Riassunto:
Il gruppo di ricerca dell'Allen Institute ha mappato le connessioni neurali del locus coeruleus (locus coeruleus, noto anche come "locus coeruleus" a causa del suo pigmento blu scuro) nel tronco cerebrale del topo e ha scoperto che la lunghezza totale dell'assone di un neurone raggiunge i 70,32 centimetri, che è il neurone del topo più lungo misurato finora. La ricerca mostra che quest’area, che in precedenza si pensava trasmettesse un singolo segnale all’intero cervello, in realtà contiene gruppi di cellule con percorsi e funzioni di proiezione distinti. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature.
Sebbene il locus coeruleus occupi solo una piccola porzione delle cellule cerebrali, è un'importante fonte di norepinefrina. La norepinefrina è coinvolta nella regolazione dell'attenzione, dell'apprendimento, dello stress o degli stati di eccitazione e influisce anche sulla frequenza cardiaca. I ricercatori paragonavano il locus coeruleus a un "megafono" che trasmette in modo uniforme in tutto il cervello; una nuova ricerca suggerisce che sia più simile a una rete di comunicazione che invia segnali diversi a specifiche aree del cervello.
Il team di ricerca ha combinato imaging dell'intero cervello, registrazione dell'attività neurale, analisi genetica ed esperimenti comportamentali per analizzare la morfologia, la posizione di proiezione e l'attività dei neuroni nel locus coeruleus dei topi. La ricerca ha incluso l'imaging dell'intero cervello di quasi 35.000 neuroni, l'analisi dell'espressione genetica di quasi 400.000 cellule e la ricostruzione morfologica completa di 132 neuroni del locus coeruleus. I risultati hanno mostrato che i neuroni dorsali del locus coeruleus proiettano principalmente alla corteccia cerebrale e al prosencefalo, mentre i neuroni ventrali collegano principalmente il tronco encefalico e il midollo spinale; queste differenze anatomiche corrispondono anche a diverse caratteristiche di espressione genica.
In un compito decisionale, i neuroni nel locus coeruleus dorsale si attivano quando i topi cambiano le loro scelte a causa di conseguenze negative; mentre la frequenza di attivazione dei neuroni ventrali aumenta appena prima che i topi stiano per ignorare i segnali che potrebbero portare ricompense. Sulla base di ciò, i ricercatori ritengono che il percorso di proiezione dorsale sia correlato ai segnali di apprendimento, mentre il percorso ventrale può influenzare l’interazione dell’animale con l’ambiente. Tuttavia, queste conclusioni provengono da esperimenti sui topi e non possono essere direttamente equivalenti agli effetti nel cervello umano.
Lo studio ha inoltre scoperto che la lunghezza totale media degli assoni dei neuroni nel locus coeruleus è di circa 34-35 centimetri, con il più lungo che raggiunge i 70,32 centimetri. La "lunghezza" qui si riferisce alla lunghezza totale di ciascun ramo dell'assone del neurone dopo la ricostruzione completa, non a una fibra nervosa diritta e continua che si estende per 70 cm. Questo neurone trasporta la norepinefrina in ampie aree della corteccia cerebrale ma evita il cervelletto, il tronco encefalico e il midollo spinale, dimostrando una copertura ampia ma non indifferenziata delle sue connessioni.
Il sistema della norepinefrina è stato il bersaglio di farmaci legati alla depressione, all'ansia, al disturbo da deficit di attenzione e iperattività e ad altre malattie, e anche i neuroni nel locus coeruleus sono considerati una delle cellule danneggiate nelle prime fasi della malattia di Alzheimer. Il gruppo di ricerca ritiene che un'ulteriore comprensione del ruolo dei diversi circuiti potrebbe aiutare a regolare in modo più preciso specifici circuiti neurali in futuro e a ridurre gli effetti collaterali su altri circuiti quando colpiscono un'area del cervello; tuttavia, questa è ancora una direzione di ricerca di base e non sono stati ancora testati nuovi trattamenti.
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