PLASITICTÀ NEURALE, EVIDENZE E NUOVE PROSPETTIVE IN RIABILITAZIONE

di Accursio Miraglia

I nostri cervelli sono notoriamente plastici: miliardi di neuroni possono modificare le proprie funzionalità abbandonando vecchie sinapsi e creandone altre, nuove e più forti, con altri neuroni. È così che il cervello riesce a modificare la propria struttura e le proprie funzionalità nel corso del tempo e, come recentemente dimostrato, anche a creare nuovi circuiti neuronali dopo un ictus.

dimostrarlo uno studio pubblicato su Science in cui i ricercatori del Mit hanno evidenziato anche una semplice ma fondamentale regola alla base della plasticità sinaptica: quando una nuova sinapsi si crea, le sinapsi vicine si indeboliscono. Per verificare il meccanismo della plasticità sinaptica i ricercatori hanno indotto una modifica nell’organizzazione della corteccia visiva di un gruppo di topi, per poi osservare i cambiamenti avvenuti nelle loro sinapsi in risposta ad uno stimolo sensoriale visivo. È stato così possibile verificare che, mentre le nuove sinapsi create dal neurone con il suo cambio di funzione divenivano più forti, quelle vicine si indebolivano. Da cosa viene regolato questo meccanismo? Per capirlo i ricercatori hanno studiato un particolare tipo di recettori sinaptici definiti Ampa, scoprendo che il rafforzamento e l’indebolimento delle sinapsi è legato alla maggior o minore espressione di questi recettori. Dato che l’espressione di questi recettori viene regolata da una proteina chiamata Arc (activity-regulated cytoskeleton-associated), i ricercatori hanno deciso di studiarne l’attività e hanno così scoperto che le sinapsi con una ridotta quantità di Arc erano in grado di esprimere più recettori Ampa, mentre quelle con una maggior quantità di Arc esprimevano meno recettori. Secondo i ricercatori la proteina  Arc mantiene il corretto equilibrio tra le sinapsi, ed è per questo che la proteina sembra essere sovra-regolata nei neuroni sottoposti a plasticità sinaptica.

Gli studi sulla plasticità neuronale potrebbero avere una ricaduta importante in ambito riabilitativo.

I ricercatori dell’Istituto di neuroscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-In), in collaborazione con l’Istituto di biorobotica della Scuola superiore Sant’Anna e il Laboratorio europeo per le spettroscopie non-lineari (Lens), sono riusciti ad osservare fenomeni di plasticità neuronale e vascolare, associata alla riabilitazione dopo un ictus, utilizzando una combinazione di tecniche ottiche in vivo e ex vivo.

La ricerca, volta a monitorare la capacità del sistema nervoso di modificare l’intensità delle relazioni tra le sinapsi in seguito all’ictus, ha utilizzato tecniche combinate di microscopia di fluorescenza e ingegneria genetica grazie alle quali è stato possibile visualizzare l’attività neuronale mentre il modello murino eseguiva il training sulla piattaforma robotica, permettendo così di capire come il processo riabilitativo riesca a plasmare i pattern di attivazione corticale, cioè modifichi la struttura e le interazioni tra i componenti della corteccia. Lo studio fa parte dello ‘Human Brain Project’, un progetto europeo multidisciplinare, coordinato dall’Istituto di biochimica e biologia cellulare del Cnr. 

I risultati pubblicati sono promettenti e gettano la base per potenziare le tecniche riabilitative, nella speranza di garantire ai pazienti il miglior recupero funzionale possibile.

E. Conti 1 ; A.L. Allegra Mascaro 1 ; L. Sacconi 1 ; C. Spalletti 2 ; S. Lai 3 ; C. Alia 2 ; A. Panarese 3 ; S. Micera 3 ; M. Caleo 2 ; F.S. Pavone 1

Source: 18th Italian National Conference on Photonic Technologies (Fotonica 2016).

Allegra Mascaro, A.L.; Cesare, P.; Sacconi, L.; Grasselli, G.; Mandolesi, G.; Maco, B.; Knott, G.W.; Huang, L.; De Paola, V.; Strata, P.; Pavone F.S. (2013) In vivo single branch axotomy induces GAP-43 dependent sprouting and synaptic remodeling in cerebellar cortex. Proc Natl Acad Sci USA 25;110(26):10824-9;


Allegra Mascaro, A.L.; Silvestri, L.; Sacconi, L.; Pavone, F.S. (2015) Towards a comprehensive understanding of brain machinery by correlative microscopy. J Biomed Opt. Jun;20(6):61105


Allegra Mascaro, A.L., Costantini, I., Margoni, E., Iannello, G., Bria, A., Sacconi, L., Pavone, F.S. (2015) Label-free near-infrared reflectance microscopy as a complimentary tool for two-photon fluorescence brain imaging. Biom. Optics Express, 6(11):4483-4492


Costantini, I., Ghobril, J.P., Di Giovanna, A.P., Allegra Mascaro, A.L., Silvestri, L., Müllenbroich, M.C., Onofri, L., Conti, V., Vanzi, F., Sacconi, L., Guerrini, R., Markram, H., Iannello, G., Pavone F.S. (2015) A versatile clearing agent for multi-modal brain imaging. Sci Rep. 7(5):9808


Silvestri, L.; Allegra Mascaro, A.L.; Costantini, I., Sacconi, L.; Pavone, F.S. (2014) Correlative two-photon and light sheet microscopy. Methods 66(2):268-272​

Functional imaging of visual cortical layers and subplate in awake mice with optimized three-photon microscopy 

Yildirim M, Sugihara H, So PTC, Sur M. Nature Communications 10, Article number: 177 (2019)

Locally coordinated synaptic plasticity of visual cortex neurons in vivo 

El-Boustani S, Ip JPK, Breton-Provencher V, Knott GW, Okuno H, Bito H, Sur M. Science 360, 1349–1354 (2018)

 

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