Caratterizzazione del controllo cerebellare sulla corteccia prefrontale in vivo

Il cervelletto è una struttura del sistema nervoso centrale, le cui funzioni principali sono notoriamente conosciute per essere implicate nel controllo del movimento. Tuttavia, recenti studi hanno dimostrato come tale struttura possa essere coinvolta anche in funzioni superiori come quelle cognitive. In questo lavoro di tesi, grazie a un approccio di single units recordings tramite multi-electrode array (MEA) affiancato a una stimolazione elettrica è stato possibile indagare l’interconnessione del cervelletto con la corteccia prefrontale (PFC). Il pathway di collegamento tra cervelletto e corteccia prefrontale mediale (mPFC) è stato studiato attraverso due vie principali. Infatti, il cervelletto si connette a diverse aree della mPFC e in particolare alla regione prelimbica (PrL), attraverso due vie di proiezione: la via dopaminergica, passante per l’area tegmentale ventrale (VTA) e la via glutammatergica, passante i nuclei mediodorsale e ventrolaterali del talamo. Nell’ambito degli esperimenti descritti in questo lavoro sperimentale, è stata effettuata una registrazione extracellulare dell’attività dei neuroni della PrL a seguito della stimolazione elettrica di uno dei nuclei cerebellari profondi: il nucleo dentato (DN). Il DN è stato stimolato con 21 impulsi a 100 Hz di 100 μA di intensità, mentre l’attività dei neuroni della PrL è stata registrata grazie al multi-electrode array (MEA). Le tracce elettrofisiologiche di single-unit registrate nella PrL sono state analizzate offline utilizzando il toolbox di MATLAB. Gli spike individuati sono stati raggruppati in base alla forma d’onda per rilevare il contributo al segnale di diverse unità. A seguito della registrazione delle risposte dei neuroni della PrL è stato possibile individuare due differenti pattern di risposta: un’inibizione pura (pausa) e una risposta bifasica (pausa seguita da un picco). Inoltre, al termine di ogni sessione sperimentale è stata effettuata un’analisi istologica per confermare il sito di registrazione e di stimolazione. Al fine di discriminare il contributo specifico di entrambe le vie di neurotrasmissione è stata utilizzata l’inibizione farmacologica selettiva. Utilizzando più serie sperimentali, si è proceduto somministrando antagonisti selettivi per i recettori dopaminergici (D1- like e D2- like) e antagonisti selettivi per i recettori GABAergici GABAA (gabazina). In tal modo si è potuto verificare il coinvolgimento di specifici neurotrasmettitori nel determinare la risposta neuronale. È stata eseguita anche una perfusione sequenziale degli antagonisti (D1-like e D2-like seguiti da gabazina) per poter indagare anche possibili influenze di un sistema sull’attività dell’altro. Dai risultati analizzati è stato osservato come la somministrazione degli antagonisti selettivi per i recettori GABAergici induca una riduzione della profondità della pausa mostrata nei differenti pattern di risposta; mentre la co-somministrazione degli antagonisti selettivi per i recettori dopaminergici ha un’azione a livello della frequenza basale intrinseca delle unità responsive che, in seguito alla perfusione dei farmaci, può aumentare o diminuire. I dati, inoltre, hanno confermato come la risposta combinata dei due bloccanti mostri una correlazione tra l’effetto degli antagonisti dopaminergici sulla frequenza basale e il blocco del recettore GABAergico sulla pausa. Tali evidenze suggeriscono un’interconnessione tra i due sistemi di neurotrasmissione a livello del pathway di collegamento tra cervelletto e mPFC. In conclusione, è possibile affermare che il cervelletto sia in grado di controllare l’attività delle aree corticali implicate nelle funzioni cognitive, agendo a livello dell’equilibrio eccitazione/inibizione tipico del funzionamento di aree come la mPFC