Una nuova ricerca dimostra che il midollo spinale può apprendere e ricordare i movimenti in modo indipendente, sfidando le visioni tradizionali sul suo ruolo e migliorando potenzialmente le strategie di riabilitazione per i pazienti con lesioni spinali.
Una nuova ricerca rivela che i neuroni nel midollo spinale hanno la capacità di apprendere e conservare le informazioni indipendentemente dal cervello.
Il midollo spinale viene spesso descritto semplicemente come un condotto per la trasmissione di segnali tra il cervello e il corpo. Tuttavia, il midollo spinale può apprendere e ricordare i movimenti da solo.
Un team di ricercatori del Centro di ricerca neuroelettronica delle Fiandre (NERF) con sede a Lovanio ha spiegato in dettaglio come due diverse popolazioni neurali consentono al midollo spinale di adattarsi e ricordare il comportamento appreso in modo completamente indipendente dal cervello. Questi notevoli risultati sono stati pubblicati sulla rivista Scienze, gettando nuova luce su come i circuiti spinali contribuiscono al controllo e all'automazione del movimento. Queste idee potrebbero essere rilevanti per la riabilitazione di persone con lesioni spinali.
La sconcertante plasticità del midollo spinale
Il midollo spinale modula e controlla le nostre azioni e i nostri movimenti integrando diverse fonti di informazioni sensoriali e può farlo senza input dal cervello. Inoltre, i neuroni del midollo spinale possono imparare a regolare compiti diversi in modo indipendente, con una pratica abbastanza ripetuta. Tuttavia, il modo in cui il midollo spinale raggiunge questa notevole plasticità ha lasciato perplessi i neuroscienziati per decenni.
Uno di questi neuroscienziati è la professoressa Aya Takeoka. Il suo team presso il Neuroelectronics Research Flanders (NERF, un istituto di ricerca supportato da imec, KU Leuven e VIB) studia come il midollo spinale si riprende dalle lesioni esplorando come sono cablate le connessioni neurali e come funzionano e cambiano man mano che impariamo. Nuovi movimenti.
“Sebbene abbiamo prove di 'apprendimento' all'interno del midollo spinale da esperimenti risalenti all'inizio del 20° secolo, la questione di quali neuroni siano coinvolti e come codificano questa esperienza di apprendimento è rimasta senza risposta”, afferma il professor Takeoka. .
Parte del problema è la difficoltà di misurare direttamente l’attività dei singoli neuroni nel midollo spinale negli animali che non sono sedati ma svegli e in movimento. Il team di Takeoka ha approfittato di un modello in cui gli animali addestrano movimenti specifici in pochi minuti. In tal modo, il team ha rivelato un meccanismo specifico per il tipo di cellula per l’apprendimento del midollo spinale.
Due tipi specifici di neuroni
Per studiare come apprende il midollo spinale, il ricercatore dottorando Simon Lavaud e i suoi colleghi nel laboratorio di Takeoka hanno costruito un apparato sperimentale per misurare i cambiamenti nella locomozione nei topi, ispirandosi ai metodi utilizzati negli studi sugli insetti. “Abbiamo valutato il contributo di sei diverse popolazioni neuronali e identificato due popolazioni di neuroni, una dorsale e una ventrale, che mediano l’apprendimento motorio”.
“Questi due gruppi di neuroni si alternano”, spiega Lavaud. “I neuroni dorsali aiutano il midollo spinale ad apprendere un nuovo movimento, mentre i neuroni ventrali lo aiutano a ricordare ed eseguire il movimento in seguito.”
“Si può paragonare a una staffetta all’interno del midollo spinale. I neuroni dorsali agiscono come un primo corridore, trasmettendo informazioni sensoriali importanti per l’apprendimento. Le cellule ventrali poi prendono il testimone, assicurando che il movimento appreso venga ricordato ed eseguito senza intoppi .”
Apprendimento e memoria fuori dal cervello
Risultati dettagliati pubblicati in ScienzeMostra che l’attività dei neuroni nel midollo spinale assomiglia a diversi tipi classici di apprendimento e memoria. Scoprire questi meccanismi di apprendimento sarà cruciale, perché probabilmente contribuiranno a diversi modi in cui apprendiamo e automatizziamo il movimento, e potrebbero anche essere rilevanti nel contesto della riabilitazione, afferma la professoressa Aya Takeoka: “I circuiti che abbiamo descritto potrebbero fornire la significa per Il midollo spinale è coinvolto nell'apprendimento del movimento e nella memoria motoria a lungo termine, entrambi i quali ci aiutano a muoverci, non solo in condizioni di salute normale ma soprattutto durante il recupero da lesioni cerebrali o del midollo spinale.
Riferimento: “Due classi di neuroni inibitori governano l'acquisizione e il recupero dell'adattamento sensomotorio spinale” di Simone Lavaud, Charlotte Bishara, Mattia Dandola, Shu Hao Yeh e Aya Takeoka, 11 aprile 2024, Scienze.
doi: 10.1126/science.adf6801
La ricerca (il team) è stata sostenuta dalla Flanders Research Foundation (FWO), dalla Marie Skłodowska-Curie Action (MSCA), dalla Taiwan-KU Leuven Doctoral Fellowship (P1040) e dalla Wings for Life Myeloid Research Foundation.
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