In equilibrio: come il cervello regola la sua sensibilitÓ

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Neuroni inibitori (rosa) e loro sinapsi (verde) nella neocorteccia dei topi (Imm
Neuroni inibitori (rosa) e loro sinapsi (verde) nella neocorteccia dei topi (Immagine: Biozentrum, UniversitÓ di Basilea).
La percezione sensibile del nostro ambiente Ŕ essenziale per controllare il nostro comportamento. Tuttavia, se le reti neuronali del cervello reagiscono in modo troppo sensibile agli stimoli, questo porta a disturbi neurologici come l’epilessia. I ricercatori dell’UniversitÓ di Basilea riportano sulla rivista "Nature" come le reti nervose nel cervello dei topi siano regolate correttamente.

Nella vita di tutti i giorni, siamo costantemente confrontati con impressioni sensoriali diverse, come rumori forti e molto silenziosi. Per elaborare al meglio questo spettro di informazioni, il cervello deve trovare un equilibrio tra la forza con cui reagisce agli stimoli. Se reagisce in modo troppo sensibile, le cellule nervose si attivano eccessivamente. Questo provoca crisi epilettiche. D’altra parte, se non Ŕ abbastanza sensibile, non riconosce quasi gli stimoli.

Come fa il cervello a essere altamente sensibile e allo stesso tempo a evitare un’iperattivazione? ╚ importante che la stimolazione e l’inibizione dell’attivitÓ siano in equilibrio", spiega Peter Scheiffele del Biozentrum dell’UniversitÓ di Basilea. Lo studio si Ŕ concentrato sulla neocorteccia, un’area del cervello responsabile delle nostre percezioni e di funzioni complesse come l’apprendimento.

Il nostro cervello Ŕ costituito da miliardi di cellule nervose che comunicano tra loro attraverso le sinapsi e trasmettono percezioni sensoriali come l’udito, il tatto e la vista. Mentre i neuroni eccitatori trasmettono e integrano gli stimoli, i neuroni inibitori controllano i tempi e la forza del flusso di informazioni. Questo sistema di controllo interno garantisce che il sistema nervoso risponda in modo preciso e appropriato agli stimoli.

Sovra-attivazione della rete ed epilessia

I neuroni possono riconoscere un’attivazione eccessiva e quindi ridurre la sensibilitÓ del sistema agli stimoli. Ma in precedenza non era chiaro come le cellule venissero istruite a livello molecolare. Abbiamo scoperto che i neuroni stimolanti rilasciano una proteina chiamata BMP2 quando sono molto attivi", spiega il primo autore, la dottoressa Zeynep Okur. La BMP2 agisce direttamente sui neuroni inibitori e attiva un programma genico che porta alla formazione di nuove sinapsi", rafforzando l’influenza dei neuroni inibitori e riducendo l’attivitÓ della rete neuronale.

Questo meccanismo regola la sensibilitÓ delle reti nervose. Impedisce un’attivazione eccessiva e quindi reazioni eccessive agli stimoli. Se spegniamo il programma genico dipendente dalla BMP2 nei neuroni inibitori, i topi hanno crisi epilettiche, ma solo quando sono pi¨ vecchi", spiega Okur. Il processo causa quindi adattamenti a lungo termine nel cervello.

Nuovi approcci terapeutici per i disturbi neurologici

La via di segnalazione della BMP2 Ŕ ben studiata: nella fase iniziale dello sviluppo del cervello, Ŕ coinvolta nella formazione di alcuni tipi di cellule nervose. Siamo riusciti a dimostrare che la via di segnalazione viene convertita nel cervello maturo", sottolinea Scheiffele. Qui assume un compito completamente nuovo, stabilizzando i circuiti neuronali" e svolgendo un ruolo importante nella plasticitÓ del cervello in etÓ avanzata, per l’apprendimento e la memoria.

Ora comprendiamo a livello molecolare come le reti neuronali bilanciano l’eccitazione e l’inibizione per trovare l’optimum", riassume Scheiffele. Interventi mirati sulla via di segnalazione BMP2 potrebbero migliorare la sensibilitÓ del cervello".

Pubblicazione originale

Zeynep Okur, Nadia Schlauri, Vassilis Bitsikas, Myrto Panopoulou, Raul Ortiz, Michaela Schwaiger, Kajari Karmakar, Dietmar Schreiner, Peter Scheiffele.
Controllo dell’equilibrio tra eccitazione e inibizione neuronale mediante segnalazione BMP-SMAD1.
Nature (2024), doi: 10.1038/s41586’024 -07317-z