Il neurone gigante che avvolge il cervello (di topo)

Ricostruzione digitale del neurone che circonda il cervello (Credit: Allen Institute for Brain Science)

Scoperti in un cervello di topo tre neuroni di eccezionale lunghezza, uno dei quali ne percorre tutta la circonferenza, collegando aree cerebrali diverse. Secondo gli autori, un gruppo di neuroscienziati statunitensi che ha usato una tecnica che consente di seguire in dettaglio il percorso di singoli neuroni, il sottile strato di cellule da cui si dipartono, chiamato claustrum, potrebbe essere la sede della coscienza.

Come le piante di edera che allungano le loro propaggini alla ricerca di qualcosa a cui aggrapparsi, i neuroni del cervello hanno proiezioni che si collegano con altri neuroni in tutto l’organo. Un nuovo metodo di ricostruzione digitale mostra tre neuroni che si ramificano in tutto il cervello e che uno di essi avvolge tutto il suo strato esterno. La scoperta potrebbe consentire di spiegare in che modo il cervello crea la coscienza.

Christof Koch, presidente dell’Allen Institute for Brain Science di Seattle, ha spiegato la nuova tecnica, messa a punto dal suo gruppo, in una riunione del Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies Initiative il 15 febbraio a Bethesda, nel Maryland. Ha mostrato in che modo il gruppo ha ricostruito il percorso di tre neuroni a partire da un piccolo, sottile strato di cellule chiamate claustrum, un’area che secondo Koch è la sede della coscienza nei topi e negli esseri umani.

Tracciare tutti i rami di un neurone con metodi convenzionali è un compito difficile.

I ricercatori iniettano un colorante nelle singole cellule, affettano il cervello in sezioni sottili e quindi ricostruiscono a mano il percorso del neurone colorato. E sono pochissimi coloro che sono stati in grado di tracciare un neurone per tutto l’organo. Questo nuovo metodo è meno invasivo e scalabile, e fa risparmiare tempo e fatica.

Koch e colleghi hanno ingegnerizzato una linea di topi in modo che un certo farmaco attivasse specifici geni nei neuroni del claustrum. Quando i ricercatori hanno somministrato ai topi una piccola quantità di farmaco, solo una manciata di neuroni ne hanno ricevuto abbastanza da attivare questi geni.

Ciò ha portato alla produzione di una proteina fluorescente verde che si è diffusa in tutto il neurone. Il gruppo ha poi raccolto 10.000 immagini di sezioni trasversali del cervello di topo e ha utilizzato un programma per computer per creare una ricostruzione 3D di soli tre cellule fluorescenti.

Ben collegati

I tre neuroni si prolungano in entrambi gli emisferi del cervello, e uno dei tre percorre tutta la circonferenza dell’organo: come una “corona di spine”, dice Koch. Finora, non aveva mai visto neuroni estendersi così, attraversando diverse regioni del cervello.

L’organismo del topo contiene altri neuroni lunghi, come le proiezioni nervose nelle zampe e i neuroni del tronco cerebrale che arrivano al cervello per rilasciare molecole di segnalazione. Ma i neuroni del claustrum sembrano connettersi alla maggior parte o a tutte le parti esterne del cervello che raccolgono informazioni sensoriali e dirigono il comportamento.

Koch considera questo come la prova che il claustrum potrebbe coordinare input e output del cervello per creare la coscienza. Le scansioni del cervello hanno dimostrato che il claustrum umano è una delle aree più densamente connesse del cervello, ma quelle immagini non mostrano il percorso dei singoli neuroni.

Il claustrum è una regione del cervello favorevole alla sperimentazione della nuova tecnica perché è stato ampiamente studiato nei topi e consiste di solo pochi tipi di cellule, dice James Eberwine, farmacologo dell’Università della Pennsylvania a Philadelphia.

Il punto della situazione

“Ha tutta la mia ammirazione”, dice del metodo Rafael Yuste, neurobiologo della Columbia University di New York. Egli non pensa che l’esistenza di neuroni che circondano il cervello dimostri definitivamente che il claustrum è coinvolto nella coscienza, ma dice che la tecnica sarà utile ai progetti di censimento dei diversi tipi di cellule nel cervello, che molti pensano saranno cruciali per capire in che modo funzioni l’organo. “È come cercare di decifrare il linguaggio senza capire che cos’è l’alfabeto,” sottolinea.

Yuste e Eberwine vorrebbero vedere ricostruzioni 3D di singoli neuroni confrontate con le analisi dei geni espressi in quei neuroni. Ciò potrebbe offrire importanti indizi sulla tipologia e sulla funzione di ciascuna cellula.

Koch prevede di continuare la mappatura dei neuroni che hanno origine dal claustrum, anche se la tecnica è troppo costosa per essere utilizzata per ricostruire tutti questi neuroni su larga scala. Vorrebbe scoprire se tutti i neuroni della regione si estendono in tutto il cervello, oppure se ogni neurone è unico e si proietta in una zona leggermente diversa.

Sara Reardon

(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su Nature il 24 febbraio 2017. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati)

Il neurone gigante che avvolge il cervello (di topo) ultima modifica: 2017-03-05T21:16:44+00:00 da Richard
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