Sinapsi più grandi, segnali più forti
Le cellule nervose comunicano tra loro attraverso le sinapsi. Le loro prestazioni e quelle dell'intera corteccia cerebrale potrebbero essere molto più elevate di quanto si pensasse, come hanno dimostrato i neuroscienziati dell'Università di Zurigo e dell'ETH di Zurigo.
Nelle cellule nervose della corteccia cerebrale, la neocorteccia, gli esseri umani elaborano le impressioni sensoriali, immagazzinano i ricordi, impartiscono comandi ai muscoli e pianificano il futuro. Questi processi informatici sono possibili perché ogni cellula nervosa è un mini-computer molto complesso, che a sua volta è in contatto con circa 10.000 altri neuroni. La comunicazione avviene attraverso speciali punti di contatto: le sinapsi.
Più grande è la sinapsi, più forte è il segnale
I ricercatori del team di Kevan Martin dell'Istituto di Neuroinformatica dell'Università di Zurigo (UZH) e dell'ETH di Zurigo hanno dimostrato per la prima volta che la dimensione delle sinapsi determina la forza della trasmissione delle informazioni. "Le sinapsi più grandi portano a impulsi elettrici più forti. Questa scoperta colma una lacuna fondamentale nella conoscenza della neurobiologia", afferma Martin.
La conoscenza di questa connessione può essere utilizzata anche per stimare la forza della trasmissione delle informazioni in base alle dimensioni delle sinapsi misurate. "In futuro, questo permetterà di mappare con precisione i circuiti della corteccia cerebrale usando la microscopia elettronica e di simulare e interpretare il loro flusso di informazioni al computer", spiega l'autore principale Gregor Schuhknecht, dottorando del team di Kevan Martin. Questo lavoro permette di capire meglio come funziona normalmente il cervello e come i "difetti di cablaggio" possono portare a disturbi dello sviluppo neurologico.
Più potenza di calcolo e spazio di archiviazione del previsto
Il team è riuscito anche a chiarire un'altra questione centrale della neurobiologia. Contrariamente alla dottrina precedente, le sinapsi della corteccia cerebrale rilasciano contemporaneamente diverse vescicole con neurotrasmettitori per ogni processo di attivazione. "Le sinapsi sono quindi più complesse e possono regolare la loro forza di segnalazione in modo più dinamico di quanto ipotizzato in precedenza. La potenza di calcolo e la capacità di memorizzazione dell'intera corteccia cerebrale è molto probabilmente molto più grande di quanto ipotizzato in precedenza", afferma Kevan Martin.
Questa notizia è una versione ridotta di un comunicato stampa dell'Università di Zurigo. Leggi il comunicato stampa originale pagina esternaqui.
Riferimento alla letteratura
Holler S, K?stinger G, Martin KAC, Schuhknecht, GFP, Stratford, KJ. Struttura e funzione di una sinapsi neocorticale. Nature, 13 gennaio 2021. DOI: pagina esterna10.1038/s41586-020-03134-2.