Ruolo dell'attività spontanea nella formazione dei circuiti neurali del bulbo olfattivo e nell' elaborazione dell'informazione sensoriale

Il corretto funzionamento del sistema nervoso centrale dei mammiferi si basa sulla specificità delle connessioni sinaptiche. Lo sviluppo di un circuito neurale è regolato sia da molecole specifiche, dette axon guidance molecules che da precisi schemi di attività elettrica che si stabiliscono tra i neuroni pre e post-sinaptici. In questo lavoro afferente spontanea nell' organizzazione topografica del bulbo olfattivo. Per raggiungere tale obiettivo abbiamo analizzato la connessione intrabulbare tra glomeruli isofunzionali (o omologhi) in una linea di topi geneticamente modificati, nei quali l' attività afferente spontanea è estremamente ridotta a causa dell'over-espressione di un canale potassio inward rectifier (Kir2.1) nei neuroni sensoriali olfattivi (Yu et al., 2004). Poichè studi precedenti avevano analizzato la connessione intrabulbare solo in animali adulti (Belluscio et al. 2002; Lodovichi et al., 2003), abbiamo dapprima studiato lo sviluppo della connessione intrabulbare tra glomeruli omologhi, a diversi stadi di sviluppo (P7-P70), in animali di controllo. Effettuando iniezioni di un tracciante fluorescente nello strato dei glomeruli, abbiamo trovato che la connessione intrabulbare tra glomeruli omologhi è presente già a una settimana di vita post-natale (P7). Tuttavia a questo stadio di sviluppo, la connessione non è circoscritta esclusivamente al glomerulo omologo corrispondente, ma più ampia. In questa fase il rapporto tra il diametro dell' iniezione e l' estensione della proiezione è 4:1. Abbiamo trovato che la connessione va incontro ad un processo di maturazione tra P15 e P30. In questo periodo si osserva un restringimento dell' estensione della proiezione che assume le dimensioni circoscritte al singolo glomerulo omologo, tale per cui il rapporto tra l' estensione della proiezione ed il diametro dell' iniezione è 1:1, proprio della connessione matura. Le dimensioni della connessione si mantengono stabili a tutti gli stadi esaminati, sino a P70. Abbiamo quindi analizzato il ruolo dell'attività afferente spontanea nella formazione e nel mantenimento della connessione intrabulbare, in animali con ridotta attività afferente spontanea, i topi Kir 2.1. Abbiamo visto che le connessioni intrabulbari sono ancora presenti in questi animali, sebbene non siano esclusivamente circoscritte ai glomeruli omologhi. Il rapporto tra l' estensione della proiezione ed il diametro dell' iniezione non raggiunge mai il valore di 1:1 , proprio della connessione matura, a nessuna delle età analizzate (P30-P70) in animali con ridotta attività afferente. In questi animali il processo di maturazione non sembra mai completarsi. Ci siamo poi chiesti quali fossero le ripercussioni di un' alterata circuiteria neurale nel bulbo olfattivo sul comportamento olfattivo. A tale scopo abbiamo utilizzato un test comportamentale classico elaborato per valutare la capacità di un animale di discriminare tra due differenti odori. Abbiamo osservato che gli animali con ridotta attività afferente non riuscivano a discriminare gli odori che attivano pattern spaziali di glomeruli (mappe funzionali) simili, quali gli enantiomeri, mentre mantenevano la capacità di discriminare odori in grado di attivare pattern spaziali di glomeruli molto distinti. Molti studi sulla formazione dei circuiti neurali nei sistemi sensoriali hanno dimostrato che l' attività spontanea gioca un ruolo chiave nella formazione dei circuiti in stadi molto precoci dello sviluppo. Una volta che i sistemi sensoriali diventano sensibili agli stimoli sensoriali specifici, l' attività elettrica evocata rafforza e completa la maturazione dei già stabiliti contatti sinaptici. E' stato chiaramente dimostrato che l' attività sensoriale modula lo sviluppo della circuiteria neurale all' interno di un periodo circoscritto (periodo critico), in cui il sistema nervoso centrale è estremamente plastico. Se l' attività spontanea abbia un ruolo sui circuiti neurali in età adulta rimaneva oscuro. Dato l' alto grado di plasticità del sistema olfattivo ci siamo chiesti se la manipolazione dell' attività elettrica spontanea in età adulta potesse modificare architetture neurali già consolidate, come ad esempio le connessioni intrabulbari. Sfruttando la natura inducibile del costrutto Kir 2.1, abbiamo permesso l' espressione del canale Kir 2.1 solamente in età adulta (P30-P60), per 30 giorni. Abbiamo scoperto che l' assenza di attività spontanea solo in età adulta è in grado di indurre la regressione della connessione intrabulbare ad uno stadio immaturo (la connessione risulta per tanto più¹ larga). Tutti assieme questi dati indicano che l'attività afferente spontanea gioca un ruolo critico non solo nella formazione dei circuiti nervosi del bulbo olfattivo, ma anche nel loro corretto mantenimento. Inoltre la modificata architettura della circuiteria bulbare si riflette in un comportamento olfattivo alterato.