Il midollo spinale è più "intelligente" del previsto / The spinal cord is more "intelligent" than expected

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Un nuovo studio ha scoperto che il midollo spinale elabora direttamente i segnali neurali necessari per controllare il movimento delle mani. La scoperta smentisce l'idea che questa parte del sistema nervoso serva quasi esclusivamente a trasferire i segnali neurali tra il cervello e la periferia del corpo.

Il midollo spinale, la porzione del sistema nervoso che esce dalla scatola cranica e corre lungo la colonna vertebrale, è stata considerata finora poco più di una lunga “autostrada” di collegamento, incaricata di trasmettere gli impulsi nervosi che partono dall'encefalo e arrivano alle zone periferiche dell'organismo, e viceversa.

Un nuovo studio pubblicato su “Nature Neuroscience” ha dimostrato invece che il midollo spinale ha un ruolo molto più “intelligente”, perché è in grado anche di elaborare e controllare funzioni motorie complesse, per esempio come mettere una mano in una certa posizione nello spazio.

Questo tipo di controllo delle mani richiede la raccolta di stimoli sensoriali che arrivano da diverse articolazioni, essenzialmente dal gomito e dal polso, stimoli che finora si pensava fossero elaborati e convertiti in comandi motori a livello della corteccia cerebrale.

Il risultato è emerso da una sperimentazione di laboratorio in cui alcuni soggetti hanno indosato un esoscheletro robotico, in grado di compiere movimenti nelle tre direzioni dello spazio. Ai volontari è stato poi chiesto di mantenere la propria mano in una posizione dello spazio predefinita. L'esoscheletro robotico aveva il compito di spostare il braccio da quella posizione, e contemporaneamente di far flettere o estendere la mano e l'avambraccio.

Nel frattempo, gli sperimentatori misuravano il tempo impiegato dai muscoli del braccio per rispondere ai movimenti dell'esoscheletro riportando il braccio nella posizione predefinita. Dal tempo di latenza dei movimenti e dei relativi impulsi nervosi, sono riusciti a determinare quale parte del processo si svolgesse nel cervello o nel midollo spinale.

“Abbiamo scoperto che le risposte erano così 

rapide che non potevano che essere generate dai circuiti dello stesso midollo spinale”, ha spiegato Jeff Weiler. "Ciò che si può osservare è che questi circuiti midollari non si preoccupano di ciò che si verifica nelle singole articolazioni, ma solo di dove si trova la mano nello spazio esterno e generano una risposta che cerca di riportarla nella posizione iniziale”.

La risposta nervosa di questo tipo era già nota, ed è denominata riflesso di allungamento (stretch reflex) ma si pensava che fosse molto limitata in termini di ausilio al movimento.

“Si credeva che questo riflesso spinale agisse solo per ripristinare la lunghezza del muscolo nella situazione originale, qualunque cosa fosse all'origine dell'allungamento”, precisa Andrew Pruszynski, autore senior dello studio. "Ciò che abbiamo mostrato è che avviene qualcosa di molto più complesso: un vero e proprio controllo della mano nello spazio”.

“Questo risultato mostra che almeno una funzione importante viene elaborata a livello del midollo spinale, e apre quindi la strada a un'intero campo di nuove ricerche per cercare di capire che cosa avviene realmente a livello spinale e che cosa finora ci siamo persi”, ha concluso il ricercatore.

ENGLISH

A new study has found that the spinal cord directly processes the neural signals necessary to control the movement of the hands. The discovery belies the idea that this part of the nervous system serves almost exclusively to transfer the neural signals between the brain and the periphery of the body.

The spinal cord, the portion of the nervous system that emerges from the cranial box and runs along the spine, has until now been considered little more than a long connecting "highway", in charge of transmitting the nervous impulses that start from the brain and reach the peripheral areas of the organism, and vice versa.

A new study published in "Nature Neuroscience" has shown that the spinal cord has a much more "intelligent" role, because it is also able to process and control complex motor functions, for example how to put a hand in a certain position in space .

This type of hand control requires the collection of sensory stimuli that come from different joints, essentially from the elbow and wrist, stimuli that until now were thought to have been processed and converted into motor commands at the level of the cerebral cortex.

The result emerged from a laboratory experimentation in which some subjects have inducted a robotic exoskeleton, able to perform movements in the three directions of space. The volunteers were then asked to keep their hands in a predefined space position. The robotic exoskeleton had the task of moving the arm from that position, and at the same time of flexing or extending the hand and the forearm.

Meanwhile, the experimenters measured the time taken by the arm muscles to respond to the exoskeleton movements by returning the arm to the predefined position. From the latency time of the movements and related nerve impulses, they managed to determine which part of the process took place in the brain or spinal cord.

"We found that the answers were so fast that they could only be generated by the circuits of the same spinal cord," Jeff Weiler explained. "What can be observed is that these medullary circuits do not worry about what occurs in the individual joints, but only where the hand is located in outer space and generate an answer that tries to bring it back to its initial position".

The nervous response of this type was already known, and is called a reflection of stretch (stretch reflex) but was thought to be very limited in terms of aid to movement.

"It was believed that this spinal reflex acted only to restore the length of the muscle in the original situation, whatever was at the origin of the elongation," says Andrew Pruszynski, senior author of the study. "What we have shown is that something much more complex happens: a real control of the hand in space".

"This result shows that at least one important function is elaborated at the level of the spinal cord, and then opens the way to a whole field of new research to try to understand what actually happens at the spinal level and what we have lost so far", concluded the researcher.

Da:

http://www.lescienze.it/mente-e-cervello/2019/02/12/news/midollo_spinale_intelligente_controllo_mano-4291027/?ref=nl-Le-Scienze_15-02-2019