Ricerche

I neuroni in un'area chiave del cervello hanno funzioni diverse in base alla loro esatta identità genetica e, quindi, dettagliare questa diversità potrebbe portare a una migliore comprensione della flessibilità di calcolo e della capacità di memoria del cervello, informando potenzialmente le opzioni di trattamento delle malattie, secondo i risultati di uno studio di ricercatori della Cornell.

Di recente si è trovato che le cellule piramidali nella regione CA1 dell'ippocampo, una volta ritenute una raccolta uniforme di neuroni, sono invece molto diverse. Ma il ruolo di questa diversità nelle funzioni cognitive non era stato esaminato da vicino fino ad ora.

"La maggior parte degli studi sulla memoria presuppongono che l'ippocampo e la corteccia siano come scatole nere: strutture monolitiche, insiemi omogenei di neuroni", ha affermato il coautore senior Antonio Fernandez-Ruiz, assistente professore di neurobiologia e comportamento e ricercatore di scienze della vita, nella facoltà di Arti e Scienze (A&S). "Quindi, in pratica, hai due scatole nere che si parlano, ma non conosci esattamente i loro componenti".

Ciò che Fernandez-Ruiz e il suo team (che includeva la coautrice senior Azahara Oliva, assistente prof.ssa di neurobiologia e comportamento) hanno scoperto nei test sui ratti, è che i neuroni CA1 codificano simultaneamente le informazioni relative al compito, ma poi inviano impulsi a bersagli diversi a seconda che i neuroni siano in profondità nell'ippocampo o in superficie.

"Abbiamo scoperto che ci sono almeno due modi diversi in cui queste strutture parlano tra loro", ha detto. "E ci sono circuiti specializzati integrati da diversi tipi di cellule che codificano diversi tipi di informazioni e li inviano a diverse parti del cervello".

Per il loro studio su ratti impegnati in compiti di memoria e nel sonno, il laboratorio ha esaminato un gran numero di neuroni registrati simultaneamente, usando sonde di silicio ad alta densità. Le sonde rilevano l'attività di codifica delle cellule, coordinate da oscillazioni sincrone note come 'increspature a onde acute' (sharp-wave ripples).

Come avevano scoperto in studi precedenti, le cellule piramidali CA1 (chiamate così dalla loro forma) differivano in alcune delle loro proprietà fisiologiche a seconda di dove si trovavano nell'ippocampo (profondo, medio o superficiale). Questa diversità è fondamentale nello sviluppo della memoria, ha affermato Fernandez-Ruiz.

Una scoperta chiave in questo lavoro: mentre le cellule piramidali CA1 profonde davano il contributo principale alla sequenza e alle dinamiche di assemblaggio, quelle superficiali erano reclutate specificamente durante il richiamo di nuove esperienze e guidavano la formazione della memoria.

"Quando impari qualcosa di nuovo", ha detto, "questi aspetti dell'esperienza possono essere separati e codificati da popolazioni specializzate di neuroni, quindi trasmessi in diverse aree, specializzate nell'elaborazione di diversi tipi di informazioni. Riteniamo che ciò sia importante perché fornisce maggiore flessibilità al sistema".

I ricercatori hanno anche caratterizzato un circuito precedentemente sconosciuto che coinvolge l'ippocampo e la corteccia, con ha un ruolo nel consolidamento della memoria. Questa maggiore comprensione della diversità neuronale dell'ippocampo potrebbe aiutare a puntare le aree colpite dalla demenza, ha affermato la Oliva:

"Una malattia come l'Alzheimer è caratterizzata dal deterioramento di questa comunicazione tra l'ippocampo e la corteccia, ma non sappiamo se intere strutture siano interrotte o, più probabilmente, ad essere più colpiti sono alcuni tipi specifici di neuroni in queste strutture.

"Se si potesse determinare quale aspetto della memoria è interrotto, allora forse potremmo risalire alla specializzazione di diversi tipi di cellule e forse impiegare terapie nuove e più mirate".