Si ritiene che la corteccia cerebrale sia la sede dell’elaborazione cosciente del cervello. Anziché essere inattivate, cellule specifiche della corteccia mostrano un’attività spontanea più elevata durante l’anestesia generale rispetto al risveglio e questa attività è sincronizzata tra le cellule corticali. Una migliore comprensione dei meccanismi neuronali dell’anestesia generale potrebbe portare a farmaci anestetici migliori e a risultati chirurgici migliori.
I ricercatori del gruppo di Botond Roska dell’IOB (Institute of Molecular and Clinical Oftalmology Basel) rivelano come diversi tipi di cellule della corteccia cambino la loro attività durante l’anestesia generale, aiutando a capire come può essere indotta la perdita di coscienza.
Da quasi cento anni si sa che durante l’anestesia generale alcune cellule della corteccia sono attive e che la corteccia alterna periodi di alta e bassa attività. L’uso di elettrodi EEG attaccati allo scalpo è uno dei pochi strumenti disponibili per misurare questa attività, ma gli elettrodi non permettono di identificare le cellule alla base di questa attività.
Pertanto, è rimasta la domanda: quali cellule contribuiscono all’attività ritmica della corteccia e come questa potrebbe contribuire alla perdita di coscienza durante l’anestesia generale?
La corteccia è composta da diversi tipi di cellule, ciascuna con funzioni diverse. Anestetici generali diversi agiscono su recettori diversi, situati su tipi diversi di neuroni, distribuiti in tutto il cervello. Tuttavia, tutti gli anestetici generali portano alla perdita di coscienza e, spiega Martin Munz del gruppo Circuiti Visivi Centrali dell’IOB, «eravamo interessati a scoprire se esiste un meccanismo neuronale comune tra i diversi anestetici».
I ricercatori hanno usato moderni strumenti genetici, in combinazione con linee murine che etichettano i singoli tipi di cellule corticali, per rispondere a questa domanda. Hanno scoperto che, contrariamente a quanto si sospettava in precedenza, solo un tipo specifico di cellule all’interno della corteccia, i neuroni piramidali dello strato 5, mostrava un aumento dell’attività quando l’animale veniva esposto a diversi anestetici.
«Ogni anestetico induce un ritmo di attività nei neuroni piramidali dello strato 5. È interessante notare che questi ritmi differiscono tra loro e che questi ritmi differiscono tra gli anestetici. Alcuni erano più lenti, altri più veloci. Tuttavia, tutti gli anestetici inducono un allineamento dell’attività. Quando erano attivi, tutti i neuroni piramidali dello strato 5 erano attivi allo stesso tempo», dice Arjun Bharioke dello stesso gruppo IOB. «Abbiamo chiamato questo fenomeno sincronia neuronale».
I neuroni piramidali dello strato 5 sono un importante centro di uscita della corteccia cerebrale e collegano tra loro diverse aree corticali. Pertanto, comunicano sia tra le diverse aree corticali sia dalla corteccia ad altre aree del cervello. Una sincronizzazione dell’attività tra i neuroni piramidali dello strato 5 limita le informazioni che la corteccia può emettere.
«Sembra che, anziché inviare informazioni diverse da ciascun neurone, durante l’anestesia i neuroni piramidali dello strato 5 inviino le stesse informazioni», spiega Arjun Bharioke. «Si potrebbe pensare a questo fenomeno come quando le persone in una folla passano dal parlare tra loro, per esempio prima di una partita di calcio, al tifare per la propria squadra, durante la partita. Prima dell’inizio della partita, ci sono molte conversazioni indipendenti. Durante la partita, invece, tutti gli spettatori fanno il tifo per la propria squadra. Quindi, c’è una sola informazione che viene trasmessa attraverso la folla».
Lavori precedenti hanno proposto che la perdita di coscienza avvenga attraverso la disconnessione della corteccia dal resto del cervello. I risultati del team IOB suggeriscono il passaggio a una riduzione delle informazioni in uscita dalla corteccia durante l’anestesia.
Alexandra Brignall, terzo membro del gruppo e veterinaria, afferma: «Gli anestetici sono molto potenti, come può testimoniare chiunque abbia subito un intervento chirurgico, ma non sono sempre facili da usare. Durante un intervento chirurgico è necessario monitorare continuamente la profondità dell’anestetico per assicurarsi che il paziente non si trovi in una posizione troppo profonda o troppo superficiale. Più sappiamo come funzionano gli anestetici e cosa fanno nel cervello meglio è. Questo potrebbe aiutare i ricercatori a sviluppare nuovi farmaci per colpire più specificamente le cellule cerebrali associate all’incoscienza».
«I nostri risultati sono importanti per la medicina, perché l’anestesia è una delle procedure mediche eseguite con maggiore frequenza. La comprensione del meccanismo neuronale dell’anestesia potrebbe portare a farmaci anestetici migliori e a una maggiore efficacia», ribadisce Botond Roska, autore principale dello studio e direttore dello IOB Molecular Research Center.
