Capacità di socializzare è controllata da uno specifico circuito cerebrale

23 June 2014

Un team di ricercatori della Stanford University ha collegato un particolare circuito del cervello alla tendenza dei mammiferi ad interagire socialmente.

Stimolando questo circuito - uno tra i milioni del cervello - si aumenta immediatamente il desiderio di un topo di conoscere un suo simile estraneo, mentre inibendolo si spegne la sua voglia di socializzare con lo straniero.

Questi risultati, pubblicati il 19 giugno 2014 su Cell, possono gettare luce sui disturbi psichiatrici caratterizzati da una compromissione dell'interazione sociale, come l'autismo, l'ansia sociale, la schizofrenia e la depressione, ha detto l'autore principale dello studio, Karl Deisseroth, MD, PhD, professore di bioingegneria, di psichiatria e scienze comportamentali.

I risultati sono significativi in quanto mettono in evidenza non solo il ruolo dell'una o dell'altra sostanza chimica del cervello, come tendono a fare gli studi farmacologici, ma piuttosto quello di componenti specifici dei circuiti cerebrali coinvolti in un comportamento complesso. Una combinazione di tecniche d'avanguardia sviluppate nel laboratorio di Deisseroth ha consentito l'analisi senza precedenti del modo in cui l'attività del cervello controlla il comportamento.

Deisseroth, professore «D.H. Chen» e membro dell'istituto interdisciplinare Stanford Bio-X, è un psichiatra praticante che vede pazienti con gravi deficit sociali. "Le persone con autismo, per esempio, hanno spesso una avversione netta verso l'interazione sociale", ha detto. Essi possono trovare dolorosa la socializzazione, anche il semplice contatto con gli occhi.

Deisseroth ha sperimentato una tecnica di esplorazione cerebrale (l'optogenetica) che comporta l'introduzione selettiva di molecole recettrici della luce sulla superficie di particolari cellule nervose, nel cervello di un animale vivente e poi il posizionamento accurato, vicino al circuito in questione, della punta di una lunga fibra ottica ultra-sottile (collegata ad un diodo laser all'altra estremità) in modo che le cellule fotosensibili ed i circuiti che esse compongono possono essere stimolate o inibite da remoto, attivando un interruttore della luce, mentre l'animale rimane libero di muoversi nella sua gabbia.

Attività di monitoraggio in tempo reale

Con l'optogenetica, e altri metodi inventati dal suo team, Deisseroth ed i suoi collaboratori sono riusciti sia a manipolare che a controllare l'attività in specifici gruppi di cellule nervose, ed dei tratti di fibre che li collegano, nel cervello di topi in tempo reale, mentre gli animali venivano a contatto con loro simili appena arrivati o con oggetti inanimati, in vari ambienti del laboratorio. Le risposte comportamentali dei topi sono state catturate via video e confrontate con l'attività del circuito cerebrale registrata simultaneamente.

In alcuni casi, i ricercatori hanno osservato l'attività in vari centri cerebrali, e nei tratti di fibre nervose che li collegano, quando i topi si esaminavano o si ignoravano reciprocamente. Altri esperimenti hanno coinvolto la stimolazione o l'inibizione degli impulsi all'interno di quei circuiti, per vedere come queste manipolazioni influenzavano il comportamento sociale dei topi. Per evitare di confondere delle semplici interazioni sociali con i comportamenti legati all'accoppiamento e all'aggressione, i ricercatori hanno limitato i loro esperimenti a coppie di sesso femminile di topi.

Gli scienziati hanno prima esaminato la relazione tra le interazioni sociali dei topi e una regione del tronco cerebrale chiamata area ventrale tegmentale (VTA). La VTA è un nodo fondamentale nel circuito di ricompensa del cervello, che produce sensazioni di piacere in risposta al successo nelle attività che migliorano la sopravvivenza, come mangiare, accoppiarsi o trovare un rifugio caldo in un ambiente freddo. Il VTA trasmette segnali ad altri centri in tutto il cervello attraverso tratti di fibre che secernono sostanze chimiche, tra cui una chiamata dopamina, nei punti di contatto adiacenti le cellule nervose all'interno di questi centri lontani. Quando la dopamina arriva ai recettori di quelle cellule nervose, può scatenare un'attività di segnalazione al loro interno.

Può essere rilevante perché:

La socializzazione è uno dei cambiamenti allo stile di vita che la ricerca raccomanda (assieme a movimento fisico, alimentazione, stimolazione cognitiva e meditazione) per aiutare ad evitare o a posticipare l'insorgenza dell'Alzheimer.

L'attività anormale nel VTA è stata collegata all'abuso di droghe e alla depressione, per esempio. Ma molto meno si sa sul ruolo di questo centro del cervello nel comportamento sociale, e non era stato possibile finora osservare o controllare l'attività lungo le sue connessioni durante un comportamento sociale.

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"Ogni comportamento deriva presumibilmente da un modello di attività nel cervello, ed ogni disfunzione comportamentale nasce dal malfunzionamento della circuiteria", ha detto Deisseroth, che è anche condirettore del programma «Cracking the Neural Code» della Stanford. "La possibilità, mai avuta prima, di individuare una particolare proiezione delle cellule nervose coinvolte nel comportamento sociale di un animale vivente che si muove, permetterà di migliorare notevolmente la nostra capacità di comprendere come agisce il comportamento sociale, e cosa può andare male".

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Primi autori dello studio sono Logan Grosenick, Lisa Gunaydin, PhD, (ora collega post-dottorato alla UCSF), l'ex studente Isaac Kauvar (oggi laureato alla Stanford) e l'ex assistente di ricerca Joel Finkelstein (oggi laureato a Princeton). Dalla Stanford hanno collaborato anche il professore di psichiatria e scienze comportamentali Robert Malenka, MD, PhD, lo studente laureato Lief Fenno, gli studiosi post-dottorato Avishek Adhikari, PhD, Stephan Lammel, PhD, e Kay Tye, PhD (ora assistente professore al MIT), il laureato Raag Airan, MD, PhD, ora residente di radiologia alla Johns Hopkins, e l'ex assistente di ricerca Julie Mirzabekov (oggi studente di medicina alla UCSF).

Lo studio è stato finanziato dalla Simons Foundation Autism Research Initiative, dal National Institute of Mental Health, dal National Institute on Drug Abuse, da una Stanford Bio-X fellowship, dalla Gatsby Charitable Foundation, dal Wiegers Family Fund e dallo Stanford Center for Compassion and Altruism Research and Education.

Fonte: Bruce Goldman in Stanford University Medical Center (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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