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Sonno e veglia sono controllati da un gruppo di neuroni (13/06/2017)

C'è un gruppo di neuroni che può aiutarci a restare svegli quando lo vogliamo.
Il circuito cerebrale identificato può essere utile per intervenire in caso di insonnia, eccesso di sonno ed altri disturbi che possono essere collegati con problemi neuropsichiatrici come la depressione.


Dopaminergic neurons genetically engineered to express fluorescing genes. The fluorescence is used to measure activity of the neurons, which have been implicated in the sleep/wake cycle.
Credit: Courtesy of the Gradinaru laboratory

Al California Institute of Technology (Caltech) Viviana Gradinaru ed i sui colleghi hanno deciso di studiare l'area cerebrale chiamata nucleo dorsale del rafe dove c'è un gruppo di neuroni dall'attività dopaminergica chiamati neuroni DRNDA.

La Gradinaru spiega che l'attività di questi neuroni DRNDA è direttamente collegata con il sonno: le persone con danni a questa area avevano problemi di eccessiva sonnolenza diurna, ma i meccanismi di questa interazione non sono chiari.

Il gruppo di lavoro ha studiato i neuroni sui topi, che rappresentano un modello per il cervello umano.

Per prima cosa i ricercatori hanno studiato l'attività dei neuroni DRNDA mentre gli animali erano sottoposti a energici stimoli come l'arrivo di un potenziale partner sessuale, una improvvisa sensazione di pericolo o del cibo.

Durante questi eventi i neuroni DRNDA sono risultati particolarmente attivi, cosa che ha portato i ricercatori a teorizzare che i neuroni mandino segnali di stimolo e di eccitazione che possono modulare gli stati di sonno e veglia.

In seguito è stata misurata l'attività dei neuroni DRNDA trovando che sono meno attivi nello stato di sonno e più attivi in quello di veglia.

Secondo Ryan Cho, primo autore di questo lavoro, era quindi necessario comprendere se questo rapporto è di concomitanza casuale o di causa-effetto, se cioè l'attività dei neuroni porta cambiamenti negli stati di sonno e veglia.

Utilizzando topi geneticamente modificati gli studiosi hanno verificato che, effettivamente, l'attività dei neuroni DRNDA governa la veglia ed il sonno.

Una volta stimolati i neuroni durante il tempo normalmente dedicato al sonno, i ricercatori hanno visto che i topi si svegliavano e rimanevano svegli.

Al contrario, quando l'attività dei neuroni veniva silenziata gli animali restavano sonnacchiosi e tendevano ad addormentarsi anche in presenza di forti stimoli e motivazioni come l'odore di un potenziale partner o la pura di un predatore.

 

La seconda verifica ha riguardato il ruolo di questi neuroni nei risvegli dovuti a stimoli esterni.
L'attività dei neuroni è stata perciò azzerata utilizzando una tecnica chiamata optogenetica per progettare le cellule DRNDA in modo da rispondere a stimoli luminosi.
Quindi è stato prodotto un forte suono mentre gli animali dormivano.

Mentre i topi di controllo si risvegliavano spesso quelli con i neuroni DRNDA bloccati tendevano ad ignorare lo stimolo e continuavano a dormire.

I neuroni DRNDA sono presenti anche negli esseri umani e le prossime verifiche saranno perciò indirizzate in questa direzione.

Per saperne di più
Dorsal Raphe Dopamine Neurons Modulate Arousal and Promote Wakefulness by Salient Stimuli.
Other co-authors are postdoctoral scholars Jennifer Treweek (BS '04), Alon Greenbaum, and J. Elliott Robinson; former senior research scientist Cheng Xiao; and Caltech lecturer Lindsay Bremner.
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Caltech
California Institute of Technology
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Marco Dal Negro