Immagine:squilibrio del rapporto eccitazione/inibizione nell’autismo. Credit: Public Domain.
Una metrica chiamata esponente di Hurst potrebbe essere un biomarcatore utile per gli studi che esplorano le differenze cerebrali tra uomini e donne con disturbo dello spettro autistico.
L’equilibrio e la stabilità sono importanti per il corpo umano. Questo è chiaramente vero per alcuni compiti fisici, come camminare o correre senza cadere, ma è vero anche all’interno del cervello. I neuroni ricevono input sia eccitatori che inibitori e mantenere un equilibrio tra i due – cioè, mantenere ciò che è noto come l’eccitazione-inibizione– è fondamentale per il corretto funzionamento del cervello.
Le interruzioni dell’equilibrio, come l’aumento dei livelli di input eccitatori, sono state collegate all’autismo e ad una serie di altre condizioni neurologiche e possono influenzare la funzione cerebrale e il comportamento sociale (Rubenstein e Merzenich, 2003). È stato anche dimostrato che questo equilibrio può dipendere dal sesso, specialmente nelle regioni del cervello che supportano il comportamento sociale, come la corteccia prefrontale ventromediale. Tuttavia, la ricerca sulle relazioni tra autismo, sesso e comportamento sociale è stata ostacolata dalla mancanza di strumenti non invasivi. Ora, in eLife, Michael Lombardo (Istituto Italiano di Tecnologia e Università di Cambridge) e colleghi – tra cui Stavros Trakoshis e Pablo Martínez-Cañada come primi autori congiunti – riferiscono come sia possibile misurare l’equilibrio senza causare danni a il cervello.
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I ricercatori – che hanno sede in Italia, Cipro, Corea del Sud, Regno Unito, Svizzera e Canada – hanno prima creato un modello computazionale del cervello e utilizzato i dati di questo modello per calcolare una metrica chiamata esponente di Hurst. Questa metrica è una misura della memoria a lungo termine di una serie temporale di dati. Il modello è stato quindi ottimizzato per simulare l’effetto di un ligando chiamato CNO (che è l’abbreviazione di clozapina-N-ossido) su due recettori hM3Dq e hM4Di, che sono proteine sintetiche progettate per legare droghe sintetiche. Quando CNO si lega a hM3Dq aumenta l’eccitazione e quando si lega a hM4Di riduce sia l’eccitazione che l’inibizione. Trakoshis et al. hanno scoperto che la variazione dell’equilibrio E: I causata da CNO cambiava anche l’esponente di Hurst: in particolare, un aumento dell’eccitazione diminuiva l’esponente di Hurst ( Figura 1).
Immagine: mantenere un equilibrio tra input eccitatori e inibitori nei neuroni. Uno squilibrio tra gli input eccitatori e inibitori ai neuroni in alcune regioni del cervello è stato collegato a condizioni neuropsichiatriche come il disturbo dello spettro autistico (ASD).
In secondo luogo, i ricercatori hanno testato se potevano replicare questi risultati computazionali nei topi che erano stati sottoposti a manipolazione chemogenetica per esprimere hM3Dq e hM4Di. Ciò ha comportato la misurazione dell’attività elettrica nella corteccia prefrontale dei topi prima, durante e dopo la somministrazione di CNO, e quindi il calcolo dell’esponente di Hurst. I ricercatori hanno scoperto che i risultati in vivo nei topi hanno confermato le previsioni del loro modello computazionale. In particolare, un aumento dell’eccitazione indotto da farmaci ha portato a una diminuzione dell’esponente di Hurst.
In terzo luogo, Trakoshis et al. volevano scoprire perché i processi E: I possono differire tra maschi e femmine. Hanno scoperto che i geni associati all’autismo che influenzano anche l’equilibrio E:I (specialmente l’eccitazione) si sovrapponevano ai geni che sono sensibili agli ormoni maschili specifici. Un confronto di questi risultati con una mappa di espressione genica chiamata Allan Human Brain Atlas ( Hawrylycz et al., 2012 ) ha inoltre rivelato che questi geni sono espressi in molte regioni del cervello, inclusa la corteccia prefrontale ventromediale.
Per indagare su come l’equilibrio E: I possa differire tra uomini e donne autistici e come queste differenze possano essere correlate al comportamento sociale, Trakoshis et al. hanno raccolto dati di serie temporali neurali e calcolato l’esponente di Hurst in individui con e senza autismo (che erano simili per età e QI). Nella corteccia prefrontale ventromediale, l’esponente di Hurst degli individui con autismo era inferiore a quello degli individui a sviluppo tipico, con la differenza tra i due più grande nei maschi che nelle femmine. Inoltre, nelle donne con autismo, l’esponente di Hurst era collegato al comportamento sociale: un valore più alto (cioè più tipico) era accompagnato da una migliore capacità di ‘camuffarsi socialmente’ – cioè la capacità di compensare le difficoltà socio-comunicative.
Presi insieme, questi risultati suggeriscono che l’esponente di Hurst può essere un biomarcatore utile per esaminare l’equilibrio E: I e la sua relazione con il sesso e il comportamento sociale attraverso lo spettro dell’autismo.
Sono necessarie ulteriori ricerche per indagare se lo spostamento dell’equilibrio E: I nella corteccia prefrontale ventromediale potrebbe alterare il comportamento sociale nelle persone con autismo. In futuro, questo approccio potrebbe essere esteso ad altre condizioni legate all’equilibrio E: I e differenze di sesso, come il disturbo da deficit di attenzione e iperattività.
Fonte: elifesciences
