Codifica specifica dei subcircuiti dei nuclei
della base
DIANE RICHMOND
NOTE
E NOTIZIE - Anno XII – 08 febbraio 2014.
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]
La fisiologia dei nuclei della base encefalica o gangli basali (basal ganglia), come spesso li si denomina[1], è da molto tempo oggetto di studi, e i numerosi e concordanti risultati ottenuti negli anni recenti, hanno portato a definire degli schemi di connessione e dei modelli di funzionamento universalmente accettati, soprattutto per ciò che concerne il controllo del movimento e delle azioni finalizzate. Sebbene l’efficacia razionale e la coerenza logica nel descrivere fisiologia e patologia, abbiano fatto di tali modelli un argomento di insegnamento costante in neuroscienze e in neurologia, non sono pochi i ricercatori che ne sono insoddisfatti o che ne abbiano rilevato i limiti; pertanto la ricerca prosegue, nel tentativo di identificare le basi reali dei processi che consentono ogni segmento dell’azione ed ogni aspetto della sua regolazione.
L’abilità del nostro sistema nervoso centrale di utilizzare blocchi funzionali predisposti, sia per l’esecuzione di azioni, sia per l’apprendimento, sembra avere nell’attività dei circuiti dei nuclei della base un’applicazione esemplare, ma il criterio di lettura della fisiologia “per blocchi” rimane chiuso in se stesso, non si presta ad analisi e, in un certo senso, obbliga ad accontentarsi di sapere come sono gestite le componenti principali di un insieme. Per questa ragione, è rimasto fino ad oggi in gran parte ignoto il modo in cui, al livello neurale, i singoli elementi sono concatenati per formare sequenze comportamentali.
Rui M. Costa, Xin Jin e Fatuel Tecuapetla, registrando neuroni delle vie diretta e indiretta dei nuclei della base, così come cellule nervose la cui scarica riflette l’avvio e l’arresto di una sequenza, hanno definito l’attività neurale che codifica, rispettivamente, singoli atti e intere sequenze. I risultati di questo studio, considerati dagli autori una vera e propria scoperta, costituiscono un primo passo verso una conoscenza nuova e molto più dettagliata degli automatismi cortico-basali (Jin X., et al., Basal ganglia subcircuits distinctively encode the parsing and concatenation of action sequences. Nature Neuroscience – Epub ahead of print doi: 10.1038/nn.3632, 2014).
La provenienza degli autori dello studio è la seguente: Laboratory for Integrative Neuroscience, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland (USA); Molecular Neurobiology Laboratory, The Salk Institute or Biological Studies, La Jolla, California (USA); Champalimaud Neuroscience Program at Center for the Unknown, Lisbon (Portogallo).
In realtà, i processi di chunking, ossia di gestione di blocchi funzionali, consentono all’encefalo umano di raggiungere alti livelli di efficienza ed efficacia nell’organizzazione delle memorie e nell’esecuzione delle azioni. Per tale motivo, l’identificazione dei sistemi neuronici facenti capo prevalentemente alle formazioni grigie del cosiddetto nucleo striato dei gangli basali come sostrato dell’action chunking, ha consentito di dare risposta a vari quesiti neurofunzionali. Fino ad oggi, però, non si era riuscito a stabilire un chiaro correlato neurofunzionale o un vero e proprio codice dei segmenti elementari e delle sequenze di processi che portano alle manifestazioni comportamentali osservabili.
Rui Costa e i suoi due colleghi hanno impiegato un compito sperimentale che induceva nei topi l’apprendimento di sequenze di azioni rapide ed hanno indagato, nei sub-circuiti dei nuclei della base encefalica, l’attività neuronica corrispondente a singole azioni ed intere sequenze. In tal modo, hanno riconosciuto neuroni la cui accensione era strettamente correlata all’attività di avvio/arresto (start/stop activity) che segnalava la segmentazione della sequenza. Hanno poi registrato cellule nervose che presentavano attività sostenuta o inibizione protratta, durante tutto l’arco temporale di esecuzione di una sequenza motoria. Interessante l’analisi dei dati: questa attività sostenuta presentava covarianza con la frequenza di esecuzione degli elementi individuali di una intera sequenza, fornendo così una chiara evidenza di concatenazione motoria.
Un altro aspetto rilevante di questo studio riguarda la fisiologia delle due vie dei “gangli basali”, comunemente dette via diretta e via indiretta. Durante l’inizio della sequenza, i ricercatori hanno registrato che le due vie erano concomitantemente attive, ma, durante la prestazione esecutiva della sequenza, l’osservazione ha fatto registrare un’organizzazione funzionale di questi circuiti molto più complessa di quanto in precedenza postulato.
E’ indubbio che i risultati emersi da questo studio, per i cui dettagli si rimanda al testo del lavoro originale, costituiscono un rilevante contributo alla conoscenza neuroscientifica in questo campo, ed avranno importanti implicazioni per la comprensione analitica dell’organizzazione funzionale dei sottosistemi dei nuclei della base durante l’apprendimento e l’esecuzione di sequenze di atti motori coordinati.
L’autrice della nota, che
ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la collaborazione nella redazione
del testo in lingua italiana, invita alla lettura delle recensioni di argomento
connesso che compaiono sul sito (utilizzare il motore interno nella pagina
“CERCA”).
[1] La denominazione impropria di gangli basali per indicare i nuclei della base telencefalica (non si tratta di “gangli” in senso anatomico, ovviamente) ha ormai una lunga tradizione in anatomia comparata e in neurofisiologia, dove l’uso fu introdotto dall’embriologia. In specie filogeneticamente meno evolute della nostra sono ascritti ai “gangli della base” dei sistemi, come quello dopaminergico nigro-striatale, che nel nostro sistema nervoso centrale va dal mesencefalo (substantia nigra) al telencefalo (formazioni del corpo striato). Un’illustrazione interessante e approfondita della questione si trova nelle note a piede di pagina di Note e Notizie 09-03-13 Attività corticale esplosiva e plasticità vocale indotte dai nuclei della base.