Scienziati della Stanford hanno sviluppato un sistema per osservare in tempo reale l'attività cerebrale in un topo vivo. Il dispositivo potrebbe rivelarsi utile nello studio di nuovi trattamenti per le malattie neurodegenerative, come l'Alzheimer.

Mentre il topo esplora l'arena, quando riconosce un luogo familiare i neuroni del cervello lampeggiano di verde.

Mentre il topo esplora l'arena, quando riconosce un luogo familiare, i neuroni del cervello lampeggiano in verde. (Credit: Courtesy of Mark Schnitzer)

Se si vuole leggere la mente di un topo, servono alcune proteine fluorescenti e un piccolo microscopio impiantato nella testa del roditore. Scienziati della Stanford hanno ideato una tecnica per osservare centinaia di neuroni che si accendono nel cervello di un topo vivo, in tempo reale, e hanno collegato questa attività all'immagazzinamento di informazioni a lungo termine.

Il lavoro senza precedenti, è in grado di fornire uno strumento utile per lo studio di nuove terapie per le malattie neurodegenerative come l'Alzheimer.

I ricercatori hanno prima usato un approccio con terapia genica per indurre i neuroni del topo ad esprimere una proteina verde fluorescente progettata per essere sensibile alla presenza di ioni di calcio. Quando un neurone si attiva, la cellula si riempie in modo naturale di ioni di calcio. Il calcio stimola la proteina, e l'intera cellula si illumina di un verde brillante.

Un piccolo microscopio impiantato appena sopra l'ippocampo del topo - una parte del cervello che è fondamentale per la memoria spaziale e episodica - cattura la luce di circa 700 neuroni. Il microscopio è collegato ad un chip-telecamera, che invia una versione digitale dell'immagine a un monitor. Il computer quindi visualizza quasi in tempo reale l'attività cerebrale del topo, mentre lo stesso gira intorno ad un piccolo recinto, che i ricercatori chiamano "arena".

L'attivazione neuronale assomiglia a piccoli fuochi d'artificio verdi, che esplodono a caso su uno sfondo nero, ma gli scienziati sanno decifrare degli schemi chiari nel caos. "Possiamo letteralmente capire dov'è il topo nell'arena, guardando queste luci", dichiara Mark Schnitzer, professore associato di biologia e fisica applicata e autore principale dello studio, pubblicato recentemente sulla rivista Nature Neuroscience.

Quando il topo gratta il muro in una certo punto dell'arena, un neurone specifico scatta e si illumina di verde. Quando il topo sgambetta verso un'altro punto, la luce del primo neurone svanisce e si accende una cellula nuova. "L'ippocampo è molto sensibile al punto dov'è l'animale nel suo ambiente, e diverse cellule rispondono a diverse parti dell'arena", dice Schnitzer. "Immaginare di camminare in giro per l'ufficio. Alcuni neuroni dell'ippocampo si accendono quando si è vicini alla scrivania, e altri si accendono quando si è vicini alla sedia. Ecco come il cervello crea una mappa che rappresenta uno spazio".

Il gruppo ha scoperto che i neuroni di un topo si attivano con lo stesso schema in esperimenti fatti a distanza di un mese. "La possibilità di tornare indietro e osservare le stesse cellule è molto importante per lo studio delle malattie cerebrali progressive", afferma Schnitzer.

Ad esempio, se un neurone particolare in un topo di test smette di funzionare, a causa della normale morte neuronale o di una malattia neurodegenerativa, i ricercatori potrebbero applicare un agente terapeutico sperimentale e quindi esporre il topo agli stessi stimoli per vedere se ripristina la funzione del neurone.

Anche se la tecnologia non può essere usata sugli esseri umani, i modelli murini sono un punto di partenza comune per nuove terapie per le malattie neurodegenerative umane, e Schnitzer ritiene che il sistema potrebbe essere uno strumento molto utile per valutare la ricerca pre-clinica.

Il lavoro è stato pubblicato lo scorso 10 Febbraio nell'edizione online di Nature Neuroscience. I ricercatori hanno fondato una società per produrre e vendere il dispositivo.

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Fonte: Stanford University. Articolo originale scritto da Bjorn Carey.

Riferimento: Yaniv Ziv, Laurie D Burns, Eric D Cocker, Elizabeth O Hamel, Kunal K Ghosh, Lacey J Kitch, Abbas El Gamal, Mark J Schnitzer. Long-term dynamics of CA1 hippocampal place codes. Nature Neuroscience, 2013; DOI: 10.1038/nn.3329.

Pubblicato in Science daily il 19 Febbraio 2013 - Traduzione di Franco Pellizzari.

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