Gli scienziati di Stanford dipingono l'immagine del sistema cerebrale che regola gli stati d'animo, i movimenti

Nuove scoperte rivelano che il sistema serotoninergico del cervello - che regola tutto, dai nostri stati d'animo ai nostri movimenti - è costituito da molteplici percorsi paralleli che lo influenzano in modi diversi, e a volte opposti.

Quando il professor Liqun Luo(1) stava scrivendo il suo libro di testo introduttivo sulle neuroscienze nel 2012 si è trovato in una situazione imbarazzante. Egli aveva bisogno di includere una sezione su un sistema vitale nel cervello controllato dalla serotonina messaggera chimica, che è stata implicata in tutto, dalla regolazione dell'umore al movimento. Ma la ricerca non è ancora chiara su quale effetto abbia la serotonina sul cervello dei mammiferi.

"Gli scienziati hanno riportato risultati divergenti", ha detto Luo, che è il professore 'Ann e Bill Swindells' della facoltà di scienze umane e scienze della Stanford University. "Alcuni hanno scoperto che la serotonina promuove il piacere. Un altro gruppo ha detto che aumenta l'ansia mentre sopprime la locomozione e altri hanno sostenuto il contrario."

Usando i metodi neuroanatomici il gruppo del professor Liqun Luo ha dimostrato che il sistema di serotonina è in realtà composto da almeno due, e probabilmente più, sottosistemi paralleli che lavorano di concerto per influenzare il cervello in modi diversi e a volte opposti. Ad esempio, un sottosistema produce l'ansia, mentre ci serve come esempio di fronte alle difficoltà.

I risultati, pubblicati online il 23 agosto 2018 sulla rivista Cell, potrebbero avere implicazioni per il trattamento della depressione e dell'ansia, che prevede la prescrizione di farmaci come il Prozac il quale altera il sistema della serotonina - i cosiddetti SSRI (inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina). Tuttavia, questi farmaci spesso innescano una serie di effetti collaterali, alcuni dei quali sono così intollerabili che i pazienti smettono di assumerli.

"Se siamo in grado di indirizzare i percorsi pertinenti del sistema serotoninergico individualmente, allora potremmo essere in grado di eliminare gli effetti collaterali indesiderati e trattare solo il disturbo", ha detto il primo autore dello studio: la dottoressa Jing Ren,(2) postdottorato nel laboratorio di Luo.

Proiezioni organizzate di neuroni

Gli scienziati di Stanford si sono concentrati su una regione del tronco cerebrale conosciuta con il nome di 'dorsal raphe' che contiene la più grande concentrazione singola di neuroni nel cervello dei mammiferi. Questa area del cervello trasmette circa 9000 impulsi rilasciando la serotonina.

Le fibre nervose, o assoni, dei neuroni 'dorsal raphe' inviano una rete tentacolare di connessioni a molte aree critiche del proencefalo che svolgono una serie di funzioni, tra cui il pensiero, la memoria e la regolazione degli stati d'animo e delle funzioni corporee. Iniettando virus che infettano gli assoni della serotonina in queste regioni, Ren e i suoi colleghi sono stati in grado di rintracciare le connessioni ai loro neuroni di origine nel 'dorsal raphe'.

In una serie di test comportamentali, gli scienziati hanno anche dimostrato che i neuroni della serotonina dei due gruppi possono rispondere in modo diverso agli stimoli. Inoltre, il gruppo ha scoperto che i neuroni della serotonina erano più complessi di quanto si pensasse inizialmente: invece di trasmettere semplicemente messaggi con la serotonina, i neuroni proiettanti corticali rilasciarono anche un messaggero chimico chiamato glutammato - rendendoli uno dei pochi esempi conosciuti di neuroni nel cervello che rilasciano due diversi prodotti chimici.

Presi insieme, questi risultati indicano che il sistema serotoninergico del cervello non è costituito da una popolazione omogenea di neuroni ma piuttosto da molte sottopopolazioni che agiscono in concerto. La squadra del professor Liqun Luo ha identificato due gruppi, ma potrebbero essercene molti altri. Infatti, Robert Malenka,(3) professore e presidente associato di psichiatria e scienze comportamentali alla Stanford's School of Medicine, e il suo team hanno recentemente scoperto un gruppo di neuroni serotoninergici nel 'dorsal raphe' che proiettano al nucleo 'accumbens', la parte del cervello che promuove i comportamenti sociali.

"I due gruppi che abbiamo trovato non mandano assoni al nucleo 'accumbens', quindi questo è chiaramente un terzo gruppo", ha detto Luo. "Abbiamo identificato due parti, ma ci sono altre parti da scoprire."

Il professor Liqun Luo è anche un investigatore presso: l'Howard Hughes Medical Institute nel Maryland e membro della Stanford Bio-X, dello Stanford Cancer Institute e dello Stanford Neurosciences Institute. Altri coautori di Stanford nello studio includono Drew Friedmann, Jing Xiong, Cindy Liu, Brielle Ferguson, Tanya Weerakkody, Katherine DeLoach, Chen Ran, Albert Pun, Yanwen Sun, Brandon Weissbourd, John Huguenard e Mark Horowitz.

La ricerca è stata sostenuta dalle sovvenzioni dell'iniziativa BRAIN dei National Institutes of Health e National Science Foundation.

Riferimenti:

(1) Professor Liqun Luo

(2) Jing Ren

(3) Robert Malenka

Descrizzione foto: Un rendering 3D del sistema di serotonina nell'emisfero sinistro del cervello del topo rivela due gruppi di neuroni della serotonina nel rafe dorsale che proiettano regioni corticali (blu) o regioni sottocorticali (verdi) mentre raramente si incrociano nel dominio dell'altro. (Credito immagine: Jing Ren)

Liqun Luo, School of Humanities and Sciences: lluo@stanford.edu

Jing Ren, School of Humanities and Sciences: jingren@stanford.edu

Ker Than, School of Humanities and Sciences: 001 (650) 723-9820, kerthan@stanford.edu

Autore: Edoardo Capuano