Gli scienziati identificano i neuroni responsabili della soppressione del consumo eccessivo di alcol / Scientists Identify Neurons Responsible for Suppressing Binge Drinking
Gli scienziati identificano i neuroni responsabili della soppressione del consumo eccessivo di alcol / Scientists Identify Neurons Responsible for Suppressing Binge Drinking
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Secondo una nuova ricerca di Gilles E. Martin, PhD, professore associato di neurobiologia, tra i miliardi di neuroni presenti nel cervello, meno di 500 sono responsabili della soppressione dell'abuso di alcol.
Pubblicati su Nature Neuroscience , questi risultati forniscono spunti sul comportamento di consumo eccessivo di alcol e sulla dipendenza da alcol che potrebbero portare a nuovi obiettivi terapeutici. Coautori dello studio sono Pablo Gimenez-Gomez, PhD, ricercatore post-dottorato presso il laboratorio Martin, e Timmy Le, dottorando presso la Morningside Graduate School of Biomedical Sciences, che studia presso il laboratorio Martin.
"È davvero difficile comprendere come solo pochi neuroni possano avere un effetto così profondo sul comportamento", ha affermato il Dott. Martin, membro del Brudnick Neuropsychiatric Research Institute presso l'UMass Chan. "È entusiasmante perché stiamo iniziando a capire come solo una manciata di cellule sia coinvolta in comportamenti molto specifici. Questo studio è davvero come cercare un ago in un pagliaio".
La dipendenza ed il consumo eccessivo di alcol rappresentano una seria sfida per la salute, causando milioni di decessi, sia direttamente che indirettamente, attraverso oltre 200 patologie e lesioni associate derivanti dall'uso a breve e lungo termine. Sebbene studi recenti abbiano evidenziato il ruolo di specifiche aree del cervello, come la corteccia prefrontale, nell'inibizione del consumo eccessivo di alcol, questi studi non sono stati sufficientemente approfonditi per individuare gli specifici circuiti neuronali coinvolti nella soppressione del consumo di alcol.
Martin ed i suoi colleghi sono riusciti a restringere l'area del cervello responsabile della soppressione dell'abbuffata di alcol ad uno specifico insieme di neuroni utilizzando una combinazione di tecnologie avanzate di fotometria a fibre, optogenetica, elettrofisiologia e trascrittomica a singola cellula con un approccio a vettore virale.
"L'età dell'oro delle neuroscienze in cui siamo entrati un decennio fa sta ora accelerando", ha spiegato Martin. "Con tutti gli strumenti a nostra disposizione, ora siamo in grado di fare cose che 10 o anche solo 5 anni fa erano inimmaginabili. Ci sono miliardi di neuroni nel cervello. Senza queste tecnologie non saremmo in grado di rilevare questa attività tra tutte quelle cellule, passerebbe inosservata perché ci sarebbero così poche cellule attive che non saremmo in grado di vederle."
Un gruppo discreto di neuroni co-attivati, gli insiemi neurali, rappresentano le unità di base del codice neuronale nel cervello. Questi piccoli gruppi neurali funzionano secondo schemi coordinati e ricorrenti, attivandosi insieme per creare uno schema di attività distinto, spesso in risposta a stimoli specifici.
Utilizzando uno speciale modello di topo progettato per etichettare e manipolare i neuroni che vengono attivati durante un intervallo di tempo definito, Martin e colleghi sono riusciti ad identificare un piccolo gruppo di neuroni attivati in risposta a episodi di abbuffate di alcol.
Quando i neuroni vengono attivati in questi modelli animali, emettono una proteina fluorescente estremamente luminosa, visibile grazie alle tecnologie di fotometria a fibra ottica. Poiché ciò avviene in tempo reale, gli scienziati possono individuare con precisione i neuroni che si attivano quando l'animale è esposto ad uno stimolo. Quindi, utilizzando tecniche di optogenetica che sfruttano la luce per attivare le cellule in modo sicuro negli animali viventi, questi neuroni possono essere attivati e disattivati, come un interruttore. Ciò consente agli scienziati di osservare potenziali cambiamenti comportamentali e di collegarli a specifici neuroni nel cervello.
"Sappiamo che in alcuni casi l'abuso di alcol può portare alla dipendenza da alcol", ha spiegato Martin. "Quest'area del cervello sembra essere intimamente coinvolta nella repressione di tale comportamento. È possibile che un malfunzionamento di questo meccanismo sia implicato nella dipendenza da alcol e riattivarlo potrebbe essere un potenziale bersaglio terapeutico".
Con il continuo progresso della tecnologia e la possibilità di osservare anche piccoli sottoinsiemi di neuroni, Martin ritiene che potrebbero esserci solo due o tre dozzine di neuroni responsabili della soppressione dell'abuso di alcol e sapere quali sono potrebbe essere un passo fondamentale verso lo sviluppo di terapie mirate.
ENGLISH
These insights could lead to new therapeutic targets for problematic drinking and alcohol dependency.
Among the billions of neurons in the brain, fewer than 500 are responsible for suppressing binge drinking, according to new research by Gilles E. Martin, PhD, associate professor of neurobiology.
Published in Nature Neuroscience, these findings provide insights into binge drinking behavior and alcohol dependency that may lead to new therapeutic targets. Co-authors of the study include Pablo Gimenez-Gomez, PhD, a postdoctoral researcher in the Martin lab, and Timmy Le, a PhD candidate in the Morningside Graduate School of Biomedical Sciences studying in the Martin lab.
“It’s really hard to comprehend how only a few neurons can have such a profound effect on behavior,” said Dr Martin, a member of the Brudnick Neuropsychiatric Research Institute at UMass Chan. “This is exciting because we are starting to understand how only a handful of cells are involved in very specific behaviors. Truly, this study is about finding a needle in a haystack.”
Alcohol addiction and overconsumption constitute a significant health challenge, causing millions of deaths both directly and indirectly through more than 200 associated diseases and injuries resulting from short- and long-term use. While recent studies have highlighted specific areas of the brain such as the prefrontal cortex as playing a role in inhibiting overconsumption of alcohol, these studies have lacked the resolution to pinpoint the specific neuronal circuits involved with suppressing alcohol consumption.
Martin and colleagues were able to narrow down the area in the brain responsible for suppressing binge drinking to a specific neuronal ensemble by using a combination of advanced fiber photometry, optogenetics, electrophysiology and single cell transcriptomics technologies with a viral vector approach.
“The golden age of neuroscience we entered a decade ago is now accelerating,” explained Martin. “With all the tools available to us, we are now able to do things that 10 or even five years ago were unimaginable. There are billions of neurons in the brain. Without these technologies we wouldn’t be able to detect this activity among all those cells, it would fly under the radar because there would be so few cells active, we wouldn’t be able to see them.”
A discrete group of co-activated neurons, neural ensembles represent the basic units of neuronal code in the brain. These small neural groups function in coordinated and recurring patterns, firing together to create a distinct pattern of activity, often in response to specific stimuli.
Using a special mouse model designed for labeling and manipulating neurons that are activated during a defined time frame, Martin and colleagues were able to identify a small group of neurons activated in response to binge drinking events.
When neurons are activated in these animal models, they emit an extremely bright fluorescent protein that can be seen using fiber photometry technologies. Because this happens in real time, scientists can pinpoint the precise neurons that fire when the animal is exposed to a stimulus. Then, using optogenetic techniques that employ light to activate cells safely in living animals, these neurons can be turned on and off, like a switch. This allows scientists to observe potential behavioral changes and link those changes to specific neurons in the brain.
“We know that in some cases binge drinking can lead to alcohol dependence,” explained Martin. “This area of the brain appears to be intimately involved with suppressing that behavior. It could be that misfiring in this mechanism is involved in alcohol dependence and reactivating it could be a potential target for therapeutics.”
As technology continues to advance and it becomes possible to observe even small subsets of neurons, Martin believes that there may be as few as two or three dozen neurons responsible for suppressing binge drinking and knowing what they are might be a critical step toward developing targeted therapeutics
Da:
https://www.technologynetworks.com/neuroscience/news/scientists-identify-neurons-responsible-for-suppressing-binge-drinking-400889
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