“Memoria motoria spinale”: alcuni neuroni conservano i ricordi nella spina dorsale

Memoria mogtoria spinale/Studio- Immagine: un ricercatore del RIKEN Center for Brain Science ha recentemente identificato un tipo di neurone nel midollo spinale, noto come cellula di Renshaw (nella foto), che richiama le risposte motorie apprese indipendentemente dai neuroni cerebrali inizialmente utilizzati per apprendere il comportamento. Credito: RIKEN CBS-

Diversi team e approcci stanno contribuendo a svelare la complessità del cervello, dai ricordi nascosti nel midollo spinale all’elaborazione delle illusioni ottiche.

Il cervello è uno dei sistemi più sofisticati conosciuti, che incarna una complessità e una diversità notevoli. Strutturalmente, ospita circa 86 miliardi di neuroni interconnessi da trilioni di sinapsi, formando le elaborate reti che sostengono complesse funzioni cognitive.

Dal punto di vista funzionale, il cervello gestisce una vasta gamma di processi, dalla percezione sensoriale al controllo motorio, dal ragionamento alla memoria, tutti derivanti da interazioni stratificate.

“Per comprendere il cervello è necessario un approccio scientifico estremamente vario”, spiega Shigeo Okabe, Direttore eletto del RIKEN Center for Brain Science (CBS) vicino a Tokyo, parte dell’Istituto Nazionale di ricerca giapponese RIKEN.

I ricercatori della CBS lavorano in discipline e metodologie diverse, dalla biologia molecolare e dalla modellazione computazionale alla ricerca comportamentale e all’imaging del cervello umano. La CBS assume e promuove anche docenti junior con background molto diversi, il che, secondo Okabe, sta dando i suoi frutti in scoperte scientifiche rivoluzionarie.

Di fatto, diversi ricercatori hanno recentemente fatto delle scoperte straordinarie che stanno rimodellando la nostra comprensione del ruolo del sistema nervoso centrale nel comportamento di un organismo.

Oltre il cervello

Nel 2024, la ricercatrice del CBS, Aya Takeoka e il suo team, hanno segnalato un insolito tipo di memoria basata sul sistema nervoso esterno al cervello. Lo studio, pubblicato su Science, ha utilizzato i topi per individuare il coinvolgimento di due distinte classi di neuroni, che trasmettono segnali nel corpo e nel cervello, in un fenomeno noto come “memoria motoria spinale”. È importante notare che una di queste classi di neuroni può conservare i ricordi nella spina dorsale, senza il cervello.

“È stato emozionante scoprire che i neuroni responsabili dell’apprendimento nel midollo spinale, i neuroni del corno dorsale, non erano importanti una volta che i neuroni del midollo spinale ventrale avevano ‘appreso’ le informazioni”, afferma Takeoka. Si è scoperto che questi neuroni del midollo spinale ventrale, noti come cellule di Renshaw, sono essenziali per richiamare la risposta appropriata allo stesso stimolo senza il cervello.

“In sintesi, il midollo spinale stabilisce le ‘regole’ su come adattarsi attraverso le cellule del corno dorsale, ma una volta che questa relazione appresa è stabilita, le cellule di Renshaw ne conservano la memoria”, afferma. “Comprendere il ruolo funzionale di questi distinti neuroni del midollo spinale potrebbe aiutare gli scienziati a sviluppare migliori strategie di riabilitazione per i disturbi motori“, aggiunge.

Nel suo studio sui topi, Takeoka ha utilizzato una tecnica nota come optogenetica, un mezzo per controllare le cellule tramite luce laser, per identificare le cellule e i neuroni responsabili di ciascuna fase dell’apprendimento.

Fondamentalmente, nonostante la memoria motoria spinale si sviluppi rapidamente, Takeoka e il suo team sono riusciti a catturarne chiaramente l’azione misurando l’attività nervosa all’interno del midollo spinale.

“Siamo orgogliosi di dire che siamo tra i primi a farlo“, afferma Takeoka. “È affascinante vedere come il midollo spinale, spesso visto come una semplice stazione di staffetta, in realtà svolga un ruolo fondamentale nei complessi processi di apprendimento motorio”.

La percezione nei pesci

Fumi Kubo, neuroscienziato della CBS, utilizza un diverso modello animale per studiare il modo in cui gli input del sistema visivo vengono elaborati nel cervello.

Come descritto in un articolo del 2020 pubblicato sulla rivista Neuron, Kubo e i suoi collaboratori hanno utilizzato un’illusione ottica nota come “effetto postumo del movimento” per isolare il piccolo numero di neuroni nelle larve di pesce zebra necessari per l’elaborazione del movimento.

L’effetto post-movimento è una sensazione percepita dopo che il sistema visivo si è adattato a guardare qualcosa che si muove continuamente. Quindi fa sembrare che gli oggetti fermi si muovano nella direzione opposta.

Sfruttando l’effetto collaterale del movimento nei pesci zebra, Kubo e il suo team hanno applicato l’optogenetica e l’imaging del calcio per individuare i neuroni specifici coinvolti. L’analisi del suo laboratorio ha scoperto che di circa 500 neuroni che rispondono al movimento, solo un piccolo sottoinsieme è necessario per l’elaborazione del movimento. “Abbiamo scoperto che circa il 10% di questi neuroni è fondamentale per questo processo”, afferma.

Kubo e il suo laboratorio sperano ora di identificare come questi si adattino all’intero circuito cerebrale di elaborazione del movimento. Ma afferma che ciò richiederà l’uso di metodi aggiuntivi come la profilazione molecolare e la ricostruzione morfologica, che Kubo e il suo laboratorio hanno sperimentato per primi.

“Questo genere di intuizioni sono state accelerate dalla diversità di competenze al CBS. Molti tirocinanti del RIKEN provengono da fuori dal Giappone”, dice Kubo. Il suo laboratorio, ad esempio, ha avuto studenti laureati da posti lontani come Taiwan e Kazakistan. “Avere un team eterogeneo ci consente di affrontare i problemi da più angolazioni”, aggiunge. “Porta a soluzioni più creative e a una comprensione più approfondita dei sistemi complessi che studiamo“.

Fonte: Nature