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Identificati neuroni che coordinano le reti funzionali nel cervello

3D reconstruction of synapsesRicostruzione in 3D delle sinapsi.

Ogni evento mentale o atto motorio volontario è il risultato dell'attività simultanea di grandi gruppi di neuroni in diverse aree del cervello distanti tra loro. Come riescono questi gruppi di cellule nervose a coordinare istantaneamente e in modo selettivo la loro attività elettrica?


Le scoperte di ricercatori che lavorano con l'European Human Brain Project all'Universidad Autónoma de Madrid (UAM) e all'Universidad Politécnica de Madrid, insieme ai collaboratori del Jülich Research Center in Germania, hanno ora fatto ulteriore luce sulla base cellulare di questo processo.


Il gruppo ha mostrato che singoli neuroni, attraverso connessioni assonali estremamente lunghe e ramificate in diverse aree del cervello, possono essere "coordinatori" selettivi e flessibili che combinano l'attività di diversi gruppi neuronali in ogni momento, proprio come un direttore d'orchestra. I risultati, che sono stati ottenuti sui topi, sono stati pubblicati questa settimana sul Journal of Neuroscience.


Ogni neurone nel cervello ha un'estensione lunga e ramificata chiamata assone, attraverso il quale invia i segnali elettrici a migliaia di altri neuroni. Anche se possono essere centinaia di volte più sottili di un capello, gli assoni possono essere lunghi più di un metro e diramarsi selettivamente per raggiungere diversi punti nel cervello, e persino il midollo spinale. Attraverso il loro assone, i neuroni situati in aree del cervello distanti tra loro riescono a stabilire un contatto diretto.


Nei punti di contatto, i segnali passano da un neurone all'altro attraverso strutture specializzate chiamate sinapsi e meccanismi elettrochimici mediati da diverse sostanze, chiamate neurotrasmettitori. La propagazione dei segnali attraverso le sinapsi produce effetti simultanei sui neuroni che ricevono contatti dallo stesso assone. Da un punto di vista funzionale, le sinapsi possono essere interpretate come filtri del segnale, di ampiezza e profilo temporale variabile, le cui valenze (eccitazione / inibizione) possono differire


Lo studio diretto dal Prof. Francisco Clascá, del Dipartimento di Anatomia, Istologia e Neuroscienze della Facoltà di Medicina della UAM, condotto su topi, si è concentrato sugli assoni dei neuroni che collegano il talamo con la corteccia cerebrale. Il talamo è situato nel centro del cervello ed è un grande nodo di comunicazione tra le diverse regioni.


Gli assoni dei neuroni del talamo innervano tutte le aree della corteccia cerebrale in modo ordinato e selettivo, formando sinapsi eccitatorie mediate dal neurotrasmettitore glutammato. Molti di questi assoni si diramano selettivamente per innervare due o più aree della corteccia.


Con tecniche avanzate di microscopia elettronica tridimensionale, eseguite in collaborazione con il Prof. Joachim Lübke del Forschungszentrum Jülich in Germania, e con la marcatura di singoli assoni, i ricercatori sono riusciti a misurare e confrontare la struttura delle sinapsi formata dai rami dello stesso assone talamico in due aree cerebrali distanti.


Lo studio ha rivelato differenze importanti, legate direttamente all'intensità e alla frequenza con cui le sinapsi possono trasmettere segnali, come pure nel tipo di cellule che l'assone contatta in ogni zona. In uno studio pubblicato dai ricercatori dello scorso anno, avevano già dimostrato che i segnali raggiungono le due aree contemporaneamente, ma producono effetti diversi.


La dimostrazione che un singolo neurone, attraverso il suo assone ramificato, è in grado di produrre contemporaneamente effetti diversi in diverse aree della corteccia cerebrale rivela una complessità insospettata nei circuiti del cervello.


Queste cellule possono quindi funzionare come "coordinatori" selettivi e flessibili che combinano l'attività dei diversi gruppi neuronali in ogni momento, come un direttore d'orchestra. Conoscere meglio queste cellule è importante per modellare il lavoro eseguito dalle grandi reti neuronali del cervello e comprendere la loro alterazione nelle patologie cerebrali.

 

 

 


Fonte: Human Brain Project (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Javier Rodriguez-Moreno, Cesar Porrero, Astrid Rollenhagen, Mario Rubio-Teves, Diana Casas-Torremocha, Lidia Alonso-Nanclares, Rachida Yakoubi, Andrea Santuy, Angel Merchan-Pérez, Javier DeFelipe, Joachim HR Lübke, Francisco Clasca. Area-specific synapse structure in branched posterior nucleus axons reveals a new level of complexity in thalamocortical networks. Journal of Neuroscience, 13 Feb 2020, DOI

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Nota: L'articolo potrebbe riferire risultati di ricerche mediche, psicologiche, scientifiche o sportive che riflettono lo stato delle conoscenze raggiunte fino alla data della loro pubblicazione.


 

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