A cosa servono i transienti colinergici? E soprattutto, cosa cavolo sono?

TL;DR: sono variazioni della concentrazione di acetilcolina. Nei topi, mediano i processi di detezione della risposta (che comprendono l’orientamento verso il segnale ma anche l’attivazione della risposta). Nell’uomo forse, ma è ancora presto per dirlo.

La funzione neuromodulatoria “classica” dei sistemi colinergici cerebrali è quella di supporto ai processi attentivi, dell’ apprendimento e della memoria (Everitt, 1999. Nei pazienti malati di Alzheimer, le strutture alimentate ad acetilcolina sono quelle che mostrano una degenerazione più marcata, l’uso continuato dei farmaci antidepressivi anticolinergici correla con il peggioramento della performance mnesica globale).

Le proiezioni colinergiche raggiungono praticamente ogni area e strato corticale. Esistono revisioni decisamente dettagliate sull’anatomia, la distribuzione e l’espressione delle trasmissioni colinergiche centrali (Mesulam 1988), mentre le informazioni riguardo la fisiologia dei processi attentivi non sembrano altrettanto particolareggiate. La revisione di Sarter è interessante perché, rispetto al genericissimo “sistema reticolare ascendente” colinergico (Mesulam 1995), ne considera un singolo sottosistema anatomo-funzionale. Perlopiù disinteressandosi dei processi classici di mediazione neurochimica dei processi mnesici ed attentivi, per concentrarsi su un fenomeno specifico e particolare. Quello dei transienti appunto.

Che sarebbero dei picchi rilevabili nel livello di acetilcolina prodotta dai neuroni con origine nel prosencefalo basale (basal forebrain, BF). Mentre l’attività colinergica tonica garantisce i processi utili all’attenzione sostenuta e più in generale al controllo attentivo, questi sarebbero processi squisitamente fasici, attivati solo per quei pochi secondi necessari al riconoscimento di uno stimolo e alla generazione di una risposta, per poi esaurirsi e ritornare al livello di partenza. La definizione di detezione (detection) a cui Sarter si affida comprende infatti sia la fase di acquisizione del segnale (orienting), che quella successiva di risposta ed azione.

Ecco come fa Sarter a dimostrare l’esistenza dei transienti. In una serie di esperimenti, sottopone dei topi ad un compito di attenzione sostenuta (sustained attention task, SAT), distingue una variabile indipendente (presenza/assenza dello stimolo) ed una dipendente (presenza della risposta o falso allarme – hit/assenza di risposta o mancata detezione – miss) e nota che:

– i topi del gruppo di controllo riconoscono abbastanza bene il segnale e rispondono coerentemente

– i topi con lesione artificiale delle proiezioni colinergiche BF – corteccia non rispondono quasi mai

– i topi con inibizione artificiale selettiva della risposta colinergica (per attivazione optogenetica) durante la presentazione degli stimoli idem

– se più trial consecutivi presentano lo stimolo, durante i successivi al primo la risposta cala. Registrando il livello di acetilcolina si vede che è alto solo nel primo trial, poi diminuisce. In generale sembra che il transiente preveda una sorta di inibizione di ritorno, perché se invece si aumenta il tempo tra i trial questo effetto si annulla

– stimolando artificialmente i neuroni colinergici (transienti evocati optogeneticamente) si provoca una risposta, sia se il segnale c’è sia che non c’è.

Per quanto riguarda la funzione dei transienti, secondo Sarter servono per mediare tra la fase di orienting e quella di generazione dell’azione. I segnali in ingresso più salienti infatti produrrebbero comunque un’attivazione glutammatergica a livello del talamo. I transienti servirebbero in questo caso per sincronizzare l’output corticale, a partire da questi stimoli salienti, una specie di “filtro” nel processo di conversione stimolo-azione.

E negli umani? Nel paper di Sarter il paragrafo dedicato ai correlati anatomo-fisiologici negli umani è un po’ striminzito, in generale si tenta di far risalire l’attività dell’area 10, registrata in fMRI, al meccanismo dei transienti visto nei topi. Che però per ammissione degli stessi autori è un tentativo un po’ così, perché è difficile distinguere in risonanza l’effetto delle singole proiezioni colinergiche da tutto quello che succede nella corteccia frontale. Idem per le registrazioni EEG in area frontale (per esempio la p300a. Ci sono delle evidenze in letteratura che indicherebbero una correlazione inversa tra l’ampiezza della p300a e inibizione colinergica, ad esempio indotta farmacologicamente) però Sarter qui non si sbilancia più di tanto.

 


Sarter, M., Lustig, C., Berry, A. S., Gritton, H., Howe, W. M., & Parikh, V. (2016). What do phasic cholinergic signals do? Neurobiology of Learning and Memory, 130, 135-141. doi:10.1016/j.nlm.2016.02.008
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1074742716000459

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