LA GENESI DEL RITMO CHE
CONSENTE LA LOCOMOZIONE
Giuseppe Perrella, presidente della Società Nazionale di Neuroscienze, parla frequentemente di generatori centrali di configurazioni del movimento, citando Grillner (1975), Gallistel (1980), Getting e Dekin (1985), ricapitolando le teorie di Bernstein secondo Kelso e Tuller (1984), e rifacendosi agli studi di Georgopoulos (1986), sia in funzione dell’illustrazione della teoria della selezione dei gruppi neuronici, sia a sostegno delle sue ipotesi circa l’origine dell’organizzazione funzionale del nostro sistema nervoso centrale. Ascoltandolo, chi scrive, come tanti altri soci che negli anni recenti hanno seguito i seminari e gli incontri di approfondimento della sezione “BRAIN”, ha acquisito così grande familiarità con il concetto di “generatore centrale di configurazioni” -ancora ignorato in molti corsi universitari italiani- da aver quasi dimenticato che si sa ancora poco dell’anatomia funzionale di tali sistemi neuronici.
I central
patterns generators (CPG) sono reti di neuroni che scaricano ritmicamente
nel midollo spinale, agendo da conduttori del comportamento locomotorio; non si
conosce ancora l’organizzazione funzionale che consente a questi circuiti di
generare scariche ritmiche di attività che esitano nella coordinazione
muscolare flessori/estensori e destra/sinistra, ma due lavori, recentemente
pubblicati sulla rivista Neuron,
forniscono nuovi elementi sulla partecipazione a questa funzione da parte di
due distinte popolazioni di interneuroni del midollo spinale (Crone S. A., et al. Genetic ablation of V2a
ipsilateral interneurons disrupts left-right locomotor coordination in
mammalian spinal cord. Neuron
60, 70-83, 2008; Zhang Y., et al. V3 spinal neurons
establish a robust and balanced locomotor rhythm during walking. Neuron
60, 84-96, 2008).
Precedenti lavori avevano dimostrato che due gruppi di interneuroni, definiti in termini di sviluppo neuroni V0 e V1, sono implicati nell’alternare scariche di attività tra i neuroni motori che innervano i muscoli degli arti posteriori destro e sinistro, e nella regolazione della velocità dell’output locomotorio. Ora Crone e colleghi, e Zhang e i suoi collaboratori, hanno ampliato il quadro riportando il contributo di altri due tipi di interneuroni del midollo spinale ventrale: V2a e V3.
Il gruppo di ricerca di Crone, presso il Department of Neurobiology at University of Chicago, ha studiato i neuroni internuciali V2a, che sono cellule nervose con funzione eccitatoria glutammatergica esercitata mediante sinapsi ipsilaterali, ossia formate con neuroni siti nello stesso antimero. I ricercatori hanno prodotto un’ablazione genetica selettiva di questi interneuroni nel topo, per ricavare elementi sul loro ruolo funzionale dai conseguenti difetti funzionali.
I roditori, privi dell’azione dei V2a, manifestavano alterazioni del ritmo locomotorio, per accresciuta variabilità dell’ampiezza e della frequenza delle scariche. Più in dettaglio, è stata rilevata la rottura della normale alternanza di scarica sinistra/destra e la compromissione dell’abilità di avviare attività simili alla deambulazione, per effetto di stimoli provenienti dal tronco encefalico e dall’afferenza sensoriale.
Lo studio delle proiezioni delle cellule V2a ha rivelato il diretto contatto con neuroni commisurali, inclusa la popolazione V0. Sulla base di questo dato morfologico e sull’esito dell’ablazione genetica, Crone e collaboratori ipotizzano che la popolazione interneuronica eccitatoria ipsilaterale V2a è responsabile, almeno in parte, della componente funzionale consistente nelle fasi di alternanza sinistra/destra, della rete CPG.
Zhang, con 11 collaboratori del Molecular Neurobiology Laboratory del Salk Institute for Biological Studies a La Jolla (California), ha studiato un’altra popolazione di interneuroni eccitatori, i V3 che, a differenza dei precedenti, proiettano all’antimero opposto.
Riducendo geneticamente l’eccitabilità di queste cellule che formano connessioni controlaterali, è risultato evidente che il loro apporto è di fondamentale importanza per la produzione di un ritmo locomotorio sostenuto e stabile. Anche l’inattivazione di questa popolazione di interneuroni risulta in patterns di attività asimmetrica sinistra/destra, ma senza alterazioni dell’alternanza dei due lati come accadeva con V2a nel caso dello studio precedente.
Quanto è emerso da questa sperimentazione, ha indotto Zhang e colleghi ad ipotizzare che le cellule V3, agendo sui neuroni eccitatori ed inibitori controlaterali, stabiliscono nell’output motorio un equilibrio fra i due antimeri del midollo spinale.
Presi insieme, questi due lavori forniscono un contributo alla conoscenza del ruolo svolto dalla neurotrasmissione eccitatoria nel configurare l’output motorio. Sebbene appaia che nessuna delle due popolazioni neuroniche sia assolutamente indispensabile per la genesi del ritmo, è possibile che gli effetti di una particolare sottopopolazione siano mascherati da variazioni compensatorie.
Il passo successivo verso la comprensione dei correlati neurali della locomozione sarà stabilire l’effettiva connettività fra i sottoinsiemi di interneuroni e i singoli pools di motoneuroni che innescano la contrazione di particolari muscoli.
L’autrice
della nota ringrazia la dottoressa Floriani per la correzione della bozza.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]