I percorsi cerebrali che controllano il rilascio di dopamina possono influenzare il controllo motorio e sembrano trasmettere informazioni emotive che aiutano a modellare la motivazione ad agire
All'interno del cervello umano, il movimento è influenzato da una regione del cervello chiamata striato, che invia istruzioni ai motoneuroni nel cervello. Tali istruzioni sono trasmesse da due percorsi, uno che avvia il movimento (“go”) e uno che lo sopprime (“no-go”). In un nuovo studio, i ricercatori del MIT hanno scoperto altri due percorsi che nascono nello striato e sembrano modulare gli effetti dei percorsi go e no-go. Questi percorsi appena scoperti si collegano ai neuroni che producono dopamina nel cervello: uno stimola il rilascio di dopamina e l’altro lo inibisce.
Controllando la quantità di dopamina nel cervello tramite gruppi di neuroni noti come striosomi, questi percorsi sembrano modificare le istruzioni fornite dai percorsi go e no-go. Potrebbero essere particolarmente coinvolti nell'influenzare decisioni che hanno una forte componente emotiva, dicono i ricercatori.
«Tra tutte le regioni dello striato, solo gli striosomi si sono rivelati in grado di proiettarsi ai neuroni contenenti dopamina, che pensiamo abbia qualcosa a che fare con la motivazione, l'umore e il controllo del movimento», afferma la dottoressa Ann Graybiel (1), del MIT Institute, professoressa, membro del McGovern Institute for Brain Research del MIT e autrice senior del nuovo studio.
Il dottor Iakovos Lazaridis (2), ricercatore presso il McGovern Institute, è l'autore principale dell'articolo, apparso oggi sulla rivista Current Biology (3).
Nuovi percorsi
Ann Graybiel ha trascorso gran parte della sua carriera studiando lo striato, una struttura situata in profondità nel cervello e coinvolta nell'apprendimento e nel processo decisionale, nonché nel controllo del movimento.
All'interno dello striato, i neuroni sono disposti in una struttura labirintica che include striosomi, scoperta da Graybiel negli anni '70. I classici percorsi “go” e “no-go” nascono dai neuroni che circondano gli striosomi, conosciuti collettivamente come matrice. Le cellule della matrice che danno origine a questi percorsi ricevono input dalle regioni di elaborazione sensoriale come la corteccia visiva e la corteccia uditiva. Quindi inviano comandi “go” o “no-go” ai neuroni nella corteccia motoria.
Tuttavia, la funzione degli striosomi, che non fanno parte di tali percorsi, è rimasta sconosciuta. Per molti anni, i ricercatori del laboratorio di Graybiel hanno cercato di risolvere questo mistero.
Il loro lavoro precedente ha rivelato che gli striosomi ricevono gran parte del loro input da parti del cervello che elaborano le emozioni. All'interno degli striosomi ci sono due tipi principali di neuroni, classificati come D1 e D2. In uno studio del 2015 (4), Graybiel ha scoperto che uno di questi tipi di cellule, D1, invia input alla substantia nigra, che è il principale centro di produzione della dopamina del cervello.
Ci è voluto molto più tempo per tracciare l’output dell’altro set, i neuroni D2. Nel nuovo studio di Current Biology, i ricercatori hanno scoperto che questi neuroni alla fine proiettano anche alla substantia nigra, ma prima si collegano a un insieme di neuroni nel globus palladus, che inibisce la produzione di dopamina. Questo percorso, una connessione indiretta alla substantia nigra, riduce la produzione di dopamina da parte del cervello e inibisce il movimento.
I ricercatori hanno anche confermato la loro precedente scoperta secondo cui il percorso derivante dagli striosomi D1 si collega direttamente alla substantia nigra, stimolando il rilascio di dopamina e avviando il movimento.
«Negli striosomi abbiamo trovato quello che probabilmente imita i classici percorsi go/no-go», dice la dottoressa Graybiel. «Sono come i classici percorsi motori go/no-go, ma non vanno ai neuroni motori dei gangli della base. Invece, vanno alle cellule della dopamina, che sono così importanti per il movimento e la motivazione».
Decisioni emotive
I risultati suggeriscono che il modello classico di come lo striato controlla il movimento deve essere modificato per includere il ruolo di questi percorsi appena identificati. I ricercatori sperano ora di verificare la loro ipotesi secondo cui gli input legati alla motivazione e alle emozioni, che entrano negli striosomi dalla corteccia e dal sistema limbico, influenzano i livelli di dopamina in un modo che può incoraggiare o scoraggiare l'azione.
Il rilascio di dopamina può essere particolarmente rilevante per le azioni che inducono ansia o stress. Nel loro studio del 2015, il laboratorio di Graybiel ha scoperto che gli striosomi svolgono un ruolo chiave nel prendere decisioni che provocano alti livelli di ansia; in particolare, quelli ad alto rischio ma che possono anche avere un grande profitto.
«Ann Graybiel e colleghi avevano già scoperto che lo striosoma si occupa di inibire i neuroni della dopamina. Ora mostrano inaspettatamente che un altro tipo di neurone striosomiale esercita l’effetto opposto e può segnalare la ricompensa. Gli striosomi possono quindi sia aumentare che diminuire l'attività della dopamina, una scoperta molto importante. Chiaramente, la regolazione dell’attività della dopamina è fondamentale nella nostra vita quotidiana per quanto riguarda sia i movimenti che l’umore, a cui contribuiscono gli striosomi», afferma il dottor Sten Grillner (5), professore di neuroscienze presso il Karolinska Institute in Svezia, che non è stato coinvolto nella ricerca.
Un'altra possibilità che i ricercatori intendono esplorare è se gli striosomi e le cellule della matrice siano disposti in moduli che influenzano il controllo motorio di parti specifiche del corpo.
La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health, dalla Saks-Kavanaugh Foundation, dalla William N. and Bernice E. Bumpus Foundation, Jim e Joan Schattinger, dall’Hock E. Tan e K. Lisa Yang Center for Autism Research, Robert Buxton, dalla Simons Foundation, dalla CHDI Foundation e da Ellen Schapiro e Gerald Axelbaum Investigator BBRF Young Investigator Grant.
Riferimenti:
(1) Ann Graybiel
(3) Striosomes control dopamine via dual pathways paralleling canonical basal ganglia circuits
(4) How we make emotional decisions
(5) Sten Grillner
> Descrizione foto: I ricercatori del MIT hanno scoperto altri due percorsi che nascono nello striato, raffigurato in arancione al centro del cervello. - Credit: MIT News; iStock.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Brain pathways that control dopamine release may influence motor control