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
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