La mielina svolge una funzione essenziale nel sistema nervoso, poiché consente agli impulsi elettrici di viaggiare in modo rapido e preciso lungo le fibre neuronali. In condizioni come la sclerosi multipla, una malattia neurodegenerativa in cui il sistema immunitario attacca questo strato protettivo, la sua perdita in aree specifiche del cervello è associata a deficit sensoriali e cognitivi che hanno un impatto sulla vita quotidiana. Un lavoro di ricerca pubblicato su Nature Communications analizza come la mielinizzazione influisca sui neuroni profondi della corteccia cerebrale (strato 5), fondamentali per la comunicazione con altre aree del cervello. L’articolo descrive in dettaglio come la perdita selettiva di mielina nella materia grigia dei topi influisca sulla velocità, precisione e capacità di integrazione temporale degli impulsi nervosi tra la corteccia e il talamo, una struttura che funge da stazione di trasmissione e integrazione delle informazioni sensoriali.
Quali proprietà sono state influenzate dalla perdita di mielina
La scoperta principale è che la mielina non funziona solo come un acceleratore per i segnali cerebrali, ma anche come un metronomo che garantisce il loro arrivo nel momento esatto. Eliminando chimicamente questo strato protettivo nella corteccia cerebrale dei topi, che è lo strato esterno del cervello responsabile dell’elaborazione delle informazioni sensoriali, mediante l’uso del composto chimico cuprizona, il team ha rilevato gravi difetti nella comunicazione neuronale: i segnali non solo viaggiavano più lentamente, ma arrivavano in modo disorganizzato.
I dati hanno rivelato che, senza la mielina intatta nella materia grigia, il potenziale d’azione, ovvero l’impulso elettrico che trasporta le informazioni, subiva ritardi di diversi millisecondi nel suo viaggio dalla corteccia al talamo. Ma il problema non era solo la lentezza, bensì l’inconsistenza. I ricercatori hanno osservato un aumento della variabilità temporale, un fenomeno noto come “jitter”, il che significa che il cervello perdeva la capacità di mantenere un ritmo costante di trasmissione.
A ciò si aggiungeva un effetto meccanico che gli autori hanno descritto come un “filtro passa-basso”. Ciò implica che mentre i segnali lenti riuscivano a passare, il danno impediva il transito degli impulsi ad alta frequenza.
Quando i neuroni cercavano di inviare rapidi flussi di informazioni, questi fallivano e andavano persi lungo il percorso, dimostrando che danneggiare il rivestimento della corteccia è sufficiente a disorganizzare i circuiti lunghi senza bisogno di influenzare la sostanza bianca profonda, il tessuto composto dai fasci di fibre nervose mielinizzate che collegano le diverse regioni cerebrali.
Maarten Kole, uno dei leader della ricerca, riassume l’impatto di questa scoperta con una semplice analogia: “Lo avevamo previsto, perché è noto che la mielina è essenziale per la trasmissione rapida dei segnali, ma la novità per noi è stata che abbiamo perso completamente la prima ondata di segnali. Si potrebbe paragonare al codice a barre in un supermercato: lo scanner riconosce un prodotto solo se viene scansionato l’intero codice a barre. Ma se si omette il primo frammento di mielina, si omette sostanzialmente la prima striscia nera del codice a barre. Di conseguenza, non è più possibile scansionare il prodotto corretto”.
Per giungere a queste conclusioni, il team ha dispiegato un arsenale tecnologico che ha combinato la biologia molecolare con simulazioni virtuali.
In primo luogo, hanno utilizzato topi geneticamente modificati e l’optogenetica, una tecnica che ha permesso loro di “accendere” a piacimento i neuroni che collegano la corteccia al talamo tramite impulsi di luce.
Grazie a questo controllo millimetrico, sono stati in grado di cronometrare il tempo impiegato dal segnale per viaggiare e misurarne l’affidabilità in tempo reale.
Successivamente, l’analisi microscopica del tessuto ha rivelato le cicatrici fisiche del danno: la mancanza di mielina ha provocato deformazioni come gonfiori nel cavo nervoso e una disorganizzazione nei nodi incaricati di trasmettere l’elettricità.
Per confermare che questi difetti fisici erano responsabili del caos elettrico, gli scienziati hanno inserito i dati in modelli computazionali. La simulazione virtuale ha confermato che, sopprimendo la mielina nella corteccia, la velocità di connessione si riduceva drasticamente e i messaggi complessi collassavano.
Infine, l’esperimento ha cercato di verificare l’impatto di questo danno sulla percezione reale dell’animale. A tal fine, hanno stimolato i baffi dei topi, che fungono da principale scanner sensoriale, attivando contemporaneamente la corteccia. In un cervello sano, il talamo integra entrambi i segnali in un intervallo di tempo estremamente preciso.
Tuttavia, nei cervelli demielinizzati, tale intervallo si è allargato eccessivamente, impedendo al talamo di distinguere con precisione la coincidenza degli eventi.
Come concludono gli autori nel testo, il modello continuo di mielina in questi assoni non solo accelera la conduzione, ma è anche il meccanismo che consente la precisa integrazione temporale dei segnali sensoriali lungo le vie profonde del cervello.
Impatto della demielinizzazione corticale sulle funzioni cerebrali e possibili percorsi terapeutici
I risultati dello studio confermano che la mielinizzazione dei neuroni profondi della corteccia (strato 5) è fondamentale per mantenere il “ritmo” del cervello. Questo strato protettivo assicura che le informazioni raggiungano il talamo con la sequenza esatta necessaria affinché il cervello interpreti correttamente l’ambiente sensoriale.
La cosa più rilevante per la medicina è che il danno osservato nei topi riproduce le caratteristiche delle lesioni nella materia grigia che colpiscono i pazienti affetti da malattie demielinizzanti, come la sclerosi multipla. Queste sono spesso associate a gravi problemi cognitivi che includono disorientamento e disturbi della memoria, sintomi che fino ad ora erano difficili da spiegare a livello cellulare.
Secondo l’articolo scientifico, questa mancanza di sincronia e precisione nella trasmissione nervosa è la base fisiologica dei sintomi. Perdendo il ritmo, il cervello si confonde. Infine, gli autori sottolineano che aver decifrato questo meccanismo a livello cellulare apre la strada alla progettazione di nuove strategie terapeutiche. L’obiettivo futuro sarà quello di trovare modi per preservare o ripristinare la mielina in questi circuiti lunghi, restituendo al cervello la sua capacità di comunicare con precisione.
