Dal Nobel Institute nuove acquisizioni sul controllo del movimento

 

 

ROBERTO COLONNA

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XII – 22 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 locomozione sul pianeta terra obbedisce a delle regole di base che accomunano tutte le specie animali e, pertanto, rimane un oggetto di studio privilegiato negli animali più semplici per la soluzione degli enigmi ancora irrisolti nella fisiologia del movimento. In molte specie vertebrate e invertebrate sono stati descritti comandi motori discendenti fasicamente modulati in sincronia con movimenti ritmici. Il ruolo fisiologico di questa modulazione è stato oggetto di numerosi studi, ma è rimasto enigmatico.

Alexander Kozlov e colleghi del Nobel Institute for Neurophysiology hanno compreso il modo in cui la modulazione fasica delle vie discendenti da parte del generatore centrale di movimento del midollo spinale consente una funzione ottimale di guida direzionale dell’attività locomotoria senza bisogno di regolatori (Kaufman M. T., et al., cortical activity in the null space: permitting preparation without movement. Proceedings of the National Academy of Sciences USA  – Epub ahead of print doi: 10.1073/pnas.1401459111, 2014).

La provenienza degli autori dello studio è la seguente: Nobel Institute for Neurophysiology, Department of Neuroscience, Karolinska Institutet, Stockholm (Svezia); School of Computer Science and Communication, Royal Institute of Technology, Stockholm (Svezia).

Il controllo neurale dei movimenti negli animali vertebrati è basato su un insieme di moduli, come le reti del generatore centrale di movimento (CPG, da central pattern generator networks) del midollo spinale che coordinano la locomozione. Un aspetto di fondamentale importanza è che il feedback sensoriale non è necessario alle reti del CPG per generare il pattern di movimento appropriato, così come non sembra sia indispensabile un controllo dettagliato da parte dei centri cerebrali di più alto livello funzionale.

I neuroni reticolospinali del tronco encefalico sono in grado sia di attivare la rete locomotoria, sia di convogliare segnali provenienti dalle formazioni cerebrali situate ad un livello più elevato della gerarchia di controllo funzionale come, ad esempio, la segnalazione che comanda di svoltare a destra o a sinistra, determinando l’orientamento direzionale della marcia o del nuoto dell’animale. Tali segnali di guida della direzione provengono, in genere, dal tetto ottico, corrispondente al collicolo superiore della nostra lamina quadrigemina. Un incremento tonico della conduzione eccitatoria di fondo dei neuroni reticolospinali sarebbe sufficiente a produrre nell’animale un’attività locomotoria ben coordinata. Numerose osservazioni hanno documentato che, sia nei vertebrati sia negli invertebrati, i sistemi discendenti sono inoltre fasicamente modulati a causa del feedback derivante dall’attività in corso del CPG.

Tanto premesso, i ricercatori dell’Istituto dedicato ad Alfred Nobel, hanno usato la lampreda come modello per indagare il ruolo di questa modulazione fasica dell’attività reticolo-spinale, perché le reti neuroniche del tronco encefalico e del midollo spinale, in questo vertebrato filogeneticamente antico ma modello neurofunzionale delle specie più recenti, sono conosciute fino al livello del singolo neurone. Per questi esperimenti è stato impiegato un modello computazionale di grande scala e biofisicamente dettagliato della rete “tronco encefalico-midollo spinale” della lampreda. In particolare, la simulazione era costituita da 19.600 modelli di cellule nervose con 648.800 giunzioni sinaptiche.

Kozlov e colleghi hanno descritto come la modulazione fasica dell’attività reticolo-spinale da parte del CPG assicuri comandi affidabili di svolta e cambio di direzione senza bisogno di una precisa temporizzazione di on (continua) o offset (devia).

Per verificare che la rete neurale simulata possa controllare i movimenti del corpo, inclusi i cambi di direzione, l’attività spinale è stata trasmessa ad un fedele modello meccanico del nuoto della lampreda, realizzato presso il Royal Institute of Technology di Stoccolma. Le simulazioni hanno anche consentito di prevedere che, in contrasto con le cellule nervose reticolospinali, i neuroni tettali responsabili dei comandi che determinano il tenere una rotta o effettuare un cambio direzionale, devono avere proprietà adattative a frequenza minimale; tale previsione è stata confermata sperimentalmente.

 

L’autore della nota invita alla lettura di tutte le recensioni di lavori di argomento connesso che appaiono nella sezione “Note e Notizie” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Roberto Colonna

BM&L-22 febbraio 2014

www.brainmindlife.org