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Uno sguardo dettagliato ai neuroni del cervello

I neuroni svolgono un ruolo fondamentale nell’elaborazione delle informazioni da parte del cervello, ma il loro studio si è dimostrato particolarmente complesso. I ricercatori finanziati dall’UE hanno sviluppato strumenti optogenetici per superare alcuni i problemi tecnici che vi sono associati.
Uno sguardo dettagliato ai neuroni del cervello
I neuroni utilizzano gli impulsi elettrici per immagazzinare, elaborare e trasmettere le informazioni. In precedenza, i ricercatori erano solo in grado di correlare le risposte neuronali ai cambiamenti ambientali e di registrare le risposte comportamentali dopo la stimolazione dei neuroni.

Gli scienziati del progetto MANIPULATENEURALCODE (Determination of the neural code, or how the brain processes and stores information, by recording and stimulating neural activity in awake behaving mice) si sono proposti di combinare i due approcci. La manipolazione dell’attività dei neuroni desiderati e la registrazione della loro attività, infatti, aiuterebbe a determinare il modello spaziotemporale di attività cerebrale che porta alla percezione o all’attività.

I ricercatori hanno utilizzato la luce per registrare e manipolare in modo selettivo l’attività neuronale con una risoluzione della singola cellula, grazie alla microscopia avanzata a due fotoni. Più specificamente, hanno sviluppato strumenti optogenetici non invasivi che impiegano l’imaging con calcio per registrare e stimolare vari neuroni contemporaneamente e studiarne l’impatto sul comportamento dei topi, con un approccio consistente nell’analisi quantitativa delle reti neuronali.

Inizialmente, i ricercatori potevano colpire fino a 20 neuroni selezionati dall’utente, ottenendo un’attivazione optogenetica spaziotemporalmente precisa negli animali svegli e attivi e riuscendo a fotostimolare la stessa popolazione neuronale in condizioni comportamentali diverse.

Il toolkit optogenetico MANIPULATENEURALCODE permette lo studio in vivo, a lungo termine, flessibile e su grandi numeri del cervello dei mammiferi e, cosa ancor più importante, fornisce una tecnica precisa e non invasiva per l’esame di circuiti neurali funzionalmente definiti con risoluzione spaziotemporale. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista Nature Methods (Packer et al, 2015).

Il kit di strumenti sviluppato durante il progetto consente agli scienziati di analizzare la natura del codice neurale e di studiare il modello naturale di attività dei circuiti neurali. Grazie ad esso, sarà possibile fare luce e risolvere le disfunzioni cerebrali che portano a condizioni debilitanti come ansia, depressione, dipendenza, autismo e disordini del movimento, offrendo una migliore qualità della vita ai milioni di persone che ne soffrono.

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Keywords

Neurone, optogenetica, spaziotemporale, microscopia a due fotoni, imaging con calcio