Atlante delle connessioni monosinaptiche della corteccia prefrontale mediale

 

 

ROBERTO COLONNA

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XVI – 23 marzo 2019.

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]

 

È difficile esagerare l’importanza della corteccia prefrontale nella fisiologia cerebrale dei mammiferi, sia perché lo studio dell’evoluzione della sua struttura e delle sue connessioni con il talamo ed altre regioni cerebrali sta fornendo elementi preziosi per la comprensione delle basi filogenetiche della cognizione, sia perché nella nostra specie il suo ruolo va dal controllo della motricità all’elaborazione del pensiero astratto. Gli ambiti di ricerca, le metodiche impiegate e i livelli funzionali indagati sono vari, pertanto la mole considerevole ma eterogenea di risultati prodotti richiede un lavoro di interpretazione e sintesi perché possa, poco a poco, emergere una nuova definizione del profilo fisiologico di questa importante regione del telencefalo.

Un tipo di studi, molto seguito di recente, tende ad individuare i rapporti esistenti tra singoli tipi cellulari della corteccia cerebrale, definiti sulla base di caratteristiche citologiche o neurochimiche, e reti di connessione dei neuroni di proiezione studiate con metodiche del tutto diverse. Si spera, con questi studi, di trovare delle chiavi di volta per decifrare i criteri organizzativi che ancora ignoriamo e comprenderne il senso neurobiologico.

I neuroni corticali che fungono da cellule principali nelle singole aree presentano due livelli di connettività: 1) sinapsi locali e 2) sinapsi distali degli assoni di proiezione a lungo raggio. Tale doppio livello di connessione si ritiene che sia strumentale al repertorio funzionale della regione corticale in cui tali cellule nervose risiedono. Nelle reti della corteccia cerebrale dei mammiferi si conoscono strutture di circuiti locali, costituite da distinti tipi di cellule nervose, che svolgono operazioni di computazione specializzate. Tali computazioni, nella corteccia prefrontale mediale (mPFC) si ritiene che siano centrali nelle operazioni cognitive, inclusi i processi più affascinanti, quali quelli alla base dell’uso intelligente delle memorie e dell’esercizio del potere decisionale in questioni di importanza cruciale per la nostra vita.

Tanto premesso, si comprende il valore che possono avere i risultati di uno studio, condotto da Sofie Ährlund-Richter e colleghi, che ha ricostruito un atlante esteso a tutto il cervello dell’input monosinaptico che raggiunge quattro tipi di neuroni nella corteccia prefrontale mediale di topo.

(Ährlund-Richter S., et al. A whole-brain atlas of monosynaptic input targeting four different cell types in the medial prefrontal cortex of the mouse. Nature Neuroscience - Epub ahead of print doi: 10.1038/s41593-019-0354-y, March 18, 2019).

La provenienza degli autori è la seguente: Department of Neuroscience, Karolinska Institutet, Stockholm (Svezia); Department of Bioscience and Nutrition, Karolinska Institutet, Huddinge (Svezia).

La corteccia prefrontale è la struttura laminare di materia grigia che costituisce il polo anteriore del cervello, in continuità con la corteccia motoria sulla superficie encefalica esterna e con la corteccia limbica nella parte mediale e orbitale. Anatomicamente è definita, secondo un criterio che si adatta a tutti i mammiferi, come la parte della corteccia cerebrale che riceve fibre di proiezione dal nucleo mediodorsale del talamo, anche se vi giungono assoni da molte altre aree subcorticali. L’espansione della corteccia prefrontale nel corso dell’evoluzione è stata superiore a quella di ogni altra regione dell’encefalo, raggiungendo nella nostra specie il massimo sviluppo relativo, con un volume stimato circa un terzo di quello dell’intera neocorteccia.

Lo sviluppo ontogenetico della corteccia prefrontale segue la filogenesi, con le aree orbitomediali che maturano prima di quelle laterali. Nel corso della formazione del sistema nervoso, i neuroni proliferano e migrano lungo la glia radiale di Rakic, raggiungendo le sedi specifiche del piano topologico embriogenetico, e si accrescono secondo le tappe temporali comuni alla neocorteccia. Alla nascita, la corteccia prefrontale dei primati è completamente configurata in termini di architettura cellulare e strutture di base degli elementi cellulari.

In tutte le specie, compresi i roditori di laboratorio, l’iperproduzione neonatale di neuroni -che compensa la selezione in corso di sviluppo - cede il passo ad un regime di riduzione del numero e della densità cellulare, che continua nell’età adulta (selezione indotta dall’esperienza). Per le sinapsi si osserva un andamento simile, con una progressiva riduzione, spesso per provati meccanismi di selezione competitiva, che si associa a specializzazione funzionale.

La maturazione della mielina nella corteccia prefrontale avviene più tardi che in altre aree corticali, e nella nostra specie raggiunge il pieno sviluppo intorno ai venti anni, in coincidenza con la maturazione di importanti funzioni cognitive.

Le connessioni scoperte negli anni sono tali che è difficile escludere dal novero di quelle dimostrate un’area encefalica; infatti, alle dirette connessioni con le altre aree della corteccia, con l’amigdala, la corteccia limbica, l’ipotalamo e il mesencefalo, si aggiungono le proiezioni talamiche che convogliano input provenienti dal cervelletto, dai segmenti bassi del tronco encefalico e da varie formazioni ascritte tradizionalmente al sistema limbico. Tutte le connessioni della corteccia prefrontale sono reciproche, secondo il modello del rientro edelmaniano, ma è possibile riconoscere un pattern di connettività della mPFC distinto da quello della regione laterale (lPFC). La corteccia prefrontale mediale ed orbitale è principalmente connessa con il talamo mediale, l’ipotalamo, l’amigdala e la corteccia temporale mediale e limbica, incluso l’ippocampo. Si ritiene che questo complesso sistema di interconnessione costituisca l’arcaica base filogenetica e il sostrato anatomico per l’integrazione delle componenti istintive, emotive ed affettive nell’elaborazione globale che determina il comportamento.

Sofie Ährlund-Richter, Yang Xuan e colleghi hanno impiegato virus rabici per generare mappe estese all’intero cervello dell’input ai neuroni eccitatori e a tre sottotipi di neuroni inibitori nella mPFC di topo.

Così abbiamo introdotto la tecnica che adopera il sistema trans-sinaptico retrogrado del virus rabico in una notula recente:

“Nel 1804 il medico tedesco Georg Gottfried Zinke aveva dimostrato l’alta concentrazione di un agente patogeno nella saliva degli animali infettati da virus rabico, ma solo dopo il 1880 Louis Pasteur scoprì la localizzazione cerebrale del microrganismo. Un secolo dopo, si è compreso che questi virus a RNA, nell’evoluzione, hanno sviluppato un adattamento che consente loro di saltare da un neurone all’altro, come accade quando percorrono il tragitto che li porta dalla sede del morso, da parte dell’animale infetto, al cervello della vittima. Il lavoro di virologi e neuroscienziati ha consentito di sfruttare questa proprietà del virus per identificare le cellule dalle quali proviene il segnale ai neuroni di un dato circuito che si vuol conoscere ed analizzare. A questo scopo, i virus rabici sono ingegnerizzati in modo tale da consentire loro di infettare solo i neuroni studiati e saltare una sola volta attraverso una sinapsi. Gli studi realizzati con questa tecnica rivelano una precisione senza precedenti”[1].

Con questa tecnica, i ricercatori hanno cercato di definire i pattern dell’input, ed hanno rilevato che, in scala globale, gli schemi di input sono prevalentemente indipendenti dal tipo cellulare, con differenze quantitative in regioni chiave del cervello, incluso il proencefalo basale.

La realizzazione di mappe delle reti locali della mPFC ha rivelato un’elevata connettività tra differenti sottotipi di interneuroni. La mappatura della connettività fornisce conoscenze sull’informazione elaborata dalla mPFC e sull’architettura strutturale sottostante le funzioni specifiche di questa regione della corteccia cerebrale.

 

L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle numerose recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Roberto Colonna

BM&L-23 marzo 2019

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

________________________________________________________________________________________________________________________

 

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 09-03-19 Notule (Precisione senza precedenti nella mappa dei circuiti cerebrali mediante virus rabico).