Uno sguardo ai meccanismi della mente

Inside Neuroscience

19 aprile 2008 - 2:02 am

Comunicazione

» di in: Neuroscienze

Non c’è dubbio: i ricercatori amano costruire semplici e chiari modelli dei processi biologici che studiano. Tutto sembra così bello quando c’è un schemino corredato di frecce e cascate del segnale che ti chiarifica come vanno veramente le cose… o forse no? Oggi vi faccio un esempio di come a volte la situazione è un po’ più complessa (e meno perfetta) di quanto ci piacerebbe credere.

Parliamo di comunicazione neuronale: il modello classico a riguardo è quello della sinapsi. Citando da Wikipedia: “una sinapsi è una struttura altamente specializzata che consente la comunicazione tra le cellule del tessuto nervoso, i neuroni”. Quello che ciascun libro di testo vi fa vedere è che l’assone di un neurone (il neurone presinaptico) va a contattare un dendrita, il corpo cellulare o l’assone di un altro neurone (il neurone postsinaptico). In questo modo i due neuroni sono connessi e possono parlare fra di loro.
Ma come fanno esattamente? Ci sono due tipi di sinapsi : sinapsi chimiche e sinapsi elettriche. Oggi vi parlerò solo di sinapsi chimiche: non ne farò una descrizione esaustiva, quindi non prendete questo post come testo sacro… non ha nemmeno uno schemino corredato di frecce!

La sinapsi chimica in breve funziona così: il neurone presinaptico viene in qualche modo attivato, non ci interessa come al momento. Questo provoca la generazione di potenziali d’azione (e su dove esattamente questi potenziali d’azione siano generati si potrebbero spendere pagine…) che possono viaggiare sull’assone ed arrivare al terminale, dove abbiamo la nostra sinapsi chimica. Il terminale del neurone è pieno di piccole strutture chiamate vescicole, e piene di una o più determinate sostanze chimiche dette neurotrasmettitori. Quando i potenziali d’azione arrivano al terminale, facilitano l’entrata di calcio nel neurone presinaptico e ciò permette la fusione delle vescicole con la membrana sinaptica ed il rilascio del loro contenuto all’esterno. Il neurotrasmettitore potrà poi legarsi ad opportuni recettori localizzati all’interno della sinapsi sul neurone postsinaptico e attivare o inibire quest ultimo, modulandone la capacità di generare potenziali d’azione e quindi in ultima istanza di rilasciare le sue vescicole di neurotrasmettitore sul neurone successivo. Il neurotrasmettitore viene poi recuperato dai neuroni o dalla glia (l’altra grossa categoria di cellule presente nel cervello) per essere riciclato o alterntativamete distrutto.
Questa immagine, presa da questo sito, mostra una fotografia al microscopio elettronico di una sinapsi. Tutte quelle sferette che vedete sono vescicole sinaptiche che si stanno fondendo con la membrana plasmatica ad una sinapsi.

Vescicole sinaptiche
Bene, quindi è tutto semplice e funziona benissimo… beh non proprio!
Benchè questo fosse un po’ il dogma di come funziona una sinapsi, negli ultimi 15-20 anni sono state scoperti altri modi in cui il nostro cervello utilizza i neurotrasmettitori.

Innanzitutto, partirei dalla glia: la glia è sempre stata considerata come qualcosa di inerte, materiale di supporto per i neuroni. Questo è risultato essere assolutamente falso, la glia ricopre ruoli molto più complessi nel cervello ed uno di questi è proprio quello di produrre neurotrasmettitori! Non solo quindi è implicata nel riciclaggio dei neurotrasmettitori, ma può anche secernerli. Un recente studio ha addirittura mostrato che alcune cellule gliali possono generare potenziali d’azione… non esattamente materiale inerte quindi! Gli stessi trasportatori che permettono di internalizzare il neurotrasmettitore nella glia, possono funzionare al contrario in alcune situazioni ed invece di internalizzarlo lo trasportano all’esterno!

Un’altra modalità di rilascio di neurotrasmettitori è il rilascio non vescicolare: in alcuni casi infatti un po’ di neurotrasmettitore può “scappare” da un neurone senza bisogno che ci sia la fusione di una vescicola con la membrana sinaptica. Questo processo è assolutamente indipendente dai potenziali d’azione e quindi questo neurotrasmettitore viene rilasciato passivamente.

Infine quando il neurotrasmettitore viene rilasciato nello spazio sinaptico, ancora una volta un po’ ne può “scappare via” (neurotransmitter spillage) e andare all’esterno della sinapsi, in sinapsi  o all’esterno di sinapsi di altri neuroni. Questo è un bellissimo esempio, a mio parere, di quanto imperfetto sia il nostro cervello, ma di come l’evoluzione ci abbia permesso di sfruttare queste imperfezioni.
Se infatti è vero che questo rilascio involontario di neurotrasmettitore può andare ad attivare altri neuroni che in teoria non avrebbero dovuto partecipare alla trasmissione di quel particolare impulso, è anche vero che il nostro cervello è in grado di sfruttare questa situazione: esistono infatti i cosiddetti recettori extrasinaptici per i neurotrasmettitori, cioè recettori localizzati al di fuori della sinapsi che possono captare queste “perdite” ed attivare segnali intracellulari. Se pensate che un metodo di comunicazione puramente basato sulla casuale perdita di una sostanza dalla sinapsi sia inefficiente e poco “smart”… beh, vi do ragione, ma sappiate che esistono cellule nel cervelletto che comunicano esclusivamente utilizzando perdite di glutamato da sinapsi vicine!

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Tags: Attività neuronale, Firing, Neuroscienze, Potenziali d'azione
  • domi84 - 19 aprile 2008 # 1

    Questa delle “perdite” di neurotrasmettitore mi è proprio nuova…è rende un campo che già pensavo complesso ancora più complesso… :D !!!

  • massi - 10 maggio 2008 # 2

    beh ma queste perdite casuali avvengono in tutto il cervello in qualsiasi momento? forse a noi questo modello sembra imperfetto perchè ne sappiamo ancora poco ma secondo me sotto c’è qualcosa di più ordinato e funzionale: il fatto che una parte di neurotrasmettitore stimoli (senza attivare) una sinapsi vicina è molto vantaggioso poichè molto probabilmente quella sinapsi servirà (visto che gli sta vicino) di consequenza servirà uno stimolo minore per attivarla (visto che la differenza di potenziale è più vicina allo 0 per il neurotrasmettitore scappato dall’altra sinapsi)

  • nico - 10 maggio 2008 # 3

    Sicuramente è funzionale, come dicevo alcune cellule del cervelletto comunicano esclusivamente grazie a questo sistema.
    Ricorda comunque che nonostante questo rilascio sia assolutamente stocastico può comunque essere regolato… nel senso che un neurone può essere in condizione di “perdere” più neurotrasmettitore di un altro, quindi anche se a prima vista può sembrare solo una perdita incontrollata, non è proprio così

  • Irene - 28 maggio 2008 # 4

    Vorrei sapere come avvengono queste perdite di neurotramettiore? Se non è un rilascio potenziale d’azione-dipendente (e quindi NON Ca2+-dipendente infatti viene definito “rilascio NON vescicolare”), allora quali sono le vie di fuga? Forse delle proteine trasportattrici normalmente presenti sulla membrana che sfruttano lo scambio ionico?

  • nico - 29 maggio 2008 # 5

    Non sono sicurissimo per il glutamato, ma per il GABA è decisamente così. Il trasportatore del GABA (GAT) che normalmente trasporta il GABA all’interno della cellula può funzionare “al contrario” e trasportare il GABA all’esterno. Questo perchè usa l’energia del gradiente del Na+ per trasportare il GABA all’interno. In situazioni in cui il gradiente del Na+ è invertito GAT può funzionare al contrario.

    Vedi:
    http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7524562
    http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9658049

  • elly_ - 2 luglio 2008 # 6

    Vorrei aggiungere una curiosità: recentemente è stato dimostrato come il rilascio non vescicolare (e intendo da dendriti, soma e assone) di Ach da parte dei neuroni molto attivi. Infatti per supportare l’intensa attività richiedono chiaramente energia (cioè ATP), sintetizzabile solamente con O2 visto che il cervello ricorre solo alla glicolisi aerobia. La secrezione non vescicolare di Ach favorisce la vasodilatazione dei vasa nervorum, aumentando la disponibilità di O2. E’ un buon esempio di autoregolazione neuronale.
    Spero di non essere andata fuori tema. Ciao!