Storie di successo dei progetti - Studio su un'antica parte del cervello
Gli scienziati, finanziati dall'UE, stanno concentrando le loro attività su una zona importante e per certi versi enigmatica del cervello chiamata gangli basali e responsabile del controllo motorio e degli aspetti cognitivi del comportamento. I gangli basali sono un gruppo di strutture presenti nei cervelli dei vertebrati che fungono da unità funzionale coesiva. Se immaginiamo il cervello umano come un cappello a bombetta posato di sbieco su un appendiabiti, i gangli basali sono al centro, circa tre centimetri dal fondo. Adesso i ricercatori europei del progetto Select-and-Act stanno esplorando questa zona usando diversi strumenti avanzati per capire esattamente come funziona. Questa ricerca è importante sia per le scoperte che farà sia perché farà luce sulle malattie del sistema nervoso centrale come il Parkinson, l'Huntington e la sindrome da deficit di attenzione e iperattività (ADHD). "I gangli basali sono legati a diverse funzioni, come il controllo volontario del movimento, l'apprendimento procedurale riguardante i comportamenti di routine o le abitudini, i movimenti degli occhi e le funzioni cognitive ed emozionali," spiega Sten Grillner, coordinatore di Select-and-Act e professore presso il prestigioso Istituto Karolinska in Svezia. Il progetto Select-and-Act si sta concentrando in particolare sullo studio di una struttura chiave all'interno dei gangli basali, chiamata striato. Lo striato ha un ruolo cruciale, funge infatti da filtro per i segnali che vengono dalla corteccia e dal talamo. Grillner spiega che la sensibilità dello striato è regolata dalla dopamina ed è importante per il morbo di Parkinson. Troppo poca dopamina e i circuiti dello striato non si attivano. Troppa e causano movimenti involontari, chiamati ipercinesie, di ovvia importanza. Allo stesso modo 5-HT e istamina hanno altri effetti. La corteccia cerebrale è una zona chiave per la memoria, l'attenzione, la consapevolezza percettiva, il pensiero, il linguaggio e la coscienza, mentre il talamo comanda la sensibilità, il senso dello spazio e i segnali motori alla corteccia cerebrale e ai gangli basali. La corteccia cerebrale e il talamo lavorano in una stretta interazione con i gangli basali. Cosa ha fatto poi lo striato La corteccia e il talamo acquisiscono dati su cosa è necessario fare dopo e lo striato riceve tali informazioni e le usa per contribuire a determinare quali azioni dovranno essere effettuate a un dato momento e ricopre quindi un ruolo essenziale nel controllo motorio e nella coordinazione. "La nostra ricerca si è concentrata in particolare sullo striato perché è la struttura del cervello largamente responsabile della selezione del comportamento," dice Grillner. "Quindi se si vuole girare a destra o a sinistra è necessario separare i circuiti nel tronco encefalico. Ma serve un'altra struttura per decidere quale circuito si deve attivare a un dato momento e questo è uno dei compiti principali dello striato." Il team di Select-and-Act è formato da cinque gruppi di ricerca, con competenze complementari, che studiano sistematicamente lo striato in una matrice di modi collegati e rilevanti. Il laboratorio di Grillner sta studiando il funzionamento dei microcircuiti nello striato a livello molecolare, cellulare e sinaptico registrando da diverse cellule nervose allo stesso tempo usando lo striato dei roditori e di un vertebrato primitivo, la lampreda. Nel frattempo il laboratorio di Bolam a Oxford sta studiando la sottile struttura di tipi specifici di sinapsi nello striato e come diversi modulatori come dopamina, 5-HT e istamina influenzano i microcircuiti dello striato usando diverse tecniche psicologiche. All'Istituto reale di tecnologia di Stoccolma il laboratorio di Lansner/Hellgren sta realizzando modelli computerizzati dello striato e delle sue interazioni con la corteccia e i diversi centri motori. I modelli si basano sulle dettagliate scoperte biologiche e morfologiche dei laboratori di Grillner e di Bolam. "I modelli ci permettono di provare se i nostri risultati biologici possono spiegare il funzionamento dei diversi circuiti." Presso il laboratorio Graybiel del MIT a Cambridge, negli Stati Uniti, si sta conducendo uno studio in vivo. Qui, ricercatori studiano l'attività dello striato usando modelli con roditori, registrando simultaneamente una serie di cellule nervose nei microcircuiti dello striato quando il ratto corre. I ratti sono inoltre addestrati a girare a sinistra o a destra a seconda di dove pensano di trovare cibo e il team può vedere come queste azioni partono dallo striato. "Si può quindi sapere quando i diversi circuiti entrano in azione," dice Grillner. Infine il laboratorio di Bergman della Hebrew University di Gerusalemme sta studiando l'attività dei neuroni nello striato, insieme alle cellule di dopamina che segnalano il premio per la scimmia. La scimmia è addestrata a rilevare e interpretare diverse informazioni che indicano premi o semplicemente sbuffi d'aria. La situazione del test permette un'analisi della funzione dello striato in condizioni più complesse. "Mettendo insieme i metodi dei cinque laboratori possiamo capire la modalità del funzionamento del microcircuito nello striato e come questi microcircuiti funzionano durante attività più semplici nei roditori e più complesse nei primati," dice Grillner, aggiungendo che l'associazione di tecniche di ricerca rende Select-and Act unico. Il team ha avuto una grande sorpresa quando ha scoperto da quanto tempo esiste lo striato. "Abbiamo confrontato i circuiti dei mammiferi con i circuiti di uno dei primi tipi di vertebrati che si incontrano nell'evoluzione, e cioè la lampreda," dice. La lampreda è molto antica, si è evoluta 560 milioni di anni fa quando si è differenziata dalla linea principale dei vertebrati. È uno dei vertebrati più primitivi ancora disponibili per essere studiati. "Ma siamo rimasti sorpresi quando abbiamo scoperto che già 560 milioni di anni fa la struttura base, le proprietà e la connettività di queste cellule nervose si erano evolute. I mammiferi si sono sviluppati appena 130 milioni di anni fa e gli umani sono apparsi appena 200.000 anni fa. Quindi l'intera struttura di controllo dello striato era già pronta in una fase molto antica dell'evoluzione dei vertebrati e non è cambiata molto da allora," commenta Grillner. La ricerca continuerà per un altro anno. "La fase finale di questo progetto ci vedrà sviluppare una conoscenza dei microcircuiti dello striato e di come sono modificati da diversi modulatori come dopamina, 5-HT e istamina," spiega Grillner. Sebbene il team abbia raggiunto grandi risultati finora, gli scienziati dicono che rimane ancora lavoro da fare nel progetto nonostante siano state ottenute importanti nuove conoscenze. "Questo tipo di ricerca deve, però, continuare per lungo tempo in modo da capire l'intricato meccanismo che sta alla base del funzionamento del cervello," conclude Grillner. Il progetto Select-and-Act ha ricevuto finanziamenti del programma Salute del Settimo programma quadro (7° PQ) per la ricerca.