Scansioni fMRI su modello di autismo mostrano connettività cerebrale ridotta

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Immagine: confronto della funzione del circuito neurale nei topi modello autismo (15q dup-saline, in alto a destra) e nei topi wild-type (WT-saline, in basso a sinistra). Il colore mostra la forza della connessione tra le diverse aree del cervello (ROI, regione di interesse). I colori più caldi indicano una maggiore connettività funzionale. Credito: Università di Kobe

Un gruppo di ricerca internazionale guidato dal Dr. TAKUMI Toru della Graduate School of Medicine (leader del team RIKEN Center for Brain Science) e dal Dr. TSURUGIZAWA Tomokazu (NeuroSpin / CEA, Francia) è riuscito a sviluppare un sistema per condurre scansioni fMRI su topi modello si autismo coscienti.

Questo metodo è stato successivamente utilizzato per rilevare la disfunzione della rete cerebrale e monitorare le risposte neurali ai segnali sociali nei topi modello di autismo. Inoltre, è stato dimostrato che la somministrazione di D-cicloserina (DCS) ha un certo successo nella correzione dei comportamenti sociali.

I ricercatori sperano che questo metodo di conduzione della risonanza magnetica su topi coscienti possa rendere più semplice colmare il divario tra la ricerca invasiva negli animali modello della malattia e la ricerca clinica nell’uomo.

Questo studio è stato pubblicato sull’American Scientific Journal Science Advances il 5 febbraio.

Il disturbo dello spettro autistico (ASD) è caratterizzato da comportamenti ripetitivi, interessi limitati e vari livelli di difficoltà con le interazioni sociali e la comunicazione. La ricerca sull’autismo utilizzando studi genetici umani e modelli animali è progredita rapidamente. Resta inteso che variazioni del numero di copie, alterazioni del numero di copie di regioni specifiche del DNA, sono una causa di ASD. Ciò ha permesso agli scienziati di sviluppare topi modello di autismo (topi di duplicazione 15q) che mostrano un comportamento simile ai fenotipi osservati in pazienti con Autismo. Sono stati studiati i comportamenti sociali, le sinapsi, i livelli di serotonina e altri aspetti di questi topi modello di autismo. Tuttavia, l’attività del cervello nel suo insieme deve ancora essere studiata in dettaglio. La risonanza magnetica funzionale (fMRI) può essere utilizzata per comprendere l’attività neuronale in tutto il cervello. Tuttavia, la maggior parte delle scansioni fMRI eseguite finora su modelli di topo ha utilizzato topi anestetizzati. Anche in anestesia leggera per sopprimere i movimenti del corpo, la coscienza dei topi è soppressa e non possono svolgere compiti cognitivi. Ciò rende difficile comprendere la funzione cerebrale. Pertanto è stato difficile confrontare le scansioni fMRI di topi anestetizzati con quelle di umani coscienti.

Metodologia di ricerca

Al fine di eseguire scansioni fMRI su topi senza anestesia, i topi sono stati dotati di barre  che sono state fissate saldamente alla testa per impedire loro il movimento. Per ridurre al minimo l’effetto dello stress sui risultati della risonanza magnetica, sia i topi di di controllo che i topi modello di autismo hanno ricevuto frequenti manipolazioni e addestramento per acclimatarli al processo. Sono stati realizzati tappi auricolari speciali per ridurre il rumore durante la scansione fMRI.

L’olfatto svolge un ruolo importante nelle tipiche interazioni sociali tra i topi. Il gruppo di ricerca ha studiato le differenze nell’attività cerebrale tra il modello di autismo e i topi di controllo quando esposti agli odori sconosciuti. Durante la scansione fMRI, un odore derivato dalle escrezioni di topi sconosciuti veniva trasmesso attraverso una maschera nasale al naso del topo. L’odore ha scatenato risposte nel bulbo olfattivo e nella corteccia di entrambi i gruppi di topi. Tuttavia, mentre i topi di controllo hanno mostrato risposte significative all’odore estraneo nelle aree subcorticali del cervello (incluso l’ippocampo associato alla memoria), i topi di tipo autistico no. La connettività funzionale è una sincronizzazione dell’attività neuronale tra regioni cerebrali distanziate anatomicamente ed è sensibile ai disturbi psichiatrici. Una diffusa ipo-connettività funzionale in tutto il cervello è stata osservata nel modello di autismo rispetto al modello wild-type.

Vedi anche, Uno studio può spiegare come le infezioni riducono i sintomi dell’autismo

Il DCS, un antibiotico usato nel trattamento della tubercolosi, è stato suggerito per ridurre i sintomi dell’autismo e favorire l’apprendimento rafforzando le connessioni neurali a causa del suo effetto sul recettore NMDA delle cellule nervose. Tuttavia i topi modello di autismo trattati con DCS hanno dimostrato di migliorare i tempi di interazione sociale reciproca, ma non hanno mostrato alcun altro effetto su altri comportamenti simili all’autismo.

In parallelo, l’imaging con tensore di diffusione è stata eseguita su tessuto cerebrale di topi di tipo autistico e wild-type per valutare le differenze nella microstruttura cerebrale. Ciò ha rivelato anomalie diffuse nella struttura della sostanza bianca e una connettività funzionale inferiore nelle diverse aree del cervello nei topi modello di autismo, rispetto ai topi wild-type.

Ulteriori sviluppi

Questo studio ha dimostrato che è possibile eseguire la fMRI su topi coscienti. Questa metodologia potrebbe essere utilizzata per migliorare la comprensione dei collegamenti tra attività neurale e comportamenti specifici. Questi risultati suggeriscono che si potrebbero ottenere scansioni fMRI che mostrano l’attività e la funzione del cervello in modelli murini coscienti di altri disturbi.

Le scansioni fMRI sugli animali svegli potrebbero essere combinate con altri metodi (come l’immunocolorazione, l’ingegneria genetica e la registrazione dell’attività nervosa) per una maggiore comprensione complessiva della funzione e dell’attività neuronale nei disturbi, da un livello genetico a un livello di rete neurale.

Fonte, Science Advances