Un gruppo di segnali cerebrali noti per aiutare a formare i ricordi può anche influenzare i livelli di zucchero nel sangue, secondo un nuovo studio eseguito nei ratti.

Ricercatori della New York University hanno scoperto che un particolare modello di segnalazione nella regione del cervello chiamata ippocampo, collegata da studi precedenti alla formazione della memoria, influenza anche il metabolismo, il processo con cui i nutrienti alimentari vengono convertiti in zucchero nel sangue (glucosio) e forniti alle cellule come fonte di energia.

Lo studio ruota attorno alle cellule cerebrali chiamate neuroni, che 'sparano' (generano impulsi elettrici) per passare i messaggi. I ricercatori negli ultimi anni hanno scoperto che le popolazioni ippocampali di neuroni sparano segnali a millisecondi uno dall'altro in cicli. Lo schema di sparo è chiamato 'increspatura a onda acuta' per la forma che le onde assumono quando sono catturate graficamente dall'EEG, una tecnologia che registra l'attività cerebrale con gli elettrodi.

Il nuovo studio, pubblicato su Nature l'11 agosto, ha rilevato che i raggruppamenti di increspature a onde acuta ippocampali erano seguite affidabilmente entro minuti da cali dei livelli di zucchero nel sangue nel corpo dei ratti. Anche se i dettagli devono essere confermati, i risultati suggeriscono che le increspature possono regolare i tempi di rilascio degli ormoni, forse inclusa l'insulina, dal pancreas e dal fegato, e pure di altri ormoni dalla ghiandola pituitaria.

"Il nostro studio è il primo a mostrare che i gruppi di spari delle cellule cerebrali nell'ippocampo possono regolare direttamente il metabolismo", afferma l'autore senior dello studio György Buzsáki MD/PhD, professore di neuroscienze della NYU. "Non stiamo dicendo che l'ippocampo è l'unico giocatore in questo processo, ma che il cervello può dire la sua in esso attraverso le increspature a onde acute".

L'insulina, nota per mantenere la glicemia a livelli normali, viene rilasciata dalle cellule pancreatiche, non continuamente, ma periodicamente in raffiche. Poiché le increspature a onde acute sono presenti principalmente durante il movimento non-rapido degli occhi (NREM), l'impatto del disturbo del sonno sulle increspature a onde acute può fornire un collegamento meccanico tra il sonno scadente e i livelli elevati di zucchero nel sangue visti nel diabete di tipo 2, dicono gli autori dello studio.

Il lavoro precedente del team del dott. Buzsáki aveva suggerito che le increspature a onda acuta sono coinvolte nella conservazione permanente dei ricordi di ogni giorno, che avviene la stessa notte durante il sonno NREM, e il suo studio del 2019 aveva scoperto che i ratti imparavano più velocemente a navigare in un labirinto quando le increspature venivano prolungate sperimentalmente.

"Le evidenze suggeriscono che il cervello si è evoluto, per ragioni di efficienza, per usare gli stessi segnali per eseguire due funzioni molto diverse in termini di memoria e regolazione ormonale", afferma il primo autore dello studio David Tingley PhD, ricercatore post-dottorato del laboratorio del dott. Buzsáki.

Doppio ruolo

L'ippocampo è una buona regione del cervello candidata per più ruoli, dicono i ricercatori, a causa del suo cablaggio con altre regioni cerebrali e, poiché i neuroni ippocampali hanno molte proteine ​​superficiali (recettori) sensibili ai livelli ormonali, possono regolare la loro attività nell'ambito di cicli di retroazione. I nuovi risultati suggeriscono che le increspature dell'ippocampo riducono i livelli di glucosio del sangue all'interno di tale ciclo.

"Gli animali potrebbero aver prima sviluppato un sistema per controllare il rilascio di ormoni a cicli ritmici, ma poi hanno applicato lo stesso meccanismo alla memoria quando in seguito hanno sviluppato un cervello più complesso", aggiunge il dott. Tingley.

I dati dello studio suggeriscono inoltre che i segnali di increspature a onda acuta dell'ippocampo vengono convogliati all'ipotalamo, che è noto per innervare e influenzare il pancreas e il fegato, ma attraverso una struttura intermedia del cervello chiamata setto laterale. I ricercatori hanno scoperto che le increspature possono influenzare il setto laterale solo attraverso l'ampiezza (l'intensita di sparo contemporaneo dei neuroni ippocampali), non dall'ordine in cui vengono combinate le increspature, che possono codificare i ricordi quando i loro segnali raggiungono la corteccia.

In linea con questa teoria, le increspature di breve durata che avvengono in gruppi a oltre 30 al minuto, come si vede durante il sonno NREM, inducono il calo dei livelli di glucosio periferico diverse volte di più delle increspature isolate. È importante sottolineare che silenziare il setto laterale ha eliminato l'impatto delle increspature a onda acuta ippocampali sul glucosio periferico.

Per confermare che i modelli di sparo ippocampali causano il calo del livello di glucosio, il team ha usato una tecnologia chiamata optogenetica per indurre artificialmente le increspature riprogettando le cellule ippocampali per includere canali sensibili alla luce. Facendo brillare la luce su tali cellule attraverso fibre di vetro si generano increspature indipendenti dal comportamento o dallo stato del cervello del topo (es.: riposare o svegliarsi). Proprio come le loro controparti naturali, le increspature sintetiche riducono i livelli di zucchero.

Andando avanti, il team di ricerca cercherà di estendere la sua teoria (che diversi ormoni sono influenzati da increspature a onda acuta notturne) anche su pazienti umani. La ricerca futura potrà anche rivelare dispositivi o terapie in grado di adeguare le increspature per abbassare la zucchero nel sangue e migliorare la memoria, afferma il dott. Buzsáki.