• strato granulare
• risonanza
• modello
• interazione cortico-cerebellare
• cervelletto

Sofisticate procedure sperimentali mirate a visualizzare l’attività globale di aree cerebrali hanno confermato la connessione funzionale tra le oscillazioni dell’ attività di insiemi neuronali e specifici stati funzionali cerebrali (Basar et al., 2001; Gross et al., 2002). Lo studio dell’avviamento, propagazione e mantenimento di attività oscillatorie a specifiche frequenze potrebbe favorire una migliore comprensione di molti processi cognitivi, motori e sensoriali, e come ognuno di questi processi si manifesti con oscillazioni a frequenze differenti.
Recenti studi hanno mostrato che durante l’esecuzione di funzioni motorie l’attività dei neuroni della corteccia cerebellare oscilla a frequenze comprese nella banda θ (3-10 Hz; Leung & Yu, 1998). Contrazioni dei pollici della mano, lenti movimenti della dita delle mani (Vallbo & Wessberg, 1993; Gross et al., 2002), semplici movimenti di entrambe le mani (Pollok et al., 2005a), sono tutte attività motorie in cui le cortecce cerebrale e cerebellare manifestano oscillazioni in banda θ. La presenza simultanea della frequenza θ in queste due strutture nervose ci porta ad ipotizzare una possibile e stretta “collaborazione” funzionale tra di esse, oltrechè l’instaurazione di un circuito che vede coinvolte sia aree corticali cerebrali sia strutture sottocorticali come il talamo e il cervelletto (Gross et al., 2002). Parallelamente ricerche sperimentali e modellistiche svolte su cellule granulari e su cellule del Golgi, entrambe costituenti la maggior parte dello strato granulare cerebellare, hanno rivelato la caratteristica peculiare di modulare l’intensità della loro risposta in base alla frequenza di ripetizione degli stimoli ricevuti. In particolare è stato mostrato come questi tipi neuronali, studiati singolarmente sia a livello sperimentale che modellistico, sono in grado di rispondere con intensità maggiore a determinate frequenze di stimolazione piuttosto che altre: questo fenomeno viene definito risonanza. Le frequenze tali per cui le cellule granulari e le cellule del Golgi sono in grado di “risuonare” sono quelle comprese nella banda θ (D'Angelo et al., 2001; Solinas et al., 2007b); saranno allora definiti “risuonatori” quegli elementi in grado di risuonare come le cellule granulari, e gli elementi come le cellule del Golgi, capaci di risuonare ma che sono anche caratterizzati da una loro attività spontanea autoritmica, saranno definiti “oscillatori risonanti”.
Queste osservazioni ci hanno permesso di individuare la principale ipotesi sulla quale si è basato questo lavoro di tesi: lo strato granulare si comporta come un circuito risonante, in grado di amplificare le oscillazioni θ provenienti da circuiti esterni come ad esempio il sistema cortico-talamico. Il lavoro di ricerca presente è stato focalizzato sullo studio, tramite tecniche modellistiche, della risonanza in banda θ e dei suoi meccanismi a livello circuitale e cellulare nello strato granulare del cervelletto.
La riproduzione delle dinamiche di risonanza agli stimoli ripetuti è stata condotta utilizzando un modello computazionale del circuito base dello strato granulare del cervelletto costruito mediante la piattaforma di simulazione NEURON. Tale modello riproduce fedelmente tutte le proprietà note del sistema ed è composto da neuroni capaci di generare fenomeni di risonanza in risposta a brevi treni di potenziali d’azione ripetuti a specifiche frequenze (con frequenze che vanno da 0.5-10 Hz; D'Angelo et al., 2001; Solinas et al., 2007b). Le cellule granulari all’interno del modello del circuito base dello strato granulare del cervelletto mostrano risposte risonanti a treni di impulsi ripetuti tra 3 Hz e 8 Hz. Questo risultato conferma le osservazioni sperimentali preliminari. Inoltre, il modello non predice una riduzione dell’intensità del fenomeno di risonanza in seguito ad alterazioni della corrente KM (D'Angelo et al., 2001). Tale corrente è sensibile all’attivazione di recettori muscarinici ed è caratterizzata da costanti di tempo compatibili con le frequenze di risonanza del sistema.
Le simulazioni di un modello biologicamente dettagliato permettono un’analisi simultanea di tutte le componenti cellulari della rete.
In conclusione, l’analisi modellistica indica che lo strato granulare del cervelletto ha proprietà di risonanza nella banda θ. Questa risonanza è basata su proprietà cellulari e circuitali riconducibili alle caratteristiche di risposta molecolare dei canali ionici, dei recettori di membrana e della stocasticità della neurotrasmissione. La risonanza in banda θ potrebbe riflettere la necessità del cervelletto di comunicare con la corteccia cerebrale in questa particolare gamma di frequenze durante lo svolgimento di determinate attività come quelle motorie.