Circuiti cerebrali legati alla vigilanza

Quanto siete attenti, o vigili, durante il giorno può influenzare la vostra capacità di svolgere i compiti quotidiani. Molte cose possono alterare il livello di allerta, come la quantità di sonno o di caffeina. Essere troppo vigili o non abbastanza vigili può anche essere un segno di alcune condizioni di salute mentale, come l’ansia, la mania o la depressione.

Gli scienziati hanno imparato molto su come il cervello regola il sonno o la veglia in generale. Ma meno si sa su come il cervello regola i cambiamenti nella vigilanza durante il giorno.

Per indagare quali cellule cerebrali (neuroni) regolano la vigilanza, un team guidato da Drs. Karl Deisseroth e Matthew Lovett-Barron alla Stanford University ha analizzato l’attività delle cellule cerebrali in zebrafish e topi mentre misura i loro tempi di reazione. La ricerca è stata sostenuta in parte da NIH’s National Institute of Mental Health (NIMH) e National Institute on Drug Abuse (NIDA). I risultati sono stati pubblicati online su Cell il 2 novembre 2017.

Il team ha creato una tecnica chiamata MultiMAP (Multiplexed-alignment of Molecular and Activity Phenotypes) per tracciare e identificare i neuroni e i circuiti attivati durante un particolare stato del cervello. Utilizzando questa tecnica, i ricercatori hanno tracciato l’attività di decine di migliaia di cellule cerebrali di zebrafish mentre i pesci venivano presentati con uno stimolo che imitava un predatore in avvicinamento. Hanno misurato la prontezza misurando quanto tempo i pesci hanno impiegato per scuotere la coda in risposta allo stimolo minaccioso.

Un’analisi molecolare ha identificato diversi tipi di cellule che sono state attivate quando i pesci erano più attenti e reattivi. Questi includevano neuroni che rilasciano messaggeri chimici che alterano l’attività di altre cellule cerebrali. Confermando i risultati di studi precedenti, hanno identificato i neuroni che secernono norepinefrina come attivi nella vigilanza. Inoltre, la loro tecnica ha permesso loro di identificare altri tipi di cellule che non avevano precedentemente dimostrato di essere coinvolti nella vigilanza, compresi i neuroni che secernono acetilcolina, serotonina, dopamina e peptidi.

I ricercatori hanno cercato questi gruppi di cellule cerebrali nel cervello del topo. Hanno scoperto che c’erano tipi di cellule simili e circuiti che regolano la vigilanza nei topi. L’attivazione di circuiti specifici utilizzando optogenetica, che utilizza la luce per attivare o inibire i neuroni specifici, ha reso i topi più attenti o ridotto i loro tempi di reazione.

“Vigilanza andato awry segna stati come la mania e quelli visti in disturbo da stress post-traumatico e depressione,” dice il direttore del NIMH Dr. Joshua Gordon. “Acquisire familiarità con i giocatori molecolari in un comportamento – come questo nuovo strumento promette – può un giorno portare a interventi clinici mirati a stati cerebrali disfunzionali.”

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