Ricerche

Una ricerca ha svelato cellule che abbracciano i due emisferi cerebrali per coordinare l'attività nei centri di elaborazione visiva e mostra che l'Alzheimer degrada la loro struttura e quindi la loro funzione.

Un nuovo studio del MIT ha rivelato che il morbo di Alzheimer (MA) interrompe almeno una forma di memoria visiva degradando il circuito appena identificato che collega i centri di elaborazione della vista dei due emisferi cerebrali.

I risultati dello studio, pubblicato in Neuron da un team di ricerca del Picower Institute for Learning and Memory del MIT di Boston, provengono da esperimenti sui topi, ma forniscono una base fisiologica e meccanicistica alle osservazioni precedenti nei pazienti umani: il grado ridotto di sincronia del ritmo cerebrale tra le regioni controparti in ciascun emisfero sono correlate alla gravità clinica della demenza.

"Dimostriamo che esiste un circuito funzionale che può spiegare questo fenomeno", ha dichiarato il primo autore Chinnakkaruppan Adaikkan, ex postdottorato del Picower, ora assistente professore al Center for Brain Research dell'Indian Institute of Science (IISC) di Bangalore. "In un certo senso abbiamo scoperto una biologia fondamentale che finora non era nota".

In particolare, il lavoro di Adaikkan ha identificato i neuroni che collegano la corteccia visiva primaria (V1) di ciascun emisfero e ha dimostrato che, quando le cellule venivano interrotte, da alterazioni genetiche che modellano il morbo di Alzheimer (MA) o da perturbazioni dirette di laboratorio, la sincronia del ritmo cerebrale si riduceva e i topi riuscivano meno a notare quando appariva un motivo nuovo su un muro del loro recinto. Tale riconoscimento della novità, che richiede la memoria visiva di ciò che c'era il giorno precedente, di solito è un'abilità interrotta nel MA.

"Questo studio dimostra la propagazione della sincronia del ritmo gamma tra gli emisferi cerebrali attraverso la connettività emisferica incrociata", ha affermato l'autrice senior Li-Huei Tsai, prof.ssa del Picower e direttrice dell'Istituto Picower e della Aging Brain Initiative del MIT. "Dimostra anche che l'interruzione di questo circuito nei topi modello di MA è associata a deficit comportamentali specifici".

Cellule inter-emisferiche

Nello studio, Adaikkan, Tsai, Thomas McHugh e i coautori hanno scoperto e tracciato i neuroni V1 che estendevano i loro assoni attraverso il corpo calloso, che collega gli emisferi del cervello, con le cellule V1 sull'altro lato del cervello.

Lì, hanno scoperto, i neuroni inter-emisferici (CH, cross-hemispheric) forgiavano connessioni o sinapsi, con cellule puntate, fornendo loro una stimolazione 'eccitatoria' per guidare la loro attività. Adaikkan ha anche scoperto che i neuroni CH avevano molte più probabilità di essere attivati ​​da un compito di discriminazione della novità rispetto ai neuroni V1 in generale o dei neuroni in altre regioni fortemente coinvolte nella memoria come l'ippocampo o la corteccia prefrontale.

Curioso di come ciò potrebbe differire nel MA, il team ha esaminato l'attività delle cellule in due diversi tipi di roditori modello di MA, scoprendo che l'attività delle cellule CH era significativamente ridotta nella malattia. Non sorprende che i topi MA andassero molto peggio nei compiti di discriminazione delle novità.

Il team ha esaminato attentamente le celle CH e ha scoperto che raccolgono stimoli in arrivo da varie altre cellule all'interno della loro regione V1 del loro emisfero, e da altre aree che elaborano le informazioni visive. Quando hanno confrontato le connessioni in entrata dei neuroni CH sani con quelli nelle cellule CH malate di MA, hanno scoperto che le cellule malate avevano in numero significativamente minore di infrastrutture per ospitare connessioni in arrivo (misurate in termini di spine che ospitano sinapsi sporgenti dai dendriti che si estendono dal corpo cellulare).

Date le osservazioni che correlavano la sincronia ridotta del ritmo cerebrale alle prestazioni della memoria nel MA, il team si è chiesto se ciò fosse presente anche nei topi. Per scoprirlo, hanno progettato elettrodi che misurano l'attività ritmica contemporaneamente in tutti gli strati corticali della V1 di ciascun emisfero.

Hanno osservato che la sincronia inter-emisferica aumentava in particolare tra le due V1 quando i topi si impegnavano nella discriminazione delle novità, ma che la sincronia, sia a ritmi di frequenza 'gamma' che a ritmi minori di frequenza, era significativamente più bassa nei topi MA di quanto non fosse nei topi sani.

Le evidenze di Adaikkan a quel punto erano forti, ma ancora indicative, che i neuroni CH fornivano i mezzi con cui le regioni V1 di ciascun lato del cervello potevano coordinarsi per consentire la discriminazione delle novità e che questa capacità è minata dalla degradazione provocata dal MA alla connettività delle cellule CH.

Per determinare più direttamente se il circuito CH ha un ruolo così causale e consequenziale, il team è intervenuto direttamente per interromperlo, testando quale effetto avevano le perturbazioni considerate. Hanno scoperto che l'inibizione chimica delle cellule CH ha interrotto la sincronia del ritmo tra V1, rispecchiando i valori trovati nei topi modello di MA. Inoltre, interrompere l'attività delle CH ha minato la capacità di discriminazione delle novità.

Per verificare ulteriormente se si trattasse della natura inter-emisferica delle cellule che contava specificamente, hanno progettato cellule CH controllabili con lampi di luce (una tecnologia chiamata 'optogenetica'). Quando hanno fatto brillare la luce sulle connessioni, e hanno inibito quelle dell'altro emisfero, hanno scoperto che l'azione comprometteva la capacità di discriminazione visiva.

Presi nell'insieme, i risultati dello studio mostrano che le cellule CH in V1 si collegano con i neuroni nell'area controparte dell'emisfero opposto per sincronizzare l'attività neurale necessaria per riconoscere correttamente le novità, ma che il MA danneggia la loro capacità di fare quel lavoro.

Adaikkan ha detto che è curioso di esaminare ora altre potenziali connessioni inter-emisferiche e come anche queste potrebbero essere colpite dal MA. Ha detto che vuole anche studiare cosa succede alla sincronia ad altre frequenze ritmiche.