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Identificati neuroni che calcolano come una bussola e si deteriorano presto nell'Alzheimer

Neuron compute like a compass

Sono le 17:00 quando lasci il parcheggio al lavoro, ma ti rendi conto di non avere idea di quale strada prendere per tornare a casa. Sai dove sei e in quale via c'è la tua casa, solo che non riesci a ricordare come arrivarci.


Questo è ciò che accade ai pazienti con danni ad una parte del cervello chiamata 'corteccia retrospleniale', una regione chiave coinvolta nella bussola interna dell'organo. Nonostante la sua importanza per la navigazione, i neuroni e i circuiti che usa per aiutare le persone ad andare dall'ufficio a casa sono rimasti poco studiati.


Registrando i segnali provenienti da singoli neuroni nel cervello di topo, i ricercatori dell'Università del Michigan hanno identificato uno specifico neurone eccitatorio nella corteccia retrospleniale. Le proprietà di questo neurone sono idealmente adatte per codificare informazioni relative alla direzione, per lunghi periodi di tempo, come una bussola.


“I neuroni normali nella corteccia sono bravi a codificare le informazioni direzionali solo quando muovi la testa, ma cosa succede quando la testa è ferma? Devi comunque sapere quale direzione hai davanti, così da usare queste informazioni per pianificare il percorso“, ha detto Omar Ahmed, assistente professore di psicologia, neuroscienze e ingegneria biomedica, e autore senior dello studio pubblicato su Cell Reports. “Idealmente hai bisogno di un altro tipo di neurone, uno in grado di codificare in modo continuo l'orientamento per lunghe durate [di tempo] anche quando la testa non è in movimento”.


I neuroni eccitatori tipici rallentano la comunicazione (il 'firing', gli spari) piuttosto rapidamente. Al contrario, i neuroni appena identificati possono continuare a sparare i loro segnali a frequenze elevate per periodi prolungati di tempo; sono persistenti e veloci.


Una seconda differenza risiede nella loro capacità di rispondere agli stimoli: questi neuroni unici, chiamati 'neuroni a bassa reobase' (low rheobase neurons) sono ipereccitabili, cioè hanno bisogno di poco stimolo per attivarsi.


“Un nome semplice per questo neurone, piccolo ma tenace, come suggerito da un mio compagno di classe, potrebbe essere ‘The Little Neuron That Could', il piccolo neurone che ci riuscì (*)”, ha detto Ellen Brennan, la dottoranda che ha identificato questi neuroni unici. “È il nome perfetto perché evidenzia la persistenza che li rende perfettamente adatti a codificare con costanza la direzione. In confronto, gli altri neuroni eccitatori tipici qui sono lenti e testardi”.


“Quindi la domanda era, questi neuroni a bassa reobase possono elaborare le informazioni direzionali meglio dei neuroni eccitatori tipici?”, ha detto Shyam Sudhakar, post-dottorato del laboratorio di Ahmed che ha creato modelli di computer di questi neuroni per dimostrare che la risposta è “sì”.


“È importante per il mio cervello sapere quando cambio direzione, ma non va bene che tutto il mio cervello rilevi quel cambio", ha detto Brennan. “Una bussola deve sempre sapere da che parte è il nord. Non sarebbe utile senza quel senso persistente di direzione. Questo è esattamente ciò che i neuroni a bassa reobase possono fornire”.


Il laboratorio di Ahmed è ora focalizzato sulla comprensione di come questi neuroni unici sono alterati nei topi modello di Alzheimer:

“La corteccia retrospleniale è fondamentale per l'orientamento spaziale, ma è una delle prime regioni del cervello a mostrare un'attività disfunzionale nei pazienti di Alzheimer. Questo è probabilmente il motivo per cui la stragrande maggioranza dei malati di Alzheimer soffre di disorientamento spaziale e si perde facilmente, perché le loro cellule retrospleniali non funzionano come dovrebbero.

“Comprendendo come le cellule retrospleniali codificano le informazioni di tipo bussola, nel cervello sano e in quello di Alzheimer, speriamo di iniziare a lavorare verso nuove terapie”.

 

 

(*) parafrasi del titolo di un libro, 'The Little Boy That Could' (Il ragazzino che ci riuscì) o della fiaba 'The Little Engine That Could' (la piccola macchina/motore che ci riuscì).

 

 

 

 


Fonte: University of Michigan (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Ellen Brennan, Shyam Kumar Sudhakar, Izabela Jedrasiak-Cape, Tibin John, Omar Ahmed. Hyperexcitable Neurons Enable Precise and Persistent Information Encoding in the Superficial Retrosplenial Cortex. Cell Reports, 4 Feb 2020, DOI

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