Il ritmo del cervello

Le cellule cerebrali hanno bisogno di seguire specifici ritmi di attivazione per un corretto funzionamento cerebrale, ritmi che appaiono disturbati in malattie come la schizofrenia e l'autismo. Ora le ricerche di un gruppo di neuroscienziati dello Stanford University Medical Center sono riusciti a dimostrare che la precisa sintonizzazione delle frequenze di oscillazione di certi neuroni influisce sia sul modo in cui il cervello elabora l'informazione, riuscendo a dare anche una stima dell'impatto in termini di bit di informazione, sia sulla gestione del sentimento di gratificazione legato ai cosiddetti circuiti della ricompensa.

I risultati di questi studi sono pubblicati online da "Nature" e da "Science Express".

Da tempo era stato ipotizzato che il controllo delle cosiddette onde cerebrali "gamma", che oscillano a una frequenza di 40 Hertz, potesse dipendere dalle cellule che esprimono la proteina parvalbumina. Tuttavia il legame fra i due fenomeni non era stato dimostrato per l'impossibilità di controllare selettivamente i neuroni e osservare gli effetti sulle oscillazioni e sul flusso di informazioni cerebrale.

Ora, come viene spiegato nell'articolo su "Nature", il gruppo di ricerca diretto da Karl Desisseroth ha sviluppato una tecnica, detta optogenetica, in cui specifiche cellule possono essere ingegnerizzate in modo da essere controllate da impulsi di luce nel visibile. Il gruppo ha proceduto in questo modo con i neuroni positivi alla parvalbumina nel cervello di topo, scoprendo che eccitandoli o inibendoli essi possono produrre o sopprimere onde gamma e osservare un marcato cambiamento nella quantità del flusso di informazioni nei circuiti cerebrali.

"Abbiamo scoperto che se si frenano questi neuroni si osservano meno oscillazioni a 40 Hertz. Avviandole, invece, si vedono più oscillazioni gamma. Si tratta della prima prova reale che questi neuroni sono coinvolti nella generazione delle onde cerebrali gamma" dice Deisseroth. "Ma abbiamo anche scoperto che possiamo quantificare in termini di bit l'effetto delle oscillazioni sul flusso di informazioni nei circuiti neuronali, riscontrando che le oscillazioni aumentano specificamente il flusso fra differenti tipi di cellule nella corteccia prefrontale."

Nel secondo articolo, pubblicato on line su Science Express, Deisseroth e collaboratori della Stanford University e dell'Università della California a San Francisco ha studiato l'effetto del controllo delle oscillazioni sui neuroni dopaminergici.

"Abbiamo testato differenti ritmi sui neuroni dopaminergici, scoprendo che i ritmi a frequenza inferiore sono molto poco efficaci, mentre le 'esplosioni' di oscillazioni ad alta frequenza riuscivano a dar luogo molto efficacemente al comportamento legato alla ricompensa".

"Una migliore comprensione dei neuroni dopaminergici ha implicazioni non solo per l'abuso di sostanze, che stimolano direttamente la sensazione di ricompensa, ma anche per la depressione, dato che nei soggetti che ne soffrono uno dei sintomi più evidenti è l'incapacità di gioire di qualsiasi cosa", ha osservato Deisseroth.

In un certo senso, gli autori suggeriscono che una confusione di pensiero o l'incapacità di gioire siano collegate a una incapacità delle cellule di seguire il ritmo.