Ricerche

Kevin Guttenplan PhD, ricercatore del laboratorio Freeman (Foto: Christine Torres Hicks / OHSU)

Un tipo di cellula del cervello spesso ignorata ha un ruolo dinamico e sorprendentemente complesso nella nostra capacità di elaborare informazioni, secondo una ricerca svolta all'Oregon Health & Science University (OHSU). Lo studio, pubblicato su Science, fornisce prove dirette dell'azione in tempo reale di un tipo di cellula gliale a forma di stella, gli astrociti, nel cervello vivo dei moscerini della frutta. Questo tipo abbondante di cellula - circa il 35% di tutte le cellule nel cervello umano - sembra essere una parte fondamentale dell'orchestrazione di una rete complessa che regola la funzione cerebrale.

"Speriamo che questo sia l'inizio di un cambiamento radicale del modo in cui il campo pensa agli astrociti e al loro ruolo nella mediazione della neurofisiologia e del comportamento", ha affermato l'autore senior Marc Freeman PhD, direttore del Vollum Institute dell'OHSU. "Nel lungo periodo, dovrebbe cambiare il modo in cui i ricercatori pensano allo sviluppo di terapie per regolamentare attenzione, ansia e umore".

La scoperta è stata replicata negli astrociti dei roditori, suggerendo che è una caratteristica ancestrale dell'evoluzione, che potrebbe essersi conservata in altri mammiferi, comprese le persone.

"Penso che sia evolutivamente rilevante per la sopravvivenza", ha dichiarato il primo autore Kevin Guttenplan PhD, post-dottorato del laboratorio di Freeman. "Se una tigre è dietro di te, devi cambiare rapidamente il modo in cui intere regioni del tuo cervello stanno pensando, è tempo di spegnere tutto il resto nella tua mente e concentrare l'intero cervello sulla fuga. Non è il momento di pensare a nient'altro".

Basarsi su scoperte

Un tempo si pensava che gli astrociti avessero solo un ruolo di supporto, fornendo cibo e rimuovendo i rifiuti dai neuroni, le cellule che formano il 'cablaggio effettivo' del cervello, trasmettendo i segnali che ci consentono di pensare, agire e sentire sensazioni.

Nel 2016, Freeman e collaboratori hanno documentato per la prima volta che gli astrociti trasmettono anche segnali tra i neuroni. Basandosi su quella scoperta, i ricercatori mostrano alcuni dei meccanismi specifici che rivelano come tali cellule trasmettono i segnali. Si è scoperto che c'è un'interazione altamente complessa in cui gli astrociti possono attivare e disattivare la loro capacità di rispondere ai neurotrasmettitori chimici nel cervello, come dopamina e glutammato.

"Gli astrociti sono davvero grandi e un singolo neurone può avere 100.000 sinapsi in grado di inviare segnali ad altri neuroni", ha detto GuttenPlan. "Questo meccanismo consente agli astrociti di scegliere quali neuroni ascoltare. Essere in grado di disattivare alcuni di questi circuiti consente agli astrociti di dare un senso alla cacofonia dell'attività presente nel cervello da un momento all'altro".

I ricercatori hanno scoperto che manipolando questo percorso di chiusura/apertura all'interno degli astrociti, sono stati in grado di rompere il comportamento dei moscerini della frutta, evidenziando il fatto che questi piccoli cambiamenti possono avere un impatto potente.

"Gli astrociti possono essere la chiave"

I neuroscienziati in precedenza assumevano che gli astrociti fossero un giocatore molto più passivo nella fisiologia cerebrale. La nuova ricerca rivela che gli astrociti possono rispondere direttamente ai messaggi di ogni tipo di neuroni. In questo modo, svolgono un ruolo nella complessa rete di segnalazione neuronale che guida la cognizione e controlla il comportamento fisico.

Inoltre, hanno scoperto che queste risposte cambiano dinamicamente con lo stato cerebrale, permettendo agli astrociti di orchestrare la complessa rete di neuroni che consente al cervello di eseguire i compiti del momento. "Queste cellule controllano attivamente l'attività neuronale, davvero fortemente", ha detto Guttenplan.

Però gli scienziati avvertono che la scoperta complica la comprensione scientifica del funzionamento del cervello. Immagina un singolo astrocita che interagisce con migliaia di sinapsi i cui meccanismi di apertura/chiusura possono essere alternati o silenziati da una miriade di segnali che turbinano attorno a esso. E poi moltiplicalo per milioni di astrociti in tutto il cervello umano. "È straordinariamente complicato", ha detto Guttenplan.

Allo stesso tempo, i ricercatori stanno trovando sempre più prove che le cellule gliali hanno un ruolo nelle lesioni cerebrali e nelle condizioni neurodegenerative come l'Alzheimer e il Parkinson. Capire meglio come funzionano queste cellule può aiutare a prevenire le malattie o sviluppare trattamenti. "In alcune di queste condizioni, cose come la concentrazione e l'attenzione sono interrotte", ha detto Guttenplan. "Gli astrociti possono essere la chiave".