Ruolo dei potenziali d'azione nel controllo dei meccanismi plastici del sistema nervoso

Data inizio
9 febbraio 2007
Durata (mesi) 
24
Dipartimenti
Neuroscienze, Biomedicina e Movimento
Responsabili (o referenti locali)
Busetto Giuseppe

I potenziali d'azione non costituiscono solamente il segnale con cui il sistema nervoso (SN) elabora e trasmette le sue funzioni, ma
svolgono anche un ruolo fondamentale nel guidare il corretto sviluppo dei contatti sinaptici e controllarne successivamente
l'efficacia (Katz and Shatz 1996; Milner et al. 1998).
Il loro ruolo durante i processi d'apprendimento e' l'argomento del nostro primo progetto. La Long Term Potentiation (LTP, (Bliss
and Lomo 1973)) e la Long Term Depression (LTD, (Dudek and Bear 1992)) sono i principali modelli sperimentali di plasticita'
sinaptica presumibilmente coinvolti nei processi di apprendimento (Milner et al. 1998). Essi consistono nella modifica permanente
dell'efficacia funzionale delle sinapsi qualora esse vengano opportunamente attivate. Ma sia l'LTP che l'LTD possono andare
incontro a saturazione, riducendo cosi' la possibilita' di ulteriore modulazione dell'efficacia sinaptica. Per questo motivo e' stato
proposto un meccanismo omeostatico (Bienenstock et al. 1982) che prevede il controllo della plasticita' da parte del livello medio
della frequenza dei potenzali d'azione nel sistema (firing post-sinaptico, FP): piu' tale frequenza e' elevata e piu' e' difficile
potenziare le sinapsi che anzi vengono facilmente depresse. Questo meccanismo, seppur dimostrato sperimentalmente con
registrazioni in vivo o in vitro da popolazioni cellulari (Huang et al. 1992; Kirkwood et al. 1996; Wexler and Stanton 1993)
necessita ancora di una chiara dimostrazione e caratterizzazione a livello del singolo neurone. Noi ci proponiamo di indagare in
dettaglio l'esistenza di tale controllo a retroazione negativa da parte del FP sulla plasticita' sinaptica e di definirne le regole di
funzionamento a livello del singolo neurone piramidale dell'area CA1 dell'ippocampo.
Il nostro secondo progetto e' volto ad indagare il ruolo dei potenziali d'azione nel processo di competizione ed eliminazione
sinaptica durante lo sviluppo. A tal proposito useremo il modello dell'innervazione neuromuscolare perche' facilmente accessibile a
trattamenti cronici nell'animale in vivo. Alla nascita le fibre muscolari sono innervate da molti assoni motori. Durante le prime
settimane di vita tali contatti competono tra di loro eliminandosi a vicenda fino a raggiungere la condizione adulta caratterizzata
dalla monoinnervazione della fibra muscolare (Brown et al. 1976; Redfern 1970). E' noto come l'attivita' elettrica abbia un ruolo
fondamentale nel processo di eliminazione sinaptica perche' quest'ultima e' soppressa in presenza di paralisi neuromuscolare
(Benoit and Changeux 1975; Jansen and Fladby 1990; Thompson et al. 1979) mentre e' accelerata se l'attivita' elettrica viene
artificialmente aumentata (Thompson 1983). Il mio gruppo ha gia' dimostrato che il blocco della eliminazione sinaptica e' ottenibile
anche qualora si sostituisca l'attivita' elettrica spontanea con un pattern artificiale in cui tutti gli assoni motori trasmettono i loro
potenziali d'azione in modo sincrono (Busetto et al. 2000). Abbiamo inoltre dimostrato che alla nascita l'attivita' di scarica dei
motoneuroni e' spontaneamente sincrona e che questa poi si desincronizza in stretto rapporto temporale con il processo di
eliminazione sinaptica (Buffelli et al. 2002). Non e' quindi la semplice quantita' d'attivita', bensi' il suo preciso pattern di scarica a
guidare il processo di competizione sinaptica. Intendiamo ora estendere la conoscenza del fenomeno dimostrando in modo diretto
che l'asincronismo di scarica e' la causa dell'eliminazione dei contatti in eccesso.

Enti finanziatori:

Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
Finanziamento: assegnato e gestito dal Dipartimento

Partecipanti al progetto

Attività

Strutture