Ricerche

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Un nuovo studio eseguito da ricercatori della University of Pittsburgh (Pitt) sfida un'assunzione vecchia di decenni nelle neuroscienze, dimostrando che il cervello usa siti di trasmissione distinti - non uno singolo condiviso - per acquisire diversi tipi di plasticità. I risultati, pubblicati su Science Advances, ci fanno capire meglio come il cervello bilancia la stabilità con la flessibilità, un processo essenziale per l'apprendimento, la memoria e la salute mentale.

I neuroni comunicano con un meccanismo chiamato 'trasmissione sinaptica', per cui un neurone rilascia messaggeri chimici chiamati neurotrasmettitori da un terminale pre-sinaptico. Queste molecole attraversano un microscopico spazio vuoto chiamato 'fessura sinaptica' e si legano ai recettori di un neurone post-sinaptico vicino, innescando una risposta.

Tradizionalmente, gli scienziati credevano che trasmissioni spontanee (segnali che insorgono casualmente) e trasmissioni evocate (segnali innescati da stimoli sensoriali o esperienze) originassero da un tipo di sito sinaptico canonico e si basassero su macchinari molecolari condivisi. Usando topi modello, il team di ricerca - guidato da Oliver Schlüter, professore associato di neuroscienze - ha scoperto che il cervello usa invece siti di trasmissione sinaptici separati per effettuare la regolazione di questi due tipi di attività, ciascuno con propria linea temporale e proprie regole di sviluppo.

"Ci siamo concentrati sulla corteccia visiva primaria, in cui inizia l'elaborazione visiva corticale", ha affermato Yue Yang, associata di ricerca nel Dipartimento di Neuroscienze e prima autrice dello studio. "Ci aspettavamo che le trasmissioni sia spontanee che evocate seguissero una traiettoria simile di sviluppo, ma invece, abbiamo scoperto che divergevano dopo l'apertura degli occhi".

Quando il cervello ha iniziato a ricevere stimoli visivi, le trasmissioni evocate hanno continuato a rafforzarsi. Al contrario, le trasmissioni spontanee si sono bloccate, suggerendo che il cervello applica diverse forme di controllo alle due modalità di segnalazione. Per capire perché, i ricercatori hanno applicato una sostanza chimica che attiva recettori altrimenti silenziosi sul lato post-sinaptico. Ciò ha causato l'aumento dell'attività spontanea, mentre i segnali evocati sono rimasti invariati - una forte evidenza che i due tipi di trasmissione operano attraverso siti sinaptici funzionalmente distinti.

Questa divisione probabilmente consente al cervello di mantenere un'attività di fondo coerente attraverso la segnalazione spontanea, mentre perfeziona i percorsi comportamentalmente rilevanti attraverso l'attività evocata. Questo doppio sistema supporta sia l'omeostasi che la plasticità Hebbian, il processo dipendente dall'esperienza che rafforza le connessioni neurali durante l'apprendimento.

"I nostri risultati rivelano una strategia organizzativa chiave nel cervello", ha detto la Yang. "Separando queste due modalità di segnalazione, il cervello può rimanere stabile pur essendo abbastanza flessibile da adattarsi e imparare".

Le implicazioni potrebbero essere ampie. Le anomalie nella segnalazione sinaptica sono state collegate a condizioni come l'autismo, l'Alzheimer e i disturbi da uso di sostanze. Una migliore comprensione di come operano questi sistemi nel cervello sano può aiutare i ricercatori a identificare come si corrompono nella malattia.

"Apprendere come il cervello di norma separa e regola diversi tipi di segnali ci avvicina a capire ciò che potrebbe andare storto nelle condizioni neurologiche e psichiatriche", ha detto Yang.