Il K+ corticale controlla
gli stati cerebrali
ROBERTO
COLONNA
NOTE E NOTIZIE - Anno XX – 07 ottobre
2023.
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]
L’indagine sugli effetti neurobiologici delle
concentrazioni di potassio extracellulare ha prodotto nel tempo una notevole
messe di dati, spesso apparentemente non correlati fra loro e poco considerati
al di fuori delle cerchie specialistiche dei ricercatori attivamente impegnati
nel lavoro sperimentale. Da tempo è noto che la reazione generale di vigilanza,
che comporta l’eccitazione corticale da parte delle vie multi-sinaptiche
reticolari a proiezione diffusa, si associa a un incremento della
concentrazione dello ione potassio negli spazi extracellulari della corteccia
cerebrale; così come è noto che la concentrazione del catione all’esterno del
nevrilemma può agire da potente modulatore del rilascio delle molecole di
neurotrasmettitore.
In tempi recenti si è fatta strada la tesi che le
dinamiche della concentrazione del potassio extracellulare abbiano un ruolo nel
cambiamento di stati funzionali complessivi della corteccia e,
conseguentemente, nelle transizioni comportamentali.
Andrea Grostøl Dietz e
colleghi hanno manipolato le concentrazioni di potassio corticale extracellulare
al livello di base, per verificare se questo parametro ha un ruolo causale nel
determinare stati cerebrali e transizioni comportamentali. La sperimentazione
ha prodotto un risultato interessante.
(Dietz
A. G., et al., Local extracellular K+ in cortex regulates
norepinephrine levels, network state, and behavioral output. Proceedings
of the National Academy of Sciences USA – Epub ahead
of print doi: 10.1073/pnas.2305071120,
2023).
La provenienza
degli autori è la seguente: Center for Translational
Neuromedicine, University of Copenhagen, Copenhagen N (Danimarca), Pasadena, CA (USA); Center for Translational Neuromedicine, University of Rochester Medical Center, Rochester, NY (USA).
Da quando lo studio dei movimenti del Ca2+,
per la sua importanza nell’attività sinaptica e nella risposta delle reti astrocitarie
ha assunto un ruolo prioritario, l’interesse per i rapporti Na+/K+,
e conseguentemente per il K+ extracellulare, si è andato riducendo.
Recentemente vi è stato un ritorno di attenzione, non solo per l’accumularsi
dei dati circa l’incremento della concentrazione di potassio extracellulare
([K+]e) in funzione dell’arousal
corticale, e la dimostrazione che tali concentrazioni costituiscono un
potente modulatore del rilascio dei neurotrasmettitori, ma anche per la tesi
che le quantità del catione fuori delle cellule abbiano un ruolo attivo nel
determinare gli stati fisiologici cerebrali e non siano dei meri
correlati, conseguenza o epifenomeno dei numerosi processi in gioco nel
mantenimento dell’equilibrio.
Più precisamente, numerosi ricercatori si sono
chiesti se le [K+]e siano implicate nel rilascio
neuromodulatorio associato a transizioni comportamentali.
Andrea Grostøl Dietz e
colleghi hanno dimostrato che la manipolazione delle [K+]e
controlla il rilascio locale di neuromodulatori monoaminergici,
inclusa la noradrenalina (NA), la 5-idrossi-triptamina o serotonina (5-HT) e la
dopamina (DA).
Gli esperimenti, condotti con rigorosa schematicità,
dimostrano che imporre un incremento della [K+]e
costituisce uno stimolo adeguato e sufficiente a far impennare i livelli di NA
locale, mentre l’abbassamento della [K+]e tende a sortire
l’effetto di lieve riduzione della NA locale.
L’analisi elettroencefalografica (EEGrafica) e i saggi di valutazione comportamentale hanno
rivelato che la manipolazione della [K+]e corticale era
sufficiente ad alterare il ciclo sonno-veglia e il comportamento dei topi. Questi
risultati suggeriscono che i livelli di NA corticale non sono determinati
unicamente dal rilascio sinaptico dei neuroni noradrenergici sottocorticali,
come ordinariamente si presume e si ritiene, ma nella loro determinazione hanno
un ruolo fondamentale le dinamiche locali della [K+]e. Su
questa base, si può concludere che le [K+]e della
corteccia cerebrale costituiscono un misconosciuto e sottovalutato regolatore
delle transizioni comportamentali.
A nostro avviso questi risultati suggeriscono e incoraggiano
ulteriori studi per verificare i rapporti con vari stati fisiologici e
patologici, in quanto si potrebbe scoprire un ruolo non banale delle dinamiche della
[K+]e nei disturbi del sonno e vari disturbi
psichiatrici.
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 E NOTIZIE” del
sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).
Roberto Colonna
BM&L-07 ottobre 2023
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