Scoperto un nuovo tipo di segnale di trasmissione nel cervello umano

Un team di ricercatori, appartenenti ad istituti di ricerca tedeschi e greci, hanno identificato un nuovo meccanismo, nelle cellule corticali esterne del cervello, in cui viene prodotto un segnale di trasmissione “graduale”, che potrebbe rappresentare per i singoli neuroni un alternativa per svolgere le loro funzioni logiche.

Nuovi segnali nel cervello trasmessi dagli ioni calcio

Gli scienziati lo hanno individuato analizzando l’attività elettrica in sezioni di tessuti cerebrali, rimossi durante interventi di chirurgia cerebrale su pazienti affetti da epilessia. La struttura dei tessuti è stata analizzata con tecniche di microscopia a fluorescenza.

Grazie a queste analisi si è scoperto che i singoli neuroni della corteccia non utilizzavano solo ioni sodio per trasmettere l’impulso nervoso, ma anche ioni calcio. Questa combinazione di ioni da quindi origine ad un nuovo tipo di potenziale d’azione che trasmette l’informazione nervosa, delle onde di tensione mai viste prima, chiamate potenziali d’azione dendritici mediati dal calcio o dCaAP.

Il potenziale d’azione dei nostri neuroni infatti è ciò che trasmette l’informazione nervosa lungo gli assoni dei neuroni e viene poi trasmessa al neurone successivo tramite segnali chimici che avvengono a livello dei dendriti.

Il potenziale d’azione è dunque una sorta si corrente elettrica che scorre lungo i nostri neuroni proprio come se questi fossero dei semplici fili elettrici. Questa tensione elettrica si trasmette nei neuroni sotto forma di un’onda di apertura e chiusura di canali che scambiano particelle cariche come sodio, cloruro e potassio.

L’importanza della trasmissione nervosa a livello dendritico

Matthew Larkum neuroscienziato della Humboldt University ritiene che proprio “i dendriti sono fondamentali per comprendere il cervello perché sono al centro di ciò che determina il potere computazionale dei singoli neuroni”.

È proprio a livello dendritico infatti che si decide se il segnale nervoso deve essere trasmesso oltre oppure no. Il segnale passa al neurone successivo solo se un potenziale d’azione è sufficientemente significativo, ed ogni altro neurone può decidere a sua volta di bloccare o trasmettere il messaggio.

Questa è il fondamento delle basi logiche del nostro cervello, si tratta di increspature di tensione che possono essere trasmesse in due modi diversi: messaggi AND, ovvero se x ed y sono innescati, il messaggio viene trasmesso; o messaggi OR, se x o y vengono attivati, il messaggio viene passato.

Nuovi segnali nel cervello proprio a livello dei dendriti

Ovviamente questo meccanismo di trasmissione di messaggi e segnali è estremamente complicato nella corteccia cerebrale in cui il secondo ed il terzo strato, più profondi, sono particolarmente spessi, pieni di rami che svolgono funzioni di alto livello che associamo alla sensazione, al pensiero e al controllo motorio.

E sono proprio sezioni di questi complessi tessuti che i ricercatori hanno analizzato mediante un dispositivo chiamato patch clamp somatodendritico che invia potenziali d’azione attivi su e giù per ciascun neurone, registrando i loro segnali. Ed è stato proprio grazie a queste analisi che i ricercatori hanno visto per la prima volta i potenziali d’azione dendritici.

Per escludere che questo tipo di segnale non fosse esclusivo delle cellule cerebrali di persone affette da epilessia, i ricercatori hanno controllato i loro risultati analizzando anche alcune sezioni di tessuti prelevati da tumori cerebrali rimossi chirurgicamente. Inoltre in alcune cellule nervose a cui è stato somministrato un bloccante del canale del sodio, è stato comunque identificato un tipo di segnale. Solo bloccando il calcio non si è registrato nessun segnale.

I nuovi segnali possono trasmettere i segnali XOR

Il team di ricerca è rimasto sorpreso dal modo in cui questo potenziale d’azione mediato dal calcio funzioni all’interno della corteccia. Grazie a questo segnale, oltre a trasmettere messaggi di tipo AND e OR logico, questi singoli neuroni potrebbero agire anche come intersezioni OR esclusive (XOR), che consentono un segnale solo quando un altro segnale viene classificato in un modo particolare.

Fino ad ora si riteneva che per questo tipo di segnali fossero necessarie delle reti neuronali, ora invece sembra possibile che sia sufficiente una sola cellula con questi nuovi potenziali d’azione.

Ma per essere certi del funzionamento e del comportamento dei dCaAP su interi neuroni e in un sistema vivente, saranno necessari ulteriori studi. Si dovrà anche stabilire se si tratta di una peculiarità dell’essere umano, o se meccanismi simili si sono evoluti altrove nel regno animale.

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