Un guasto nel supercomputer

Il tuo cervello è il supercomputer più avanzato al mondo. Ma nella malattia di Huntington (MH), un processore centrale di questo computer inizia a funzionare male. Utilizzando tecniche di imaging avanzate, un gruppo di ricerca dell’UCLA ha osservato da vicino per identificare e visualizzare i circuiti specifici che vanno in tilt nelle parti del cervello più colpite dalla MH – e come la malattia li porti ad apparire diversi. Hanno scoperto che i circuiti specifici di una regione centrale del cervello (lo striato) colpiti nella MH, chiamati neuroni medi spinosi, sono meno connessi e meno spinosi di quanto dovrebbero essere.

Il computer più complesso del mondo

Il computer più complesso del mondo non è fatto di microchip: si trova proprio dentro la tua testa. Sebbene i supercomputer più veloci rivaleggino con il cervello umano per potenza di calcolo pura, nulla può eguagliare la straordinaria flessibilità ed efficienza del tuo cervello.

Giusto per darti un’idea approssimativa, il supercomputer più potente del momento, chiamato “El Capitan” in California, stipa apparecchiature all’avanguardia su un’area pari a due campi da tennis e consuma l’energia di una piccola città. Il cervello ha solo le dimensioni di un pompelmo e funziona con l’energia di una lampadina fioca, eppure miracolosamente raggiunge la stessa capacità di calcolo. Senza contare che El Capitan non sa ballare, cantare, afferrare una palla o fare innumerevoli altre cose incredibili che il tuo cervello può fare!

Chiaramente vale la pena capire come funziona questo incredibile computer nella tua testa e anche come si guasta nella MH. Quindi, quale parte di questo computer è colpita nella MH e come possiamo capire cosa sta andando storto? Un gruppo di ricerca all’avanguardia dell’UCLA ha applicato alcuni approcci inventivi per rispondere a queste domande.

Un malfunzionamento del calcolo centrale nella MH

Il cervello non è esattamente come un computer fatto di microchip, ma ci sono alcune somiglianze. Per prima cosa, il cervello elabora le informazioni attraverso input e output. Questa elaborazione avviene utilizzando cellule specializzate chiamate neuroni, che operano un po’ come i circuiti di un microchip. E come un computer, il cervello è organizzato in diverse parti che elaborano cose diverse.

Il cervello ha l’incredibile cifra di 86 miliardi di neuroni e altrettante cellule di supporto, che insieme sono circa quante sono le stelle nella Via Lattea. La portata di ciò che il tuo cervello può fare con tutte queste cellule cerebrali è davvero sbalorditiva. El Capitan non ci si avvicina minimamente.

Una delle parti più importanti del nostro fantastico computer è una regione centrale del cervello chiamata striato, che è ulteriormente divisa in caudato e putamen.

Puoi pensare allo striato come alla Grand Central Station per molti processi cerebrali: un luogo a cui si collegano molti circuiti. Lo striato è una delle parti del cervello più colpite nella MH, motivo per cui i sintomi della malattia possono essere così diversi, inclusi movimenti incontrollati, problemi di umore e difficoltà di pensiero. Quindi, per capire la MH, devi capire lo striato.

Un tipo speciale di circuito è colpito nella MH

Alcune parti del cervello hanno decine e decine di tipi diversi di neuroni, ma fortunatamente i neuroni che si trovano nello striato non sono così diversi come in altre parti del cervello. Questo rende lo striato un po’ più facile da capire.

Puoi pensare allo striato come a un cluster di elaborazione nel tuo computer, con molti circuiti simili tra loro. Questi circuiti nello striato sono chiamati neuroni medi spinosi e rappresentano la maggior parte dei neuroni che si trovano lì. “Neurone medio spinoso” potrebbe sembrare un nome inventato, ma è proprio così che li chiamano gli scienziati, per via del loro aspetto! Sono di medie dimensioni e molto spinosi. Potresti averli visti chiamati anche MSN, in breve.

Perché i neuroni medi spinosi sono così spinosi? Questo perché ogni neurone medio spinoso riceve segnali da molti altri neuroni nel cervello, e ognuno di questi input avviene attraverso una piccola spina che sporge dal neurone medio spinoso. I neuroni medi spinosi hanno molti input, ecco perché hanno molte spine. È la Grand Central Station del cervello, ricordi?

I neuroni medi spinosi sono chiaramente molto importanti, ma non sappiamo esattamente come siano collegati individualmente al resto del cervello, solo che hanno molti input. Sono proprio i neuroni medi spinosi a essere particolarmente vulnerabili nella MH, il che, secondo gli scienziati, causa il malfunzionamento dello striato e i sintomi della malattia.

Mappare i circuiti in tre dimensioni

Sorprendentemente, è stata fatta pochissima ricerca sull’aspetto dei neuroni medi spinosi, a parte il fatto che sono spinosi. Sembrano tutti uguali? Come appaiono quando sono danneggiati nella MH? Un rinomato gruppo di ricerca dell’UCLA guidato dal Dr. X. William Yang ha deciso di mappare l’aspetto dei neuroni medi spinosi nel cervello e cosa succede loro nella MH.

Per fare ciò, il gruppo ha marcato i neuroni medi spinosi in modo che brillino al microscopio e ha anche marcato ogni spina, chiamate spine dendritiche o semplicemente dendriti. Non potevano eseguire questa marcatura nei cervelli umani, quindi l’hanno fatta in cervelli di topo che hanno anch’essi uno striato. Dopo aver marcato i neuroni medi spinosi e le loro spine (dendriti), hanno tagliato lo striato in fette e hanno scattato immagini dettagliate di ogni fetta per vedere come apparivano i neuroni medi spinosi.

È un po’ come affettare uno stampo di gelatina densa con piccoli frutti sparsi all’interno, in modo da poter vedere più facilmente la frutta. Ciò ha permesso ai ricercatori di vedere come apparivano i neuroni medi spinosi in tre dimensioni all’interno di ogni fetta. Sorprendentemente, questa è la prima volta che qualcuno osserva i neuroni medi spinosi in questo modo! Quindi, cosa hanno visto?

Non tutti i circuiti sembrano uguali

Lo striato è in realtà diviso in ulteriori cluster di elaborazione, anche se hanno tutti neuroni medi spinosi che sono colpiti nella MH. Così i ricercatori hanno deciso di valutare l’aspetto dei neuroni medi spinosi in questi diversi cluster.

Hanno misurato ogni tipo di variabile sui neuroni medi spinosi, come quante spine hanno, quanto sono lunghe e quanto spesso le spine si ramificano in spine più piccole. È un po’ come guardare i circuiti in una parte specifica di un computer e studiare quanto è lungo ciascuno dei circuiti e dove vanno.

Interessantemente, i neuroni medi spinosi appaiono un po’ diversi in diverse parti dello striato. In alcune parti dello striato le spine sono più lunghe di altre, in altre parti sono più corte. In alcune parti dello striato le spine sono più numerose e in alcune parti sono più ramificate. Chiaramente c’è molto di più in gioco nel modo in cui questi neuroni medi spinosi sono cablati nello striato di quanto sapessimo in precedenza.

Nella MH, meno connessioni circuitali di quante dovrebbero essercene

I neuroni medi spinosi dello striato sono particolarmente vulnerabili nella MH e iniziano a funzionare male e a scomparire molto presto nella malattia. Quindi, cosa hanno osservato gli scienziati riguardo alla forma e all’aspetto di questi diversi circuiti di neuroni medi spinosi nella MH?

Per studiare questo, hanno eseguito la stessa marcatura, il sezionamento del cervello e l’imaging al microscopio, ma questa volta in un topo che modella la MH con una ripetizione CAG espansa. Curiosamente, i neuroni medi spinosi nei topi MH erano meno complessi e avevano meno rami.

Ciò suggerisce che nella MH potrebbero esserci meno connessioni circuitali di quante dovrebbero essercene tra i neuroni medi spinosi e il resto del cervello. In altre parole, il malfunzionamento dello striato nella MH può essere correlato a una minore connettività con il resto del cervello, come un nucleo di elaborazione che perde le connessioni con il resto del computer.

Capire come i neuroni colpiti nella MH perdano le loro connessioni con il resto del cervello è di fondamentale importanza per capire come ripararli o impedire loro di funzionare male fin dall’inizio. Con altri studi come questi, potremo sviluppare modi migliori per tracciare e trattare le cause della MH in futuro.

Riassunto

• Il tuo cervello è il computer più complesso del mondo
• La MH causa il malfunzionamento di una parte specifica di questo computer, lo striato
• Circuiti specifici nello striato, chiamati neuroni medi spinosi, sembrano andare perduti nella MH
• La ricerca suggerisce che i neuroni medi spinosi abbiano un aspetto e connessioni leggermente diversi nelle diverse parti dello striato
• I neuroni medi spinosi appaiono meno complessi nella MH e hanno meno connessioni