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Jul 25, 2023

Riscrittura dei libri di testo: gli scienziati scoprono la complessità inaspettata delle connessioni cerebellari

Dell'Università di Chicago, 30 luglio 2023 Immagine di una cellula umana di Purkinje. Quasi tutte le cellule di Purkinje nel cervelletto umano hanno più dendriti primari che spuntano dal corpo cellulare e si dividono in

Dall'Università di Chicago30 luglio 2023

Immagine di una cellula umana di Purkinje. Quasi tutte le cellule di Purkinje nel cervelletto umano hanno più dendriti primari che spuntano dal corpo cellulare e si dividono in bellissimi motivi simili a foglie. Crediti: Silas Busch, Università di Chicago

Immagini di migliaia di cellule di Purkinje rivelano che quasi tutte le cellule umane hanno più dendriti primari. Queste strutture, quando osservate nei topi, facilitano le connessioni con molteplici fibre rampicanti originate dal tronco encefalico.

Nel 1906, il ricercatore spagnolo Santiago Ramón y Cajal ricevette il Premio Nobel per la sua pionieristica esplorazione delle strutture microscopiche del cervello. Le sue famose illustrazioni delle cellule di Purkinje all'interno del cervelletto raffigurano una foresta di strutture neuronali, con molteplici grandi rami che spuntano dal corpo cellulare e si dividono in bellissimi motivi simili a foglie.

Nonostante queste prime rappresentazioni mostrino più dendriti che si ramificano dal corpo cellulare, il consenso duraturo tra i neuroscienziati è che le cellule di Purkinje possiedono un solo dendrite principale che forma una connessione con una fibra rampicante solitaria proveniente dal tronco encefalico. Tuttavia, un recente studio dell'Università di Chicago, recentemente pubblicato sulla rivista Science, rivela che gli schizzi di Cajal erano effettivamente accurati: praticamente tutte le cellule di Purkinje nel cervelletto umano hanno più dendriti primari.

Ulteriori studi sui topi hanno dimostrato che circa il 50% delle loro cellule di Purkinje hanno anche questa struttura più complessa e, di queste cellule, il 25% riceve input da più fibre rampicanti che si collegano con diversi rami primari dei dendriti. Esperimenti che hanno registrato l'attività cellulare nei topi vivi hanno anche rivelato che i rami primari possono essere attivati ​​in modo indipendente, rispondendo a diversi stimoli provenienti dall'ambiente.

"Più lavori con un certo prototipo di cellula nella tua mente, più lo accetti", ha detto Christian Hansel, Ph.D., professore di Neurobiologia all'Università di Chicago e autore senior dello studio, riferendosi al modello canonico che Le cellule di Purkinje hanno un dendrite primario che si collega con una fibra rampicante. "Questi disegni di Cajal esistono dal 1900, quindi abbiamo sicuramente avuto abbastanza tempo per prestare attenzione, ma solo ora con questa analisi quantitativa vediamo che è quasi universale che le cellule umane abbiano più dendriti completi ciascuna, e possiamo vederlo fa anche una differenza qualitativa.

Il cervelletto (dal latino "piccolo cervello") si trova alla base del cranio, appena sopra il punto in cui si collega il midollo spinale. Da quando il medico francese Jean Pierre Flourens descrisse per la prima volta la funzione del cervelletto nel 1824, gli scienziati credevano che il suo unico compito fosse quello di coordinare il movimento e l'attività muscolare, ma i progressi tecnologici hanno dimostrato che il cervelletto svolge anche un ruolo significativo nell'elaborazione degli input relativi ai processi interni e muscolari del corpo. ambiente esterno, comprese le sensazioni di propriocezione ed equilibrio.

Le cellule cerebellari del Purkinje sono come grandi antenne che ricevono migliaia di input che trasmettono uno spettro di informazioni contestuali dal resto del corpo. Questi segnali vengono poi integrati con un segnale di errore di previsione, che indica una mancata corrispondenza tra il contesto e le aspettative del cervello. Questo segnale di errore è fornito dalle fibre nervose che salgono dal tronco encefalico e si collegano alle strutture dendritiche di Purkinje bersaglio. Molto appropriatamente, questi nervi sono chiamati “fibre rampicanti”.

La comprensione standard di queste connessioni è che ciascuna cellula del Purkinje ha un dendrite primario che si dirama dal corpo cellulare e si collega con una fibra rampicante, formando una singola unità computazionale. La credenza in questa relazione uno a uno tra le fibre rampicanti e le cellule di Purkinje, un dogma centrale nel campo che si può trovare in ogni libro di testo di neuroscienze, deriva in gran parte da studi sui roditori, che hanno principalmente la configurazione a singolo dendrite.

Cellule di Purkinje di topo. Sebbene il 50% delle cellule del Purkinje di topo abbiano un singolo dendrite primario, l'altra metà ha più dendriti, proprio come le cellule umane. Crediti: Silas Busch, Università di Chicago