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Svelate nuove funzioni dell’ippocampo

Un team di ricercatori guidato da Lam Woo, Professore di Ingegneria Biomedica presso il Dipartimento di Ingegneria Elettronica dell’ Università di Hong Kong, ha individuato nuove funzioni di una regione importante del cervello, l’ippocampo, non note agli scienziati prima di questa ricerca.

I risultati dello studio sono stati recentemente pubblicati nella prestigiosa rivista dell’ Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti d’America (PNAS) nell’agosto 2017.

L’ippocampo, situato sotto la corteccia cerebrale, svolge un importante ruolo nella memoria. Nella malattia di Alzheimer e altre forme di demenza, questa zona del cervello viene colpita e danneggiata, causando sintomi precoci, tra cui perdita di memoria a breve termine e disorientamento. Le persone con danno ippocampale possono perdere la capacità di formare e conservare nuove memorie. Inoltre, il danno in questa zona del cervello è anche strettamente connesso ad altre malattie come l’epilessia, la schizofrenia, l’amnesia globale transitoria e il disturbo da stress post-traumatico.

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Tuttavia, il ruolo dell’ippocampo nelle reti cerebrali complesse, in particolare la sua influenza sulla connettività funzionale a livello cerebrale, non è stato ancora ben compreso dagli scienziati. La connettività funzionale si riferisce all’integrazione funzionale tra regioni separate del cervello.

Gli esperimenti sui roditori condotti dal Dr. Russell W. Chan, Dr. Alex TL Leong e altri, guidati dal professor Wu, hanno rivelato che le attività a bassa frequenza nell’ippocampo possono guidare la connettività funzionale a livello cerebrale nella corteccia cerebrale e migliorare le risposte sensoriali. La corteccia cerebrale è la regione più grande del cervello dei mammiferi e svolge un ruolo chiave nella memoria, nell’attenzione, nella percezione, nella conoscenza, nella consapevolezza, nel pensiero, nella lingua e nella coscienza. In altre parole, le attività a bassa frequenza dell’ippocampo possono guidare l’integrazione funzionale tra diverse regioni della corteccia cerebrale e migliorare la reattività della visione, dell’udito e del tatto.

Questi risultati hanno indicato che l’ippocampo può essere considerato come il cuore del cervello, una svolta nella nostra conoscenza di come funziona il cervello.

Inoltre, questi risultati suggeriscono che le attività a bassa frequenza nell’ippocampo possono migliorare l’apprendimento e la memoria poiché le attività a bassa frequenza si verificano di solito durante il sonno ad onde lente associate all’apprendimento e alla memoria. Il sonno ad onde lente, spesso definito come sonno profondo, è uno stato in cui di solito entriamo più volte ogni notte ed è necessario per sopravvivere.

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La malattia di Alzheimer è una malattia neurodegenerativa cronica che di solito inizia lentamente e peggiora nel tempo e il più comune sintomo precoce è la perdita di memoria. Questi risultati possono anche avere potenziali implicazioni terapeutiche della neuromodulazione ippocampale nella malattia di Alzheimer.

Questi risultati aumentano la nostra comprensione delle origini e dei ruoli della connettività funzionale a livello cerebrale e indicano anche i potenziali di rsfMRI e neuromodulazione per la diagnosi precoce e il miglioramento delle malattie cerebrali, tra cui la malattia di Alzheimer, la demenza, l’epilessia, la schizofrenia, l’amnesia globale transitoria e il disturbo da stress post-traumatico.

( Vedi anche:Le dimensioni dell’ ippocampo possono indicare il rischio di demenza).

Il team del Professor Wu è una delle squadre leader nel mondo della ricerca in particolare dell’esame delle funzioni uditive e visive e della connettività strutturale e funzionale del cervello. Le tecnologie pionieristiche che impiegano includono l’utilizzo di attivazione  ottogenetica, inattivazione farmacologica e fMRI, per indagare le dinamiche alla base della propagazione dell’attività cerebrale, nonché le origini ed i ruoli della connettività funzionale nel cervello.

 

visual cortex
audio cortex
somatosensory cortex

La precedente rivelazione che il talamo, un’altra regione che si collega alla corteccia cerebrale, non è solo un relè o una regione cervicale passiva come inizialmente pensato, ma può avviare interazioni neurali interne a livello cerebrale a diverse frequenze, è stata pubblicata nell’edizione del PND di dicembre 2016.

Il cervello umano è la fonte dei nostri pensieri, emozioni, percezioni, azioni e memorie. Tuttavia, il funzionamento del cervello resta in gran parte sconosciuto. Una grande sfida per la neuroscienza nel XXI secolo è quella di ottenere una comprensione integrata delle interazioni su larga scala del cervello, in particolare delle forme di attività neurali che danno origine a funzioni e comportamenti. Nel 2010, l’Istituto Nazionale di Salute (NIH) negli Stati Uniti ha lanciato il progetto Human Connectome che mira a “fornire una raccolta senza precedenti di dati neurali e l’opportunità di raggiungere conclusioni mai realizzate sul cervello umano vivente”.

Principali ricerche

Sulla base delle conoscenze attuali, si prevede che l’ippocampo generi prevalentemente attività ad alta frequenza e queste attività sono in gran parte limitate all’ippocampo. Tuttavia, in questo studio, l’eccitazione ottogenetica a bassa frequenza del giro dentato dorsale, una sub-regione dell’ippocampo, ha evocato attività corticali e subcorticali che vanno oltre l’ippocampo. Inoltre, questa stimolazione a bassa frequenza ha potenziato la connettività funzionale a livello cerebrale nell’ippocampo bilaterale, nella corteccia visiva, nella corteccia uditiva e nella corteccia somatosensoriale. Nel frattempo, l’inattivazione farmacologica dell’ippocampo ha ridotto la connettività funzionale a livello cerebrale. Inoltre, risposte visivamente evocate nelle regioni visive sono aumentate anche durante e dopo la stimolazione ippocampale a bassa frequenza.

Il cervello umano rappresenta solo il 2% del peso corporeo totale, tuttavia consuma circa il 20% della domanda di energia totale del corpo. Nonostante la sua importanza, è uno degli organi meno conosciuti. I risultati del team di ricerca hanno avanzato la nostra conoscenza fondamentale delle origini e dei ruoli della connettività funzionale a livello di cervello.

Immaginazione ottogenetica e farmacologica della risonanza magnetica funzionale

La tecnica integrata adottata dalla squadra del professor Wu consiste in optogenetica, neuromodulazione farmacologica e risonanza magnetica funzionale (fMRI). L’ottogenetica è un metodo di neuromodulazione che utilizza una combinazione di tecniche dell’ottica e della genetica per controllare le attività dei singoli neuroni nei tessuti viventi. La neuromodulazione farmacologica utilizza farmaci per manipolare le attività dei neuroni.La fMRI è una tecnica di imaging non invasiva di grandi dimensioni per rilevare le attivazioni a livello cerebrale. I ricercatori possono utilizzare la fMRI per visualizzare l’intera attività cerebrale in risposta a diverse stimolazioni ottogenetiche e manipolazioni farmacologiche. La combinazione sinergica delle tre tecnologie ha enorme potenziale per avvisre una nuova era della ricerca interdisciplinare per far progredire la nostra comprensione del cervello.

Fonte: The University of Hong Hong

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