Il cervello inconscio è tutt’altro che "muto"

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Sebbene agiscano su recettori diversi di diversi tipi di cellule nervose, tutti

Sebbene agiscano su recettori diversi di diversi tipi di cellule nervose, tutti gli anestetici causano la perdita di coscienza. I ricercatori hanno scoperto un meccanismo neurale comune a tutti questi agenti. (Immagine: Depositphotos)

La corteccia cerebrale è considerata la regione centrale del cervello per l’elaborazione della coscienza. Durante l’anestesia generale, tuttavia, quest’area non viene paralizzata: In effetti, alcuni neuroni mostrano un’attività spontanea più elevata rispetto a quando sono svegli, e questa attività è sincronizzata tra tutte queste cellule. Una migliore comprensione dei meccanismi neuronali durante l’anestesia generale potrebbe portare ad anestetici più efficaci e a risultati chirurgici migliori.

Gli scienziati del gruppo di ricerca di Botond Roska dell’Istituto di Oftalmologia Molecolare e Clinica di Basilea (IOB) e dell’Università di Basilea hanno scoperto come i diversi tipi di cellule della corteccia cerebrale cambino la loro attività durante l’anestesia generale sperimentando sui topi. I risultati, pubblicati di recente sulla rivista "Neuron", contribuiscono alla comprensione di come l’anestesia induca esattamente lo stato di incoscienza.

Immaginate: Siete sdraiati sul tavolo operatorio. Il medico vi dice di contare fino a cinque e vi mette una maschera anestetica sul viso. Al quattro, avete già perso conoscenza e vi sveglierete solo dopo l’operazione. Cosa è successo nel suo cervello nel frattempo?

Si potrebbe ipotizzare che le cellule del cervello si siano ammutolite, soprattutto nella corteccia cerebrale, considerata la sede della percezione cosciente. Tuttavia, è noto da quasi 100 anni che alcune cellule della corteccia sono attive anche durante l’incoscienza dovuta all’anestesia e che questa regione cerebrale alterna fasi di alta e bassa attività durante l’anestesia generale.

L’elettroencefalogramma (EEG), in cui gli elettrodi vengono posizionati sul cuoio capelluto, è uno dei pochi metodi per misurare questa attività. Ma l’EEG non ci permette di identificare le cellule che innescano questa attività. Pertanto, la questione di quali cellule siano coinvolte nell’attività ritmica della corteccia cerebrale e di come questa contribuisca alla perdita di coscienza durante l’anestesia generale è rimasta finora aperta.

Sulle tracce dell’incoscienza

La corteccia cerebrale è composta da diversi tipi di cellule con funzioni diverse. I diversi anestetici agiscono su diversi recettori situati su diversi tipi di neuroni e distribuiti in tutto il cervello. Nonostante queste differenze, tutti gli anestetici causano la perdita di coscienza e quindi "eravamo interessati a scoprire se esiste un meccanismo neuronale comune ai diversi anestetici", afferma Martin Munz, uno dei tre primi autori dello studio.

Per indagare su questa questione, i ricercatori hanno applicato moderni strumenti genetici a topi in cui sono stati etichettati singoli tipi di cellule corticali. Il team di ricerca ha scoperto che, contrariamente a quanto ipotizzato in precedenza, solo un particolare tipo di cellule nervose della corteccia mostrava un aumento dell’attività quando l’animale veniva esposto a diversi anestetici.

Ogni anestetico ha indotto un ritmo di attività nelle cellule piramidali dello strato 5", spiega Arjun Bharioke, primo autore dello studio. È interessante notare come questi ritmi differiscano a seconda dell’anestesia. Alcuni erano più lenti, altri più veloci. Ma tutti gli anestetici hanno in comune il fatto di provocare una sincronizzazione dell’attività. Cioè, quando erano attivi, tutti i neuroni piramidali dello strato 5 erano attivi allo stesso tempo".

Le cellule piramidali dello strato 5 fungono da importante centro di uscita per la corteccia cerebrale e collegano tra loro diverse aree corticali. Pertanto, comunicano sia tra le diverse aree della corteccia sia dalla corteccia ad altre aree del cervello. Pertanto, la sincronizzazione dell’attività delle cellule piramidali dello strato 5 limita le informazioni che la corteccia può emettere.

Come gli spettatori di una partita di calcio

Sembra che durante l’anestesia tutti i neuroni piramidali dello strato 5 inviino le stesse informazioni, piuttosto che ogni neurone ne invii di diverse", spiega Arjun Bharioke. Si può pensare che sia come una folla di spettatori a una partita di calcio", dice: Prima dell’inizio del gioco, ci sono molte conversazioni indipendenti. Durante la partita, invece, tutti gli spettatori fanno il tifo per la propria squadra. Quindi c’è solo un’informazione che viene trasmessa attraverso la folla.

In un lavoro precedente, i ricercatori avevano già suggerito che la perdita di coscienza si verifica quando la corteccia cerebrale è scollegata dal resto del cervello. I risultati del team di ricerca di Basilea indicano un meccanismo che potrebbe verificarsi: la riduzione delle informazioni emesse dalla corteccia durante l’anestesia.

Gli anestetici sono molto efficaci, come può dirvi chiunque abbia subito un intervento chirurgico", afferma Alexandra Brignall, altra autrice principale dello studio e veterinaria di professione. Tuttavia, non sono sempre facili da gestire. Durante l’intervento, è necessario monitorare costantemente la profondità dell’anestesia per assicurarsi che il paziente non sia anestetizzato troppo profondamente o troppo superficialmente. Più sappiamo come funzionano gli anestetici e cosa fanno nel cervello, meglio è". Forse questo aiuterà a sviluppare nuovi farmaci che mirano alle cellule cerebrali associate all’incoscienza, ha detto.

I nostri risultati sono di grande importanza per la medicina, poiché l’anestesia è una delle procedure mediche più comunemente eseguite", ha dichiarato Botond Roska, responsabile dello studio. ’La comprensione del meccanismo neurale dell’anestesia potrebbe portare a farmaci anestetici migliori e a risultati chirurgici migliori.

Pubblicazione originale

Arjun Bharioke, Martin Munz, Alexandra Brignall, Georg Kosche, Max Ferdinand Eizinger, Nicole Ledergerber, Daniel Hillier, Brigitte Gross-Scherf, Karl-Klaus Conzelmann, Emilie Macé, Botond Roska General anesthesia globally synchronizes activity selectively in layer 5 cortical pyramidal neurons.
Neuron (2022), doi: 10.1016/j.neuron.2022.03.032


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