DISCUSSIONE
1. Ruolo del calloso nella binocularità corticalePer studiare il ruolo del corpo calloso nella binocularità corticale abbiamo registrato le risposte visive prima e dopo il blocco in acuto degli ingressi callosali. Questo è stato effettuato tramite la microiniezione di muscimolo nella corteccia striata controlaterale alla registrazione. Abbiamo misurato la binocularità mediante la registrazione dei VEP evocati da ciascun occhio. Quello che abbiamo trovato è un aumento significativo del rapporto tra i VEP contra/ipsi (C/I) dopo il silenziamento degli ingressi callosali. In accordo con questo risultato, registrazioni extracellulari effettuate nel nostro laboratorio indicano uno spostamento della OD delle singole unità cellulari verso l’occhio controlaterale in seguito ad iniezione di muscimolo nell’emisfero opposto (Restani et al., sottomesso per la pubblicazione).
Per valutare se questo spostamento di OD fosse dovuto ad un aumento delle risposte dell’occhio controlaterale o ad una diminuzione degli ingressi ipsilaterali, è stata analizzata la massima frequenza di scarica (numero di potenziali d’azione per secondo) delle singole unità dopo stimolazione visiva. Dopo aver silenziato la comunicazione callosale si ha una piccola riduzione delle risposte dell’occhio controlaterale, e una diminuzione molto più consistente delle risposte dell’occhio ipsilaterale (Restani et al., sottomesso per la pubblicazione).
L’aumento del rapporto C/I prodotto dal muscimolo quindi risulta dovuto principalmente a una diminuzione dell’ingresso ipsilaterale.
Questi dati suggeriscono che nella corteccia visiva del ratto normale, la binocularità dipenda in gran parte dalla funzione delle fibre callosali. L’idea generale è che gli ingressi corticali diretti dall’occhio controlaterale siano più forti di quelli dell’occhio ipsilaterale, e che una parte dell’influenza dell’occhio ipsilaterale sulle risposte
corticali arrivi attraverso le connessioni callosali dall’emisfero opposto, dove è l’occhio dominante (vedi figura 17).
fig. 17 Ruolo del calloso negli animali normali. Il calloso è coinvolto nella
determinazione della binocularità: contribuisce in modo maggiore alle risposte ipsilaterali e in modo minore a quelle controlaterali.
Questa idea è supportata da esperimenti recenti condotti nel nostro laboratorio, nei quali la binocularità è stata misurata prima e dopo il silenziamento della via retino-talamica tramite iniezione di tetrodotossina (TTX) nel genicolato. Questo protocollo permette di isolare le risposte visive guidate esclusivamente dalle afferenze callosali. È stato trovato che il rapporto dei VEP C/I diminuisce drammaticamente dopo l’iniezione di TTX nel genicolato. Specificatamente, c’è una piccola riduzione delle risposte dell’occhio ipsilaterale ed una forte riduzione dell’attività guidata dall’occhio controlaterale (Cerri et al., sottomesso per la pubblicazione). Nei ratti normali dunque, la via callosale trasporta principalmente gli ingressi visivi provenienti dall’occhio ipsilaterale.
Studi precedenti effettuati nel gatto mostrano risultati contraddittori riguardo al ruolo del calloso nella binocularità. La maggior parte degli studi è stata condotta in animali con sezione del corpo calloso. Alcuni autori hanno trovato cambiamenti
1985; Payne, 1990; Yinon et al., 1992) mentre altri no (Minciacchi and Anotonini, 1984). In un lavoro si riportano alterazioni nella binocularità solo quando la sezione del corpo calloso viene effettuata durante una fase precoce dello sviluppo (Elberger and Smith, 1985). Le discrepanze tra questi risultati probabilmente sono una conseguenza di aspetti tecnici, come l’età in cui viene effettuata la sezione e il tempo che trascorre tra la chirurgia e le registrazioni. In particolare in alcuni studi intercorrono dei mesi tra la lesione callosale e la misura della binocularità, e questo potrebbe portare dei riarrangiamenti plastici che potrebbero influenzare i risultati. Inoltre, la sezione del calloso è una procedura invasiva che porta ad una cascata di eventi secondari (ad esempio l’infiammazione) che potrebbe influenzare ulteriormente le risposte visive.
Al contrario di questi studi i nostri esperimenti sono basati sul blocco acuto funzionale dell’ingresso callosale tramite l’iniezione di muscimolo nella corteccia visiva controlaterale. Questo permette di confrontare la binocularità nello stesso animale, con o senza il contributo delle afferenze callosali.
Studi funzionali ed anatomici nel gatto hanno mostrato che la maggior parte delle cellule callosali di proiezione sono eccitatorie (Payne and Siwek, 1991; Su net al., 1994). Infatti, le cellule transcallosali sono principalmente neuroni piramidali che formano sinapsi asimmetriche nell’emisfero opposto (Shatz, 1977; Sun et al., 1994). Una minor proporzione di fibre callosali forma sinapsi simmetriche (presumibilmente inibitorie) (Peters et al., 1990). Per caratterizzare il fenotipo neurochimico delle cellule callosali nel ratto abbiamo effettuato un esperimento di immunoistochimica che sfrutta la subunità della tossina del colera (CTB) come tracciante retrogrado. La CTB è stata iniettata in animali normali e la sua co-localizzazione con un marker GABAergico valutata tramite microscopia confocale. Come atteso le callosali GABAergiche sono praticamente assenti (meno dell’1%). Questo è coerente con le nostre osservazioni elettrofisiologiche che indicano una
riduzione delle risposte visive nelle cellule corticali (prevalentemente dell’occhio ipsilaterale) in seguito al blocco acuto degli ingressi callosali.
Ci siamo anche chiesti se la via callosale, oltre alla binocularità, potesse contribuire ad altre proprietà funzionali della corteccia visiva, come la sensibilità al contrasto. Studi pubblicati in letteratura indicano che le afferenze callosali trasmettono principalmente un’informazione relativa a basse frequenze spaziali e alti contrasti. In accordo con questi dati, nostri studi preliminari indicano che la soglia di contrasto non è significativamente alterata dall’inattivazione con muscimolo dell’emisfero controlaterale.
2. Ruolo del calloso nella plasticità della corteccia visiva
Considerato il ruolo degli ingressi callosali nel controllare la binocularità corticale, ci siamo chiesti se ci fosse un coinvolgimento del calloso nella plasticità OD. I nostri esperimenti rivelano effettivamente un ruolo nuovo per il corpo calloso nella plasticità OD. L’idea di partenza è stata che il cambiamento nella preferenza oculare che segue la deprivazione monoculare potesse derivare da cambiamenti nella via diretta talamo-corticale ma anche da modifiche nella via callosale. Per valutare il contributo di ognuna delle due vie nella plasticità OD, abbiamo confrontato le risposte dell’occhio deprivato e di quello aperto prima e dopo il silenziamento acuto della comunicazione interemisferica. I risultati mostrano che silenziare l’ingresso callosale in animali che hanno subito deprivazione monoculare inverte quasi completamente lo spostamento di OD. Questo effetto si osserva sia dall’analisi dei VEP (dati presentati in questa tesi) che da quella di unità cellulari (Restani et al., sottomesso per la pubblicazione). Un dato molto interessante è che il recupero della
figura 18). Gli ingressi dell’occhio deprivato vengono rapidamente disinibiti dall’iniezione di muscimolo, mentre non ci sono effetti significativi sulle risposte dell’occhio aperto. Questo indica che la via callosale esercita un’ inibizione funzionale sulle afferenze dell’occhio deprivato, che è rimossa dopo la somministrazione di muscimolo. La rapida disinibizione è un’ osservazione a favore di un meccanismo che implica riarrangiamenti funzionali piuttosto che anatomici nei meccanismi dello spostamento di dominanza oculare dovuto a MD.
fig. 18 Ruolo del calloso nella plasticità: negli animali deprivati gli ingressi callosali
esercitano un’inibizione funzionale selettiva sulle afferenze dell’occhio deprivato.
L’acuità visiva dell’occhio chiuso non viene recuperata dall’iniezione di muscimolo, nonostante il miglioramento delle risposte alle basse frequenze spaziali. Perciò, l’ambliopia non può essere recuperata rimuovendo l’inibizione transcallosale. L’effetto ambliopico della MD potrebbe derivare principalmente da alterazioni nella via diretta talamo-corticale.
È stato mostrato che un innalzamento dell’inibizione intracorticale contribuisce alla ridotta capacità delle afferenze deprivate di attivare i neuroni corticali (Maffei et al., 2006). Infatti, la somministrazione iontoforetica dell’agonista dei recettori GABAA
MD (Burchfiel and Duffy, 1981; Sillito et al., 1981). Le scoperte descritte in questo lavoro di tesi dimostrano che l’ingresso calloso è un’ importante fonte di inibizione. Ci sono almeno due possibili modi attraverso cui l’attività egli ingressi callosali può causare una riduzione delle risposte dell’occhio chiuso. Abbiamo valutato la possibilità che questa inibizione funzionale sia esercitata direttamente dai neuroni callosali. Per farlo abbiamo determinato il fenotipo neurochimico dei neuroni callosali marcandoli retrogradamente con CTB e misurando la co-localizzazione con marker GABAergici in animali normali e MD. La percentuale di callosali GABAergiche non aumenta negli animali deprivati, escludendo un meccanismo di switch fenotipico che porta le cellule callosali da glutammatergiche a GABAergiche. Un secondo meccanismo, più probabile, è che gli ingressi callosali medino l’inibizione funzionale attraverso il reclutamento di circuiti GABAergici intracorticali nell’altro emisfero. Sarebbe interessante sapere se le fibre transcallosali negli animali deprivati innervano preferenzialmente cellule inibitorie.
I nostri dati propongono di riconsiderare i meccanismi coinvolti nella plasticità OD, che originariamente si pensava risultasse solamente da una competizione attività-dipendente tra le afferenze talamiche che servono i due occhi (Sherman and Spear, 1982). Abbiamo dimostrato che l’inibizione transcallosale ha un ruolo chiave nello spostamento della preferenza oculare in seguito a MD. L’importanza di questo meccanismo per la plasticità OD in specie superiori come le scimmie e l’uomo deve essere ancora investigata. È importante sottolineare che è stato dimostrato che l’inibizione transcallosale risulta coinvolta negli eventi plastici che avvengono durante diverse condizioni patologiche del cervello. Ad esempio, è stato visto che nei pazienti con neglect alcuni dei sintomi comportamentali sono attribuibili ad un aumento patologico dell’inibizione esercitata sulla corteccia parietale danneggiata dall’emisfero controlaterale intatto (Fecteau et al., 2006; Fierro et al., 2006). I sintomi del neglect (causato da una lesione nelle porzioni del dorsal stream in
parzialmente dal silenziamento funzionale dell’area parietale sinistra sana con stimolazione magnetica transcranica. È anche stato mostrato che i cambiamenti nell’inibizione transcallosale contribuiscono alla comparsa nei cosiddetti movimenti-specchio nella malattia di Parkinson e nei pazienti ischemici (Cincotta et al., 2006; Li et al., 2007; Nair et al ., 2007).
