Identificazione di aree funzionali nel grigio periacqueduttale umano
GIOVANNI ROSSI
NOTE
E NOTIZIE - Anno XI – 12 ottobre 2013.
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]
L’acquedotto cerebrale[1], descritto dal celebre studioso di anatomia Franz de le Boë, conosciuto con lo pseudonimo di Sylvius[2], è un canale longitudinale percorso dal fluido cefalo-rachidiano, lungo circa 15 mm e largo 1-2 mm, che pone in comunicazione il quarto ventricolo, ossia la cavità maggiore del tronco encefalico, con il terzo ventricolo o ventricolo medio, cioè la cavità impari e mediana del diencefalo. Rivestito al suo interno da ependima, l’acquedotto cerebrale è circondato da uno strato compatto di corpi e dendriti neuronici detto sostanza grigia centrale, sostanza grigia dell’acquedotto o grigio periacqueduttale.
Questo aggregato di cellule nervose, in basso si continua con quello del pavimento del quarto ventricolo, mentre in alto prosegue con la sostanza grigia del terzo ventricolo. In continuità con questa formazione vi sono i nuclei dei nervi oculari, trocleare (IV paio) ed oculomotore (III paio), e le cellule pigmentate noradrenergiche che si prolungano nel pavimento del IV ventricolo formando il locus coeruleus[3]. All’interno della sostanza grigia centrale si riconoscono due strati concentrici di fibre; quello interno contiene il nucleo di Edinger e Westphal del nervo oculomotore. Il grigio periacqueduttale include i centri viscerali del pavimento del III ventricolo[4].
Da un punto di vista funzionale, il grigio periacqueduttale è ritenuto critico per la regolazione delle funzioni vegetative sotto il controllo del sistema nervoso autonomo e per l’espressione di risposte difensive quali le reazioni di fuga, attacco e immobilizzazione (freeze). La massima parte delle acquisizioni sulla fisiologia dell’addensamento neuronico che circonda l’acquedotto cerebrale proviene da studi condotti sui roditori e sui gatti, ma ben poco si conosce dei ruoli funzionali che svolge nel nostro encefalo. Le metodiche e le procedure consentite nello studio sull’uomo si scontrano con difficoltà anatomiche quasi insuperabili, quali le dimensioni limitate e la conformazione complessa, che rendono particolarmente difficile l’acquisizione di immagini significative. Infatti, le tecniche associate alle procedure standard, non invasive, di formazione di immagini mediante risonanza magnetica (MRI), non raggiungono un grado di risoluzione e una certezza di dettaglio fisiologicamente rilevanti.
Ajay B.
Satpute e colleghi hanno messo a punto una tecnica per l’osservazione ad alta
risoluzione del grigio periacqueduttale umano, che ha consentito loro di
identificare distinte e delimitate sub-regioni
funzionali, e consentirà un salto qualitativo agli studi sulla fisiologia
umana di questa parte di materia grigia (Satpute
A. B., et al., Identification of discrete functional subregions of the human
periaqueductal gray. Proceedings of the National Academy of Sciences USA [Epub ahead of print
doi:10.1073/nn.1306095110], 2013).
La provenienza degli autori è la
seguente: Departments of Radiology and Psychiatry Athinoula Martinos Center for
Biomedical Imaging, Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School,
Charlestown, Massachusetts (USA); Department of Electrical Engineering, Ecole
Polytechinique de Montreal, Montreal (Canada); Department of Psychology and
Neuroscience, University of Colorado at Boulder, Boulder, Colorado (USA); Department
of Psychology, Northeastern University, Boston, Massachusetts (USA).
Il grigio periacqueduttale è noto anche per la presenza nella sua compagine di un sistema neuronico che, stimolato, è in grado di sopprimere la nocicezione, abolendo la percezione del dolore. Tale analgesia è profonda e selettiva: all’interno dell’area del corpo in cui non è più avvertito il dolore, tutte le altre sensazioni sono conservate, e l’animale sottoposto a questa stimolazione antalgica è perfettamente in grado di reagire specificamente al tatto, alla pressione e alla temperatura. L’analgesia da stimolazione centrale è stata sperimentata sull’uomo, ma si è dimostrata efficace nel trattamento di un numero molto limitato di sintomi dolorosi che interessano la realtà clinica.
Gli studi condotti su animali hanno rivelato che il grigio periacqueduttale del mesencefalo è organizzato in distinte sub-regioni che coordinano risposte collegate alla sopravvivenza durante condizioni che minacciano l’integrità dell’animale e, in generale, nel corso di risposte ad agenti che causano stress[5]. Ad esempio, nella tipica reazione “attacco o fuga”, un’area discreta del grigio periacqueduttale contribuisce a ridistribuire il flusso ematico, sottraendo sangue all’apparato digerente e convogliandolo verso i distretti muscolari, in particolare degli arti posteriori, che richiedono energia per sviluppare la potenza necessaria a lanciare il corpo nella dinamica dell’attacco o della fuga.
Presumendo l’esistenza di una simile organizzazione in questi aggregati neuronici dell’encefalo umano, per accertarne la struttura sono stati condotti studi mediante risonanza magnetica funzionale (fMRI), facendo affidamento sul rilievo di piccole variazioni dell’ossigenazione ematica che si producono con le modificazioni del flusso loco-regionale indotte dall’attività cerebrale. Limiti tecnologici e metodologici non hanno però consentito ai ricercatori di localizzare specifiche risposte in definite e delimitate aree della sostanza grigia aderente all’acquedotto cerebrale.
Satpute e colleghi hanno realizzato procedure tecniche di fMRI con alta intensità di campo (7-T)[6] per ottenere la rappresentazione del grigio periacqueduttale mesencefalico ad alta risoluzione (0.75 mm isotropic), condizione necessaria per dissociare il grigio periacqueduttale stesso dalle componenti dell’immagine prodotte dalla maggiore variabilità di segnale proveniente dall’interno dell’acquedotto.
Negli esperimenti sono state presentate ai soggetti volontari delle immagini in grado di generare risposte emozionali “avversive”: reazioni equivalenti a quelle evocate dagli stimoli standardizzati per la sperimentazione animale. L’attivazione indotta durante l’esperienza emotiva si localizzava in specifiche sotto-regioni del grigio periacqueduttale, individuabili sia lungo l’asse dorso-ventrale sia lungo l’asse rostro-caudale. Nella parte rostrale del grigio, l’attività era presente e confinata nelle sotto-regioni laterale e dorso-mediale. Nella parte caudale l’attività è risultata presente specificamente nella sotto-regione ventro-laterale.
Questo pattern di attività, che muta andando dalla porzione dorsale a quella ventrale e seguendo l’asse rostro-caudale del grigio periacqueduttale, riflette osservazioni neurobiologiche strutturali e funzionali in animali da esperimento. In un’analisi fattoriale, l’attività dei neuroni nelle sub-regioni laterale e ventro-laterale si raggruppava con distinte esperienze emozionali (ad esempio, ira e tristezza), suggerendo che ciascuna sub-regione partecipa a differenti circuiti funzionali.
In conclusione, si può certamente condividere quanto affermato dagli autori dello studio, ovvero che il loro lavoro introduce la risonanza magnetica funzionale ad alta intensità di campo come strumento promettente per la scoperta dell’architettura del grigio periacqueduttale, e che senza dubbio la tecnica da loro sviluppata – per i cui dettagli si rimanda alla lettura del testo del lavoro originale – potrà essere impiegata per indagare i ruoli funzionali di altre formazioni del tronco encefalico e di altre aree dell’encefalo.
L’autore della nota ringrazia il
professor Perrella, Presidente della Società Nazionale di Neuroscienze, per
aver integrato il testo con le nozioni relative alla fisiologia del grigio
periacqueduttale, e invita alla lettura delle recensioni di studi di argomento
connesso disponibili sul sito (utilizzare il motore interno nella pagina
“CERCA”).
[1] Aqueductus cerebri (I.A.N.C) o acquedotto di Silvio.
[2] Sylvius è una latinizzazione del cognome (Boë = bosco, selva). Franz de le Boë o Franciscus Sylvius (1614-1672), medico nato in Germania ma olandese di adozione, fondò il primo laboratorio chimico universitario della storia; come neuroanatomista, fra i tanti contributi, descrisse la scissura cerebrale e l’arteria cerebrale media, indicate con il genitivo eponimo.
[3] In anni recenti sono state individuate molte connessioni di questo nucleo, che lo pongono in rapporto con funzioni emozionali e con un circuito che riattiva dall’interno in forma di ansia la risposta fisiologicamente evocata dall’esterno come paura. L’anatomia classica riconosceva connessioni con il nucleo mesencefalico del trigemino, col nucleo intercalato e con il nucleo motore dorsale del vago.
[4] L’organo subcommessurale, qui presente in tutti i vertebrati, nell’uomo e in alcuni mammiferi scompare nel periodo fetale o poco dopo la nascita, negli ungulati e nei carnivori (il grigio periacqueduttale si studia frequentemente nei gatti) si conserva in età adulta. Nei vertebrati inferiori, quali i pesci, invia un lungo filamento (fibra di Reissner) che si estende per tutto il canale centrale fino all’estremità del midollo spinale. Si cita quest’organo per sottolineare le differenze strutturali fra il grigio periacqueduttale umano e quello di altri animali.
[5] Bandler R., Keay K. A., Floyd
N., Price J. (2000). Brain Res 53
(1): 95-104.
[6] Estremamente rilevante se si paragona all’intensità ordinaria di O,5 - 1 Tesla.