2. Tecniche di NeuroImaging: Risonanza Magnetica Funzionale (fmri)

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Gianmarco Pini
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1 2. Tecniche di NeuroImaging: Risonanza Magnetica Funzionale (fmri) I cambiamenti dell'attività cellulare del cervello sono associati a cambiamenti di richieste energetiche: una maggiore attività funzionale di un tessuto cerebrale si traduce in maggiori richieste energetiche. I neuroni, più delle altre cellule, necessitano di continuo apporto energetico: tale richiesta è soddisfatta attraverso il sangue. Sfruttando le variazioni emodinamiche prodotte dall'attività neuronale, possiamo identificare le aree maggiormente attive in un dato momento. Attraverso tecniche di rilevamento ultrarapido dei dati, è possibile acquisire immagini in tempi molto brevi (dell ordine del centesimo di secondo), questo permette di seguire nel loro svolgimento alcuni fenomeni metabolici. Si sono sfruttate a questo scopo le proprietà magnetiche di cui gode l emoglobina, che differiscono leggermente a seconda che questa sia legata o meno all ossigeno. Filippo Cieri- Dottorato di Ricerca - Neuroimaging Molecolare

2 Verranno registrate immagini che si ipotizza rappresentino fedelmente le variazioni dell attività neurale regionale laddove si evidenzia un contrasto fra regioni ricche in ossiemoglobina, in cui cioè il flusso sanguigno risulta accresciuto, e regioni dal flusso sanguigno normale. Oltre alla risoluzione temporale accresciuta, va sottolineato in primo luogo che l fmri si basa su un segnale intrinseco che non richiede alcun tipo di tracciante. Filippo Cieri- Dottorato di Ricerca - Neuroimaging Molecolare

3 3. Genetica molecolare Estrazione e Reazione a Catena della Polimerasi (PCR) Esistono numerose procedure per l estrazione del DNA. In tutte, l obiettivo è rompere le membrane cellulari per favorire la liberazione del DNA, a questo scopo si utilizza una soluzione salina, in grado di distruggere le membrane, attraverso un processo di lisi. Successivamente, attraverso proteolisi, si tende all eliminazione di tutte quelle sostanze (in genere proteine) inutili (o dannose) per la nostra estrazione ed amplificazione del DNA, in modo da ottenere una soluzione più pulita possibile. PCR (Polymerase Chain Reaction) o reazione di amplificazione a catena è una tecnica per amplificare una specifica sequenza di DNA milioni di volte in poche ore. La tecnica è stata ideata nel 1983 da Kary Mullis che ricevette il Nobel per la chimica. Questa tecnica consente la moltiplicazione di frammenti di acidi nucleici dei quali conosciamo le sequenze nucleotidiche iniziali e terminali.

4 Fasi della PCR: La reazione è divisa in tre stadi, ciascuno condotto ad una temperatura diversa. La prima tappa è la DENATURAZIONE che viene effettuata a temperatura di 94 C per separare i due filamenti della molecola stampo. Sono infatti i primer che, nella seconda tappa della PCR (ANNEALING) appaiandosi ai filamenti denaturati, determinano il punto di innesco della sintesi di DNA. La reazione di annealing avviene a temperatura inferiore a quella di denaturazione in modo da consentire ai primer di appaiarsi alle sequenze complementari. La temperatura di annealing è un parametro variabile e critico nel determinare la specificità della PCR. La tappa successiva (POLIMERIZZAZIONE o ESTENSIONE) è condotta a 72 C, temperatura ottimale per la DNA polimerasi del batterio termofilo Thermus aquaticus (Taq DNA polimerasi)

5 Corsa elettroforetica La corsa elettroforetica viene effettuata su gel di agarosio. L agarosio è un polimero di carboidrati estratto dalle alghe. Esso, se fuso e gelificato, forma una matrice, la cui porosità dipende dalla concentrazione dell agarosio. La molecola del DNA è carica negativamente, dunque in un campo elettrico migrerà verso il polo positivo. La matrice porosa del gel ritarda la migrazione del DNA, consentendo ai piccoli frammenti di spostarsi più velocemente rispetto ai più grandi. Il risultato è che i frammenti di DNA si separeranno nella matrice in funzione del peso molecolare.

tanto dal punto di vista filogenetico, quanto ontogenetico.

6 Il campo in cui i geni esercitano ma!iormente la loro funzione interessa i sistemi che per primi hanno fatto la loro comparsa ne" uomo, tanto dal punto di vista filogenetico, quanto ontogenetico. Sistemi neurochimici primari di emozione e motivazione, che coinvolgono i circuiti neurotrasmettitoriali, la cui attività dipende - almeno in parte - da"a struttura e da"a funzione dei nostri geni.

EMOZIONI Le emozioni consistono in modelli organizzati, specie-specifici, di risposte fisiologiche e comportamentali. Nell uomo queste risposte sono accompagnate da sensazioni emotive.

7 EMOZIONI Le emozioni consistono in modelli organizzati, specie-specifici, di risposte fisiologiche e comportamentali. Nell uomo queste risposte sono accompagnate da sensazioni emotive. La maggior parte di noi usa la parola emozione per riferirsi a sensazioni emotive, non ai comportamenti. Ma è il comportamento, non l esperienza privata, che determina importanti conseguenze per la sopravvivenza e la riproduzione, e sono le funzioni adattative assolte dai comportamenti emozionali che hanno guidato l evoluzione del nostro cervello (Carlson, 2001). Una risposta emozionale è formata da 3 componenti: - comportamentale - vegetativa - ormonale Queste componenti sono controllate da sistemi neuronali distinti, la cui integrazione dipende dall amigdala. Filippo Cieri Dottorato di Ricerca Neuroimaging Molecolare

Amigdala E coinvolta in risposte comportamentali, vegetative ed ormonali e viene attivata in molteplici situazioni emotive come rabbia,

Si trova all interno dei lobi temporali ed è formata da gruppi di nuclei distinti (nucleo mediale, nuclei laterali/basolaterali, nucleo

Riceve afferenze dal sistema olfattivo, dalle cortecce associative, dalla corteccia frontale e dal resto del sistema limbico.

8 Amigdala E coinvolta in risposte comportamentali, vegetative ed ormonali e viene attivata in molteplici situazioni emotive come rabbia, paura, disgusto, ma anche negli effetti che odori e feromoni esercitano sul comportamento sessuale e materno. Si trova all interno dei lobi temporali ed è formata da gruppi di nuclei distinti (nucleo mediale, nuclei laterali/basolaterali, nucleo centrale, nucleo basale) con afferenze e funzioni diverse. Riceve afferenze dal sistema olfattivo, dalle cortecce associative, dalla corteccia frontale e dal resto del sistema limbico. Le efferenze arrivano alla corteccia frontale, ipotalamo, formazione ippocampale e nuclei del tronco dell encefalo che controllano le funzioni vegetative ed alcuni comportamenti specie-specifici. Filippo Cieri Dottorato di Ricerca Neuroimaging Molecolare

9 Filippo Cieri Dottorato di Ricerca Neuroimaging Molecolare

10 5-HTT - La serotonina (5-HT) è una triptamina, neurotrasmettitore monoaminico sintetizzato nei neuroni serotoninergici del SNC. - Risulta coinvolta nella regolazione del tono dell umore, nel comportamento sessuale, nella regolazione del sonno e dell appetito. Coinvolta inoltre nello sviluppo di numerose psicopatologie come depressione, disturbo bipolare, disturbi d ansia ecc. - Il gene che codifica per il trasportatore della 5-HT (SLC6A4) è polimorfico. L allele corto (s) ha una ridotta capacità trascrizionale rispetto all allele lungo (l) Filippo Cieri Dottorato di Ricerca Neuroimaging Molecolare

11 5-HTT - Numerose sostanze stupefacenti agiscono sui recettori di questo neurotrasmettitore, per esempio le anfetamine (soprattutto MDMA), inibendone l'assorbimento, portando di conseguenza ad un accumulo di 5-HT nel cervello, generando uno stato di entusiasmo e benessere. - Psicofarmaci come gli SSRI (Prozac), gli inibitori delle MAO e i triciclici agiscono su questo NT. - 5-HT costituisce inoltre il freno naturale del riflesso dell'eiaculazione e un basso livello sembrerebbe essere la causa costituzionale principale dell'eiaculazione. - Proprio riguardo all'influenza della serotonina sulla sfera sessuale, uno studio pubblicato su Nature di quest anno ha dimostrato che topi maschi geneticamente privati delle cellule cerebrali adibite alla sintesi della serotonina, sviluppano un eguale interesse sessuale nei confronti di topi maschi e femmine, tentando nel 50% dei casi di accoppiarsi prima con i maschi e successivamente con le femmine. Se si inietta in questi topi maschi un precursore della serotonina, dopo mezz'ora ritornano ad accoppiarsi con topi di sesso femminile in via prioritaria (Yan Liu et al., Nature, 07 April 2011). Filippo Cieri Dottorato di Ricerca Neuroimaging Molecolare

Associazione tra i portatori della variante s di 5-HTT e maggiore attivazione dell amigdala durante un compito di osservazione di volti che esprimono emozioni (soprattutto

12 5-HTT 1. Associazione tra i portatori della variante s di 5-HTT e tratti di Evitamento del danno / Nevroticismo. 2. Associazione tra i portatori della variante s di 5-HTT e maggiore rischio di sviluppare depressione. 3. Associazione tra i portatori della variante s di 5-HTT e maggiore attivazione dell amigdala durante un compito di osservazione di volti che esprimono emozioni (soprattutto negative). 4. Portatori variante s avrebbero un ridotto volume di materia grigia nella corteccia prefrontale (PFC) 5. S carriers avrebbero anche una minore connettività tra amigdala e pacc ed una over-activation nelle regioni prefrontali mediali. Filippo Cieri Dottorato di Ricerca Neuroimaging Molecolare

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