Ricerche

I risultati di questo lavoro potrebbero aiutare a comprendere meglio il sonno profondo, l'anestesia o patologie come l'epilessia.

Fonte: Alegre Cortés et al / iScience

l cervello non riposa mai, nemmeno durante il sonno profondo o sotto anestesia, e mantiene un'attività elettrica ritmica nota come oscillazioni lente. Un team guidato da Ramón Reig dell'Istituto di Neuroscienze, un centro congiunto del Consiglio Superiore Spagnolo delle Ricerche (CSIC) e dell'Università Miguel Hernández (UMH) di Elche, ha scoperto cosa determina la direzione di queste onde. Il lavoro, pubblicato su iScience, rivela che la chiave non risiede nella struttura anatomica, come si pensava in precedenza, ma nel grado di eccitabilità dei neuroni.

La scoperta è stata resa possibile grazie a un modello computazionale avanzato che combina due livelli di analisi: l'attività locale di reti neurali isolate e l'interazione globale tra diverse aree cerebrali. "Finora, la maggior parte degli studi ha lavorato su queste due scale separatamente. La novità del nostro approccio è che le analizziamo insieme, e questo ci ha permesso di vedere come le differenze locali si diluiscono quando le reti sono connesse", spiega Reig, che ha condiretto lo studio con il ricercatore Javier Alegre Cortés.

"Il modello ci ha permesso di osservare, quando diverse aree cerebrali si connettono, come le differenze tra loro tendano a sincronizzarsi, seguendo il ritmo imposto dalla regione più eccitabile. È come quello che succede in un'aula: ogni studente può avere il proprio stile, ma se qualcuno stabilisce una tendenza, gli altri finiscono per seguirla", spiega Alegre. "Questa idea di un 'leader' neuronale aiuta a spiegare perché, nonostante la diversità di proprietà tra le aree cerebrali, le onde lente finiscono per propagarsi in modo coordinato".

Eccitabilità

I ricercatori hanno dimostrato che le onde lente nel cervello non sono guidate solo dall'anatomia, ma anche dal grado di eccitabilità di determinati neuroni. "Il nostro modello prevedeva che la direzione delle oscillazioni dipendesse da quale gruppo neuronale fosse più eccitabile in un dato momento, e lo abbiamo confermato con esperimenti sui topi", osserva Reig. Quando hanno aumentato l'eccitabilità nel lobo occipitale di topi anestetizzati, somministrando un cocktail di farmaci che rende i neuroni più attivi, hanno osservato che la direzione delle onde si invertiva: invece di viaggiare dalla parte anteriore a quella posteriore del cervello, viaggiavano nella direzione opposta.

In condizioni normali, queste oscillazioni hanno un ruolo essenziale nel sonno profondo e sotto anestesia, poiché contribuiscono a organizzare l'attività cerebrale a riposo. Tuttavia, quando i meccanismi che le regolano sono alterati, possono manifestarsi anche durante lo stato di veglia o trasformarsi in schemi elettrici associati all'epilessia: "Comprendere come l'eccitabilità moduli queste onde ci fornisce le chiavi per comprendere cosa succede quando l'attività neuronale sfugge al controllo", osservano gli autori. In questa ricerca, le simulazioni sono state eseguite modificando i principali fattori che influenzano l'attività a onde lente, in regioni isolate o interconnesse. Le simulazioni sono state in grado di replicare diversi stati di attività cerebrale, descrivendo quali fattori sono rilevanti a livello locale e quali a livello globale.

Oltre ai risultati, questo lavoro rappresenta anche un progresso metodologico: il modello usato dal team si basa su dati reali dell'anatomia e la fisiologia del cervello dei mammiferi, consentendo di simulare realisticamente il comportamento delle reti neurali quando sono connesse. "I modelli matematici completano gli esperimenti, consentendoci di esplorare scenari difficili da ricreare in laboratorio e di testare rigorosamente le ipotesi", sottolinea Alegre.

Questo lavoro è stato supportato da Maurizio Mattia del Centro Nazionale di Radioprotezione e Fisica Computazionale di Roma, ed è stato reso possibile grazie ai finanziamenti dell'Agenzia nazionale spagnola per la ricerca (Agencia Estatal de Investigación) attraverso il programma di centri di eccellenza Severo Ochoa, del Ministero della scienza, dell'innovazione e dell'università, dell'Università Miguel Hernández (Universidad Miguel Hernández) attraverso il programma di borse di studio Margarita Salas, del governo valenciano (Generalitat Valenciana) e del Piano nazionale di ripresa e resilienza (PNRR) dell'Italia, finanziato dall'Unione europea (NextGenerationEU).