Vi siete mai chiesti che cosa intercorra tra la visione di un oggetto sulla vostra scrivania e il suo riconoscimento? Cosa accade quando assaggiamo un pezzetto di formaggio e individuiamo diverse intensità di sapori? O ancora, com’è possibile tradurre una nota musicale in una sensazione? Affinché tutto ciò possa accadere, nel nostro cervello è presente un continuo gioco di eccitazione ed inibizione. Infatti, gli stimoli esterni di diversa natura vengono tradotti in segnali elettrici, che viaggiano lungo i circuiti neurali e vengono direzionati e amplificati o ridotti.
L’armonia tra eccitazione e inibizione è quindi estremamente importante per il corretto funzionamento del cervello, la cui attività deve essere modulata, permettendo una precisa e specifica codifica dei segnali nervosi. Difetti nel mantenimento di questo equilibrio sono caratteristici di varie condizioni cliniche neurologiche; ad esempio, nell’epilessia ampie popolazioni di neuroni sono soggette a sovraeccitazione.
Come fanno i segnali ad intraprendere il corretto percorso?
Nel sistema nervoso, specifiche aree sono dedicate alla ricezione di stimoli di diversa origine e del loro successivo invio sotto forma di segnali elettrici ad altre regioni del cervello. Tra queste, il talamo (una struttura situata nel centro del cervello) ha il compito di elaborare e smistare i segnali nervosi, connettendo aree corticali e sottocorticali. I segnali che arrivano al talamo infatti devono essere inviati alla corteccia cerebrale, per essere ulteriormente elaborati. I neuroni corticali stimolati da tali segnali generano potenziali d’azione (brevi impulsi di tensione che vengono successivamente trasmessi ad altri siti del cervello). Dato che il talamo risulta coinvolto nel funzionamento di tutti i sistemi sensoriali (ad eccezione di quello olfattivo), questi segnali sono anche quelli responsabili della percezione visiva, uditiva, gustativa e tattile. Inoltre, il talamo è fondamentale per l’esecuzione dei movimenti volontari, la regolazione del ciclo sonno-veglia e il controllo delle reazioni emotive. Appare quindi evidente come tutti questi segnali debbano essere finemente calibrati, permettendo una corretta codifica ed un preciso smistamento delle informazioni. Devono essere guidati in maniera armoniosa, come un gruppo di orchestrali da un loro direttore.
La musica viene organizzata in piccole sezioni, chiamate battute o misure, contenenti un predefinito numero di valori ritmici: quando battiamo le mani su un brano, questi battiti si riuniscono in gruppi di 2, 3 o 4 pulsazioni (in rari casi, anche 5 o più), in base alla capacità della battuta.
Il movimento del direttore d’orchestra è la formula visiva corporeo-temporale, in base alla quale egli descrive il decorso metrico agli orchestrali: il movimento 1 (dall’alto verso il basso), descrive la prima pulsazione, il movimento 2 (dal basso verso sinistra) descrive la seconda, il movimento 3 (da sinistra a destra) la terza, ed infine il movimento 4 (da destra verso l’alto) descrive l’ultima pulsazione della battuta. Questa formula coreografica può subire variazioni, in base all’intenzione del direttore stesso, per comunicare agli orchestrali il mood dell’esecuzione: tendenzialmente, movimenti sinuosi vengono usati per brani distesi ed espressivi, mentre si riscontrano movimenti netti in brani veloci o comunque ben scanditi ritmicamente.
Le nostre cellule nervose però non rispondono ad un direttore esterno. Infatti, uno studio condotto da Royero e collaboratori (2022) spiega che esse sono in grado di calibrare autonomamente con precisione la loro sensibilità.
Per funzionare correttamente, i neuroni devono adattarsi all’intensità dei segnali eccitatori provenienti dal talamo e questo comprende ad esempio ridurre la propria sensibilità, quando questi sono molto forti.
Che cosa permette alle cellule di regolarsi in autonomia nel grande Telaio Incantato?
Il team di ricerca dell’Università di Bonn spiega che un enzima essenziale nella proliferazione e nel differenziamento cellulare, STE20-like serine/threonine-protein kinase (SLK), giocherebbe un ruolo chiave in questo processo. Il gene SLK regolerebbe infatti l’attività dei neuroni, rendendoli in grado di calibrare finemente ed individualmente la loro eccitabilità. In questo meccanismo di modulazione, rivestono un ruolo cruciale speciali cellule nervose, gli interneuroni, che inviano potenziali d’azione inibitori ai neuroni eccitatori, influenzando la loro sensibilità. Sarebbe proprio SLK a determinare la forza di tale inibizione. Tra le varie popolazioni di interneuroni inibitori, è possibile distinguere due diversi tipi (sulla base dell’espressione di specifici markers, rivelati mediante le rispettive colorazioni):
- Interneuroni positivi alla parvalbumina (PV+): sono attivati direttamente dagli impulsi in arrivo dal talamo e inibiscono i neuroni, mentre questi sono già contemporaneamente eccitati dal talamo (circuito feedforward).
- Interneuroni positivi alla somatostatina (SST+): si attivano grazie all’attività dei neuroni corticali, ovvero gli stessi che dovrebbero poi inibire (circuito feedback).
Curiosamente, SLK sarebbe attivo durante l’inibizione feedforward, ma non feedback. Questo dato, oltre che fornire nuove informazioni circa la codifica dei segnali nervosi, potrebbe aprire nuovi scenari nello studio dei meccanismi di insorgenza di alcune patologie neurologiche.
Swiftly the head mass become an enchanted loom where millions of flashing shuttles weave a dissolving pattern, always a meaningful pattern though never an abiding one.
C.S. Sherrington
Bibliografia:
- Royero P., Quatraccioni A., Fruengel R., Hurtado Silva M., Bast A., Ulas T., Beyer M., Opitz T., Schultze J.L., Graham M.E., Oberlaender M., Becker A., Schoch S., Beck H. (2022) Circuit-selective cell-autonomous regulation of inhibition in pyramidal neurons by Ste20-like kinase. Cell Reports 41 (111757).
- https://www.uni-bonn.de/en/news/281-2022
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