Variazioni in sinapsi corticali che migliorano la percezione
NICOLE CARDON
NOTE
E NOTIZIE - Anno X – 15 dicembre 2012.
Testi pubblicati sul sito
www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind
& Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a
fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta
settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in
corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento rientra negli
oggetti di studio dei soci componenti lo staff
dei recensori della Commissione
Scientifica della Società.
[Tipologia del testo:
RECENSIONE]
In molte scuole mediche e biologiche del nostro
paese si trascura lo studio della percezione e accade che, le poche nozioni
acquisite, siano presto dimenticate. Per questa ragione, mi sono permessa di
far precedere, alla recensione di un lavoro su modificazioni di sinapsi
corticali che migliorano l’analisi uditiva, un breve compendio introduttivo
alla neurofisiologia percettiva[1].
Già gli antichi Greci avevano riconosciuto il ruolo di fondamento dell’esperienza umana alla possibilità di sentire, conoscere e riconoscere il mondo grazie alla percezione, che Aristotele aveva declinato nei cinque sensi: vista, udito, tatto, gusto e odorato. Nella visione scientifica attuale chiamiamo esopercezione quella consentita da queste modalità sensoriali definite esterocettive, ed endopercezione quella relativa alle sensazioni che provengono dal nostro corpo, in gran parte costituite da informazioni dette viscerali perché generate nelle sedi anatomiche degli organi interni. Ai cinque sensi dell’antichità classica la neurofisiologia ha aggiunto la propriocezione (sensazione somatica del corpo relativa alla sua postura, così come alla posizione e al movimento degli arti e di ogni sua parte; include il riconoscimento delle vibrazioni); l’equilibrio e le altre percezioni vestibolari, quali l’accelerazione lineare e angolare nella loro direzione e intensità; il dolore (nelle sue componenti somatiche e viscerali) e il prurito.
Il criterio scientifico fonda la modalità sensoriale (dei cinque sensi) o sensitiva (di tutti gli altri sensi)[2] sulla specificità dell’apparato recettoriale e trasmissivo. Su questa base il dolore non può più considerarsi, come era per gli antichi, un elemento percepito, come il colore rosso per la vista o la nota do per l’udito, ma una percezione a sé stante con ben cinque vie che ne convogliano l’informazione al cervello.
L’insieme delle cellule recettrici contenute negli organi di senso o nei tessuti, delle vie nervose (fasci di assoni) che trasmettono i loro impulsi diretti al cervello e dei centri che li elaborano, costituiscono i sistemi sensoriali, la cui fisiologia consente di definire i quattro caratteri elementari dello stimolo: modalità, localizzazione, intensità e durata. La sensazione nasce quando uno stimolo appropriato interagisce con specifiche cellule recettoriali che generano dei segnali elettrici depolarizzanti o iperpolarizzanti chiamati potenziali recettoriali. Le cellule recettoriali sono specializzate in forme di energia elettromagnetica, chimica, meccanica e termica, che traducono in segnali nervosi secondo un codice sensoriale. La localizzazione e le dimensioni spaziali di uno stimolo sono convogliati attraverso il campo recettivo, ossia la precisa area del dominio sensoriale in cui la stimolazione attiva il recettore.
L’elaborazione dello stimolo avviene inizialmente in successione temporale o, come si suole dire, in serie (midollo spinale-tronco encefalico-talamo-corteccia) e, successivamente, in parallelo, ossia mediante la contemporanea o simultanea analisi e integrazione dell’informazione sensoriale, da parte di più sottosistemi neuronici, nella corteccia cerebrale. E’ anche rilevante un altro aspetto dell’elaborazione dell’informazione sensoriale, al quale ha dato sempre notevole rilievo la nostra scuola neuroscientifica, ossia quello dell’inferenza, che precede la singola esperienza dello stimolo, anticipando e partecipando alla decodifica sulla base di memorie della specie e del singolo individuo.
Le sinapsi e i campi recettivi della corteccia cerebrale sono entrambi dotati di plasticità, ma i cambiamenti per specifici impulsi devono essere coordinati all’interno delle reti neurali per assicurare che, l’eccitabilità e la selettività dei caratteri dello stimolo, siano appropriatamente configurate per la percezione dell’ambiente sensoriale. Come ciò avvenga è oggetto di intensi studi, ai quali ha dato un contributo significativo un lavoro che sarà pubblicato su Nature Neuroscienze e che è stato condotto da Robert C. Froemke con un gruppo di ricercatori che include Michael Merzenich (Froemke R. C., et al., Long-term modification of cortical synapses improves sensory perception. Nature Neuroscience [Epub ahead of print doi:10.1038/nn3274], 2012).
I
principali istituti di provenienza degli autori dello studio sono i
seguenti: Molecular Neurobiology Program, The Helen and Martin Kimmel Center
for Biology and Medicine at the Skirball Institute for Biomolecular Medicine,
Department of Physiology and Neuroscience, New York University School of
Medicine, New York, New York (USA); Department of Otolaryngology, New York
University School of Medicine, New York, New York (USA); Center for Neural
Science, New York University School of Medicine, New York, New York (USA); Neuroscience
Graduate Group, Department of Otolaryngology, University of California, San
Francisco, California, USA; Center for Neurosciences and Cell Biology, University
of Coimbra (Portogallo); Computer Systems Laboratory, Departments of Electrical
Engineering and Computer Science, Stanford University, Palo Alto, California
(USA); Eaton-Peabody Laboratory, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts
(USA).
I ricercatori hanno indotto incrementi e decrementi di lunga durata nella forza sinaptica di giunzioni neuroniche della corteccia uditiva primaria di ratti, accoppiando stimoli acustici con l’attivazione per stimolazione elettrica diretta del sistema neuromodulatorio del nucleo basale, l’aggregato neuronico di maggiore importanza per questo genere di processi nei roditori.
L’osservazione degli effetti di questi interventi artificiali, inducenti variazioni perduranti della forza sinaptica, ha rivelato che le modificazioni indotte nella neurotrasmissione erano approssimativamente bilanciate attraverso i singoli campi recettivi, con la conservazione dell’eccitazione media e la contemporanea riduzione della variabilità della risposta complessiva.
Questi risultati sono subito apparsi estremamente significativi a Froemke e colleghi, perché la riduzione della variabilità nella risposta complessiva crea condizioni fisiologiche che si ritiene possano accrescere e migliorare qualitativamente il rilievo e il riconoscimento di suoni, consentendo la percezione di frequenze tonali acustiche prossime al livello di soglia, o di intensità tanto inferiori a questo limite da essere risultate nelle verifiche sperimentali precedenti del tutto impercettibili. I ricercatori hanno allora messo alla prova questa possibilità in animali vivi, in corso di attività fisiologiche.
Gli esperimenti hanno confermato l’ipotesi del miglioramento nella capacità di rilevamento, in funzione del volume e del riconoscimento in relazione alla gamma tonale, con evidenti risposte comportamentali a conferma di una maggiore sensibilità acustica e di una più estesa abilità di distinzione fra tonalità non tanto dissimili.
In conclusione, modificazioni mirate di inputs diretti a neuroni corticali dell’area acustica primaria di ratti, corrispondente all’area 41 di Brodmann nel cervello umano, portano a modificazioni sinaptiche di ampia scala che determinano rilevanti effetti migliorativi nell’efficienza fisiologica della percezione sensoriale, e livelli notevolmente più elevati di quelli di base nella prestazione comportamentale dipendente dall’analisi dello stimolo acustico.
L’autrice della nota ha discusso
l’argomento col professor Giuseppe Perrella, che ringrazia anche per la
revisione del testo, e invita alla lettura degli scritti di argomento connesso che
compaiono nelle “Note e Notizie” (utilizzare il motore interno nella pagina
“CERCA” del sito).
[1] La sintesi che segue è tratta da Cardon N. & Perrella G., Appunti di neurofisiologia per i giovani soci di Brain, Mind & Life. BM&L, Firenze 2007.
[2] Per la verità, da alcuni decenni la distinzione fra sensoriale e sensitivo, tipica delle grandi scuole anatomiche europee, si è andata perdendo, soprattutto per effetto dell’uso indiscriminato, da parte dei ricercatori, del termine inglese sensorial con riferimento ad ogni tipo di percezione.