Lo studio sui topi suggerisce che neuroni specifici influenzano il comportamento Stay-or-Go

Decisioni quotidiane come alzarsi dal divano per fare uno spuntino o rimanere e navigare nei canali possono essere influenzate dal tipo di cellula nervosa attivata nel cervello.

I neuroscienziati del Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) hanno ora identificato gli elementi chiave del circuito che contribuiscono a tali decisioni nella corteccia cingolata anteriore (ACC), parte della corteccia prefrontale.

In uno studio pubblicato su Natura, Adam Kepecs, Ph.D., e il suo team hanno scoperto, per la prima volta, specifici tipi di cellule cerebrali per un particolare modello di comportamento nei topi - un modello "resta o vai" chiamato comportamento di foraggiamento.

Il documento mostra che l'attivazione di due distinti tipi di neuroni inibitori, noti come neuroni della somatostatina (SOM) e della parvalbumina (PV), ha una forte correlazione con l'inizio e la fine di un periodo di comportamento di foraggiamento.

Collegare tipi neuronali specifici a comportamenti ben definiti si è rivelato estremamente difficile.

"C'è un grande divario nella nostra conoscenza tra la nostra comprensione dei tipi di neuroni in termini di posizione fisica e il loro posto in un dato circuito neurale, e ciò che questi neuroni effettivamente fanno durante il comportamento", ha detto Kepecs.

Parte del problema è la sfida tecnica di fare questi studi su topi vivi che si comportano liberamente.

La chiave per risolvere questo problema è un modello murino sviluppato nel laboratorio del Cold Spring Harbor Laboratory, in cui il topo ha una modificazione genetica che consente ai ricercatori di indirizzare una specifica popolazione di neuroni con qualsiasi proteina di interesse.

Il gruppo di Kepecs, guidato da Duda Kvitsiani e Sachin Ranade, ha utilizzato questo topo per etichettare tipi di neuroni specifici nell'ACC con una proteina attivata dalla luce, una tecnica nota come tagging optogenetico.

Ogni volta che hanno proiettato la luce sul cervello dei topi da cui stavano registrando, solo i neuroni PV e SOM contrassegnati hanno risposto prontamente con un picco di attività, consentendo ai ricercatori di individuarli dalla vasta diversità di risposte cellulari osservate in un dato momento.

Il team ha registrato l'attività neurale nell'ACC di questi topi mentre si impegnavano nel comportamento di foraggiamento.

Hanno scoperto che i neuroni inibitori di PV e SOM hanno risposto intorno al momento delle decisioni di foraggiamento, in altre parole se rimanere e bere o andare ed esplorare altrove. In particolare, quando i topi sono entrati in un'area in cui potevano raccogliere una ricompensa d'acqua, i neuroni inibitori SOM si spengono ed entrano in un periodo di attività di basso livello, aprendo così un "cancello" per il flusso di informazioni all'ACC.

Quando i topi hanno deciso di lasciare quell'area e guardare altrove, i neuroni inibitori del PV hanno attivato e ripristinato bruscamente l'attività cellulare.

"Il cervello è complesso e continuamente attivo, quindi ha senso che questi due tipi di interneuroni inibitori definiscano i confini di un comportamento come il foraggiamento, l'apertura e la chiusura del 'cancello' all'interno di un particolare circuito neurale attraverso i cambiamenti nella loro attività", ha detto Kepecs.

Si tratta di un progresso importante, che affronta un problema nelle neuroscienze comportamentali che gli scienziati chiamano "lo zoo della risposta corticale".

Quando i ricercatori registrano l'attività neurale nella corteccia durante il comportamento e non sanno da quale tipo di neuroni stanno registrando, si vede una serie sconcertante di risposte.

Ciò complica notevolmente il compito dell'interpretazione. Da qui l'importanza dei risultati del team Kepecs, che per la prima volta mostrano che specifici tipi di neuroni corticali possono essere collegati ad aspetti specifici del comportamento.

“Pensiamo al cervello e al comportamento in termini di livelli; quali sono i tipi di cellule e i circuiti o le reti che formano; in quali regioni del cervello si trovano; e quale comportamento è modulato da loro ", ha detto Kepecs.

"Osservando che l'attività di specifici tipi di cellule nella corteccia prefrontale è correlata a un periodo comportamentale, abbiamo identificato un legame tra questi livelli".

Fonte: Cold Spring Harbor Laboratory