In base a differenze nella sua struttura laminare, la corteccia del ratto, come quella di tutti i mammiferi, può essere suddivisa nell’isocorteccia e nell’allocorteccia, che sono separate da una zona di transizione. L’allocorteccia è la corteccia filogeneticamente più antica; essa include quelle regioni che mostrano una struttura laminare altamente variabile e comprende sia la paleo- che l’archicorteccia. Il termine isocorteccia, o neocorteccia, descrive le regioni corticali filogeneticamente più recenti, che mostrano un’organizzazione laminare in sei strati. La zona di transizione racchiude le regioni delimitanti l’isocorteccia e mostra graduali cambiamenti nel suo pattern architettonico, che variano da una zona isocorticale-proisocorticale ad una struttura allo corticale-periallocorticale. L’isocorteccia del ratto è caratterizzata da una tipica organizzazione laminare consistente di sei strati che decorrono paralleli alla superficie corticale. Differenze regionali nell’architettura laminare permettono una suddivisione dell’isocorteccia in aree che possono essere ulteriormente caratterizzate in base alla loro connettività e funzione predominante come regioni motorie o sensoriali associative unimodali o multimodali. Aree cui sono state associate funzioni motorie sono caratterizzate da uno strato granulare interno scarsamente sviluppato o addirittura assente. Al contrario, le aree sensoriali hanno un cospicuo strato granulare interno, che rappresenta il bersaglio di numerose vie afferenti dai nuclei talamici modalità-specifici.
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Numerosi studi di mappatura dell’isocorteccia del ratto hanno rivelato un considerevole grado di differenziazione regionale in aree strutturalmente e funzionalmente specializzate. Mirando ad una nomenclatura completa, neutrale e coerente, Zilles e Wree (1985), proposero una divisione topografica nelle regioni frontale (Fr), parietale (Par), temporale (Te) ed occipitale (Oc), che potevano a loro volta esser suddivise in diverse aree, indicate da numeri.
Gli studi di mappatura sono basati su un’ampia gamma di metodi, che includono la tracciatura (tracing) assonale, l’elettrofisiologia e l’immunoistochimica, come altre diverse tecniche di colorazione istologica. Comunque i classici studi dipendevano per lo più da estese osservazioni di sezioni con colorazione dei corpi cellulari (cell-body-stained) ed erano principalmente basati su di un uso osservatore-dipendente di criteri citoarchitettonici. Negli anni recenti, l’autoradiografia recettoriale quantitativa in vitro si è dimostrata essere un potente strumento di mappatura. Recettori per il GABA, il glutammato, l’acetilcolina, la noradrenalina e la serotonina sono distribuite in modo eterogeneo in tutta la corteccia cerebrale. Essi mostrano differenze regionali sia nelle loro densità medie che nei loro pattern di distribuzione laminare, così definendo i confini tra una regione ed un’altra a livello corticale. Poiché un singolo neurone esprime una varietà di sottotipi recettoriali di differenti sistemi neurotrasmettitoriali, una singola area architettonica conterrà molti sottotipi di recettori diversi, che possono interagire l’uno con l’altro. Il bilanciamento sito- specifico tra differenti recettori in una singola regione cerebrale architettonicamente definita può essere visualizzato come una “impronta
recettoriale” (receptor-fingerprint), che è basata sulla quantificazione della
densità recettoriale media tra tutti gli strati corticali. La forma e le dimensioni di un’impronta sono specifiche per ogni area. Aree corticali con architettura e funzione diversa differiscono nella forma delle loro “impronte”, mentre aree corticali con una funzione simile formano una famiglia neurochimica, che risulta in “impronte recettoriali” di forma simile.
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Nella maggior parte dei modelli sperimentali di stroke nei roditori viene studiata una lesione provocata a livello della corteccia motoria.
L’isocorteccia frontale rappresenta la corteccia motoria del ratto ed è una regione architettonicamente disomogenea. In base alla loro cito- e mieloarchitettura, come alla loro chemoarchitettura, all’utilizzazione di glucosio cerebrale locale (LCGU) ed ai pattern di connettività, possono essere definite tre aree: Fr1, Fr2 ed Fr3. Fr1 rappresenta la corteccia motoria primaria del cervello del ratto, con Fr3 come sottocampo somatotopico ed Fr2 è il putativo equivalente anatomico delle aree premotoria, motoria supplementare ed oculocefalogira.
Da un punto di vista citoarchitettonico, il pattern laminare delle regioni frontali è caratterizzato dalla mancanza di un cospicuo strato IV e dalla presenza di cellule piramidali grandi e fittamente stipate nel notevole strato piramidale interno, così permettendo la sua delimitazione dall’adiacente corteccia parietale. Fr1 ed Fr2 hanno cospicui strati II e V. Lo strato III è chiaramente più esiguo in Fr2 che in Fr1. Fr3 ha strati II-V più ampi di Fr1, come anche una densità di stipamento cellulare leggermente più alta nell’estremo inferiore dello strato III. Fr3 ha uno strato V più ampio di Fr1 ed Fr2, ma ha una più bassa densità di stipamento cellulare ed anche i più bassi valori di indice di livello grigio (Gray Level Index, GLI).
Nonostante Donoghue e Wise (1982) non differenzino tra Fr1 ed Fr2 (essi definivano una sola regione, detta Ag1), queste due regioni differiscono considerevolmente nelle loro densità di stipamento cellulare, nei loro valori di GLI e nelle loro densità medie e pattern di distribuzione recettoriale. La presenza in tutta la corteccia frontale di alcune cellule molto piccole, simili ai neuroni dello strato IV della corteccia sensoriale primaria (Par1) e la densità di stipamento cellulare leggermente più alta nell’estremo inferiore dello strato III di Fr3, che può essere comparabile allo strato IV nelle regioni parietali, potrebbero portare all’inclusione di Fr3 nella corteccia parietale. Comunque la generale
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architettura disgranulare o granulare delle aree frontali, inclusa Fr3, supporta l’ipotesi che Fr3 debba esser considerata come parte dell’isocorteccia frontale. Per di più, Fr3 e Par1 differiscono considerevolmente nei loro valori di GLI. Inoltre da un punto di vista neurochimico Fr3 assomiglia ad Fr1 ed Fr2 molto più strettamente che non a Par1 [161].
Figura 9. Rappresentazione schematica delle superfici dorsale (A) e laterale (B) dell’emisfero
cerebrale sinistro di ratto che mostra la suddivisione dell’isocorteccia e delle zone di transizione tra isocorteccia ed allocorteccia. Corteccia motoria primaria: arancione; aree somatosensoriali: verde; aree visive: giallo; aree acustiche: viola. (AGm: medial agranular; Fr1: Frontal cortex, area 1; Fr2: Frontal cortex, area 2; Oc1: Occipital cortex, area 1; Oc2M: Occipital cortex, area 2, medial part; Oc2L: Occipital cortex, area 2, lateral part; Par1: Parietal cortex, area 1; Par2; Parietal cortex, area 2; PPC: Posterior Parietal Cortex; RSA: Retrosplenial Agranular cortex; Te1: Temporal cortex, area 1; Te2:Temporal cortex, area 2; Te3: Temporal cortex, area 3; VLO: Ventrolateral Orbital area).
Da: Reep e Corwin (2008).
Il tratto corticospinale nei roditori deriva da grandi neuroni piramidali nello strato V della corteccia senso-motoria, passa attraverso la piramide midollare ipsilaterale e successivamente viaggia nella colonna dorsale controlaterale fino al livello più caudale del midollo spinale. Le fibre corticospinali influenzano l’attività di motoneuroni nel midollo spinale direttamente od indirettamente attraverso nuclei di relais sottocorticali ed interneuroni spinali [162], nonostante siano state presentate alcune argomentazioni contro questa connessione corticomotoneuronale diretta [163-165].
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I neuroni corticospinali sono grandi neuroni piramidali che sono situati esclusivamente nello strato V della corteccia senso-motoria [166, 167]. Le loro arborizzazioni dendritiche sono caratterizzate da: 1) un singolo dendrite apicale verticale che deriva dall’apice del soma, sale radialmente e termina con una arborizzazione terminale nello strato I; 2) alcuni dendriti obliqui che derivano dal dendrite apicale e si diramano negli strati IV e VI; 3) dendriti basali che escono dalla superficie basolaterale del soma e si estendono orizzontalmente entro lo strato V; 4) un denso strato di spine che ricopre l’asse dei dendriti [167]. Sebbene nei primati una frazione di assoni corticospinali termini direttamente sui motoneuroni che innervano i muscoli distali degli arti [168-170], si è a lungo creduto che nei roditori il controllo corticospinale dei motoneuroni fosse esclusivamente polisinaptico [171]. Comunque, in base a registrazioni intracellulari dai motoneuroni cervicali a seguito di stimolazione epicorticale della corteccia motoria, Elger (1977) suggerì la presenza di una connessione corticomotoneuronale monosinaptica nel ratto. I loro dati riguardanti la velocità di conduzione delle fibre corticospinali comunque furono contraddetti da studi successivi [172-174]. Infatti, nessuna connessione diretta fu rilevata da Barbalian (1993), che studiò la latenza degli EPSPs evocati nei motoneuroni cervicali dopo stimolazione intracorticale. Nello stesso articolo comunque suggerivano che in base ai loro dati non potevano escludere la possibilità della presenza di connessioni corticomotoneuronali dirette, se una drammatica riduzione nella velocità di conduzione avvenisse lungo i rami terminali delle fibre corticospinali del ratto.
A lungo si è considerato il tratto corticospinale dei roditori come completamente crociato [175]. Il tratto corticospinale ventrale non crociato nel midollo spinale del ratto fu originariamente descritto da Goodman (1966) [176] e dopo da Vahlsing e Feringa (1980) [177]. Il tratto corticospinale ventrale non crociato è piccolo ma facilmente identificabile nella regione cervicale; più causalmente il tratto diviene meno distinto e non può essere seguito al di sotto del livello
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medio-toracico [177]. Oltre al tratto corticospinale principale nelle colonne dorsali, Schreyer e Jones (1982) [178] rilevarono la presenza di componenti intermedie e laterali che erano localizzate nella colonna laterale del midollo spinale controlaterale: il fascio intermedio degli assoni corticospinali corre attraverso la base del corno dorsale nei segmenti cervicali, mentre il gruppo laterale di fibre corticospinali si estende fino al rigonfiamento lombare nella colonna bianca laterale. La presenza del tratto corticospinale ventrale crociato, ricusata da Schreyer e Jones (1982) [178], fu rilevata da Terashima (1994a) [179] tramite immunocolorazione con anticorpi diretti contro l’isoforma α della proteina chinasi calcio/calmodulina-dipendente di tipo II (CaM chinasi IIα). La presenza di neuroni corticospinali i cui assoni si estendono al midollo spinale ipsilaterale fu inoltre dimostrato dall’iniezione di traccianti fluorescenti nella sostanza grigia spinale cervicale del ratto. Il numero di questi neuroni corticospinali ipsilaterali variava tra l’1% ed il 3% del numero di neuroni corticospinali controlaterali [180].
Lo sviluppo postnatale del tratto corticospinale ventrale non crociato è stato ampiamente studiato da Joosten (1992) [181]. Le fibre di questo tratto si estendono caudalmente nel funicolo ventrale del terzo segmento toracico al primo giorno postnatale (P1), nel settimo segmento spinale toracico a P3 e nel primo segmento spinale lombare a P5. Durante la seconda settimana postnatale le fibre del tratto corticospinale ventrale non crociato scompaiono gradualmente dai segmenti spinali lombare superiore, toracico inferiore e medio-toracico e dal 14° giorno postnatale e durante l’età adulta il termine inferiore di questa componente è localizzata a livello dei segmenti spinali toracici superiori.
Rami collaterali delle fibre corticospinali sono stati identificati nel ratto [182, 183] e nel topo [184]. O’Leary (1990) [183] chiamò i rami collaterali delle fibre corticospinali che proiettano al collicolo superiore, al nucleo rosso, ai nuclei pontini, al complesso olivare inferiore ed ai nuclei della colonna dorsale come collaterali mesencefalico tettale, pontino, olivare inferiore e nuclei delle colonna
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dorsale rispettivamente, nonostante i collaterali tettali derivanti dalle fibre corticospinali siano eliminate durante le prime settimane postnatali [185].
Nel ratto, lo strato V della neocorteccia cerebrale contiene sia neuroni callosi che neuroni corticospinali. Studi che utilizzavano traccianti retrogradi fluorescenti iniettati in un emisfero e nel midollo spinale ipsilaterale non risultavano in una doppia marcatura dei neuroni nell’emisfero non iniettato [186]. Questo risultato denota che collaterali dei neuroni corticospinali sono distribuiti entro l’emisfero ipsilaterale ma non nell’emisfero controlaterale. Tale separazione dei neuroni dello strato V proiettanti a livello del midollo spinale o a livello del corpo calloso è evidente in stadi precoci di crescita assonale [187], implicando che la distinzione tra i neuroni corticospinali ed i neuroni callosi è determinata ad uno stadio precoce dello sviluppo corticale, precedente alla migrazione neuronale dalla zona ventricolare.