Ricerche

Annalisa Scimemi, prof.ssa associata, dip. Scienze Biologiche, University at Albany (Foto: Zach Durocher)

Annalisa Scimemi, prof.ssa associata dell'Università di Albany, una delle università statali di New York, lavora sull'intersezione tra neuroscienza e salute pubblica. Con un team internazionale di scienziati di biologia, informatica, neuroscienza e ingegneria, la Scimemi sta cercando per capire come i cambiamenti nell'attività cerebrale - guidati dalle malattie o dall'ora del giorno - modellano il modo in cui funziona il nostro cervello e come ci comportiamo.

"In generale, il mio laboratorio sta studiando diversi tipi di cellule e regioni cerebrali per comprendere meglio le loro singole funzioni e il modo in cui lavorano insieme per modellare la cognizione", ha detto la Scimemi. "Per fare ciò, dobbiamo capire la lingua di tali cellule, proprio come quando visitiamo un altro paese, dobbiamo comprendere la lingua locale per avere conversazioni produttive. Studiare i percorsi di comunicazione nel cervello e identificare i ruoli particolari dei neurotrasmettitori è il modo in cui stiamo imparando la lingua del cervello".

Il team della Scimemi, ospitato nel dipartimento di scienze biologiche dell'università, si concentra su due aree di ricerca principali: la progressione del morbo di Alzheimer (MA) e l'effetto dei ritmi circadiani sull'apprendimento e la memoria. Esaminando l'attività elettrica delle cellule cerebrali a livello di cellula e di circuito, il gruppo della Scimemi sta cercando i primi segni di neurodegenerazione ed esplorando come l'orologio interno del cervello modella le prestazioni cognitive.

Rilevare presto il MA

"Oggi, ci sono più di 7 milioni di persone colpite dal MA solo negli Stati Uniti", ha detto la Scimemi. "Ci aspettiamo che quei numeri crescano in modo significativo nei prossimi 25 anni. Questa malattia ha un'evoluzione spietata e sebbene dei farmaci possano aiutare a rallentare la sua progressione, non esiste una cura".

Il MA è in genere diagnosticato dopo che compaiono i deficit di memoria, quando il danno si è già diffuso in tutto il cervello. L'approccio della Scimemi punta a supportare gli strumenti per una diagnosi più precoce, concentrandosi sul periodo di iperattività cerebrale che precede il declino cognitivo.

"Proprio prima delle fasi avanzate del MA, il cervello diventa iperattivo", ha detto la Scimemi. "Questa iperattività può manifestarsi come comportamenti ripetitivi o ossessivi, nonché con una maggiore suscettibilità alle convulsioni. Sappiamo che questi schemi esistono nelle persone e i nostri studi hanno mostrato comportamenti simili nei topi. Quello che ora stiamo cercando di vedere è se questa attività cerebrale può essere rilevata attraverso i segnali elettrici".

Per studiare questo, il team della Scimemi usa topi modello geneticamente modificati per esprimere proteine ​​associate al MA. In alcuni esperimenti, rimuovono e conservano campioni di tessuto cerebrale, mantenendoli funzionali per 6/8 ore per studiare il comportamento dei neuroni vivi in ​​un ambiente controllato. Ciò consente loro di confrontare direttamente il modo in cui l'attività cerebrale differisce tra i topi sani e quelli con cambiamenti legati al MA e rilevare potenzialmente i modelli di attività elettrica iniziali che un giorno potrebbero tradursi in diagnostica umana.

"Il miglior strumento diagnostico dovrebbe essere non invasivo", ha detto la Scimemi. "Lavorando per identificare i segnali cerebrali che possiamo cogliere senza un intervento chirurgico, i nostri risultati potrebbero informare lo sviluppo di un test di rilevamento abbordabile e accessibile per il MA. Idealmente, questo dovrebbe essere facile come un esame oculistico di routine o un controllo della pressione sanguigna, per avvisare pazienti e medici dei cambiamenti sottili nella funzione cerebrale, prima che avvengano danni significativi".

Ritmi circadiani e apprendimento

Il team della Scimemi sta anche studiando come i ritmi circadiani - l'orologio interno di 24 ore del corpo - influenzano la nostra capacità di apprendere e ricordare. A differenza di molti studi sui ritmi circadiani, che si sono concentrati sull'ipotalamo e sugli ormoni che regolano la veglia, il team della Scimemi sta studiando l'ippocampo, una regione cerebrale responsabile dell'apprendimento e della memoria. I suoi risultati suggeriscono che l'ora del giorno può influire in modo significativo su come assorbiamo nuove informazioni e questo modello è biologicamente cablato.

"Siamo persone diverse in momenti diversi della giornata", ha detto la Scimemi. "Quello che stiamo cercando di determinare ora è se ciò si esprime solo in comportamenti diversi o se influisce anche sulle nostre capacità di codificare e recuperare informazioni.

"Abbiamo scoperto che per i topi il momento migliore per apprendere è nel mezzo della fase di luce, quando sono naturalmente meno attivi e il loro cervello sembra meglio attrezzato per assorbire nuove informazioni. Ma non sembra esserci alcuna ritmicità circadiana nel ricordare. Una volta che la conoscenza è codificata, può essere recuperata in qualsiasi momento della giornata".

Questa distinzione ha senso in termini evolutivi. Sebbene possano esserci finestre ottimali per acquisire nuove informazioni, umani e animali devono essere in grado di richiamare ricordi cruciali indipendentemente dal tempo, come riconoscere un pericolo o navigare in terreni familiari.

"Sappiamo che i ritmi circadiani sono rotti nel MA, ma la natura di questa relazione è tuttora poco chiara", ha detto la Scimemi. "Questa linea di ricerca pone le basi per studiare se l'attività circadiana alterata contribuisce al declino cognitivo del MA, o se è la stessa malattia a rompere i ritmi circadiani. In altre parole, la rottura dei ritmi circadiani guida la progressione del MA o è una conseguenza della malattia? Questa domanda 'uovo-gallina' sarà uno dei punti focali del nostro laboratorio nei prossimi anni”.