Ricerche

I colori in questa foto al microscopio di un cervello di moscerino della frutta mostrano diversi tipi di neuroni e le cellule che li circondano nel cervello. Fonte: Sarah DeGenova Ackerman, CC BY-ND

La neuroplasticità, la capacità dei neuroni di cambiare la loro struttura e la loro funzione in risposta alle esperienze, può essere accesa e spenta dalle cellule che circondano i neuroni nel cervello, secondo un nuovo studio sui moscerini della frutta di cui sono stata prima co-autrice.

Invecchiando, i neuroni delle larve del moscerino della frutta si spostano da uno stato altamente adattabile a uno stabile e perdono la capacità di cambiare. Durante questo processo, le cellule di supporto nel cervello (astrociti) avvolgono le parti del neurone che inviano e ricevono informazioni elettriche.

Quando il mio team ha rimosso gli astrociti, i neuroni delle larve del moscerino della frutta sono rimasti plastici più a lungo, indicando che in qualche modo gli astrociti sopprimono la capacità del neurone di cambiare. Abbiamo quindi scoperto due proteine ​​specifiche che regolano la neuroplasticità.

Perché è rilevante

Il cervello umano è costituito da miliardi di neuroni che formano collegamenti complessi l'uno con l'altro. La flessibilità in queste connessioni è un importante guidatore dell'apprendimento e della memoria, ma le cose possono andare male se [tale flessibilità] non è saldamente regolata.

Ad esempio, nelle persone, troppa plasticità nel momento sbagliato è legata a disturbi del cervello come l'epilessia e l'Alzheimer. Al contrario, livelli ridotti delle due proteine ​​di controllo della neuroplasticità che abbiamo identificato sono collegati all'aumento della suscettibilità all'autismo e alla schizofrenia.

Allo stesso modo, nei nostri moscerini della frutta, la rimozione dei freni cellulari della plasticità ha compromesso permanentemente il loro modo di muoversi. Anche se i moscerini della frutta sono ovviamente diversi dagli umani, il loro cervello funziona in modo molto simile al nostro cervello e può offrire preziose intuizioni.

Un ovvio vantaggio di scoprire l'effetto di queste proteine ​​è il potenziale di trattare alcune malattie neurologiche. Ma dal momento che la flessibilità di un neurone è strettamente legata all'apprendimento e alla memoria, in teoria, i ricercatori potrebbero essere in grado di aumentare la plasticità in modo controllato per migliorare la cognizione negli adulti. Questo potrebbe, per esempio, consentire alle persone di imparare più facilmente una nuova lingua o uno strumento musicale.

Come abbiamo fatto il lavoro

Abbiamo concentrato i nostri esperimenti su un tipo specifico di neuroni chiamati 'motoneuroni'. Questi controllano i movimenti, come strisciare e volare, dei moscerini della frutta. Per capire come gli astrociti controllavano la neuroplasticità, abbiamo usato strumenti genetici per disattivare una dopo l'altra proteine ​​specifiche negli astrociti, e quindi misuravamo l'effetto sulla struttura del motoneurone.

Abbiamo scoperto che gli astrociti e i motoneuroni comunicano l'uno con l'altro usando un paio di proteine ​​specifiche chiamate neuroligine e neurexine. Queste proteine ​​funzionano essenzialmente come un pulsante di spegnimento della plasticità dei motoneuroni.

Cosa non è ancora noto

La mia squadra ha scoperto che due proteine ​​possono controllare la neuroplasticità, ma non sappiamo come questi segnali dagli astrociti inducono i neuroni a perdere la loro capacità di cambiare.

Inoltre, i ricercatori sanno ancora molto poco del perché la neuroplasticità è così forte negli animali più giovani e relativamente debole nell'età adulta. Nel nostro studio, abbiamo mostrato che la plasticità prolungata oltre il periodo di sviluppo può a volte essere dannosa per il comportamento, ma non sappiamo ancora perché.

Cosa viene dopo

Vogliamo capire perché periodi più lunghi di neuroplasticità possono essere dannosi. I moscerini della frutta sono grandi organismi di studio per questa ricerca perché è molto facile modificare le connessioni neurali nel loro cervello. Nel prossimo progetto, speriamo di determinare come i cambiamenti nella neuroplasticità durante lo sviluppo possono portare a cambiamenti a lungo termine nel comportamento.

C'è molto altro lavoro da fare, ma la nostra ricerca è un primo passo verso trattamenti che usano gli astrociti per influenzare il modo di cambiare dei neuroni nel cervello maturo. Se i ricercatori potranno capire i meccanismi di base che controllano la neuroplasticità, saranno un passo più vicini allo sviluppo di terapie per trattare vari disturbi neurologici.