Academic literature on the topic 'SCUOLA DI DOTTORATO DI RICERCA IN NEUROSCIENZE E SCIENZE COGNITIVE'

2011/2012
La comunicazione alternativa attraverso le BCIs può risultare uno strumento per agevolare le condizioni di vita di pazienti affetti dai disturbi neurologici. La comunicazione via BCI è ancora molto più lenta rispetto alla comunicazione con il linguaggio naturale. L’obiettivo di questo lavoro di tesi si inserisce in tale ambito, consistendo nello sviluppo di nuove applicazioni in grado di migliorare la velocità di comunicazione con utilizzo delle BCIs. Sono stati sviluppati due sistemi di comunicazione alternativa basati sulla componente P300. Il primo sistema chiamato ‘Multimenu’ permette una selezione veloce di messaggi e di comandi impostati in una struttura gerarchica. Il secondo sistema di tipo predittivo, denominato PolyMorph, grazie ad algoritmi appositamente sviluppati, predice i caratteri e/o le parole successivi a quelli già selezionati in precedenza.
XXV Ciclo
1980

2012/2013
In questo elaborato viene presentato un percorso di ricerca in cui ci siamo posti l’obiettivo di andare a studiare come la presentazione di un modello acustico, rappresentativo di una determinata funzione fisiologica (nello specifico riferito al battito cardiaco o alla frequenza respiratoria) possa influenzare il sistema di autoregolazione dell’individuo a cui viene presentato andando ad agire da rinforzo. In questo percorso abbiamo sviluppato parallelamente due linee di ricerca: con la prima siamo andati ad indagare l’effetto dell’utilizzo del biofeedback cardiaco di secondo ordine sui parametri cardiaci e la differenza nella percezione del proprio battito cardiaco nelle persone con diagnosi di disturbo di panico. Con la seconda, invece, abbiamo condotto degli studi per indagare l’effetto dell’utilizzo del biofeedback respiratorio di secondo ordine sulla standardizzazione degli atti respiratori, mettendolo a confronto con un biofeedback di secondo ordine con tracce di natura artificiale e con un compito cognitivo. Dalle prime ricerche è emerso che le persone con diagnosi di disturbo di panico mostrano una miglior percezione del loro battito cardiaco sia in termini di precisione che di accuratezza, ovvero riescono con maggior facilità a riconoscere una traccia acustica rappresentativa della loro frequenza cardiaca. Nel secondo filone di ricerca, mediante l’utilizzo del biofeedback di secondo ordine, abbiamo messo a confronto suoni naturali rappresentativi della frequenza respiratoria del soggetto con suoni artificiali (ascendenti –inspirazione- e discendenti –espirazione-) basati sui suoi parametri fisiologici. I risultati mettono in evidenza come solo mediante l’utilizzo dei suoni naturali vi sia una riduzione della variabilità respiratoria e quindi una standardizzazione del respiro. Allo stesso modo la condizione che utilizza i suoni naturali è stata messa a confronto con una condizione in cui è stato chiesto al soggetto di svolgere un compito cognitivo di controllo del respiro, essendo questa una delle strategie che più spesso viene insegnata per raggiungere uno stato di rilassamento; anche in questo caso però, il biofeedback respiratorio di secondo ordine è risultato più efficace nella standardizzazione dell’attività respiratoria del soggetto. Le ricerche presentate hanno dimostrato che quando le tracce somministrate al partecipante vengono costruite sulla base di un suono naturale della funzione fisiologica da studiare, il soggetto può riconoscere la traccia presentata come self-related e come appartenente alla propria esperienza percettiva. Essendo la componente ritmica una caratteristica dei sistemi di autoregolazione, questi possono essere influenzati dalla traccia acustica presentata. In considerazione di quanto sopra possiamo dunque ipotizzare che l’utilizzo di una traccia acustica riesca influenzare le risposte fisiologiche del soggetto. Concludendo, si può affermare che è possibile migliorare la propria autoregolazione fisiologica senza alcun tipo di training poiché la tecnica presentata in questo elaborato non richiede nessun tipo di insegnamento né di monitoraggio online.
XXVI Ciclo
1984

2012/2013
Il presente lavoro nasce da una riflessione in merito ad un problema di forte attualità: gli incidenti sonno e alcol correlati. Deprivazione di sonno e consumo di alcolici rappresentano una combinazione abbastanza comune, specialmente tra i giovani automobilisti (Banks et al., 2004). Diversi ricercatori, con lo scopo di dare un contributo alla soluzione di questo problema, hanno focalizzato il loro interesse nel settore della sicurezza stradale. Numerose ricerche (Brown, 1994) (Marcus et al., 1996) (Horne et al., 1995) (Horne et al., 1999) (Connor et al., 2001) si sono occupate di studiare la relazione tra deprivazione di sonno e prestazione di guida ed è ormai universalmente riconosciuto che questa variabile rappresenta un fattore di rischio per la sicurezza stradale. Così come gli effetti negativi indotti dalla deprivazione di sonno sulla prestazione di guida, anche quelli dell’alcol sono universalmente riconosciuti e anch’esso è considerato un fattore di rischio per la sicurezza stradale (Liguori et al., 1999) (Lenne et al., 1999) (Shults et al., 2001). Diversi altri ricercatori (Roehrs et al., 1994) (Arnedt et al., 2000) (Horne et al., 2003) (Banks et al., 2004) (Barret et al., 2004) (Barret et al., 2005) (Vakulin et al., 2007) (Howard et al., 2007) si sono invece focalizzati oltre che sullo studio dei singoli effetti di questi fattori anche sul loro effetto combinato, trovando generalmente che sia la deprivazione di sonno che l’alcol, singolarmente, producono un peggioramento della prestazione di guida e che il loro effetto combinato sembra causare un più importante peggioramento. La guida è un comportamento complesso e multifattoriale che richiede il possesso di numerose abilità, alcune delle quali si svolgono coscientemente ed altre attraverso processi automatici; nell’esecuzione di questo comportamento i processi cognitivi giocano un ruolo centrale (Weaver et al., 2009). Poche ricerche si sono occupate di valutare gli effetti combinati di questi due fattori sugli aspetti cognitivi sottostanti al comportamento di guida. Partendo da tale background, nel presente lavoro si è ritenuto potesse essere interessante approfondire questo aspetto. Ci si è posti quindi come primo obiettivo quello di valutare gli effetti, singoli e combinati, della deprivazione di sonno e del consumo di alcolici sull’attenzione e sui processi di inibizione, due variabili considerate di estrema importanza per esecuzione del comportamento di guida (Brown, 1994). In merito al concetto di attenzione, tra i tanti modelli che lo hanno teorizzato si è scelto di fare riferimento a quello di Posner (Posner e Raichle, 1994); in merito al concetto di inibizione si è scelto invece di fare riferimento al modello di Logan (Logan e Cowan,1984a). Oltre a questi aspetti oggettivi si è scelto di valutare l’effetto di questi fattori anche su alcuni aspetti soggettivi, in particolare sul vigore, sull’umore e sulla sonnolenza percepita. Oltre a ciò, tenendo in considerazione che alcuni studi presenti in letteratura (Horne et al., 1996) (Reyner et al., 2000) (De Valk et al., 2000) (Horne et al., 2001) (Reyner et al., 2002) (Biggs et al., 2007) (Gershon et al., 2009) (Mets et al., 2011) suggeriscono che gli energy drink, o la caffeina in essi contenuta, sembrano essere una buona contromisura per contrastare gli effetti della deprivazione di sonno sulla prestazione al simulatore di guida e su alcuni indici dell’attenzione, nel presente lavoro ci si è posti come secondo obiettivo quello di valutare se questa sostanza può essere una valida contromisura anche per contrastare gli effetti singoli e combinati di questi due fattori, sulla prestazione attentiva e sui processi di inibizione. Si è scelto di studiare questi aspetti cognitivi in determinate fasce orarie, considerate potenzialmente rappresentative di alcune situazioni reali. Nello specifico, si è scelto di studiare la prestazione cognitiva alle 5:00 del mattino, orario di chiusura delle discoteche invernali, e alle 9:00 del mattino, orario di chiusura delle discoteche estive. Inoltre si è scelto di valutare la performance cognitiva alle 12:30, orario dell’aperitivo precedente al pranzo, e alle 20:00, orario dell’aperitivo precedente alla cena. In estrema sintesi i risultati sembrano indicare un’influenza selettiva della deprivazione di sonno e del consumo di alcolici, sia singolarmente che in forma combinata, sulle componenti cognitive indagate. Le componenti di Alerting fasico e Orienting sembrano non risentire, o risentire minimamente, degli effetti di questi fattori. A differenza, sembrerebbe che lo stato di allerta e il controllo esecutivo siano le componenti cognitive maggiormente influenzate negativamente da questi fattori, sia singolarmente che in associazione. Un aspetto interessante, che merita di essere enfatizzato, è che l’associazione tra deprivazione di sonno, sia parziale che totale, ed un tasso alcolemico superiore a quello consentito dalla legge per poter guidare sembra avere un effetto, o in alcuni casi una tendenza, che porta a sovrastimare i livelli di vigore percepiti soggettivamente, facendoli percepire superiori a quelli realmente osservati. Considerata da questo punto di vista, l’associazione tra deprivazione di sonno e consumo di alcolici risulta essere ancora più preoccupante. Infatti sembrerebbe che, durante una nottata insonne, consumare alcolici fino a superare il limite legale consentito per poter guidare potrebbe essere alla base della scelta di mettersi comunque alla guida di un veicolo, pur non avendo uno stato psicofisico adatto per poterlo fare in sicurezza. Relativamente all’assunzione di caffeina quale contromisura per contrastare gli effetti della deprivazione di sonno e dell’alcol sul sistema cognitivo, sembrerebbe che una bassa quantità, circa pari a quella assunta con un caffè o altri alimenti comuni, non sia sufficiente per ripristinare né lo stato di allerta né tantomeno la velocità e l’accuratezza della risoluzione dei conflitti cognitivi. Sembrerebbe invece che 100 milligrammi di questa sostanza possano avere un effetto positivo che sembra migliorare la capacità di inibizione di una risposta dominante, quando compromessa dalla deprivazione totale di sonno o dalla deprivazione totale di sonno associata al consumo di alcolici. Tuttavia, risulta opportuno mantenere una certa prudenza nel trarre conclusioni e ricercare ulteriori conferme scientifiche.
XXV - Ciclo
1980

2009/2010
Ricerche nell’ambito della psicologia comparata hanno rilevato soprattutto nell’ultimo decennio la presenza di abilità proto-matematiche in specie animali filogeneticamente molto distanti e nei bambini in età preverbale, abilità che comprendono la possibilità di rappresentare le quantità del mondo esterno e di manipolarle in forma di confronto, di addizioni o sottrazioni, il tutto in assenza delle facoltà linguistiche. Una delle forme più semplici di rappresentazione delle quantità è legata alla discriminazione numerica, la capacità ovvero di emettere giudizi di non eguaglianza tra gruppi di oggetti (Vallortigara et al., 2010). Tale prestazione può essere realizzata nel contesto di una selezione tra stimoli alimentari visibili o non visibili al momento della scelta, oppure ancora nel contesto del cosiddetto “paradigma della violazione dell’aspettativa” (Wynn, 1992). Nonostante le diversità nelle procedure utilizzate, sono emersi degli evidenti parallelismi tra specie diverse – parallelismi che includono la presenza di simili limiti nelle prestazioni (Feigenson et al., 2002) – e che fanno propendere per un’origine ancestrale comune delle abilità proto-matematiche (Piazza et al., 2004; Vallortigara et al., 2010). Lo studio parallelo dei substrati cerebrali che sottendono le diverse forme di valutazioni ha evidenziato nell’essere umano la presenza di una fondamentale indipendenza delle valutazioni proto-matematiche rispetto a quelle forme che richiedono l’accesso a facoltà linguistiche (come l’atto del contare) ed individuato nel Solco intraparietale bilaterale l’area a livello della quale viene costruita una rappresentazione semantica non verbale delle quantità numeriche (ovvero delle grandezze numeriche e delle relazioni tra numeri) (Dehaene et al., 2003; Piazza & Izard, 2009). A livello di questa regione e nella corteccia prefrontale sono stati individuati i cosiddetti number neurons, popolazioni di neuroni che rispondono selettivamente a specifiche numerosità (Nieder et al., 2002). Tuttavia, al fine di poter concludere che una specie animale è in grado di rappresentare l’informazione numerica estratta dall’ambiente esterno, è necessario escludere che la scelta, per esempio nel contesto della semplice discriminazione numerica, sia stata guidata da una qualsiasi delle variabili che tendono a co-variare con il numero, e che sono dette variabili continue. Questa operazione è chiaramente necessaria al fine di poter concludere che si tratta di una discriminazione propriamente numerica, piuttosto che di una discriminazione di quantità (Vallortigara et al., 2010). Il presente lavoro si è posto come principale finalità quella di sottoporre ad indagine sperimentale la presenza, nell’anfibio anuro Bombina orientalis, di una tendenza a discriminare tra gruppi contenenti differenti numerosità di uno stimolo alimentare. Ciò ha compreso obiettivi come individuare eventuali limiti nelle capacità discriminative dei soggetti (in particolare in relazione alla grandezza delle quantità confrontate e al loro rapporto numerico), confrontare le prestazioni osservate con quelle note in altre specie animali al fine di individuare un terreno comune per le facoltà cognitive in ambito proto-numerico e, infine, verificare il ruolo della variabile numerica e/o di eventuali altre variabili “continue” nel guidare la scelta dei soggetti. Un totale di 14 soggetti adulti appartenenti alla specie Bombina orientalis sono stati sottoposti a test ripetuti che li vedevano impegnati in un compito di scelta libera in un contesto di discriminazione numerica tra due gruppi di stimoli alimentari di differente numerosità. I soggetti compivano la scelta partendo da una posizione neutrale nei confronti dei due gruppi e in nessun caso venivano rinforzati. I risultati mostrano che i soggetti hanno espresso scelte statisticamente significative per il gruppo più numeroso – ciò in linea con le previsioni dettate dalla teoria del foraggiamento ottimale –nel caso dei confronti 1 vs. 2 (p=0.0009), 2 vs. 3 (p= 0.0489) ma non 3 vs. 4 (p= 0.4816), dimostrando quindi di essere in grado solo nei primi due casi di discriminare tra le due quantità proposte. D’altra parte, aumentando la distanza tra le quantità confrontate, ma mantenendone constante il rapporto, Bombina orientalis dimostra di riuscire a superare il limite precedentemente individuato di 3 unità, riuscendo dunque nelle discriminazioni 3 vs. 6 (p= 0.0046) e 4 vs. 8 (p= 0.0059) con rapporto pari ad ½, ma non 4 vs. 6 (p= 0.2241) con rapporto pari a 2/3. Questi risultati sono coerenti con quelli ottenuti in altre specie animali ed anche nei bambini in età pre-verbale, con particolare riferimento alla presenza di un limite assoluto per la discriminazione di piccole numerosità e un limite dipendente dal rapporto (che quindi segue la legge di Weber) per la discriminazione di “grandi” quantità (Feigenson & Carey, 2005; Feigenson et al., 2002). Gli esperimenti volti ad indagare la natura della rappresentazione numerica alla base delle prestazioni osservate si sono concentrati sull’esclusione delle variabili continue maggiormente sospettate di guidare la scelta degli anfibi anuri in un contesto alimentare. Tra queste hanno ricevuto particolari attenzioni il peso, il volume e l’area complessiva degli stimoli, la densità degli stessi e il loro movimento. Si è tentato in particolare di pareggiare le suddette variabili continue tra i due gruppi nel caso di peso, densità e movimento, mentre nel caso di volume e perimetro queste due variabili sono state poste contro il numero. I risultati ottenuti dimostrano che i soggetti conservano una preferenza statisticamente significativa per il gruppo più numeroso quando peso, densità e movimento sono equiparati tra i due gruppi. Anche quando volume e perimetro sono posti contro il numero (cioè maggiori nel gruppo meno numeroso), i soggetti continuano a preferire il gruppo numericamente maggiore. I risultati ottenuti, anche se necessitano di ulteriori approfondimenti, fanno propendere verso l’ipotesi che Bombina orientalis sia in grado di utilizzare l’informazione numerica estraendola dall’ambiente circostante nel contesto della risposta di predazione, ciò che costituisce un ulteriore elemento a favore dell’esistenza di un “core knowledge system” relativo all’ambito matematico condiviso tra le specie animali e quindi tra esse omologo.
XXII Ciclo
1980

2013/2014
Sviluppo e validazione di nuove applicazioni di Interfaccia Cervello-Computer (Brain-Computer Interfaces, o BCIs) basati su elettroencefalografia. I sistemi sviluppati includono sia BCI di tipo comunicativo-assistenziale (basate su una risposta cognitiva conosciuta come P300), sia BCI di tipo riabilitativo (basate sulla modulazione volontaria dei cosiddetti ritmi sensorimotori) rivolte a pazienti affetti da Malattia di Parkinson.
XXVII Ciclo
1987

2012/2013
The present study examined the relationship between symptoms of post-traumatic stress, resilience, and growth in undergraduate students attending the University of South Florida, College of Nursing, in Tampa. Some trauma survivors will demonstrate negative reactions to trauma, some will not demonstrate any post-trauma symptoms, while some individuals will show positive reactions. This study investigated how, in a sample of nursing students, the psychological factors associated with adverse reactions, resiliency, and post-traumatic growth occur. The identification of these factors within a nursing population can be used to better understand these reactions as well as aid in training nurses to improve their role as health care providers. The relationships among three major areas of interest were investigated: negative reactions, resilience, and growth, using the following standardized scales and their subscales, as well as looking at moderators that may impact on these relationships. This study used on-line survey methodology. Surveys included Demographic information, Traumatic Event Questionnaire (TEQ), Post-Traumatic Growth Inventory (PTGI), Response to Stressful Experience Scale (RSES), PTSD Checklist-Civilian Version (PCL-C), Self-Compassion Scale (SCS), Multidimensional Scale of Perceived Social Support (MSPSS), and Center for Epidemiologic Studies Depression Scale (CES-D). The study population consisted of 115 undergraduate students. PCL-C total scores were significantly positively correlated with CES-D. Higher PCL-C scores were associated with higher CES-D scores. PCL-C scores were significantly negatively associated with other instrument scores such as PTGI and RSES. A hierarchical regression model was used to model the association of depression, self-compassion, growth, resilience, and social support on post-traumatic stress. The overall model significantly predicted PCL symptoms and explained a significant proportion of variance. Depression was the largest significant predictor of post-traumatic stress. Depression also explained a significant proportion of variance in post-traumatic stress. A hierarchical regression model was used to model the association of resilience, PCL-C, self-compassion, social support and depression on post-traumatic growth. The overall model significantly predicted post-traumatic growth and explained a significant proportion of variance. Resilience was the largest significant predictor of post-traumatic growth. Resilience also explained a significant proportion of variance in post-traumatic stress. A hierarchical regression model was used to model the association of post-traumatic growth, depression, PCL-C, self-compassion, and social support on resilience. The overall model significantly predicted resilience and explained a significant proportion of variance. Post-traumatic growth was the largest significant predictor of resilience. Post-traumatic growth also explained a significant proportion of variance in resilience. This study supports previous notions that psychological distress and growth can coexist and are indeed related. Helping trauma survivors develop self- compassion and acceptance may prove to be of great benefit in finding positive outcome from life’s traumas'. Findings may guide interventions with other populations who experience PTSD and other post trauma reactions.
XXVI Ciclo
1967

2011/2012
In questo lavoro di tesi si prenderà in esame un effetto legato alla percezione del movimento e conosciuto con il nome di Effetto Fröhlich in onore di colui che nel 1923 lo studiò per la prima volta in maniera sistematica. Percepire la posizione degli oggetti nell’ambiente è senza dubbio uno degli scopi più importanti del sistema visivo. Tuttavia, quando gli oggetti sono in movimento la localizzazione della loro posizione può risultare più difficoltosa e può essere caratterizzata da piccoli ma consistenti errori definiti mislocalizzazioni spazio-temporali. Tali errori possono coinvolgere sia la localizzazione della posizione iniziale dello stimolo in movimento (Onset) sia la posizione finale dello stesso (Offset). Nel 1930 uno studioso, Fröhlich, osserverò che se a degli osservatori si chiedeva di identificare la posizione iniziale di uno stimolo in movimento questi tendevano a identificarla non nella posizione reale, ma in una posizione spostata nella direzione del movimento. Tale errore di localizzazione fu definito Fröhlich effect. Tutte le interpretazioni prevedevano l’influenza di fattori fisiologici nella spiegazione del fenomeno. Tuttavia ciò che emerge dai risultati degli esperimenti presentati in questo lavoro è che anche fattori fenomenici possono avere una qualche influenza sulla grandezza dell’errore. L’effetto sembra essere influenzato dalle caratteristiche dell’oggetto in movimento e dalle caratteristiche del contesto all’interno del quale gli stimoli si spostano.
XXV - Ciclo
1984

2012/2013
Il Glioblastoma (GBM), nonostante i migliori standard terapeutici, rimane una patologia a prognosi infausta. L’ipotesi delle Glioma Stem-like Cells (GSCs) prevede che, nella massa tumorale, sia presente una popolazione di cellule resistenti alla chemio e radioterapia e che tali cellule siano quindi le possibili responsabili della recidiva di malattia. Le GSCs, che possiedono caratteristiche comuni alle cellule staminali fisiologicamente presenti nel cervello adulto, sono cellule a lenta crescita, capaci di self-renewal, esprimono marker di staminalità, sono multipotenti e sono tumorigeniche quando vengono impiantate in vivo in modelli murini, formando lesioni istologicamente identiche a quelle originarie. Il relativo fallimento delle terapie ad oggi in uso ha portato a studiare nuove strategie dirette verso le GSCs e non soltanto verso le cellule a rapida divisione. Le terapie con virus oncolitici rappresentano, in questi termini, un approccio promettente. L’Herpes Simplex Virus di tipo 1 (HSV-1) è uno dei vettori più studiati e, nelle sue forme mutate, risulta sicuro ed efficace in vitro e in vivo. Questo studio dimostra come G47!, forma multimutata dell’HSV-1, sia in grado di infettare, replicarsi e uccidere le GSCs derivanti da linee primarie di GBM in vitro e in vivo sia in normossia, che in ipossia, condizione che, oltre ad essere comune in questo tumore, arricchisce la popolazione cellulare con caratteristiche stem-like. In questo progetto si descrive inoltre una nuova forma mutata di G47! denominata G47!Us11fluc, in cui il virus esprime luciferasi come gene late del ciclo di replicazione virale, offrendo una stima precisa del virus yield, nonchè un metodo di visualizzazione in tempo reale, con sistemi a bioluminescenza, della replicazione virale in vivo.
XXVI Ciclo
1980

2012/2013
Twenty professional soccer players (N=20) in the Italian soccer first league - Serie A - were randomly divided into 2 equal groups: Experimental group (Group 1) and Control group (Group 2). Both groups received the same physical and tactical conditioning as the weekly program. Ten players (experimental group) received integrative training based on a specific autonomic-biofeedback protocol to improve central and peripheral efficiency of the nervous system. Pre- and post- assessment were conducted with a psychophysiological assessment and a cognitive task (visual search task) to measure the improvements. This dissertation reviews evidence in support of the notion that heart rate variability are associated with individual differences in cognitive performance: heart rate variability might serve as a peripheral index of the integrity of central nervous system networks that support goal-directed behavior. It is examined evidence about the relationship between higher levels of resting heart rate variability and superior performance on cognitive tasks. By providing a common neural basis for these diverse functions, the neurovisceral integration model may serve as a unifying framework within which to examine associations among these various self-regulatory and adaptability processes. The results showed that is possible to improve through this evidence-based mental training approach based on the autonomic nervous system biofeedback central abilities as visual searching and stress control in professional soccer players.
XXVI Ciclo
1981

2008/2009
Le nanotecnologie sono un campo delle scienze che utilizza materiali e dispositivi ingegnerizzati aventi la più piccola organizzazione funzionale a livello di dimensioni nanometriche. Questo implica che nanodispositivi e nanomateriali possano interagire con i sistemi biologici a livello molecolare con un elevato grado di specificità. É largamente accettato che l’applicazione delle nanotecnologie nell’ambito delle neuroscienze abbia un forte potenziale (Silva, 2006). In questo contesto, i nanotubi di carbonio (CNT), un’innovativa forma di carbonio composta da strutture tubulari di grafite dalle dimensioni nanometriche dotate di buone proprietà di conduzione elettrica, si sono dimostrati promettenti candidati per sviluppare la tecnologia di dispositivi impiantabili in ambito biomedico. Diversi studi hanno dimostrato la biocompatibilità dei substrati di CNT per i neuroni in termini di adesione, crescita e differenziamento cellulare (riassunti in Sucapane et al., 2009). Al fine di aumentare la nostra conoscenza riguardo alle interazioni presenti in sistemi ibridi formati da CNT e neuroni, abbiamo caratterizzato l’attività di reti neuronali cresciuti su supporti di CNT attraverso la tecnica del patch clamp. Il nostro gruppo ha riportato che circuti neuronali cresciuti in vitro su substrati di CNT presentano un’aumentata attività sinaptica spontanea rispetto al controllo a fronte di comparabili proprietà base (proprietà passive di membrana, morfologia e densità dei neuroni) delle colture nelle due condizioni di crescita (Lovat et al., 2005). Si è quindi ipotizzato che tale aumentata attività spontanea potesse originare da una modificazione nel modo in cui i singoli neuroni generano il segnale elettrico. A tal fine, si sono monitorate variazioni nelle proprietà elettrogeniche di singoli neuroni, utilizzando un protocollo standard per caratterizzare l’integrazione di potenziali d’azione retropropaganti nei dendriti (Larkum et al., 1999). In configurazione current clamp, attraverso brevi iniezioni di corrente nel soma della cellula, abbiamo indotto una serie di regolari potenziali d’azione (PA) a varie frequenze nel neurone sotto registrazione, quindi abbiamo studiato la presenza di un’addizionale depolarizzazione somatica dopo l’ultimo PA del treno. Abbiamo osservato che neuroni di controllo mostrano nella maggioranza dei casi una iperpolarizzazione (AHP) del potenziale di membrana dopo l’ultimo PA del treno, mentre una depolarizzazione (ADP) è presente solo in una piccola quota di casi. In presenza di CNT, invece, l’ADP risulta essere l’evento predominante. L’ADP è inoltre abolita dall’applicazione di CoCl2, un bloccante non specifico dei canali calcio voltaggio dipendenti. Per di più, l’area dell’ADP può essere diminuita dall’applicazione di nifedipina (10 μM) e l’ulteriore coapplicazione di NiCl2 (50 μM) elimina totalmente l’ADP, suggerendo che sia i canali calcio voltaggio dipendenti ad alta soglia di attivazione, sia quelli a bassa soglia, siano coinvolti in questo processo (Cellot et al., 2009). Attraverso la microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e, più recentemente, mediante quella a scansione (SEM) è stata messa in evidenza la presenza di discontinui punti di stretto contatto tra CNT e membrane neuronali: la nostra ipotesi è che tali strutture ibride siano in grado di favorire la retropropagazione dei PA nei dendriti distali. La maggiore eccitabilità a livello del singolo neurone, inoltre, potrebbe essere responsabile dell’incremento di attività spontanea della rete neuronale. Abbiamo quindi ulteriormente caratterizzato l’attività della rete neuronale attraverso registrazioni da coppie di neuroni, dove il neurone presinaptico veniva stimolato ad avere treni di potenziali d’azione a 20 Hz in configurazione current clamp e simultaneamente il neurone postsinaptico era monitorato in configurazione voltage clamp per vedere la presenza o l’assenza di una risposta sinaptica. I nostri esperimenti indicano che la probabilità di trovare connessioni monosinaptiche gabaergiche tra neuroni è aumentata in presenza di CNT (56% vs 40% in controllo). Inoltre, è stato rilevato un ulteriore effetto dei CNT sulla plasticità a breve termine delle sinapsi: nelle condizioni di controllo, treni di potenziali d’azione nella cellula presinaptica evocano nella cellula postsinaptica nel 90% dei casi una chiara depressione nell’ampiezza di consecutivi ePSCs, mentre solo in meno del 10% è possibile rilevare una facilitazione. Al contrario, in presenza di CNT, nel 39% delle coppie, il neurone postsinaptico risponde in modo chiaramente facilitativo. Nelle più recenti serie di esperimenti, abbiamo voluto indagare più approfonditamente l’origine di questa modificazione in termini di plasticità sinaptica; a tal fine, abbiamo trattato neuroni in controllo e su CNT con tetrodotossina 1 µM per 5 giorni, al fine di bloccare completamente l’attività elettrica della rete neuronale, e abbiamo compiuto delle registrazioni da coppie di neuroni. Mentre la risposta prevalentemente di depressione dei controlli non è modificata da tale trattamento, neuroni cresciuti su substrati di cnt in condizioni di blocco dell’attività elettrica non presentano più sinapsi con caratteristiche di facilitazione, ma hanno un comportamento simile ai contolli. Questi risultati indicano che la facilitazione è una proprietà tipica di sinapsi attive sviluppatesi in presenza di CNT.
XXII Ciclo
1981