RICONCILIATE DUE TEORIE
PER IL CERVELLETTO
Il cervelletto è l’organo nervoso principale nel grande e complesso circuito che collega le aree sensitive a quelle motorie del cervello, ed interviene nella regolazione dell’apprendimento motorio, dei riflessi, della coordinazione, della temporizzazione e nell’elaborazione dei movimenti fini. La sua costante attività fornisce correzioni ed adattamenti al movimento, che sono alla base della precisione e dell’accuratezza.
Riceve informazioni sensoriali attraverso le vie spinali, trigeminali e vestibolo-cerbebellari e, mediante i nuclei pontini, dalla corteccia cerebrale e dal tetto mesencefalico. Invia fibre a tutte queste formazioni con una reciprocità funzionale che consente anelli dinamici di feedbacks ciclici che ottimizzano le prestazioni dei sotto-processi in sintesi funzionali di grande resa, come quelle che si ammirano nelle prestazioni psicomotorie lungamente esercitate[1].
La funzione regolatrice del cervelletto è riflessa in alcune particolarità anatomiche: la corteccia cerebellare contiene molti più neuroni della corteccia cerebrale, perché non presenta la varietà citologica e di organizzazione del cervello, ma ha cellule fittamente stipate con poche varianti tipologiche, ossia in maggioranza piccoli granuli densamente aggregati secondo schemi così stereotipati da essere pressoché identici in ogni area.
Recentemente molte osservazioni hanno dimostrato che le funzioni regolatrici del cervelletto non si limitano all’attività senso-motoria e al linguaggio, ma intervengono in un gran numero di funzioni, dalla discriminazione acustica al sonno (si veda in Intervista a Giuseppe Perrella, Presidente della Società Nazionale di Neuroscienze BM&L-Italia).
Se grandi passi in avanti sono stati compiuti nell’interpretazione del ruolo fisiologico svolto in generale da questa voluminosa struttura dell’encefalo per molto tempo considerata solo una centrale di regolazione posturale e motoria, poco ancora si sa dei processi neurali che specificamente caratterizzano le attività delle sue componenti. In particolare, due teorie sulle fibre rampicanti attribuiscono loro due ruoli diversi: l’una una funzione nel timing dei processi regolati, l’altra un ruolo nell’apprendimento.
Mathy e collaboratori del Wolfson Institute for Biomedical Research, Department of Neuroscience, Physiology and Pharmacology, University College of London, hanno dimostrato che le fibre rampicanti possono generare scariche di potenziali d’azione che sono in grado sia di codificare oscillazioni olivari sotto-soglia, sia di influenzare la plasticità delle sinapsi delle fibre parallele cerebellari, indicando che l’input dal nucleo olivare inferiore può costituire la base sia per la funzione di temporizzazione, sia per quella di apprendimento del cervelletto (Mathy A., et al. Encoding of oscillations by axonal bursts in inferior olive neurons. Neuron 62, 388-399, 2009).
Ricordiamo che il nucleo olivare inferiore fornisce il suo input ai neuroni di Purkinje del cervelletto attraverso le fibre rampicanti. Per identificare le informazioni trasmesse da queste fibre olivo-cerebellari i ricercatori hanno disposto registrazioni simultanee col metodo del patch-clamping dal soma e dagli assoni dei neuroni olivari in sezioni sottili di tronco encefalico di ratto. E’ emerso che un singolo potenziale d’azione registrato al soma, seguito da una afterdepolarization, è convertito nell’assone in una scarica di potenziali d’azione.
Dopo aver rilevato ciò, i ricercatori si sono chiesti se la caratteristica oscillazione sottosoglia del potenziale di membrana nei neuroni olivari influenzi le scariche assoniche. Allo scopo di dare una risposta a questo interrogativo, Mathy e colleghi hanno generato oscillazioni erogando correnti sinusoidali e poi innescando potenziali d’azione attraverso la stimolazione sinaptica nelle diverse fasi del periodo oscillatorio. Il numero di picchi in ciascuna scarica assonica dipendeva dalla fase del ciclo oscillatorio alla quale si aveva l’impulso sinaptico, mentre il tempo fra i picchi nell’ambito di una scarica era altamente riproducibile fra le prove. Per stabilire se le scariche assoniche delle fibre rampicanti sono trasmesse alle loro cellule di Purkinje-bersaglio, i ricercatori hanno registrato le correnti post-sinaptiche eccitatorie (EPSC) dalle cellule di Purkinje in vivo. Le EPSC spontanee mediate dalle fibre rampicanti sono state misurate nelle cellule di Purkinje e, in metà delle registrazioni, le EPSC iniziali erano seguite da una scarica di più di tre EPSC. I tempi delle EPSC in una scarica erano altamente riproducibili ed apparivano simili ai tempi delle scariche di picchi osservati negli assoni dei neuroni olivari, suggerendo che le scariche erano trasmesse dalle fibre rampicanti ai neuroni di Purkinje.
Per indagare le conseguenze di questa trasmissione di scarica, i ricercatori hanno registrato, in sezioni sottili di encefalo, l’attività elettrica del corpo cellulare e dei dendriti delle cellule di Purkinje mentre le fibre rampicanti erano sottoposte a stimolazione. Il numero di picchi nella caratteristica risposta “complex-spike” registrata in corrispondenza del corpo delle cellule di Purkinje, corrispondeva al numero di stimoli delle fibre rampicanti. Questi esiti indicano che le scariche delle fibre rampicanti influenzano il pattern di scarica delle cellule di Purkinje e, probabilmente, contribuiscono alla temporizzazione motoria.
Le sinapsi fra le fibre parallele e le cellule di Purkinje possono andare incontro a depressione di lungo termine (LTD, da long-term depression) quando l’input delle fibre parallele coincide con quello delle fibre rampicanti, ma gli autori si sono chiesti se le scariche delle fibre rampicanti hanno in ciò un ruolo particolare. Allora Mathy e colleghi hanno accoppiato la stimolazione della fibra parallela, sia con lo stimolo di una singola fibra rampicante che con una scarica di stimoli, e hanno accertato che soltanto la seconda modalità induceva sicuramente LTD. In più, le scariche di fibre rampicanti accentuavano la plasticità di breve termine di queste sinapsi, con il numero di stimoli della scarica correlato al grado di soppressione delle fibre parallele.
L’aver scoperto che le fibre rampicanti possono generare scariche graduate di potenziali d’azione suggerisce che i segnali provenienti dal nucleo olivare inferiore non sono limitati ad un “tutto o nulla” come si è ritenuto finora e, dunque, veicolano un’informazione molto più specifica e complessa di quanto si sia ritenuto fino ad oggi. Inoltre, i dati mostrano che queste scariche potrebbero codificare sia un segnale temporale che un segnale di apprendimento, così integrando le due maggiori teorie della funzione delle fibre rampicanti.
L’autrice
della nota, che invita i visitatori del sito a cercare nelle “NOTE E NOTIZIE”
le numerose recensioni di argomento connesso, ringrazia la dottoressa Isabella
Floriani per la correzione della bozza.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]