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La misteriosa struttura ad albero: come funzionano i dendriti dei neuroni?
La parola dendrite (inglese: dendrite) deriva dalla parola greca che significa "albero". È un processo citoplasmatico ramificato dei neuroni. La sua funzione principale è trasmettere stimoli elettrochimici da altre cellule nervose e trasferire questi segnali al corpo cellulare trasmesso alla cellula nervosa è anche chiamato "corpo cellulare". Questi stimoli elettrici vengono tipicamente trasmessi ai dendriti attraverso le sinapsi, che sono distribuite in tutta la struttura ad albero dei dendriti. I dendriti svolgono un ruolo chiave nell'integrazione di questi input sinaptici e nel determinare la misura in cui il neurone genera potenziali d'azione.
I dendriti non sono semplicemente ricevitori di segnali. La loro struttura e funzione li rendono il nucleo dell'elaborazione dei messaggi neuronali.
Struttura e funzione dei dendriti
I dendriti sono uno dei due processi citoplasmatici che sporgono verso l'esterno dal corpo cellulare di un neurone. L'altro è l'assone. I dendriti si distinguono dagli assoni per diverse caratteristiche tra cui forma, lunghezza e funzione. Tipicamente, i dendriti sono affusolati e di forma più corta, mentre gli assoni mantengono un diametro costante e possono essere molto lunghi. La funzione principale dei dendriti è quella di ricevere segnali dai terminali assonici di altri neuroni e di fornire una superficie più ampia per ricevere questi segnali.
Si stima che i dendriti di una grande cellula conica possano ricevere segnali da circa 30.000 neuroni presinaptici. Le sinapsi eccitatorie terminano sulle spine dendritiche, che sono piccole proiezioni di dendriti che contengono un'alta densità di recettori dei neurotrasmettitori. La maggior parte delle sinapsi inibitorie entrano in contatto diretto con il tronco principale del dendrite. L'attività sinaptica induce cambiamenti locali nel potenziale della membrana dendritica che si attenuano progressivamente con la distanza.
Per generare un potenziale d'azione, molte sinapsi eccitatorie devono essere attive contemporaneamente, provocando una forte depolarizzazione dei dendriti e dei loro corpi cellulari.
Evoluzione storica dei dendriti
Il termine dendrite fu usato per la prima volta da Wilhelm His nel 1889 per descrivere i numerosi "processi protoplasmatici" più piccoli che collegano le cellule nervose. L'anatomista tedesco Otto Deiters è generalmente considerato lo scopritore degli assoni distinguendoli dai dendriti.
Le prime registrazioni intracellulari nel sistema nervoso furono effettuate negli anni '30 da Kenneth S. Cole e Howard J. Curtis. Rüdolf Albert von Kölliker in Svizzera e Robert Remak in Germania furono i primi a identificare e descrivere il segmento iniziale dell'assone. Successivamente, Alan Hodgkin e Andrew Huxley utilizzarono gli assoni giganti dei calamari per fornire una descrizione quantitativa completa dei potenziali d'azione, che valse loro anche il premio Nobel nel 1963.
Sviluppo dei dendriti
Durante lo sviluppo dei dendriti, molteplici fattori possono influenzarne la differenziazione, tra cui la modulazione degli input sensoriali, gli inquinanti ambientali, la temperatura corporea e l'uso di droghe. Ad esempio, una volta si è scoperto che il numero di creste dendritiche delle cellule coniche nella corteccia visiva primaria di topi allevati in un ambiente buio era significativamente ridotto e anche la distribuzione dei rami dendritici delle cellule stellate era cambiata significativamente.
La complessa struttura ad albero dei dendriti è formata dall'interazione di molteplici segnali esterni ed interni.
Diversità dei dendriti
I dendriti formano molti modelli morfologici diversi in organismi diversi e la morfologia di questi rami (come la densità dei rami e il modello di distribuzione) è strettamente correlata alla funzione dei neuroni. I dendriti possono variare ampiamente in numero, a volte essendo in grado di ricevere fino a 100.000 input diversi. Gli errori morfologici dei dendriti sono strettamente correlati alla compromissione della funzione del sistema nervoso.
La morfologia dei dendriti può essere una struttura senza rami o una struttura radiante come un albero. Questi modelli di ramificazione dendritica possono essere a forma di fuso, sferici o assumere una forma multiplanare, come nelle cellule di Purkinje del cervelletto.
Proprietà elettriche e plasticità dei dendriti
I cambiamenti nella struttura dendritica, nei rami e nella conduttanza ionica dei neuroni dipendente dalla tensione influenzeranno profondamente il modo in cui i neuroni integrano l'input proveniente da altri neuroni. Si ritiene che i dendriti siano più che semplici trasmettitori passivi di stimolazione elettrica, ma sono capaci di aggiustamenti strutturali plastici nella vita adulta. Le divisioni costituite dai dendriti sono chiamate unità funzionali e sono in grado di calcolare ed elaborare gli stimoli in arrivo.
Recenti osservazioni sperimentali mostrano che l'adattamento dendritico può verificarsi in pochi secondi e l'impatto di tali cambiamenti strutturali sulla funzione neuronale può essere significativo. La composizione dei dendriti può cambiare in modo significativo anche con i cambiamenti dell'ambiente esterno. Ad esempio, sotto l'influenza della gravidanza o dei cicli ormonali, la struttura dei dendriti può cambiare fino al 30%.
Tutto ciò ci porta a chiederci: esiste una connessione più profonda tra l'evoluzione dei dendriti e la capacità di apprendimento?
