Neuroscienziati scoprono (accidentalmente) un nuovo ruolo per il cervelletto

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È una delle regioni più note del cervello e più curiosa. Nonostante il cervelletto rappresenti solo il 10 per cento del volume totale dell’organo, contiene più del 50 per cento dei suoi neuroni.

Nonostante tutta questa potenza di elaborazione, è stato ipotizzato che il cervelletto funzioni in gran parte al di fuori del regno della “consapevolezza”, invece di coordinare le attività fisiche come posizione e respirazione.
Ora i neuroscienziati hanno scoperto che i neuroni del cervelletto svolgono un ruolo importante nella “risposta di ricompensa”, uno dei principali motori che motivano e modellano il comportamento umano.

Possibilità di ricerca

Questa scoperta apre non solo a nuove possibilità di ricerca, per questa piccola regione che per secoli è stata innanzitutto collegata a capacità motorie e input sensoriali, ma suggerisce che questi neuroni, che costituiscono gran parte del cervelletto – chiamate cellule granulare -, funzionano in modi in cui non avevamo mai previsto.

«Dato che una grande frazione di neuroni risiede nel cervelletto – spiega uno dei componenti del team, Mark Wagner, della Stanford University -, sono stati registrati relativamente pochi progressi nell’integrazione del cervelletto nell’immagine più grande del modo in cui il cervello sta risolvendo i compiti, gran parte di tale “sconnessione” è stata a causa di questa ipotesi, che il cervelletto possa essere coinvolto solo in compiti motori».
Questa scoperta, come spiegato da Wagner, permetterà di collegare lo studio del cervelletto con altre regioni cerebrali più popolari come la corteccia cerebrale, ad esempio.

Il cervelletto

Inserito nella parte posteriore del cervello, il cervelletto mantiene una massa enorme di connessioni con la corteccia motoria, una regione della corteccia cerebrale situata nel lobo frontale del cervello, deputata nella pianificazione, nel controllo e nell’esecuzione di movimenti volontari.

Mentre ci sono stati accenni di connessione del cervelletto ai processi cognitivi come l’attenzione e la funzione linguistica, la ricerca precedente sulle cellule di granuli li ha sempre legati a funzioni sensoriali e motorie di base.

Questo ha senso quando si vedono gli effetti su qualcuno con il cervelletto danneggiato, spesso, queste persone, incontreranno difficoltà nel mantenere bilanciamento ed equilibrio, eseguendo comunque in modo eccellente alcune capacità motorie, come raggiungere e afferrare e mantenersi in posizione verticale.

«Se hai un disturbo nel cervelletto, la prima cosa che vedi è un difetto del coordinamento motorio» conferma uno dei ricercatori Liqun Luo.

Ma potrebbe esserci molto di più in questa regione, poiché mentre il cervello umano contiene circa 60 miliardi di cellule granulari cerebrali – un numero superiore di tutti i neuroni cerebrali combinati – questi sono notoriamente difficili da studiare.

La ricerca

Per stabilire come il cervelletto controlla i muscoli nei topi, il team di Stanford ha usato una nuova tecnica per l’osservazione delle cellule granulare, chiamata two-photon calcium imaging, che ha permesso di registrare le attività dei neuroni in tempo reale.

Il risultato (vedi foto di apertura) la tonalità verde non è un colore falso ma è il risultato di una sostanza chiamata “proteina fluorescente verde” o GFP (Green Fluorescent Protein).

Questa proteina viene prodotta in modo naturale da animali bioluminescenti come la medusa, poiché può essere introdotta nel genoma col minor danno alle cellule, è stata usata per realizzare cose come “Glofish” e “Neon mouse”.

Inoltre, il GFP ha reso molto più facile per i ricercatori monitorare le attività di alcune cellule in tempo reale, ma la proteina deve essere inserita nel DNA di una creatura e si accenderà ogni volta che verrà tradotta nell’RNA o modellata in una proteina.
Per vedere cosa il GFP avrebbe rivelato nei loro topi, i ricercatori hanno fatto fare loro dei movimenti, fornendo un trattamento di acqua e zucchero ogni volta che questi spingevano una leva.

I neuroscienziati si aspettavano di vedere cosa stava succedendo nel cervelletto in risposta a questi movimenti fisici, ma ciò che ha sorpreso il team è stata una connessione apparente tra le cellule granulari e la risposta di ricompensa, innescata da acqua e zucchero.

La scoperta “inattesa”

Come spiegato dal team, alcune cellule granulari si sono accese quando i topi hanno spinto la leva, ma un’altra serie di cellule granulari si è attivata quando i topi stavano aspettando o ricevevano la loro ricompensa.
E quanto i topi ricevevano la ricompensa, partiva un altro gruppo di cellule granulari nel cervelletto.
Come spiegato da Jessica Hall in Extreme Tech, questa non è la prima volta che una regione del cervello venga collegata al coordinamento motorio e al sistema di ricompensa; anche i gangli della base, situati nella del prosencefalo sono guidati da queste due funzioni; questo nuovo studio suggerisce che il cervelletto sia altrettanto complesso.

Naturalmente, i risultati dello studio sono stati finora osservati solo nei topi, fino a quando non saranno stati replicati negli esseri umani, non c’è certezza che questi i risultati saranno gli stessi.
Ma il cervelletto si considera avere una delle linee evoluzionarie più antiche di tutte le regioni del cervello ed è “cablato” in modo simile in tutte le classi di vertebrati, quindi, c’è una buona probabilità che vedremo risultati simili anche negli esseri umani.

Questo è solo un altro promemoria della quasi infinita complessità del cervello dei mammiferi, e mentre noi umani amiamo dividere in compartimenti le cose, facendo così rischiamo di trascurare i ruoli svolti da ogni regione nell’elaborazione del pensiero o come ci sentiamo o ci muoviamo. (controllare ultimo paragrafo traduzione)

 

Fonte ricerca: http://www.nature.com/nature/journal/v544/n7648/full/nature21726.html
Credit immagine: Mark Wagner
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