Immagini: questo grafico mostra come i neuroni corticali umani esibiscono un grado maggiore di compartimentalizzazione della tensione rispetto alle controparti dei roditori a causa della minore densità del canale ionico su superfici dendritiche più grandi. Credito: Beaulieu-Laroche et al. / Cell.
I neuroni umani sono molto più grandi di quelli degli organismi modello topi e ratti, quindi non è chiaro se le loro dimensioni fanno la differenza nel potere computazionale del nostro cervello.
Ora, in uno studio pubblicato sulla rivista Cell il 18 ottobre, i ricercatori mostrano che, a differenza di quelli di altri animali, i neuroni umani impiegano segnali altamente compartimentati. I dendriti umani – le strutture ramificate simili ad alberi che funzionano come antenne dei neuroni – elaborano segnali elettrici in modo diverso rispetto ai dendriti nei roditori, i più comuni sistemi di modelli per lo studio delle proprietà neuronali.
“Il neurone umano è fondamentalmente come un neurone di ratto, ma poiché è molto più lungo, i segnali hanno molto più spazio da percorrere e i dendriti umani hanno quindi una diversa funzione di input-output rispetto ai ratti”, dicono gli autori Mark Harnett, Fred e Carole Middleton Career Development Assistant Professor presso il Dipartimento di Scienze Cognitive del Massachusetts Institute of Technology. “I dendriti più distanti dal corpo cellulare hanno meno canali ionici che controllano l’elaborazione del segnale: è qualcosa che non ci aspettavamo assolutamente“.
(Vedi anche:Lesione del midollo spinale: come rigenerare i neuroni danneggiati).
Harnett, che studia come le caratteristiche biofisiche dei neuroni modellano l’elaborazione delle informazioni nel cervello, crede che i nostri pergolati dendritici più lunghi e più grandi dotino i neuroni umani e i loro rispettivi circuiti, di capacità computazionali potenziate.
“I neuroni umani sono più compartimentati elettricamente“, dice Mark. “Pensiamo che avere una bassa densità di canali ionici alle estremità dei dendriti consenta alla cellula di avere il maggior numero di sottocompartimenti possibile: più i rami sono lunghi, più le unità sono indipendenti, più ci sono più unità per eseguire il calcolo all’interno di un singolo neurone”.
“L’integrazione di diversi flussi di informazioni in questo modo potrebbe conferire ai singoli neuroni la sofisticazione di piccole reti computazionali“, afferma Harnett.
Utilizzando una tecnica chiamata registrazione patch-clamp, in cui piccoli aghi di vetro sono sigillati contro la membrana cellulare per misurare le proprietà elettriche dettagliate, i ricercatori per la prima volta hanno direttamente registrato l’attività dendritica nel tessuto cerebrale vivente dagli esseri umani. Il tessuto umano (da interventi chirurgici al cervello) deriva dal lobo temporale anteriore dei pazienti con epilessia.
Il lavoro potrebbe anche portare benefici ai pazienti con epilessia, in cui piccole sezioni del tessuto cerebrale vengono talvolta rimosse per controllare le convulsioni. ” I ricercatori hanno usato modelli animali per studiare l’epilessia per lungo tempo, ma chiaramente, ci sono alcune differenze piuttosto significative, almeno nei dendriti, tra umani e roditori”, dice Harnett. “Quanto meglio comprendiamo i canali ionici e l’eccitabilità delle membrane, tanto più approfondiamo i meccanismi dell’epilessia e come trattarli“.
I prossimi passi implicano anche la determinazione della relazione tra dimensione dei neuroni e proprietà elettriche in altre specie per ottenere informazioni sull’evoluzione della corteccia.
Fonte: Cell
