Ricerche

Davide Dulcis (centro) e i collaboratori del suo laboratorio alla UC San Diego

I cambiamenti stagionali nella luce - giorni più lunghi in estate, più corti in inverno - sono da tempo associati ai comportamenti umani, influenzando tutto, dal sonno, ai modelli alimentari, all'attività cerebrale e ormonale.

Il 'disturbo affettivo stagionale' (SAD, seasonal affective disorder) è un ottimo esempio: un tipo di depressione legata all'esposizione ridotta alla luce solare naturale, che insorge di solito durante i mesi invernali ed è più frequente alle latitudini più elevate quando sono meno le ore di luce del giorno.

La terapia con luce brillante si è dimostrata un rimedio efficace per il trattamento della SAD, oltre alle malattie come depressione grave non stagionale, depressione postpartum e disturbo bipolare, ma il modo in cui i cambiamenti stagionali nella lunghezza del giorno e nell'esposizione alla luce influiscono e alterano il cervello a livelli cellulari e dei circuiti ha lasciato in gran parte all'oscuro gli scienziati.

In un nuovo studio, pubblicato il 2 settembre 2022 su Science Advances, ricercatori dell'Università della California di San Diego hanno usato un modello di topo per chiarire un processo in cui i neuroni colpiti cambiano l'espressione dei neurotrasmettitori in risposta agli stimoli della lunghezza del giorno, innescando cambiamenti comportamentali correlati. Il lavoro è stato guidato dall'autore senior Davide Dulcis PhD, professore associato nel Dipartimento di Psichiatria e membro del Center for Circadian Biology della UC San Diego.

Nascosta all'interno dell'ipotalamo del cervello umano c'è una piccola struttura chiamata 'nucleo soprachiasmatico' (SCN), costituita da circa 20.000 neuroni, mentre il cervello umano medio ne contiene circa 86 miliardi, assieme ad altri 85 miliardi di cellule non neuronali.

L'SCN è il cronometro del corpo, che regola la maggior parte dei ritmi circadiani: cambiamenti fisici, mentali e comportamentali che seguono un ciclo di 24 ore e influenzano tutto, dal metabolismo, alla temperatura corporea, ai momenti di rilascio degli ormoni. L'SCN opera in base al segnale di celle fotosensibili specializzate nella retina, che comunicano al nostro corpo i cambiamenti della luce e la lunghezza del giorno.

Nel nuovo studio, Dulcis e colleghi descrivono come si coordinano tra loro i neuroni SCN per adattarsi a diverse lunghezze di luce del giorno, cambiando a livello cellulare e di rete. In particolare, hanno scoperto che nei topi, il cui cervello funziona in modo simile agli umani, i neuroni cambiano nel mix e nell'espressione di neurotrasmettitori chiave che, a loro volta, alterano l'attività cerebrale e i comportamenti quotidiani conseguenti.

I cambiamenti stagionali nell'esposizione alla luce hanno anche dimostrato di alterare il numero di neuroni che esprimono i neurotrasmettitori nel nucleo paraventricolare (PVN), una regione del cervello che ha ruoli essenziali nel controllo dello stress, nel metabolismo, nella crescita, nella riproduzione, nell'immunità e in altre funzioni involontarie.

"La scoperta più impressionante in questo studio è che abbiamo capito come manipolare artificialmente l'attività di neuroni SCN specifici e come indurre con successo l'espressione della dopamina all'interno della rete PVN ipotalamica", ha affermato Dulcis.

"Abbiamo rivelato nuovi adattamenti molecolari della rete SCN-PVN in risposta alla durata del giorno nella regolazione della funzione ipotalamica e nel comportamento quotidiano", ha aggiunto la prima autrice Alessandra Porcu PhD, del laboratorio di Dulcis. "Il cambio del neurotrasmettitore multi-sinaptico che abbiamo mostrato in questo studio potrebbe fornire il collegamento anatomico/funzionale, mediando i cambiamenti stagionali dell'umore e gli effetti della terapia della luce".

Gli autori affermano che i loro risultati costituiscono un nuovo meccanismo che spiega come il cervello si adatta ai cambiamenti stagionali nell'esposizione alla luce. E poiché l'adattamento si verifica all'interno dei neuroni situati esclusivamente nell'SCN, quest'ultimo rappresenta un obiettivo promettente per nuovi trattamenti per i disturbi associati a cambiamenti stagionali nell'esposizione alla luce.