Segnali cardiaci e respiratori in
talamo e subtalamo
GIOVANNA
REZZONI
NOTE E NOTIZIE - Anno XXI – 16 marzo
2024.
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]
I segnali provenienti dagli apparati viscerali dell’organismo
sotto il controllo del sistema nervoso autonomo, quali quelli generati dalla fisiologia
cardiaca e respiratoria, sono costantemente trasmessi alle strutture dell’encefalo,
per consentire una fine regolazione in rapporto con la sintesi di tutte le
esigenze funzionali del momento operata nel sistema nervoso centrale. Le formazioni
subcorticali umane sono all’attenzione dei ricercatori per la loro
importanza preminente in questa comunicazione corpo-cervello, ma i
processi di elaborazione dei segnali viscerali dell’organismo all’interno di
tali strutture del sistema nervoso centrale sono ancora in massima parte
sconosciuti.
Un team di ricerca svizzero, coordinato da
Olaf Blanke, ha analizzato le risposte di singoli
neuroni a segnali cardiaci e respiratori in 3 regioni sottocorticali: due
nuclei del talamo e il nucleo subtalamico o Corpo di Luys.
I risultati, significativi anche per la procedura
adoperata, dimostrano che un’ampia frazione dei neuroni talamici e subtalamici
studiata era costantemente sotto l’influenza modulatoria del battito
cardiaco e degli atti respiratori, o era modulata dalla durata del
ciclo cardiaco. Il confronto di talamo e subtalamo con la corteccia cerebrale
ha evidenziato che, nelle regioni corticali di controllo delle informazioni di
origine viscerale, la prevalenza del segnale proveniente dall’interno dell’organismo
era notevolmente ridotta.
(De
Falco E. et al., Single neuron in the thalamus and subthalamic nucleus
process cardiac and respiratory signals in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences USA – Epub ahead of print doi: 10.1073/pnas.2316365121, 2024).
La provenienza degli autori è la seguente: Laboratory
of Cognitive Neuroscience, School of Life Sciences, Neuro-X Institute and Brain
Mind Institute, École Polytrchnique Fédérale de Lausanne, Lausanne (Svizzera);
Department of Psychiatry, University Hospital Geneva, Geneva (Svizzera); Department of Neuroscience, Rockefeller
Neuroscience Institute-West Virginia University, Morgantown, WV (USA); Medical
Department, SpecialityCare, Brentwood, TN (USA); Department
of Physical Medicine and Rehabilitation, The Ohio State University, Columbus,
OH (USA); Sorbonne Université, Paris Brain Institute – Institut
du Cerveau, Inserm, CNRS,
Epilepsy Unit, Hospital de la Pitié-Salpêtrière, Paris (Francia); Department of
Neurosurgery, Rockefeller Neuroscience Institute-West Virginia University, Morgantown,
WV (USA); Department of Neurosurgery, University of North Carolina at Chapel Hill,
Morgantown, WV (USA); Department of Clinical Neurosciences, University Hospital
Geneva, Geneva (Svizzera).
Se solo pensiamo all’influenza sul nostro stato
cognitivo-emozionale dell’imperioso e ineludibile bisogno di mingere o di una
prepotente necessità di evacuare, che si annuncia con dolori crampiformi di
origine intestinale, comprendiamo quanto ciò che avviene alla periferia
viscerale ordinariamente in assenza di accesso alla coscienza sia “conosciuto”
dal nostro cervello. Se l’urgenza di questi bisogni fisiologici si annuncia
mentre stiamo lavorando o attendendo a compiti o attività di assoluta importanza,
che richiedono concentrazione, serena lucidità meditata ed assoluta efficienza,
ci rendiamo ancora più conto di ciò che avviene: il cervello cambia le priorità
ordinate, e ciò di cui nemmeno si parla e si fa automaticamente come ultima
cosa nella gerarchia di interessi del soggetto culturale e sociale, diventa
invece la priorità assoluta. Nel caso estremo dell’esempio, se non si soddisfa
il bisogno non si riesce nemmeno a pensare. Questa interferenza una tantum
ci rende edotti di due aspetti del rapporto cervello-organismo:
1) l’informazione sullo stato funzionale degli
apparati viscerali vitali è costantemente a disposizione del cervello inteso
quale insieme funzionale;
2) un processo attivo di controllo inibitorio
garantisce in condizioni ordinarie il mantenimento dell’informazione viscerale,
oltre che sotto-soglia di coscienza, in uno stato circoscritto di influenza.
I segnali viscerali sono dunque costantemente
elaborati dal nostro sistema nervoso centrale: a) costituendo un elemento
fondamentale per la regolazione omeostatica, quale dimensione funzionale
interposta tra la regolazione energetica e il comportamento istintivo, b)
influenzando il governo di processi appartenenti alla percezione, alla cognizione
e all’emozione.
L’elaborazione del flusso informativo viscerale al
livello della corteccia cerebrale è stata studiata nel cervello umano
estesamente e dettagliatamente da molti gruppi di ricerca, usando tecniche
avanzate e non invasive di neuroimaging, che hanno consentito di
raccogliere una grande quantità di dati. Al contrario, sono veramente
pochissimi gli studi che hanno indagato il modo in cui questa informazione è
elaborata al livello di singolo neurone, sia nella nostra specie sia in altri
mammiferi. In proposito, Emanuela De Falco, Olaf Blanke e gli altri numerosi
partecipanti al gruppo che ha eseguito lo studio qui recensito, osservano che
le regioni subcorticali, riverberanti segnali dagli interocettori
periferici alle strutture della corteccia cerebrale, sono particolarmente
trascurate e tralasciate, e notano che lo specifico modo in cui l’informazione
viscerale è elaborata da singole cellule nervose delle strutture talamiche e
subtalamiche è ancora in massima parte ignota.
Lo studio è stato condotto su volontari che erano
stati sottoposti a intervento chirurgico per la collocazione di micro-elettrodi
necessari a un trattamento clinico mediante stimolazione cerebrale profonda
(DBS, deep brain stimulation). I ricercatori hanno approfittato della registrazione
intraoperatoria dei micro-elettrodi della DBS per indagare l’attività di
singoli neuroni associata alle funzioni cardiaca e
respiratoria in tre formazioni nucleari subcorticali: 1) nucleo
intermedio ventrale del talamo (Vim); 2) nucleo caudale ventrale del
talamo (Vc); 3) nucleo subtalamico (STN).
La rilevazione da singoli neuroni di questi tre
nuclei (Vim, Vc, STN) ha fornito un’evidenza di estremo rilievo: l’attività
elettrica di circa il 70% dei neuroni registrati era modulata sia 1) dal
battito cardiaco, 2) dall’intervallo intersistolico cardiaco, che 3) dagli atti
respiratori.
I pattern di risposta cardiaci e respiratori
dei neuroni dei tre nuclei registrati variavano grandemente da un neurone all’altro,
sia in termini di temporizzazione, sia nel tipo specifico di modulazione. Una
percentuale rilevante (30%) di questi “neuroni viscerali” sottocorticali era
sensibile e rispondente (responsive) a più di uno dei segnali testati, sottolineando
la specializzazione e l’integrazione di segnali cardiaci e
respiratori nei neuroni dei nuclei STN, Vim e Vc.
Descrivendo in maniera analitica e completa l’attività
di singole unità neuroniche correlate alle funzioni cardiaca e respiratoria nei
nuclei talamici e subtalamico, i risultati emersi in questo studio evidenziano
il ruolo preminente di queste regioni subcorticali nell’elaborazione dei
segnali viscerali in funzione delle sintesi funzionali cerebrali.
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”).
Giovanna
Rezzoni
BM&L-16 marzo 2024
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