Ricerche

Il modo in cui sperimentiamo il mondo dipende da interazioni complesse e intricate tra i neuroni nel cervello. Ora, uno studio, pubblicato il 9 febbraio 2022 su Science Advances, suggerisce che gli astrociti, cellule non neuronali a forma di stella nel cervello, potrebbero anche avere un ruolo importante nell'elaborazione delle informazioni e forse anche nella memoria.

Usando tecniche avanzate di scansione e analisi, ricercatori dell'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hanno registrato una segnalazione all'interno di singoli astrociti a un livello di dettaglio e a una velocità finora mai visti, nel cervello di topi svegli.

I loro risultati, compresi i segnali ultra-veloci alla pari di quelli visti nei neuroni e nei modelli di attività di segnalazione che corrispondono a comportamenti diversi, suggeriscono che gli astrociti possono avere un ruolo cruciale in molte funzioni del nostro cervello, inclusi i modi in cui pensiamo, ci muoviamo e impariamo.

"Se queste implicazioni sono vere, trasformano fondamentalmente il modo in cui pensiamo alla neuroscienza, e il modo in cui funziona il cervello", ha detto il primo autore dott. Leonidas Georgiou, ex dottorando nell'unità di scansione ottica dell'OIST.

Quando pensiamo al nostro cervello, in genere immaginiamo un groviglio disordinato di neuroni allungati e filiformi che inviano segnali elettrici l'uno all'altro attraverso le diverse regioni del cervello. Ma i neuroni costituiscono solo la metà delle cellule nel nostro cervello. Stipati nello spazio rimanente tra il miscuglio di neuroni, ci sono molti altri tipi di cellule cerebrali, compresi gli astrociti.

"Rispetto ai neuroni, gli astrociti hanno ricevuto pochissima attenzione. Si pensava che fossero solo cellule aiutanti, che forniscono nutrienti ai neuroni e ne rimuovono i rifiuti", ha detto il prof. Bernd Kuhn, autore senior e capo dell'unità di neuroscansione ottica.

Ma negli ultimi anni sono state acquisite sempre più evidenze che gli astrociti possono ascoltare i messaggi chimici inviati tra i neuroni alle sinapsi e possono rispondere con segnali propri, fornendo uno strato extra di complessità al modo in cui il nostro cervello riceve e risponde alle informazioni. Però i segnali rilevati in precedenza negli astrociti erano circa dieci volte più lenti dei segnali visti nei neuroni, e quindi gli scienziati avevano ritenuto che quelle cellule fossero troppo lente per elaborare le informazioni.

Ora, sviluppando un nuovo gruppo di strumenti che ha consentito di studiare l'attività degli astrociti nei topi svegli con dettagli senza precedenti, i ricercatori dell'OIST hanno dimostrato per la prima volta che gli astrociti generano segnali in vivo che sono veloci come quelli dei neuroni, durando meno di 300 millisecondi .

I loro strumenti si sono basati su una nuova scoperta: un virus usato regolarmente per la terapia genica che può 'saltare' dai neuroni agli astrociti collegati. Gli scienziati hanno usato un virus adeno-associato che conteneva un gene che rende fluorescenti le cellule infettate. La fluorescenza aumenta di intensità in presenza di calcio, un indicatore importante di attività di segnalazione all'interno delle cellule viventi.

Dopo l'etichettatura, il team di ricerca ha potuto usare un potente microscopio costruito in casa per individuare e visualizzare un singolo astrocita, su più giorni, fino a un'ora alla volta, mentre il topo era sveglio e si muoveva. Gli scienziati hanno quindi impiegato un programma avanzato per computer per analizzare le immagini registrate, consentendo loro di rilevare i lampi ultra-veloci mai visti prima dei segnali di calcio e valutare i modelli di segnale in modo imparziale.

Hanno scoperto che la stimolazione sensoriale, come solleticare i baffi, ha portato a pochissime segnalazioni di calcio, mentre alcuni comportamenti, come correre o camminare, hanno portato ad alti livelli di attività. Gli scienziati hanno anche capito che c'erano alcune aree nell'astrocita (aree attive), dove i livelli di attività erano più alti.

"Queste mappe di aree attive sono come impronte digitali di un comportamento specifico, sono stabili nel tempo, rimangono uguali per giorni e sono uniche per ogni astrocita", ha detto il dottor Georgiou.

Ancora più sorprendentemente, la squadra ha notato che diversi comportamenti corrispondevano a modelli univoci di aree attive.

"Quando il topo riposa, vedi uno schema. E poi quando corre, vedi un modello diverso", ha detto il prof. Kuhn.

Un'ipotesi suggerita dal Prof. Kuhn è che queste mappe di aree attive potrebbero rappresentare engrammi di memoria, uno schema che rappresenta un comportamento specifico o una memoria. Diverse reti di neuroni sono attive durante comportamenti specifici o durante l'apprendimento e il richiamo delle informazioni, potendo anche cambiare l'attività degli astrociti vicini. Gli engrammi di memoria sono ancora teorici e altamente controversi, ha riconosciuto.

"Non sappiamo ancora come sono conservati i ricordi in un cervello, ma è incredibile pensare che possa coinvolgere gli astrociti", ha detto. "È probabile che sia troppo bello per essere vero, ma è un'ipotesi emozionante a cui dare seguito".

In futuro, il team di ricerca prevede di studiare un numero maggiore di astrociti, per vedere come i farmaci o l'insegnamento di nuovi comportamenti influenzano il modello di attività dei topi. Il prof. Kuhn ha concluso:

"In qualche modo, queste mappe di attività dei segnali di calcio rappresentano comportamenti diversi, ma non abbiamo idea del perché o di come. Sarà molto entusiasmante portare avanti ulteriormente questa ricerca".

Fonte: Georgiou et al., Sci. Adv. 8, eabe5371 (2022), licensed under CC BY (link).