Identificato circuito fonatorio che controlla anche il volume

 

 

DIANE RICHMOND

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XX – 02 dicembre 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’anatomia e la fisiologia della parola appartengono alla storia della neuropsicologia che, attraverso il metodo anatomo-clinico adottato prima da Broca nella definizione della sede di lesione dell’afasia motoria e poi da Wernicke nel riconoscimento dell’area danneggiata nell’afasia ricettiva o sensoriale, ha gettato le fondamenta corticali della moderna neuroscienza del linguaggio umano, evolutasi poi nello studio di complesse reti.

Si è soliti dire, quando si paragonano le vocalizzazioni di primati subumani alla nostra abilità unica di comunicazione verbale, che il limite della scimmia è dato da un controllo della fonazione che non va più su del mesencefalo, mentre la nostra parola si avvale dell’integrazione delle informazioni simboliche astratte operata dalla corteccia cerebrale. Infatti, l’emissione di suoni modulati a scopo comunicativo da parte di mammiferi che vanno dai roditori ai primati, è controllata da sistemi neuronici del tronco encefalico: una base neurale estremamente più semplice di quella costituita dalle reti interagenti del linguaggio umano studiate dai coniugi Damasio; eppure, fino ad oggi, non è stato individuato con precisione il sistema neuronico troncoencefalico responsabile dell’emissione di segnali vocali da parte dei topi di laboratorio.

Avin Veerakumar, Joshua P. Head & Mark A. Krasnow hanno riconosciuto specifici neuroni e identificato nel topo un circuito che controlla la fonazione e, in modo bidirezionale, il volume del suono vocale.

(Avin Veerakumar, Joshua P. Head & Mark A. Krasnow, A brainstem circuit for phonation and volume control in mice. Nature Neuroscience – Epub ahead of print doi: 10.1038/s41593-023-01478-2, 2023).

La provenienza degli autori è la seguente: Department of Biochemistry and Howard Hughes Medical Institute, Stanford University School of Medicine, Stanford, CA (USA); Department of Bioengineering, Stanford University, Stanford, CA (USA); Medical Scientist Training Program, Stanford University School of Medicine, Stanford, CA (USA); Neuroscience Program, Stanford University, Stanford, CA (USA).

Le vocalizzazioni dei mammiferi hanno un ruolo importante nella comunicazione di stati biologici cruciali per la vita e sono prodotte mediante il processo di fonazione, in cui i muscoli espiratori forzano la colonna d’aria attraverso le pliche mucose tese della laringe, dette “corde vocali”, che entrano in vibrazione producendo i suoni specie-specifici che contraddistinguono l’animale.

Nonostante l’importanza della fonazione e i numerosi studi condotti sul suo controllo neurofisiologico, il circuito neuronico responsabile non è stato fino ad oggi identificato con precisione; tuttavia, i dati anatomo-funzionali classici e i risultati della ricerca recente forniscono indicazioni utili per introdursi al quadro di nozioni che ha costituito il punto di partenza degli autori dello studio qui recensito.

I motoneuroni che controllano i muscoli laringei hanno sede nel nucleo ambiguo del midollo allungato, mentre i motoneuroni che controllano i muscoli espiratori addominali hanno sede nel segmento toracico del midollo spinale; i centri motori che controllano altri aspetti chiave della fonazione sono localizzati nel ponte e nel midollo allungato, nel nucleo motorio trigeminale che controlla l’apertura della bocca, nella colonna respiratoria ventrale (muscoli respiratori) e nel nucleo dell’ipoglosso (posizione della lingua). L’interrogativo a cui ha dato risposta la ricerca del passato è questo: in che modo questi centri di output motorio disparati e distanti si coordinano per consentire la vocalizzazione?

Gli studi anatomici e fisiologici classici, condotti su gatti e primati, avevano identificato il grigio periacqueduttale (PAG) del mesencefalo quale sede del controllo della vocalizzazione innata. Infatti, la stimolazione del PAG fa emettere vocalizzazioni identiche a quelle naturali, mentre la lesione del PAG causa mutismo. I neuroni del PAG attivi nella vocalizzazione innervano molti bersagli del tronco encefalico inferiore, incluso il nucleo retroambiguo (RAm) situato caudalmente al nucleo ambiguo. Le transezioni midollari (bulbari) al livello del RAm aboliscono la vocalizzazione nei gatti decerebrati, suggerendo che RAm rappresenti un nodo di relay essenziale per la vocalizzazione innata. La stimolazione chimica di RAm con un analogo del glutammato produce vocalizzazioni che suonano artificiali, e studi di tracciamento anterogrado dal nucleo RAm hanno evidenziato proiezioni dirette a regioni del midollo spinale implicate nella fonazione.

Sebbene questi studi classici indichino un ruolo importante di RAm nella vocalizzazione, i tipi neuronici e il circuito specifico sono rimasti sconosciuti fino allo studio qui recensito.

Avin Veerakumar, Joshua P. Head & Mark A. Krasnow hanno registrato nelle vocalizzazioni neonatali da isolamento di piccoli di topo, così come nelle vocalizzazioni sociali di topi adulti, un’intensa attivazione nel nucleo retroambiguo del tronco encefalico (RAm) di una sotto-popolazione di circa 160 neuroni esprimenti il neuropeptide precursore della neurotensina Nts.

Le osservazioni sperimentali hanno dimostrato che l’attività di questi neuroni è necessaria e sufficiente per la vocalizzazione ed esercita un controllo bidirezionale sul volume dei suoni vocali prodotti dai roditori.

I neuroni Nts del nucleo RAm proiettano assoni a tutto il tronco encefalico e ai nuclei motori del midollo spinale implicati nella fonazione e attivano i muscoli laringei ed espiratori essenziali per l’emissione di suoni vocali e la regolazione dell’esecuzione in relazione al livello di suono prodotto. Funzione, quest’ultima, che si è evoluta in rapporto alla distanza cui il suono vocale deve essere percepito: il volume più basso per accompagnare atti nell’interazione diretta, il più alto per i richiami da lontano.

Le osservazioni sperimentali hanno mostrato che i neuroni Nts del nucleo RAm troncoencefalico del topo costituiscono l’elemento centrale di un circuito cerebrale dei mammiferi deputato all’esecuzione di segnali acustici vocali e al controllo del loro volume, ossia dei due elementi principali della comunicazione per tutte le specie, da quelle murine ai primati.

 

L’autrice 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”).

 

Diane Richmond

BM&L-02 dicembre 2023

www.brainmindlife.org

 

 

 

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