Il circuito cerebrale del neonato stabilizza lo sguardo

Condotto da ricercatori della NYU Grossman School of Medicine, lo studio ruota attorno al modo in cui i vertebrati, che comprendono esseri umani e animali che abbracciano l’evoluzione dai pesci primitivi ai mammiferi, stabilizzano il loro sguardo mentre si muovono. Per fare ciò usano un circuito cerebrale che trasforma qualsiasi cambiamento di orientamento percepito dal sistema di equilibrio (vestibolare) nelle loro orecchie in un istantaneo contromovimento da parte dei loro occhi.

Chiamato riflesso vestibolo-oculare, il circuito consente la percezione stabile dell’ambiente circostante. Quando viene rotto – a causa di un trauma, di un ictus o di una condizione genetica – una persona può sentirsi come se il mondo rimbalzasse ogni volta che la testa o il corpo si muovono. Nei vertebrati adulti, questo e altri circuiti cerebrali sono sintonizzati dal feedback dei sensi (organi della visione e dell’equilibrio). Gli autori dello studio attuale sono rimasti sorpresi nello scoprire che, al contrario, gli input sensoriali non erano necessari per la maturazione del circuito riflesso nei neonati.

Pubblicato online il 2 gennaio sulla rivista Scienzalo studio ha presentato esperimenti condotti su larve di pesce zebra, che hanno un riflesso di stabilizzazione dello sguardo simile a quello degli esseri umani. Inoltre, i pesci zebra sono trasparenti, quindi i ricercatori hanno letteralmente osservato le cellule cerebrali chiamate neuroni maturare per comprendere i cambiamenti che consentono a un pesce appena nato di ruotare gli occhi verso l’alto in modo appropriato mentre il suo corpo si inclina verso il basso (o i suoi occhi verso il basso mentre il suo corpo si inclina verso l’alto).

“Scoprire come si formano i riflessi vestibolari può aiutarci a trovare nuovi modi per contrastare le patologie che influenzano l’equilibrio o i movimenti oculari”, afferma l’autore senior dello studio David Schoppik, PhD, professore associato presso i Dipartimenti di Otorinolaringoiatria – Chirurgia della testa e del collo, Neuroscienze e Fisiologia e Neuroscience Institute, presso la NYU Langone Health.

Inclinazioni in una frazione di secondo

Per testare l’ipotesi di lunga data secondo cui il riflesso è regolato dal feedback visivo, il gruppo di ricerca ha inventato un apparato per suscitare il riflesso inclinando e monitorando gli occhi di pesci zebra ciechi dalla nascita. Il team ha osservato che la capacità dei pesci di controruotare gli occhi dopo l’inclinazione era paragonabile a quella delle larve che potevano vedere.

Sebbene studi precedenti abbiano stabilito che gli input sensoriali aiutano gli animali a imparare a muoversi correttamente nel loro ambiente, il nuovo lavoro suggerisce che tale regolazione del riflesso vestibolo-oculare entra in gioco solo dopo che il riflesso è completamente maturato. Sorprendentemente, un’altra serie di esperimenti ha dimostrato che anche il circuito riflesso raggiunge la maturità durante lo sviluppo senza input da un organo vestibolare sensibile alla gravità chiamato otricolo.

Poiché il riflesso vestibolo-oculare potrebbe maturare senza feedback sensoriale, i ricercatori hanno teorizzato che la parte del circuito cerebrale che matura più lentamente deve stabilire il ritmo per lo sviluppo del riflesso. Per trovare l’elemento che limita la velocità, il gruppo di ricerca ha misurato la risposta dei neuroni durante tutto lo sviluppo mentre facevano inclinare il corpo del pesce zebra in una frazione di secondo.

I ricercatori hanno scoperto che i neuroni centrali e motori nel circuito mostravano risposte mature prima che il riflesso avesse finito di svilupparsi. Di conseguenza, la parte più lenta del circuito a maturare non potrebbe trovarsi nel cervello come a lungo ipotizzato, ma si è scoperto invece che si trova nella giunzione neuromuscolare, lo spazio di segnalazione tra i motoneuroni e le cellule muscolari che muovono l’occhio. Una serie di esperimenti ha rivelato che solo il ritmo di maturazione della giunzione corrispondeva al ritmo con cui i pesci miglioravano la loro capacità di controruotare gli occhi.

Andando avanti, il team del dottor Schoppik viene finanziato per studiare il nuovo circuito dettagliato nel contesto dei disturbi umani. Il lavoro in corso esplora come i fallimenti nello sviluppo dei motoneuroni e delle giunzioni neuromuscolari portano a disturbi del sistema motorio oculare, incluso un comune disallineamento degli occhi chiamato strabismo (noto anche come occhio pigro, occhi strabici).

Appena a monte dei motoneuroni nel circuito vestibolo-oculare ci sono gli interneuroni che scolpiscono le informazioni sensoriali in arrivo e integrano ciò che vedono gli occhi con gli organi dell’equilibrio. Un’altra delle borse di studio del Dr. Schoppik mira a comprendere meglio come la funzione di tali cellule viene interrotta quando si sviluppano i circuiti di equilibrio, con l’obiettivo di aiutare il 5% dei bambini negli Stati Uniti alle prese con qualche forma di problema di equilibrio.

“Comprendere i principi di base su come emergono i circuiti vestibolari è un prerequisito per risolvere non solo i problemi di equilibrio, ma anche i disturbi dello sviluppo cerebrale”, afferma la prima autrice dello studio Paige Leary, PhD. Era una studentessa laureata nel laboratorio del Dr. Schoppik che ha condotto lo studio ma da allora ha lasciato l’istituto.

Insieme ai dottori. Schoppik e Leary, autori dello studio dei dipartimenti di Otorinolaringoiatria – Chirurgia della testa e del collo, Neuroscienze e Fisiologia e del Neuroscience Institute, presso la NYU Langone Health, includevano Celine Bellegarda, Cheryl Quainoo, Dena Goldblatt e Basak Rosti. Il lavoro è stato sostenuto dal National Institutes of Health attraverso le sovvenzioni R01DC017489 e F31DC020910 del National Institute on Deafness and Communication Disorders, e dalla sovvenzione F99NS129179 del National Institute for Neurological Disorders and Stroke. La National Science Foundation ha inoltre sostenuto lo studio attraverso la borsa di ricerca per laureati DGE2041775.