Controllo dell’attività corticale da parte degli interneuroni gabaergici

Controllo dell’attività corticale da parte degli interneuroni gabaergici

L’attività dei neuroni presenti nella corteccia cerebrale è regolata in modo fondamentale dagli interneuroni gabaergici, cioè neuroni che utilizzano il gaba come neurotrasmettitore inibitorio. Questi neuroni svolgono un ruolo essenziale nel mantenimento dell’equilibrio tra eccitazione e inibizione all’interno dei circuiti corticali, impedendo un’attivazione eccessiva dei neuroni eccitatori.
I principali neuroni eccitatori della corteccia sono i neuroni piramidali. Queste cellule utilizzano come neurotrasmettitore l’acido glutammico e vengono quindi definiti neuroni glutammatergici. Essi rappresentano gli elementi fondamentali della comunicazione corticale perché ricevono numerosi input provenienti sia dai nuclei talamici sia da altre aree della corteccia cerebrale.
Nonostante siano fondamentali per la trasmissione delle informazioni nervose, i neuroni piramidali devono essere sottoposti a un costante controllo inibitorio. Questo controllo viene esercitato principalmente dagli interneuroni gabaergici, in particolare dalle cellule a canestro, chiamate anche basket cells.
Le cellule a canestro prendono questo nome dalla loro particolare organizzazione anatomica: i loro assoni si dispongono intorno ai corpi cellulari di altri neuroni, avvolgendoli come un canestro. In questo modo possono esercitare un’azione inibitoria molto efficace direttamente sulle cellule piramidali.

Circuito di controllo delle cellule a canestro

Le cellule a canestro non sono neuroni inibitori attivati autonomamente, ma ricevono a loro volta stimoli eccitatori. La loro principale fonte di attivazione deriva dalle cellule piramidali stesse.
I neuroni piramidali, infatti, attraverso collaterali dei propri assoni, inviano segnali eccitatori alle cellule a canestro. Poiché i neuroni piramidali sono glutammatergici, la loro attivazione determina un’eccitazione delle cellule a canestro.
Dopo essere state attivate, le cellule a canestro esercitano un’azione inibitoria sulle stesse cellule piramidali che le hanno stimolate. Si crea quindi un circuito a feedback negativo: il neurone eccitatorio attiva un interneurone inibitorio che, a sua volta, riduce l’attività del neurone eccitatorio iniziale.
Le cellule a canestro, inoltre, inviano collaterali anche alle cellule piramidali vicine, permettendo un controllo diffuso dell’attività della rete corticale. La loro funzione è quindi quella di mantenere i neuroni eccitatori sotto una costante modulazione inibitoria.
Questo sistema può essere paragonato a un meccanismo di sicurezza nel quale l’attività eccitatoria viene continuamente regolata. I neuroni eccitatori devono infatti essere controllati per evitare che una scarica elettrica eccessiva si propaghi ad altre aree cerebrali.
Quando il controllo inibitorio gabaergico viene compromesso, l’equilibrio tra eccitazione e inibizione può alterarsi. Una conseguenza possibile è lo sviluppo dell’epilessia, una patologia caratterizzata dalla presenza di attività elettriche neuronali anomale e incontrollate.

Vie gabaergiche dei gangli della base e controllo del movimento

Oltre alla corteccia cerebrale, un’altra importante sede di neuroni gabaergici è rappresentata dai gangli della base. Queste strutture partecipano alla regolazione del movimento attraverso complesse connessioni con il talamo e la corteccia motoria.
Le vie gabaergiche che collegano i gangli della base al talamo sono principalmente due: la via diretta e la via indiretta. Entrambe utilizzano neuroni gabaergici, ma producono effetti differenti sul controllo motorio.

La via diretta

La via diretta è costituita da due neuroni gabaergici organizzati in sequenza. Il primo neurone parte dal corpo striato e proietta verso il pallido, mentre il secondo neurone collega il pallido al talamo.
Entrambi i neuroni hanno funzione inibitoria perché utilizzano gaba come neurotrasmettitore. Tuttavia, quando due neuroni inibitori sono collegati in successione, l’effetto finale sul bersaglio può risultare eccitatorio.
Il primo neurone inibisce il secondo, riducendo la sua attività. Di conseguenza, il secondo neurone esercita una minore inibizione sul talamo. Poiché il talamo è normalmente sottoposto a un controllo inibitorio da parte del pallido, la riduzione di questa inibizione determina una maggiore attivazione talamica.
L’attivazione della via diretta favorisce quindi il movimento perché aumenta la stimolazione talamo-corticale verso le aree motorie della corteccia.

La via indiretta

La via indiretta coinvolge anch’essa neuroni gabaergici, ma presenta una maggiore complessità perché comprende anche un neurone eccitatorio.
Nella via indiretta il primo neurone gabaergico inibisce il secondo neurone. Poiché il secondo neurone normalmente esercita un’azione inibitoria su un terzo elemento della via, la sua inibizione determina una riduzione della propria funzione inibitoria.
Il terzo neurone, che ha funzione eccitatoria, viene quindi attivato e stimola un ulteriore neurone inibitorio. Il risultato finale è un’inibizione dell’attività talamica.
La sequenza funzionale della via indiretta può essere riassunta come un circuito in cui si alternano effetti inibitori ed eccitatori: inibizione, inibizione, eccitazione, inibizione. L’effetto complessivo è quindi una riduzione dell’attivazione talamo-corticale e una diminuzione del movimento.
La via diretta e la via indiretta lavorano insieme per mantenere un corretto controllo motorio. La prima facilita l’esecuzione dei movimenti, mentre la seconda contribuisce a limitarli e a evitare attività motorie inappropriate.

Interneuroni gabaergici nel midollo spinale

Un’altra importante localizzazione degli interneuroni inibitori gabaergici è rappresentata dal midollo spinale. In questa sede gli interneuroni inibitori regolano l’attività dei motoneuroni responsabili della contrazione muscolare.
Gli interneuroni inibitori spinali utilizzano principalmente due mediatori chimici: gaba e glicina. Nel midollo spinale, tuttavia, prevalgono gli interneuroni glicinergici rispetto a quelli gabaergici.
Questi interneuroni svolgono un ruolo fondamentale nella coordinazione dei movimenti, in particolare nel controllo dell’attività reciproca tra muscoli antagonisti, come muscoli flessori ed estensori.

Regolazione dell’antagonismo tra muscoli flessori ed estensori

Per permettere il movimento corretto di un’articolazione è necessario che la contrazione di un gruppo muscolare sia accompagnata dal rilassamento del gruppo muscolare opposto.
Per esempio, quando viene attivato un muscolo flessore, il muscolo estensore corrispondente deve essere inibito per consentire il movimento. Questo meccanismo è regolato attraverso un arco riflesso che coinvolge interneuroni inibitori del midollo spinale.
La contrazione del muscolo flessore determina quindi contemporaneamente l’attivazione di circuiti che inibiscono il motoneurone responsabile della contrazione dell’estensore. In questo modo viene garantita una corretta coordinazione del movimento.
Alterazioni di questo sistema si osservano nel tetano, una patologia nella quale gli interneuroni inibitori non riescono più a svolgere la loro funzione.
La tossina tetanica impedisce infatti la liberazione dei mediatori chimici inibitori dagli interneuroni spinali. Di conseguenza, viene meno il controllo inibitorio sui motoneuroni e si verifica una contrazione simultanea e persistente dei muscoli.
Nel tetano tutti i muscoli possono andare incontro a contrazione, ma l’effetto finale dipende dalla predominanza funzionale di determinati gruppi muscolari nelle diverse regioni corporee.
Nel tronco e negli arti inferiori prevale il tono dei muscoli estensori, determinando una posizione caratterizzata dall’estensione degli arti. Negli arti superiori, invece, prevale l’attività dei muscoli flessori, causando una posizione con gli arti superiori mantenuti in flessione.
Gli interneuroni gabaergici e glicinergici rappresentano quindi elementi fondamentali per il controllo dell’attività neuronale. Attraverso la loro funzione inibitoria regolano l’eccitabilità corticale, il movimento e la coordinazione muscolare, mantenendo l’equilibrio necessario al corretto funzionamento del sistema nervoso.