Comprendere i processi che regolano la formazione delle diverse aree cognitive del cervello rappresenta una delle sfide più affascinanti per le neuroscienze moderne. Un recente studio, condotto dall’Istituto di Biofisica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr-Ibf) di Pisa e dalla Scuola Normale Superiore, con il supporto del Center for Human Technologies dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova, ha gettato nuova luce sui meccanismi cellulari e molecolari che determinano la formazione delle onde di attività cerebrale durante lo sviluppo embrionale.

La ricerca, pubblicata sulla rivista Stem Cell Reports, si è concentrata sul “pallio”, la regione più esterna del cervello in via di sviluppo, da cui hanno origine strutture fondamentali per l’apprendimento e la memoria, come la corteccia cerebrale, l’ippocampo e la corteccia entorinale. Il team guidato da Federico Cremisi (Scuola Normale Superiore) e Angelo Di Garbo (Cnr-Ibf) ha adottato un approccio innovativo per studiare le vie di segnalazione cellulare, ossia i meccanismi con cui le cellule comunicano tra loro per formare le diverse subregioni del pallio.

I ricercatori hanno lavorato su cellule staminali embrionali, manipolando specifiche vie di segnalazione biochimica intracellulare. In particolare, hanno inibito due di queste vie utilizzando un nuovo protocollo sperimentale denominato MiBi. Successivamente, il team di Luca Pandolfini (IIT) ha condotto approfondite analisi di espressione genica per identificare quali geni risultavano attivi o inattivi in seguito al trattamento.

L’analisi ha rivelato un risultato straordinario: i neuroni ottenuti con questo metodo possedevano le caratteristiche della corteccia entorinale, un’area cerebrale cruciale per la formazione della memoria. Questo rappresenta un traguardo significativo, in quanto nessuna coltura cellulare era mai riuscita a riprodurre questa regione specifica del cervello.

“I risultati delle analisi hanno mostrato che le cellule cerebrali sviluppano modelli di connettività unici”, ha spiegato Federico Cremisi. “In coltura, le cellule entorinali hanno stabilito connessioni distinte con i neuroni dell’ippocampo rispetto a quelli della corteccia cerebrale”. Inoltre, quando i neuroni entorinali entravano in contatto con quelli dell’ippocampo, questi ultimi iniziavano a generare spontaneamente attività elettrica sincronizzata, simile alle onde cerebrali osservate durante specifici processi cognitivi.

Lo studio ha dunque dimostrato che la segnalazione intracellulare embrionale gioca un ruolo cruciale nella formazione delle connessioni neurali e nello sviluppo delle onde cerebrali delle diverse regioni del pallio. La sperimentazione in vitro ha permesso di verificare che i cambiamenti nelle vie di segnalazione intracellulare determinano il tipo di onde cerebrali delle varie aree, indipendentemente da influenze esterne durante lo sviluppo del cervello.

“Questi segnali precoci non solo determinano l’identità delle cellule, ma influenzano anche la formazione delle connessioni neuronali e la generazione di attività elettrica sincronizzata, elementi fondamentali per il corretto funzionamento del cervello”, ha concluso Angelo Di Garbo.

La ricerca apre nuove prospettive nello studio dello sviluppo cerebrale e potrebbe avere implicazioni importanti nella comprensione di disturbi neurologici e cognitivi. Il lavoro è stato guidato da Fabrizio Tonelli, all’epoca dottorando presso il Laboratorio di Biologia della Scuola Normale Superiore di Pisa, con il contributo di Ludovico Iannello (Cnr-Ibf) e Stefano Gustincich (IIT).

Grazie a questo studio, la scienza compie un passo avanti nella comprensione delle basi molecolari dello sviluppo cerebrale, fornendo strumenti preziosi per future ricerche sulla plasticità neuronale e sulle patologie del sistema nervoso.