Secondo un nuovo studio, un antico circuito cerebrale che consente agli occhi di girarsi riflessivamente verso l’alto quando il corpo si inclina, si adatta presto nella vita, man mano che l’animale si sviluppa.
Condotto da ricercatori della Grossman School of Medicine della New York University, lo studio si concentra su come i vertebrati, che includono esseri umani e animali, dai pesci primitivi ai mammiferi, stabilizzano il loro sguardo mentre si muovono. Per fare ciò, utilizzano un circuito cerebrale che trasforma qualsiasi cambiamento di orientamento rilevato dal sistema di equilibrio (vestibolare) delle orecchie in un contromovimento istantaneo degli occhi.
Chiamato riflesso vestibolo-oculare, il circuito consente una percezione stabile dell’ambiente. Quando è rotto – ; da trauma, ictus o malattia genetica –; una persona può avere la sensazione che il mondo rimbalzi ogni volta che la testa o il corpo si muovono. Nei vertebrati adulti, questo e altri circuiti cerebrali sono regolati dal feedback dei sensi (organi della vista e dell’equilibrio). Gli autori del presente studio 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 incluso esperimenti condotti su larve di pesce zebra, che hanno un riflesso di stabilizzazione dello sguardo simile a quello umano. Inoltre, i pesci zebra sono trasparenti, quindi i ricercatori hanno letteralmente osservato la maturazione delle cellule cerebrali chiamate neuroni per comprendere i cambiamenti che consentono a un pesce appena nato di ruotare gli occhi in modo appropriato quando 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 verificano i riflessi vestibolari può aiutarci a trovare nuovi modi per contrastare patologie che influenzano l’equilibrio o i movimenti oculari”, afferma l’autore principale dello studio, David Schoppik, PhD, professore associato nei dipartimenti di otorinolaringoiatria; Chirurgia della testa e del collo, Neuroscienze e Fisiologia e Neuroscience Institute presso la NYU Langone Health.
Inclinazioni in frazioni 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 dispositivo per suscitare il riflesso inclinando e monitorando gli occhi di pesci zebra ciechi dalla nascita. Il team ha osservato che la capacità del pesce 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 quando il riflesso è completamente maturo. Sorprendentemente, un’altra serie di esperimenti ha dimostrato che anche il circuito riflesso raggiunge la maturità durante lo sviluppo senza l’intervento di un organo vestibolare sensibile alla gravità chiamato utricolo.
Poiché il riflesso vestibolo-oculare può maturare senza feedback sensoriale, i ricercatori hanno ipotizzato che la parte del circuito cerebrale a maturazione più lenta debba stabilire il ritmo per lo sviluppo del riflesso. Per trovare la parte limitante, il gruppo di ricerca ha misurato il modo in cui i neuroni rispondevano durante lo sviluppo quando inclinavano 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 finisse di svilupparsi. Pertanto, la parte più lenta del circuito a maturare potrebbe non trovarsi nel cervello come si pensava a lungo, ma si è invece scoperto che si trovava 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 la velocità con cui la giunzione maturava corrispondeva alla velocità con cui i pesci miglioravano la loro capacità di controruotare gli occhi.
In futuro, il team del dottor Schoppik riceverà finanziamenti per studiare i nuovi circuiti dettagliati nel contesto dei disturbi umani. Il lavoro attuale 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 (cioè occhio pigro, strabico).
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 altro finanziamento del Dr. Schoppik mira a comprendere meglio come la funzione di queste cellule viene interrotta quando si sviluppano i circuiti di equilibrio, con l’obiettivo di aiutare il 5% dei bambini negli Stati Uniti che lottano con un problema di equilibrio della forma.
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. »
Paige Leary, PhD., primo autore dello studio
Era una studentessa laureata nel laboratorio del dottor Schoppik che ha condotto lo studio, ma da allora ha lasciato l’istituto.
Con i dottori Schoppik e Leary, autori dello studio dei Dipartimenti di Otorinolaringoiatria, Chirurgia della testa e del collo, Neuroscienze e Fisiologia e del Neuroscience Institute della NYU Langone Health, includevano Céline Bellegarda, Cheryl Quainoo, Dena Goldblatt e Basak Rosti. Il lavoro è stato sostenuto dal National Institutes of Health attraverso i finanziamenti R01DC017489 e F31DC020910 del National Institute on Deafness and Communication Disorders e dal National Institute on Deafness and Communication Disorders Grant F99NS129179. La National Science Foundation ha inoltre sostenuto lo studio attraverso la Graduate Research Fellowship DGE2041775.
