functional and
clinical neuroscience. Elsevier AP, 2014.
[7] La prima versione dell’ipotesi si trova in Smythies J., et al., The functional anatomy of the claustrum: the net that binds. WebmedCentral Neurosci. 3 (3) WMC003182, 2012; la formulazione successiva è stata pubblicata in Smythies J., Edelstein L., Ramachandran V., Hypotheses relating to the function of the claustrum. Frontiers in Integrative Neuroscience 6, 53. doi: 10.3389/fnint.2012.00053, 2012.
[8] Nella corteccia è stata dimostrata l’esistenza di una un’estesa rete polisinaptica bidirezionale costituita da giunzioni elettriche; si suppone che vi sia nel claustro un simile sostrato anatomico alla base della sincronizzazione.
[9] Cfr. John
R. Smythies, Lawrence R. Edelstein, Vilayanur S. Ramachandran (eds), The Claustrum - structural, functional and clinical neuroscience,
p. 344, Elsevier AP, 2014.