Ricerche

Piuttosto che i neuroni, sono gli astrociti a prendersi carico di modellare la risposta al segnale coinvolto nella vigilanza, secondo uno studio sui topi.

Le esplosioni colorate indicano l'attività nelle cellule astrociti in un cervello di topo. L'esposizione a una sostanza chimica di segnalazione, chiamata noradrenalina, innesca un'onda coordinata di attività. Il laboratorio di Thomas Papouin PhD ha scoperto che gli astrociti sono responsabili della modifica dell'attività cerebrale in risposta alla noradrenalina. (Video di T. Papouin/WashU)

I ricercatori della Washington University (WashU) di St. Louis (Missouri/USA) hanno rovesciato il dogma decennale di come vengono riorganizzati i collegamenti tra le cellule cerebrali durante gli stati accentuati di vigilanza o attenzione. Il team ha scoperto che una sostanza chimica del cervello associata alla vigilanza, all'attenzione e all'apprendimento altera la connettività e la funzione del cervello non agendo direttamente sui neuroni, le cellule note per la loro rapida trasmissione di informazioni, ma attraverso il lavoro degli astrociti, un altro tipo di cellula cerebrale, spesso trascurata nel campo delle neuroscienze.

La scoperta, pubblicata su Science il 15 maggio, cambia fondamentalmente la comprensione attuale dei determinanti della comunicazione e dell'attività della rete cerebrale. Chiede inoltre una maggiore attenzione agli astrociti come obiettivi terapeutici nel trattamento di disturbi di attenzione, memoria ed emozione.

"I libri di testo ci dicono che i neuromodulatori, come la noradrenalina, regolano direttamente e precisamente i neuroni; in effetti, i libri di testo ci dicono che tutto nel cervello riguarda i neuroni", ha affermato Thomas Papouin PhD, assistente professore di neuroscienze alla WashU e autore senior dello studio. "Sembra che molti cablaggi e attività del cervello siano invece orchestrati dagli astrociti, su tempi più lenti. Questo è il tipo di scoperta che rimodella profondamente la nostra comprensione di come funziona il cervello".

Da tapezzeria del cervello a centro della scena

Affinché il cervello si dedichi a compiti che richiedono attenzione o a rispondere a stimoli inaspettati come un allarme antincendio, deve essere in grado di ricablarsi cambiando il modo di comunicare delle cellule cerebrali. Questo processo è guidato dal rilascio nel cervello di sostanze chimiche note come neuromodulatori, che includono la noradrenalina. Il modo in cui questi neuromodulatori riorganizzano la comunicazione nel cervello è poco chiaro. L'ipotesi degli ultimi 80 anni è che i neuromodulanti agiscono sui neuroni.

Nel frattempo, da almeno 30 anni gli astrociti hanno dimostrato di entrare in contatto e interagire con le sinapsi, che sono le strutture specializzate in cui i neuroni comunicano tra loro. I ricercatori sospettavano da tempo che gli astrociti avessero il potenziale per riorganizzare la comunicazione tra i neuroni e, quindi, il flusso di informazioni nel cervello. A causa della loro forma molto fine e tentacolare, queste cellule sono posizionate idealmente per monitorare e rilevare neuromodulatori come la noradrenalina. "Volevamo testare l'idea che forse la neuromodulazione delle sinapsi da parte della noradrenalina è affare degli astrociti", ha detto Papouin.

Per fare ciò, Papouin e il suo team hanno stimolato la secrezione di noradrenalina dalle cellule cerebrali di topo o hanno esposto fette cerebrali di topo alla noradrenalina, e hanno scoperto che la noradrenalina ha indebolito le connessioni tra i neuroni, come noto da decenni. Tuttavia, i ricercatori hanno scoperto anche che la noradrenalina ha innescato l'attività tra gli astrociti circostanti. Una volta attivati dalla noradrenalina, gli astrociti hanno prodotto una seconda sostanza chimica che hanno rilasciato sulla sinapsi, causando lo smorzamento della sua attività.

Anche quando la capacità dei neuroni di percepire direttamente la noradrenalina veniva rimossa, la noradrenalina era comunque in grado di riorganizzare le connessioni neuronali. Quando, dall'altra parte, è stata messa fuori linea la capacità degli astrociti di percepire o rispondere alla noradrenalina, quest'ultima non è stata in grado di riorganizzare la connettività neuronale. I risultati indicano che i neuromodulatori come la noradrenalina riorganizzano le connessioni neuronali nel cervello segnalando attraverso gli astrociti piuttosto che direttamente sui neuroni.

I risultati suggeriscono anche che puntare gli astrociti potrebbe essere un modo efficace per rimodellare l'attività cerebrale e trattare potenzialmente i disturbi cerebrali. Il team di Papouin ha iniziato a guardare i farmaci esistenti che si ritiene agiscano sui neuroni, per vedere se richiedono che gli astrociti siano efficaci. In tal caso, forse si doverebbero puntare direttamente gli astrociti per scopi terapeutici.

"Ci sono così tanti farmaci là fuori che interferiscono con la segnalazione della noradrenalina nel cervello, in particolare nel trattamento dell'ADHD o della depressione. Mi chiedo quanti di loro richiedono gli astrociti per modificare l'attività cerebrale", ha affermato Papouin.