Classificazione basata su propriet` a elettrofisiologiche

I neuroni corticali hanno propriet`a elettriche attive e passive piuttosto varie, di conseguenza rispondono diversamente ad uno stesso stimolo come, ad esempio, un gradino di corrente depolarizzante. Utilizzando proprio questo protocollo di stimolazione `e possibile operare una prima classificazione degli interneuroni inibitori presenti nella corteccia cerebrale. Gli interneuroni che rispondono al gradino con una scarica di brevi potenziali d’azione ad alta frequenza e senza adattamento in frequenza (cio`e la frequenza di scarica si mantiene quasi costante durante la stimolazione), sono detti interneuroni Fast Spiking (FS). Da un punto di vista morfologico tali neuroni sono in gran parte basket cells o chandelier cells. Una secon- da classe di interneuroni `e quella dei Low Threshold Spiking (LTS), che successivamente `

e stata inserita in una classe pi`u ampia di cellule dette Burst Spiking non-Pyramidal (BSNP), le quali rispondono tutte al gradino con un burst iniziale (cio`e una breve scarica di potenziali d’azione ad alta frequenza) ma poi si differenziano nel comportamento successivo (vedi il seguito di questo paragrafo). La terza classe di interneuroni `e quella dei Regular Spiking non-Pyramidal (RSNP), il cui pattern di risposta assomiglia a quello delle cellule piramidali ed `e caratterizzato da uno spiking a frequenze pi`u basse rispetto agli interneuroni FS, che ha inizio subito dopo il gradino e che non mostra il fenomeno del bursting. A queste due ultime classi di interneuroni non `e possibile associare in modo univoco un tipo particolare di morfologia cellulare. In generale, per`o, si `e visto che esse sono costituite principalmente da cellule MC, DBC, BPC e BTC.

Le altre due classi di interneuroni sono quelle dei Late Spiking (LS), i quali rispondono al gradino con un ritardo considerevole, e quella degli Irregular Spiking (IS), caratterizzati da un firing irregolare per tutta la durata del gradino di stimolazione. Questa classificazione, sebbene sia ancora piuttosto utilizzata, in realt`a non `e completa e non permette di identificare univocamente un interneurone inibitorio. Di conseguenza si sono resi necessari nuovi schemi di classificazione.

Un metodo di classificazione proposto recentemente [43] prende in considerazione lo stesso protocollo di stimolazione (il gradino di corrente), ma pone l’attenzione su due caratteris- tiche ben precise della risposta: il comportamento iniziale e quello stazionario, quando il transiente si `e ormai estinto. Dal punto di vista del comportamento stazionario si possono individuare cinque tipi di interneuroni inibitori: l’interneurone NAC (Non-Accomodating), il quale genera ripetutamente e senza adattamento in frequenza potenziali d’azione molto brevi, con una rapida e profonda fase di iperpolarizzazione (figura 4.3, a); l’interneurone AC (Accomodating), il quale genera potenziali d’azione ma con un marcato adattamento in frequenza, e per questo non pu`o raggiungere frequenze di firing alte come quelle dei neuroni NAC (figura 4.3, b); l’interneurone STUT (Stuttering), il quale genera gruppi di potenziali d’azione ad alta frequenza e senza adattamento in frequenza, intervallati da periodi silenti di durata variabile (figura 4.3, c); l’interneurone BST (Bursting), il quale genera gruppi di 3 − 5 potenziali d’azione (burst) intervallati da fasi silenti (figura 4.3, d); l’interneurone IS

Figura 4.3: Classi elettrofisiologiche degli interneuroni inibitori corticali. In (a) sono raffigurate le tre famiglie di cellule NAC; in (b) le tre famiglie di cellule AC; in (c) sono raffigurate le cellule STUT; in (d) le cellule BST; in (e) le cellule IS. Il pannello a destra in (e) mostra il tipico pattern di scarica di una cellula piramidale (RS). Per ogni tipo di interneurone `e mostrata la risposta del potenziale di membrana a due gradini di corrente di differente ampiezza [43].

(Irregular Spiking), il quale genera potenziali d’azione in modo irregolare per tutta la durata del gradino di corrente depolarizzante (figura 4.3, e).

Se si prende in considerazione anche la risposta iniziale al gradino di corrente, gli interneu- roni inibitori possono essere suddivisi, all’interno di ognuna della classi precedenti, in altre sottoclassi, che permettono cos`ı una classificazione completa della diversit`a di espressione di queste cellule nervose. Nella classe degli interneuroni NAC, si possono distinguere tre sottoclassi: quella degli interneuroni b-NAC, che generano inizialmente un burst di poten- ziali d’azione e poi raggiungono lo stato stazionario; quella degli interneuroni d-NAC, che mostrano un notevole ritardo tra l’inizio del gradino e la generazione del primo potenziale d’azione; quella degli interneuroni c-NAC, che non presentano n`e il burst n`e il ritardo tipici

4.1. INTERNEURONI CORTICALI 55

Figura 4.4: Corrispondenza tra le due diverse classificazioni elettrofisiologiche degli interneuroni. Nella prima colonna sono indicate le cinque principali classi individuate dal nuovo schema di clas- sificazione; nella colonna centrale sono riportate le rispettive sottoclassi; nell’ultima colonna sono riportati i tipi di interneuroni definiti con la precedente classificazione corrispondenti ad ognuna delle nuove classi. Come si pu`o notare non c’`e corrispondenza biunivoca [43].

delle due classi precedenti. Una tale suddivisione pu`o essere effettuata anche all’interno della classe degli interneuroni AC (b-AC, d-AC, c-AC) e degli interneuroni STUT (b-STUT, d-STUT, c-STUT). Gli interneuroni IS, invece, non presentano mai alcun ritardo iniziale, per cui `e possibile suddividerli soltanto in due classi (b-IS, c-IS), a seconda che mostrino o no il burst iniziale. Gli interneuroni BST sono poi un caso a parte poich´e presentano sempre un burst iniziale ma successivamente, dopo un breve periodo di silenzio, possono continuare a generare altri burst (r-BST), o cessare completamente il firing (t-BST), oppure esibire uno spiking con un pronunciato adattamento in frequenza (i-BST).

L’attivit`a elettrica di un neurone `e legata in modo indissolubile al particolare corre- do di canali ionici che sono presenti sulla sua membrana. Ogni tipo di neurone, infatti, esprime una specifica combinazione di canali ionici, ognuno dei quali, in una particolare pro- porzione rispetto agli altri e secondo una precisa distribuzione sulla membrana, contribuisce alla determinazione delle propriet`a elettrofisiologiche del neurone. E’ chiaro, allora, che una classificazione ideale delle propriet`a elettrofisiologiche degli interneuroni inibitori dovrebbe basarsi sul legame tra il corredo di canali ionici espresso e le propriet`a elettrofisiologiche corrispondenti. Nonostante le difficolt`a pratiche di un tale approccio, recentemente ques-

ta impostazione per la classificazione degli interneuroni `e stata adottata da alcuni gruppi sperimentali [43].