Nuclei della base

16.4 NEUROFISIOLOGIA DEI NEURONI DEI NUCLEI DELLA BASE

I nuclei della base sono coinvolti in funzioni motorie,

cognitive e motivazionali. Tra le varie funzioni

ricordiamo l’apprendiamento e la pianificazione

motoria, l’inibizione dei movimenti involontari, la

preparazione al movimento, l’esecuzione automatica

dei movimenti appresi, la facilitazione dei movimenti

finalizzati, la memoria di lavoro e procedurale e la

regolazione del tono muscolare e del riflesso

miotatico.

16.4.1 Striato

Il 95% dei neuroni dello striato proiettano al globo

pallido e alla sostanza nera. Essi sono caratterizzati

dalla presenza di spine dendritiche e quindi vengono

chiamati neuroni spinosi.

Quelli che proiettano alla sostanza nera contengono

sostanza P e dinorfina e su di essi la dopamina ha

effetto eccitatorio tramite recettori D1 (circuito diretto).

Quelli che proiettano al segmento esterno del globo

pallido invece contengono GABA e encefalina e su di

esse la dopamina ha funzione inibitoria (recettori D2,

circuito indiretto).

Il restante 5% dei neuroni striatali è costituito da interneuroni, privi di spine dendritiche e

quini chiamati aspinosi. Tra questi sono importanti i grossi neuroni contenenti acetilcolina.

Entrambi i neuroni ricevono un potente ingresso eccitatorio corticali che utilizza come

neurotrasmettitore il glutammato e agisce su NMDA e AMPA.

La stimolazione ripetitiva delle fibre corticostriatali può indurre plasticità delle sinapsi

striatali tramite depressione a lungo termine (LTD) o potenziamento a lungo termine (LTP),

coinvolgendo interneuroni colinergici e interneuroni contenenti NOS.

I neuroni spinosi di proiezione ricevono segnali in ingresso da corteccia, talamo e

sostanza nera; mentre vengono modulati da interneuroni colinergici e GABAergici

contenenti parvalbumina. Una delle caratteristiche è rappresentata dai collaterali del loro

assone che, terminando su neuroni spinosi adiacenti e su interneuroni colinergici, possono

consentire un meccanismo di inibizione laterale e retroattiva degli stessi neuroni

colinergici.

I neuroni di proiezione talamici e nigrali, dopo aver integrato i segnali corticali, potrebbero

inviare impulsi verso la sostanza nera e il globo pallido, modulando la propria attività di

scarica attraverso i collaterali diretti sugli interneuroni colinergici da cui ricevono un

ingresso eccitatorio, inibendo al tempo stesso i neuroni spinosi vicini.

Si ritiene che la funzione degli interneuroni GABAergici (in particolare quelli con

parvalbumina) possa essere di inibire, attraverso un meccanismo a feedforward, l’azione

della corteccia sui neuroni spinosi sia sugli interneuroni colinergici. È possibile che nello

striato venga focalizzata l’azione di una determinata area corticale, mentre l’ingresso di

segnali da altre regioni corticali può essere soppresso o inibito tramite interneuroni

GABAergici. Questo è possibile perché nonostante l’esiguo numero di neuroni, essi hanno

ampie arborizzazioni

dendritiche e assonali.

Nello striato esiste un circuito

interno che modula l’attività dei

neuroni spinosi GABAergici

che proiettano sui segmenti del

GP e sulla SNpr. Il neurone

spinoso di proiezione invia un

collaterale che inibisce gli

interneuroni aspinosi

colinergici, che su esso hanno

funzione eccitatoria. In questo

modo la scarica del neurone

spinoso può essere soppressa,

mentre il neurone aspinoso

riceve informazioni dalla

corteccia, dal talamo e dalla

SN.

Questo microcircuito

servirebbe a focalizzare

l’attività dei neuroni striatali

tramite un meccanismo di

inibizione laterale sui neuroni

di proiezione vicini.

Neuroni del Putamen

I neuroni spinosi sono silenti in un animale sveglio e a riposo. Il putamen è inserito nel

circuito motorio, e se viene stimolato determina movimenti degli arti controlaterali e

bilaterali assiali e orofacciali. È presente una rappresentazione topografica del corpo: l’arto

inferiore nella regione esterna, l’arto superiore nella zona intermedia e il territorio

trigeminale in quello più interno. Se distruggo selettivamente i corpi neuronali, pur

lasciando integre le fibre, non ho più l’effetto della microstimolazione, e ciò indica il ruolo

attivo del putamen nei movimenti.

I neuroni legati al movimento hanno una frequenza di scarica spontanea molto bassa

(<1Hz) e sono stati identificati come neuroni di proiezione al globo pallido. Tra questi vi è

una popolazione con proprietà visuomotorie, coinvolti cioè sia nella preparazione sia

nell’esecuzione di movimenti saccadici.

Segnali che provengono da strutture profonde fanno parte di un feedback propriocettivo

importante nel controllo dell’esecuzione del movimento.

Neuroni del Nucleo Caudato

I neuroni del nucleo caudato rispondono a stimoli visivi o uditivi di significato

comportamentale, stimoli cioè che possono attirare l’attenzione del soggetto. Molti neuroni

caudatali infatti modificano la propria attività se gli stimoli vengono presentati in un

contesto comportamentale ben definito. Non rispondono alla semplice presentazione di

oggetti privi di significato, ma diventano attivi quando stimoli meccanici sono diretti verso

la faccia dell’animale.

Nel nucleo caudato posteriore si trovano neuroni che mostrano quadri di risposte legati

alla presentazione di stimoli visivi complessi. È legato a funzioni di tipo anticipativo e

attentivo ed è ormai chiaro che il funzionamento dei neuroni caudatali è condizionale per

risposte motorie alla presentazione di stimoli comportamentali.

Nel nucleo caudato è stata identificata una popoazione di neuroni detta TAN (neuroni

tonicamente attivi), con una frequenza di scarica spontanea più alta. Si pensa che

possano corrispondere agli interneuroni colinergici che, pur essendo solo l’1-2% di tutta la

popolazione dello striato, sono di estrema importanza per il riconoscimento di stimoli legati

all’acquisizione della ricompensa. La modulazione della loro attività di scarica (una fase di

silenzio di 100-200ms) avviene solo se gli stimoli legati alla ricompensa vengono

presentati in un preciso contesto comportamentale. Man mano che l’animale apprende il

paradigma comportamentale legato alla ricompensa, la percentuale di TAN responsivi

aumenta dal 10-20% al 60-70% ad apprendimento consolidato. Nello striato si verificano

perciò fenomeni di plasticità sinaptica durante l’apprendimento e l’insieme delle risposte

striatali contribuisce alla formazione di tracce mnesiche.

La responsività dei TAN è comunque controllata

dalle afferenze che giungono dai neuroni

dopaminergici nigrali e da quelle glutammatergiche

dalla corteccia cerebrale (area sensimotoria e aree

associative) e dal talamo.

Tali interazioni avvengono in compartimenti

particolari:

- STRIOSOMI: 20% del volume dello striato.

Esse sono povere in colinesterasi e ricevono

dalla corteccia prefrontale e sono in rapporto

con strutture del sistema limbico (amigdala).

Sono inoltre in rapporto con i neuroni

dopaminergici della parte compatta della

sostanza nera.

- MATRICE: 80% del volume, in essa

terminano gli assoni della corteccia

somatomoria, associativa e del giro cingolato.

Le fibre in uscita originano dai mosuli

neuronali presenti nei MATRISOMI. Essi

hanno una forte presenza di colinesterasi e

da essi origina la via indiretta al globo pallido

esterno (neuroni GABAergici con encefalina,

recettori D2) e la via diretta alla SNpr e GP

interno (neuroni con sostanza P e dinorfina, recettori D1).

Neuroni dello striato ventrale

I neuroni posti nelle regioni medioventrali presentano risposte legate a funzioni

motivazionali e appetitive. Queste regioni sono più abbondanti nelle regioni ventrali del

putamen, che costituiscono, insieme al nucleo accumbens, una zona che spesso viene

indicata come striato ventrale. Sono stati indicati neuroni che incrementano fasicamente la

loro attività all’arrivo della ricompensa e neuroni che aumentano progressivamente la

propria attività durante l’attesa della stessa.

Alterazioni dello striato: Corea di Huntington

È la principale malattia neurodegenrativa che colpisce lo striato, è ereditaria poiché si

trasmette tramite un gene dominante. Essa è caratterizzata da degenerazione neuronale e

gliosi dello striato e dei neuroni degli strati III, IV e VI della corteccia frontale e prefrontale.

Neuroni di proiezione GABAergici sono particolarmente interessati dalla degenerazione,

mentre sono meno colpiti quelli colinergici e alcuni con NADPH e NO.

In genere è interessato sia il nucleo caudato sia il putamen e lo striato ventrale, con

comparsa di disordini motori e psichici che riflettono le funzioni di tali strutture:

- disordini motori: tipicamente ipercinetici, come la comparsa di movimenti involontari

brevi, improvvisi, violenti e irregolari che possono interessare tutti i segmenti

corporei. In alcuni casi i movimenti coreici diventano diffusi e grossolani, rendendo

impossibile la stazione eretta e la posizione seduta.

- disturbi psichici: comparsa progressiva di uno stato demenziale, alterazioni

caratteriali con irritabilità, suscettibilità, improprietà di linguaggio. Compaiono anche

deficit di memoria, disattenzione e apatia. È plausibile che tali disturbi siano dovuti

alla degenerazione dei nuclei caudato e striato ventrale legati alla corteccia

prefrontale dorsolaterale, alla corteccia orbitofrontale e alla corteccia cingolata

anteriore.

16.4.2 Sostanza nera

La sostanza nera è costituita da due parti, parte compatta con neuroni dopaminergici e la

sottostante parte reticolata con neuroni GABAergici. Il numero di neuroni dopaminergici

sono circa 400.000-500.000 alla nascita, e il loro numero decresce progressivamente con

l’età per ridursi di quasi la metà intorno ai 70 anni. Se con l’invecchiamento si raggiunge

una perdita di circa il 70%, le funzioni dipendenti dalla dopamina nigrostriatale vengono

perse e iniziano a manifestarsi disturbi del movimento di tipo parkinsoniano.

Neuroni della parte compatta

I neuroni dopaminergici della parte compatta hanno una frequenza di scarica spontanea

piuttosto bassa, intorno ai 2-4 impulsi per secondo. Non mostrano variazioni significative

dell’attività elettrica durante il movimento, nonostante i gravi disturbi del movimento

provocati dalla loro degenerazione. Dimostrano invece una funzione primaria nei

meccanismi di ricompensa. La caratteristica saliente è che 80-100 ms dopo la

presentazione di stimoli visivi o acustici legati alla ricompensa, i neuroni della parte

compatta della sostanza nera possono presentare un’attivazione fasica della durata di

100-2