LA STD SINAPTICA
MOLTIPLICA IL GUADAGNO
Il potenziamento e la depressione di lungo termine (LTP, LTD) sono processi ben noti e studiati come base della memoria cellulare, mentre la depressione di breve termine (STD) ha un profilo ancora scarsamente definito nel quadro delle attuali conoscenze. Un lavoro recente di Silver e colleghi del Department of Neuroscience, Physiology and Pharmacology, University College of London, sembra però aver accertato un ruolo molto interessante per la STD (Rothman J. S., et al. Synaptic depression enables neuronal gain control. Nature 457, 1015-1018, 2009).
La frequenza di scarica di un neurone è il risultato dell’integrazione di inputs sinaptici e modulatori. Si ritiene, sulla base di numerosi studi sperimentali e teorici, che i neuroni elaborino gli inputs sinaptici sia sommandone che moltiplicandone gli effetti, e che gli inputs modulatori agiscano modificando la sensibilità del neurone agli stimoli sinaptici in entrata. Tale modulazione determina una variazione dell’entità dell’effetto derivante dalla relazione input/output (gain).
Sono stati descritti meccanismi per questo tipo di modulazione (gain modulation, GM) basati sul “rumore sinaptico”[1] e richiedenti particolari condizioni per operare, ma fino ad oggi non è stata documentata l’esistenza di un meccanismo più generale ed indipendente dal rumore sinaptico stesso. Silver e i suoi collaboratori hanno fornito evidenze che la GM può verificarsi quando la STD è presente nelle sinapsi eccitatorie.
I ricercatori hanno impiegato preparati di cervelletto di ratto per studiare la GM nei granuli cerebellari. Queste cellule sono parte di un sistema semplice e completo allo stesso tempo, il cui schema funzionale costituisce un modello ideale per lo studio dell’integrazione dei segnali: ciascun granulo riceve dalle fibre muscoidi quattro inputs eccitatori indipendenti ed un flusso inibitorio della conduttanza proveniente dalle cellule di Golgi.
I ricercatori hanno verificato sperimentalmente come la relazione input/output è influenzata dall’inibizione in presenza e in assenza di STD.
I risultati sono molto chiari: quando l’eccitazione era mediata da conduttanza sinaptica che non presentava STP, l’inibizione operava con un processo addizionale, quando era presente la STP, la relazione input/output era di tipo scalare.
Gli esiti della sperimentazione indicano che la STD introduce un elemento funzionale non lineare nel rapporto fra stimoli in entrata e in uscita, e in tal modo realizza la GM.
I ricercatori si sono chiesti se la STD operi con lo stesso ruolo in altri sistemi cellulari e, in particolare, in neuroni dalla struttura complessa. Per una prima verifica di questa possibilità, hanno allestito modelli sperimentali delle funzioni di neuroni piramidali del V strato della corteccia cerebrale (strato delle cellule piramidali interne)[2].
In queste cellule, con grandi e complesse arborizzazioni dendritiche, si è ugualmente rilevato che, in presenza di STD, il segnale in entrata poteva essere elaborato in forma moltiplicativa, mentre in assenza della depressione di breve durata gli effetti degli stimoli potevano soltanto essere sommati.
In conclusione, sembra dunque che la non-linearità introdotta dalla STD nella segnalazione eccitatoria sia in grado di trasformare le operazioni di somma in moltiplicazioni, non solo nei granuli del cervelletto, ma anche nelle cellule piramidali della corteccia, perciò è lecito ipotizzare che questa modalità di modulazione costituisca un meccanismo generale presente in tutti i sotto-sistemi encefalo-spinali.
Ulteriori verifiche sperimentali consentiranno di determinare la portata di questa scoperta.
L’autrice
della nota ringrazia la dottoressa Floriani per la correzione della bozza.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
[1] L’espressione, in uso da lungo tempo in elettrofisiologia,
è intesa nella comune accezione che ha in fisica il termine “rumore” nella
coppia di opposti segnale/rumore.
[2] Ai neuroni di questa lamina corticale si attribuiscono
importanti funzioni, incluse attività alla base della coscienza. Ricordiamo gli
strati che costituiscono la corteccia omotipica: I) strato plessiforme o
molecolare, II) strato granulare esterno, III) strato delle cellule piramidali
esterne, IV) strato granulare interno, V) strato delle cellule piramidali
interne, VI) strato delle cellule polimorfe e fusiformi.