RICAMBIO DELLE SPINE
PER LA PLASTICITA’ CORTICALE
La capacità di riorganizzazione plastica della corteccia cerebrale è ben nota ed è ormai nozione neurobiologica classica che i territori di competenza corticale dei singoli segmenti corporei possono andare incontro a cambiamenti rilevanti nell’animale adulto, per effetto di una variazione di stato (amputazione, patologia)[1] o di esperienza (attività/inattività)[2], in seguito alle quali si determina un nuovo profilo dei confini somatotopici (si veda su questo argomento, nella sezione IN CORSO, “L’ARTO FANTASMA” al paragrafo dal titolo “Plasticità corticale e modificabilità della matrice”).
Non è altrettanto noto quanto accade al livello del singolo neurone, e quanta parte possano avere i cambiamenti strutturali e funzionali delle singole cellule nervose nel riassetto della fisiologia corticale. Hübener e i suoi colleghi del Max Planck Institute of Neurobiology di Martinsried (Germania) hanno osservato un massiccio ricambio delle spine dendritiche durante la riorganizzazione funzionale della corteccia visiva seguita a lesioni focali della retina (Keck T., et al. Massive restructuring of neuronal circuits during functional reorganization of adult visual cortex. Nature Neuroscience 11 (10), 1162-1167, 2008).
Prodotta in animali da esperimento una lesione focale della retina, a distanza di due mesi i ricercatori hanno realizzato una mappa dei neuroni della corteccia visiva dell’emisfero controlaterale rispondenti a stimoli agenti in parti diverse del campo visivo. Come era lecito attendersi, si rilevava una perdita di responsività nella regione corticale che precedentemente riceveva impulsi dalle cellule ora danneggiate (la zona di proiezione della lesione); una mancanza di risposta rilevata immediatamente dopo il danno e seguita da un graduale incremento dell’attività per stimoli agenti su parti adiacenti del campo visivo.
Per monitorare i cambiamenti strutturali che accompagnavano questo recupero, il team tedesco ha osservato la corteccia mediante long term two photon imaging attraverso finestre aperte nel cranio di topi esprimenti nei neuroni una proteina fluorescente. Focalizzando i dendriti apicali di neuroni piramidali del V strato della corteccia, i ricercatori hanno visto una drammatica riorganizzazione al livello delle spine dendritiche.
Il ricambio delle spine era aumentato di 3,5 volte nella zona di proiezione della lesione e, entro 2 mesi, il 91% delle spine originarie era perduto e rimpiazzato da estroflessioni neoformate. L’entità della sostituzione delle spine dendritiche nei singoli animali risultava proporzionale al grado di recupero funzionale.
Per determinare se il ricambio delle spine riflettesse il processo di riorganizzazione funzionale o fosse la semplice conseguenza della perdita di input, i ricercatori hanno condotto un terribile esperimento, nel quale hanno distrutto completamente le retine di entrambi gli occhi dei roditori, così da eliminare del tutto l’input retinico alla corteccia. In queste condizioni non è stato osservato alcun recupero funzionale e il ricambio delle spine dendritiche è apparso molto più basso che nei topi con lesioni focali. Ciò indicava che la ridotta attività retinica da sola non è causa dei cambiamenti strutturali osservati con le lesioni focali.
Un’ulteriore conferma dell’importanza delle nuove spine per la riorganizzazione funzionale, viene dal rilievo che i nuovi processi dendritici formati nella zona di proiezione della lesione di animali con danno focale, avevano una maggiore probabilità di essere stabilizzati e conservati (almeno per i due mesi in cui sono stati osservati) di quelli formati nei topi di controllo.
Questi risultati indicano che i cambiamenti morfo-funzionali della corteccia seguiti a modificazioni dell’input sensoriale, sono con elevata probabilità il prodotto di un processo di riorganizzazione sinaptica che interessa in modo massiccio le spine dendritiche dei neuroni piramidali. Se questi risultati saranno confermati, la ricerca potrà indirizzare i suoi sforzi al tentativo di determinare i fattori responsabili della regolazione del processo di aggiunta o perdita di spine.
L’autrice
della nota ringrazia la dottoressa Floriani per la correzione della bozza.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
[1] Classico l’esperimento di Merzenich, in cui l’amputazione
del dito medio di una scimmia portava, nel giro di qualche mese, i neuroni
corticali corrispondenti a rispondere a stimoli provenienti dall’anulare e dall’indice.
[2] Ad esempio, in un esperimento pionieristico, l’Aoto, una
scimmia del Nuovo Mondo, a lungo esercitata a far girare una ruota con tre
dita, mostrava l’espansione dell’area corticale corrispondente alle dita
esercitate.