FIGURA. 1. Distribuzione distorta dei recettori del glutammato ai dendriti nei neuroni a basso cf. (A) Circuito uditivo del tronco cerebrale dei polli. CN, nucleo cocleare. (B) Organizzazione tonotopica di NL. (C) Disegno schematico della stimolazione a uno e due fotoni. (D) Il glutammato a fotone singolo (405 nm) si libera lungo i dendriti nei neuroni a bassa e alta FC. Le risposte attuali al soma sono mostrate per i punti non ingabbiati corrispondenti (arancione). (E) Ampiezza corrente rispetto alla distanza dal soma per sette dendriti di neuroni a bassa FC e sei dendriti di neuroni ad alta FC. I dati in (D) sono collegati con linee nere. I cerchi blu e rosso indicano le risposte rispettivamente dalla posizione prossimale (<20% della lunghezza) e distale (>80%). (F) Ampiezza corrente da stimoli a fotone singolo. (G) Il glutammato a due fotoni (720 nm) si libera dall'ingabbiamento nei neuroni a bassa e alta FC. I dendriti prossimali e distali vengono ingranditi e vengono mostrate le risposte attuali da ciascuna posizione (arancione). (H) Spessore dei dendriti stimolati. (I) Ampiezza corrente da stimoli a due fotoni. *P <0,05 e **P <0,01 in questa figura e nelle figure successive. Credito:DOI:10.1126/sciadv.abh0024
I fisiologi dell'Università di Nagoya hanno approfondito la comprensione dei circuiti neurali degli uccelli che consentono loro di distinguere da dove proviene un suono specifico. Le loro scoperte, pubblicate sulla rivista Science Advances , potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere le basi di come il cervello dei mammiferi calcola la differenza di tempo tra un singolo suono che arriva a ciascun orecchio individuale, nota come "differenza di tempo interaurale". Questa capacità è una componente integrante della localizzazione del suono.
"Gli animali possono eseguire un rilevamento accurato della differenza di tempo interaurale per i suoni di un'ampia gamma di frequenze", spiega Rei Yamada, specializzato in fisiologia cellulare presso la Graduate School of Medicine dell'Università di Nagoya. Il circuito nervoso per questo processo è così specializzato che i molti rami che si estendono da una singola cellula nervosa, chiamati dendriti, ricevono una frequenza sonora specifica dall'uno o dall'altro orecchio. Ma non è ancora chiaro esattamente come tutto questo funzioni insieme per consentire il rilevamento della differenza di tempo interaurale.
Yamada e il suo collega Hiroshi Kuba volevano saperne di più su questo processo. Hanno condotto esperimenti laser su fette di cervello di pollo stimolando i recettori eccitatori su una parte del cervello responsabile della localizzazione del suono. Questo è stato seguito da esperimenti di simulazione per chiarire il significato delle loro scoperte iniziali.
Hanno scoperto che le giunzioni nervose, chiamate sinapsi, erano particolarmente raggruppate alle estremità di lunghi dendriti specializzati dedicati alla conduzione di segnali da suoni a bassa frequenza. Controintuitivamente, questo raggruppamento ha ridotto la forza della trasmissione del segnale lungo la lunghezza del dendrite in modo che fosse più piccolo nel momento in cui ha raggiunto la cellula nervosa. Questo processo, tuttavia, ha consentito alla cellula nervosa di tollerare input intensi che arrivano attraverso i dendriti dedicati a ciascun orecchio, mantenendo così la sua capacità di condurre le necessarie attività di calcolo della differenza di fuso orario e della posizione.
"Molti animali, compresi gli esseri umani, usano la differenza di tempo di un suono che raggiunge entrambe le orecchie come indizio per la localizzazione della sorgente sonora", afferma Yamada. "Vorremmo esaminare se l'associazione che abbiamo trovato tra funzione neurale e struttura è universalmente comune in altre specie. Espandere la nostra ricerca al cervello dei mammiferi sarà importante per comprendere il principio di base del rilevamento della differenza di tempo interaurale che uccelli e animali hanno in comune con umani."
Lo studio, "La geometria della sinapsi dendritica ottimizza il calcolo binaurale in un circuito di localizzazione del suono", è stato pubblicato sulla rivista Science Advances il 24 novembre 2021.
