Academic literature on the topic 'Ippocampo'

The growing concentration of population and the related increase in human activities in coastal areas require numerical simulations to analyze the effects of flooding events that might occur in susceptible coastal areas in order to determine effective coastal management practices and safety measures to safeguard the inhabited coastal areas. The reliability of the analysis is dependent on the correct evaluation of key inputs such as return period of flooding events, vulnerability of exposed assets, and other risk factors (e.g., spatial distribution of elements at risk, their economic value, etc.). This paper defines a methodology to assess the effects of flooding events associated with basin run-off and storm surge in coastal areas. The assessment aims at quantifying in economic terms (e.g., loss of assets) the risk of coastal areas subject to flooding events. The methodology proposed in this paper was implemented to determine the areas subject to inundation on a coastal area in Southern Italy prone to hydrogeological instability and coastal inundation. A two-dimensional hydraulic model was adopted to simulate storm surges generated by severe sea storms coupled with intense rainfalls in order to determine the areas subject to inundation in the low-land area along the Adriatic coast object of this study. In conclusion, the economic risk corresponding to four different flooding scenarios was assessed by correlating the exceedance probability of each flooding scenario with the potential economic losses that might be realized in the inundated areas. The results of the assessment can inform decision-makers responsible for the deployment of risk mitigation measures.

Temporal Mesial Sclerosis is thought to be a leading cause of drug-resistent epilepsy. We report MRI findings in five subjects; MRI studies were performed with SE (T1 and DP-T2), GE T1 and IR tecniques by a high field strenght unit. Tipical lesions, including atrophy of the anterior part of the temporal lobe, dilatation of temporal horn and atrophy of the ippocampus were found in all the subjects; high signal iperintensity was found in two cases. Such findings were in keeping with the clinical manifestations of the disease in all subjects and have been confirmed by surgical histopathology in two of them.

2008/2009
I neuroni del Locus Coeruleus (LC) sono la principale fonte di innervazione noradrenergica del sistema nervoso centrale. Le fibre ascendenti innervano principalmente l’ippocampo e la neocorteccia mentre quelle discendenti innervano diffusamente tutti i livelli del midollo spinale. Le fibre discendenti determinano un aumento tonico dell’eccitabilità motoneuronale da un lato e la regolazione delle afferenze sensoriali dall’altra. Le fibre ascendenti sembrano invece essere coinvolte in diversi processi, dalla regolazione dell’attività cardiovascolare e respiratoria alla regolazione di anche complesse come quelle cognitive. Nel corso degli ultimi decenni le funzioni del sistema noradrenergico sono state investigate attraverso approcci di lesone mediante neurotossine. Tuttavia nessuna di esse si è dimostrata selettiva per i neuroni noradrenergci. La recente introduzione dell’immunotossina anti-DBH-saporin (αDBHsap), che nel ratto adulto è stata vista indurre deplezioni pressoché complete e selettive dei neuroni noradrenergici del LC, ha rappresentato un utile strumento per lo studio di tale sistema. Nella presente serie di esperimenti si è voluto testare l’efficacia e la selettività della lesione mediante αDBHsap in animali immaturi. Ciò per osservare gli effetti della rimozione di questi neuroni in un sistema ancora in via di sviluppo, e quindi caratterizzato da una notevole plasticità intrinseca, e per esplorare il possibile ruolo del sistema noradrenergico nello sviluppo delle abilità cognitive. Negli studi iniziali sono stati valutati gli effetti della somministrazione intracerebroventricolare di dosi crescenti di αDBHsap ad animali nei primi giorni dopo la nascita. Si è osservato come la tossina, anche a dosi molto elevate, non abbia effetti su altri tipi neuronali (es. colinergici, adrenergici, serotoninergici e dopaminergici), e venga generalmente ben tollerata dagli animali. La lesione comunque porta ad una riduzione marcata e dose dipendente dell’innervazione noradrenergica sia nelle strutture superiori sia nel midollo spinale. Alla dose ottimale (0.5μg), questa riduzione dell’innervazione è pressoché totale, e rimane invariata fino a 40 settimane post-lesione. In contrasto, dosi più basse della tossina (0.25 µg) determinavano deplezioni più modeste a 5 settimane che apparivano recuperare siignificativamente nel lungo termine. Sono stati infatti osservati marcati fenomeni di sprouting assonale nelle fibre noradrenergiche discendenti tali da ripristinare quasi interamente l’innervazione noradrenergica spinale . In uno studio parallelo, lo stesso approccio di lesione è stato impiegato per investigare il contributo noradrenergico allo sviluppo delle abilità cognitive. Utilizzando test di apprendimento e memoria spaziali, quali il Morris Water Maze ed il Radial Arm Water Maze per valutare le funzioni di Reference e Working Memory in gruppi di controllo e di lesionati, sono stati osservati chiari deficit nella memoria di lavoro (Working Memory), mentre gli iniziali deficit di acquisizione nel reference memory test si risolvevano con l’addestramento. Deficit simili, anche se meno marcati, venivano osservati anche in animali con lesioni somministrate in età adulta. In un altro studio si è voluto anche investigare la possibilità di interazioni funzionali tra il sistema noradrenergico ed il sistema colinergico ascendente, anch’esso fortemente implicato nei processi di apprendimento e memoria. Come atteso, lesionando simultaneamente i due sistemi neurotrasmettitoriali in animali neonati si ottenevano deficit di memoria spaziale superiori a quelli ottenibili lesionando ciascun sistema separatamente. Ciò indica un’importante interazione tra il sistema noradrenergico e quello colinergico nella regolazione delle abilità cognitive e del loro sviluppo. Strettamente correlato ai processi di apprendimento e memoria è anche il processo di formazione di nuovi neuroni nel giro dentato dell’ippocampo. Tale possibilità è stata investigata in animali con lesione singola e/o doppia. I risultati non hanno rivelato differenze tra i gruppi nel numero totale dei neuroni in grado di sopravvivere per 3 settimane post-lesione. Tuttavia è stata osservata una una significativa eterogeneità nei pattern di presentazione cellulare dell’immunoreattivita per la Bromo-Deossiuridina. Alla localizzazione prevalentemente nucleare nei soggetti di controllo, si contrapponeva quella nucleare puntiforme o citoplasmatica nei soggetti sottoposti a lesione noradrenergica e/o colinergica neonatale. Il modello di deplezione noradrenergica neonatale, è stato inoltre utilizzato per valutare le capacità di sopravvivenza, sviluppo ed integrazione di precursori neuronali noradrenergici dopo impianto nel midollo spinale deafferentato. I risultati hanno mostrato una notevole capacità dei neuroblasti impiantati di ristabilire quasi completamente l’innervazione noradrenergica nelle regioni terminali deplete, con un grado di accuratezza superiore a quello riportato in precedenza dopo trapianto in soggetti adulti lesionati con altre procedure. Nel loro complesso, i risultati della presente tesi mettono in evidenza la grande importanza funzionale del sistema noradrenergico, in grado di regolare attività funzionalmente ed anatomicamente differenti. La possibilità di rimuovere selettivamente tale sistema, diversificando l’efficacia della deafferentazione risultante, rendo inoltre l’approccio di lesione immunotossica neonatale particolarmente indicato per studi mirati all’analisi delle potenzialità plastiche del sistema noradrenergico in via di sviluppo e anche per investigare la possibilità di restituzione funzionale dopo impianto di precursori noradrenergici.
XXII Ciclo
1981

E' stata presentata un'analisi di sensitività di un modello matematico della memoria spaziale nell'ippocampo. Il modello usa le masse neuronali per simulare le oscillazioni theta delle place cells dell'ippocampo. I risultati mostrano che il modello è robusto a variazioni di diversi parametri.

La delezione funzionale della proteina presinaptica Bassoon (Bsn), che fa parte delle proteine scaffolding deputate al corretto assemblaggio e fusione delle vescicole sinaptiche nel processo di release, è associata con l’insorgenza di crisi epilettiche spontanee e con alterazioni nell’attività neuronale e nella morfologia di corteccia a ippocampo. Dato che ricevono numerose afferenze corticali attraverso lo striato, i gangli della base (GB) sono stati implicati nella patogenesi dell’epilessia, anche se il loro ruolo, e in particolare quello del microcircuito striatale, nel limitare la propagazione dell’attività epilettogena è ancora argomento di discussione. Per studiare il ruolo dei GB nell’epilessia abbiamo ipotizzato che la propagazione delle scariche epilettiche dalla corteccia verso lo striato potesse indurre, come meccanismo adattativo, un’alterazione dell’eccitabilità a lungo e breve termine di due sottopopolazioni neuronali del microcircuito striatale: i neuroni di proiezione spinosi e gli interneuroni GABAergici fast-spiking (FS). A questo scopo ci siamo proposti di caratterizzare il fenotipo epilettico e le capacità di apprendimento dei mutanti Bsn e di studiarne la plasticità striatale e ippocampale tramite registrazioni elettrofisiologiche, saggi molecolari e analisi morfologiche. Le crisi epilettiche dei mutanti sono state quindi monitorate e classificate e l’apprendimento procedurale e ippocampo-dipendente valutato attraverso una batteria di test comportamentali. Le registrazioni intracellulari sono state effettuate in vitro da fettine corticostriatali mentre registrazioni extracellulari sono state ottenute da fettine ippocampali. L’espressione di proteine associate al compartimento postsinaptico è stata poi valutata tramite analisi del Western blot mentre uno studio morfologico dei neuroni spinosi e degli interneuroni FS è stato effettuato con la colorazione di Golgi e tecniche di immunoistochimica. I topi mutanti per la proteina Bsn mostravano uno sviluppo di crisi epilettiche ad insorgenza precoce che negli adulti erano associate a un riarrangiamento della plasticità sinaptica all’interno del microcircuito striatale. Sebbene infatti la depressione a lungo termine (LTD) fosse espressa ugualmente nei due genotipi, il potenziamento a lungo termine (LTP) indotto nei neuroni spinosi dei mutanti era ridotto rispetto ai controlli, mentre la LTP ippocampale era completamente assente. L’alterazione striatale era associata a un aumento significativo delle ramificazioni dendritiche e delle spine immature nei neuroni spinosi e a profonde alterazioni di alcune proteine postsinaptiche di importanza fondamentale per la LTP. Le analisi molecolari hanno rilevato infatti che la composizione in subunità del recettore NMDA era profondamenre cambiata, i livelli di BDNF ridotti mentre l’espressione di recettore TrkB nella membrana postsinaptica era significativamente aumentata. Tuttavia, l’aspetto più interessante del pattern di modificazioni osservate in striato era che gli interneuroni FS dei mutanti Bsn presentavano una forma di potenziamento a breve termine della trasmissione sinaptica, non presente nei controlli. Questa forma di plasticità emergente era NMDA- e BDNF-dipendente e si accompagnava a un aumento significativo del numero degli interneuroni nello striato dei topi epilettici rispetto agli animali di controllo. Infine i test comportamentali hanno mostrato che gli animali mutanti presentavano capacità di apprendimento procedurale intatte, mentre presentavano performances ridotte in test di memoria ippocampo-dipendente. I nostri risultati dimostrano che mentre nei topi mutanti per la proteina Bsn si osserva una compromissione della plasticità ippocampale con perdita delle funzioni mnemoniche ippocampo-dipendenti, i sottotipi neuronali dello striato rispondono con meccanismi differenti all’attività epilettogena cronica corticale creando un quadro di riorganizzazione funzionale che preserva funzioni motorie e cognitive. Data l’insorgenza precoce della sintomatologia epilettica, il riarrangiamento della connettività neuronale nello striato e della plasticità sinaptica corticostriatale che si osserva negli adulti potrebbero essere intrerpretati come meccanismi di adattamento volti a proteggere la funzionalità dei GB.
Absence of functional presynaptic scaffolding protein Bassoon (Bsn) in mutant mice is associated with the development of pronounced spontaneous seizures and with consistent alterations in neuronal activity and morphology of hippocampus and cerebral cortex. The basal ganglia network receives a strong glutamatergic series of inputs from cortical regions through the striatum and it has been involved in the pathophysiology of epilepsy. However its functions, and in particular the role of the striatal microcircuit, in limiting epileptogenesis is still debated. To further investigate on the role of BG in limiting epileptic activity, we hypothesized that the spreading of epileptic seizures from the cortex to the striatum may alter both short and long-term excitability in two neuronal subtypes, the striatal fast-spiking GABAergic interneurons (FS) and the medium spiny (MS) neurons as an adaptive mechanism. To this end we first planned to study the epileptic phenotype and the learning skills of mutants. We then propose to characterize the plastic changes by electrophysiological recordings, molecular analyses and morphological studies. Epileptic seizures in mutant mice were video-recorded, classified and procedural learning and hippocampal-based learning skills were evaluated with a battery of behavioral tests. In vitro intracellular recordings were performed from corticostriatal slices obtained from Bsn mutants and WT mice while extracellular recordings were performed in hippocampal slices. Postsynaptic proteins were analyzed by Western blotting while morphological studies of FS and MS were performed in epileptic mice brain with Golgi-staining and unbiased immunohystochemical technique. Bsn mutant mice showed early-onset epileptic seizure development, which in adults were associated to a rearrangement of synaptic plasticity within the striatal microcircuit. In fact, although long-term depression (LTD) was equally expressed in both genotypes, the amplitude of long-term potentiation (LTP) induced in MS neurons of Bsn mutant mice was reduced compared to control, while hippocampal LTP was completely lost. The alteration in striatal plasticity was associated to differences in dendrite branching and spine maturation of MS neurons and to profound modifications of postsynaptic components expression in the whole striatum. In particular, in the striatum of epileptic mice, the NMDA subunit composition was found altered, the BDNF expression decreased and TrkB receptor upregulated. Interestingly, following high frequency stimulation protocol, GABAergic FS recorded from Bsn mutant mice expressed a NMDA and BDNF-dependent short-term potentiation that was absent in WT animals. Moreover FS interneurons were increased in number in the epileptic genotype. Behavioral tests for assessment of learning skills demonstrated that procedural learning capabilities are intact while hippocampal-based functions are compromised in epileptic mice providing evidences for a competition between the two memory systems. Our results indicate that while hippocampal synaptic plasticity is lost, striatal neuronal subtypes are differentially sensitive to continuous seizures and to the associated alterations of BDNF/TrkB signaling. These data suggest that changes of corticostriatal activity develop in early-onset epileptic conditions associated to the lack of functional Bsn. The reorganization of plasticity between neuronal subtypes may protect striatum and downstream BG nuclei from continuous cortical seizures in order to preserve striatal functions.

Stress in early life may play a very important role in neurobiology of addiction developed in adulthood. In this study we investigated the effects of neonatal repeated maternal separation (RMS) on alcohol abuse in adult C57BL/6J mice and potential functional alterations of GABAergic and GLUergic systems in different brain areas. Male animals subjected to RMS consumed significantly higher amount of ethanol when compared to control counterparts. In addition, RMS is markedly associated with severe impairments in both GABAergic and GLUergic transmission that are crucial to the physiologic function of brain areas such as hippocampus and amygdala, involving learning and memory as well as fear and anxiety physiology, respectively. Interestingly females do not shown significant difference in ethanol consumption and impairments in both GABA and GLU neurotransmission, we thus studied the possible protective role showed by estrogen. Animals treated with β-ethinyl estradiol and exposed to RMS showed a similar ethanol preference when compared with controls and some of RMS-induced effect on GABA and GLU neurotransmission impairment are recovered. All together, our behavioral and electrophysiological results suggest that specific stress insult during early stage of life may markedly contribute to the onset of behavioral as well as neuropsychiatric disorders occurring in adulthood.

L'accoppiamento tra i ritmi theta e gamma è una caratteristica nota dell'attività cerebrale a livello dell’ippocampo. Esistono evidenze sperimentali che mostrano come tale accoppiamento sussista anche in regioni prefrontali, durante task che coinvolgono la memoria di lavoro. La rete neurale descritta nel presente elaborato è stata messa a punto per simulare i ritmi theta e gamma nelle suddette regioni cerebrali, con l'obiettivo di consentire l’analisi del loro accoppiamento, in varie condizioni di lavoro. Il network è composto da più strati; in ciascuno di essi l'unità di calcolo di base è un modello di massa neuronale che rappresenta una colonna corticale. Sono state individuate due modalità di lavoro per la rete: "recall" (in cui l'operazione fondamentale è l'evocazione di una sequenza di oggetti) e "desynchronize" (in cui le operazioni fondamentali sono quelle di binding e segmentation). Le sinapsi sono state addestrate utilizzando regole hebbiane ed anti-hebbiane. Impiegando la rete, in entrambe le sue modalità di funzionamento ed in diversi test, si sono ottenuti risultati compatibili con dati sperimentali e teorie disponibili in letteratura. Complessivamente, si può affermare che il modello realizzato è un buono strumento per la simulazione e l’analisi dei ritmi theta e gamma, e suoi ulteriori sviluppi potrebbero renderlo ancor più efficace per lo studio di diversi problematiche neuro-cognitive e per la comprensione di patologie neurologiche (quali la schizofrenia) caratterizzate da alterazioni dei ritmi cerebrali.

Alzheimer’s disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder and the most frequent form of dementia in developed countries, which leads to severe loss of memory and cognitive dysfunctions. By far, the majority of AD cases are sporadic (SAD), with unknown etiology, for which the main risk factors are represented by aging and by the presence of the allelic variant APO-e4 of apolipoprotein E. Only a small but significant percentage of cases, collectively called familial AD (FAD), is inherited and is caused by autosomal dominant mutations in the genes coding for the amyloid precursor protein (APP), presenilin 1 (PS1) and presenilin 2 (PS2) respectively. APP is a single transmembrane domain protein with a large extracellular domain, expressed at high level in the brain. PSs are homologous membrane proteins specially localized in the endoplasmic reticulum (ER) and Golgi apparatus; they represent the essential components of the gamma-secretase complex, which, by cleaving APP in concert with beta-secretase, leads to the production of the neurotoxic beta-amyloid peptides. The identification of these genetic factors involved in FAD cases, allowed the development of transgenic mouse models. Given that SAD and FAD cases are morphologically and clinically similar, these models represent an important research tool to investigate potential common molecular mechanisms between the two AD forms, with the aim of devising effective therapies. In these studies, two transgenic mouse models were used to perform the experiments. The first one is a single transgenic line, homozygous for the FAD-linked PS2-N141I mutation, which is under the prion promoter control and it is ubiquitously expressed. The second model is a double transgenic line homozygous for both the FAD-linked PS2-N141I mutation and APPSwe mutation, which is under Thy.1 promoter control, thus expressed only in neurons. We investigated the possible, early impairment of mitochondrial functions in the brain of the transgenic animals. Mitochondria are cytoplasmic organelles responsible for most of the energy supplied to the cells through ATP production; furthermore, they are involved in many other roles, such as Ca2+ homeostasis, reactive oxygen species production (ROS) and apoptosis. It is well established that mitochondrial impairment contributes to normal aging and to a wide spectrum of age-related diseases, including neurodegenerative diseases, such as AD, Parkinson’s Disease (PD), Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS), and Huntington’s Disease (HD). First of all, we started with mitochondria isolated from the brain of WT, single and double transgenic mice of different ages, from neonatal up to 2 years old animals, to investigate the age-dependent progression in the onset of potential mitochondrial dysfunctions. We evaluated mitochondrial bioenergetics parameters such as the oxygen consumption rate (OCR), the membrane potential and the calcium retention capacity (CRC). These experiments didn’t reveal overt defects in the respiratory complexes activity or in the sensitivity of the permeability transition pore (PTP) to matrix Ca2+ overload in transgenic animals compared to WT, suggesting that these FAD-linked mutations do not cause severe primary defects on the organelles. Isolated mitochondria represent a useful tool in many instances, but being removed from the cellular environment do not allow the study of the complex interaction that mitochondria entertain with other organelles or components of the cell. For this reason, we decided to study mitochondria in primary hippocampal cultures, specifically because the hippocampus is one of the first and main affected brain areas in AD. In the context of intact cells, the basal respiration and the ATP synthesis coupled respiration measured by the mean of the Extracellular Flux Analyzer (Seahorse) didn’t show significant differences among the three genotypes, whereas the maximal respiration was significantly higher in WT neurons compared to PS2APP neurons, suggesting a possible impairment in the supply of substrates to mitochondria. Measuring the ability of mitochondria to sustain the membrane potential upon the selective inhibition of either the respiratory chain or the ATP synthase suggested the presence of a possible defect in the latter enzyme, in its ability to hydrolyze ATP, or the presence of an unknown metabolic defect/s limiting the supply of ATP to the synthase to sustain its reverse activity. Despite these interesting data obtained in hippocampal neurons, we didn’t observe the same strong differences under similar conditions in experiments performed in human fibroblast carrying the same FAD-linked PS2 mutation. These differences could be due to the fact that fibroblasts are mostly glycolytic cells, which might be less affected than neurons by mitochondrial dysfunctions. In order to check the ATP synthase reverse activity, we measured NADH oxidation in isolated mouse brain-cortex mitochondria. The preliminary results showed a higher ATP hydrolysis rate in PS2 and PS2APP mitochondria compared with WT, but more experiments are needed to assess the statistical significance of this finding. Blocking the respiratory chain, or the ATP synthase, in neuronal cells, so likely impairing ATP production, didn't show any major difference in the ability of the cells to handle potentially threatening increased cytosolic calcium concentration, [Ca2+]c. This evidence prompted the conclusion that under these experimental conditions, neurons seem to be equally able to handle a decrease in ATP content, and perhaps prolonged and stronger stimuli would be necessary to disclose possible defects. Moreover, the basal ROS production in these cells is very low and seems to be similar among the genotypes. Given the results collected so far, it would be interesting to better clarify the activity of the ATP synthase in the transgenic animals and investigate further the metabolic cross-talk between mitochondria and the rest of the cell.
Il morbo di Alzheimer è la malattia neurodegenerativa più diffusa e una delle principali cause di demenza nei paesi occidentali. Questa patologia determina progressivi danni alla memoria e ad altre importanti funzioni cognitive. La maggior parte dei casi di Alzheimer è sporadica, compare in tarda età e i fattori di rischio più conosciuti sono l’invecchiamento e la variante allelica APO-e4 del gene che codifica per la lipoproteina E. Esiste tuttavia una piccola ma significativa percentuale di casi ereditari (forma familiare di Alzheimer, FAD) che è causata da mutazioni autosomiche dominanti in tre geni che codificano per la Proteina Precursore dell’Amiloide (APP), per la Presenilina-1 (PS1) e la Presenilina-2 (PS2). L’APP è una proteina transmembrana espressa principalmente nel cervello. Le preseniline sono proteine omologhe di membrana presenti soprattutto nel reticolo endoplasmatico e nell’apparato di Golgi. Costituiscono ciascuna, indipendentemente, la parte catalitica dell’enzima gamma-secretasi che, insieme all’enzima beta-secretasi, è responsabile del taglio dell’APP e della conseguente formazione di peptidi Abeta, molto dannosi per il cervello. L’identificazione di mutazioni genetiche coinvolte nelle forme familiari di Alzheimer, ha permesso lo sviluppo di modelli di topi transgenici. Dato che i casi sporadici e quelli familiari della malattia sono clinicamente molto simili, questi modelli rappresentano uno strumento essenziale per la ricerca, poiché permettono lo studio di possibili meccanismi molecolari condivisi e danno la possibilità di scoprire/migliorare eventuali terapie. In questo progetto, gli esperimenti sono stati effettuati utilizzando due modelli transgenici di topi disponibili in laboratorio. Il primo è un topo transgenico omozigote per la mutazione PS2-N141 che è stata posta sotto il controllo del promotore prionico e quindi viene espressa in tutti i tessuti. Il secondo modello è omozigote per la stessa mutazione di PS2 e anche per una mutazione dell’APP (APPSwe) che si trova sotto il controllo del promotore Thy.1, ed è quindi espressa solo nel cervello. L’obiettivo di questo studio è quello di trovare possibili danni precoci nei mitocondri di cervello in questi modelli transgenici di Alzheimer. I mitocondri sono organelli citoplasmatici principalmente coinvolti nel fornire energia alla cellula sotto forma di ATP, ma sono in realtà indispensabili per molte altre funzioni, come ad esempio il controllo dell’omeostasi del calcio, la produzione delle specie radicali di ossigeno (ROS) e l’apoptosi. Al giorno d’oggi, è ampiamente accettato che danni a questi organelli non sono solo presenti durante il normale invecchiamento ma anche in molte altre malattie legate ad esso, comprese le malattie neurodegenerative come l’Alzheimer, il morbo di Parkinson, la sclerosi laterale amiotrofica e la corea di Huntington. I primi esperimenti sono stati effettuati in mitocondri isolati dal cervello dei topi WT, PS2 e PS2APP, partendo da quelli di 8 giorni fino a topi di 2 anni, per documentare la possibile presenza e/o progressione di disfunzionalità dei mitocondri. Abbiamo valutato diversi parametri bioenergetici, come la velocità di consumo dell’ossigeno (oxygen consumption rate, OCR), il potenziale di membrana mitocondriale e la capacità dei mitocondri di accumulare calcio nella matrice (calcium retention capacity, CRC). I risultati di questi esperimenti non hanno tuttavia rivelato particolari differenze tra i topi WT e quelli transgenici, né per quanto riguarda l’attività dei complessi della catena respiratoria, né per la sensibilità del poro di transizione della permeabilità mitocondriale (permeability transition pore, PTP) ad un elevato aumento di Ca2+ nella matrice. Tali dati suggeriscono che probabilmente, queste mutazioni FAD non inducono direttamente danni ai mitocondri. I mitocondri isolati sono uno strumento molto utile per studiare le caratteristiche e la funzionalità di questi organelli, ma presentano tuttavia alcuni svantaggi: per esempio, in queste condizioni il mitocondrio è separato dal suo ambiente fisiologico e non è così possibile studiare le sue interazioni con le altre componenti del citoplasma. Per questo motivo, abbiamo deciso di spostare la nostra attenzione sulle colture primarie neuronali di ippocampo, perché quest’area del cervello è una delle regioni maggiormente e precocemente colpite dall’Alzheimer. Per prima cosa, abbiamo comparato la respirazione basale e la respirazione accoppiata alla sintesi di ATP misurate con l’Extracellular Flux Analyzer (Seahorse) senza però trovare differenze significative tra le colture dei tre genotipi. La misura della respirazione massima è invece più alta nei WT rispetto a PS2 e PS2APP, e la differenza è significativa tra WT e PS2APP, suggerendo una possibile alterazione nel rifornimento di substrati ossidabili ai mitocondri. In seguito, le misure effettuate per valutare la capacità dei mitocondri di mantenere il potenziale di membrana dopo l’inibizione selettiva dei complessi della catena respiratoria o dell’ATP sintasi, hanno rivelato un possibile difetto in quest’ultima, che potrebbe limitare la capacità di idrolizzare l’ATP, oppure alla presenza di difetti metabolici sconosciuti che limitano il rifornimento di ATP del citoplasma per sostenere l’attività idrolitica. Visti questi risultati, abbiamo provato a ripetere gli esperimenti in fibroblasti provenienti da pazienti caratterizzati dalla stessa mutazione di PS2 presente nei modelli transgenici di topo. In questo caso però, la differenza tra fibroblasti provenienti da controlli sani e quelli provenienti dai pazienti non è così marcata come quelli emersi dagli studi nelle colture neuronali primarie. Questo può essere spiegato dal fatto che i fibroblasti sono cellule molto diverse dai neuroni, potrebbero ad esempio utilizzare di più la glicolisi, o semplicemente potrebbero risentire meno dell’effetto della mutazione in PS2. Per verificare se effettivamente potesse esserci un difetto a livello dell’attività idrolitica dell’ATP sintasi, abbiamo provato a misurare indirettamente la velocità di idrolisi dell’ATP in mitocondri isolati da cervello di topi dei tre genotipi tramite l’ossidazione del NADH. Al momento, sembra che la velocità di idrolisi sia più veloce nei transgenici, anche se il numero di esperimenti non è ancora sufficiente per stabilire se tale differenza sia significativa o meno. Abbiamo inoltre verificato che bloccando la catena respiratoria o l’ATP sintasi, di fatto diminuendo la quota di ATP prodotto dai mitocondri, i neuroni WT, PS2 e PS2APP sono ugualmente in grado di regolare il calcio citosolico. Questo suggerisce che in queste condizioni sperimentali i neuroni sono in grado di sopperire alla riduzione dell'ATP e che probabilmente per evidenziare delle differenze tra i genotipi bisognerebbe utilizzare uno stimolo più forte o prolungato. Un altro parametro verificato è la produzione di ROS, che in condizioni basali è molto basso e che sembra essere simile tra i genotipi. Dati i risultati ottenuti fino ad adesso, sarebbe interessante studiare nel dettaglio l’attività dell’ATP sintasi che potrebbe essere alterata nei modelli transgenici e soprattutto potrebbe essere interessante studiare le interazioni metaboliche tra i mitocondri e il resto della cellula.

Il lavoro di ricerca si propone di approfondire l'indagine sulle basi neurali del riconoscimento visivo di oggetti, esaminando in particolare il ruolo delle strutture del lobo mediale temporale (ippocampo, corteccia rinale e paraippocampale) nel processing visivo e semantico. Il lavoro di ricerca, articolato in tre esperimenti, è stato condotto su pazienti con epilessia farmaco-resistente al lobo mediale temporale, utilizzando come tecnica di indagine, la registrazione dei potenziali evocati intracranici (con elettrodi di profondità inseriti nel lobo mediale temporale). I risultati ottenuti hanno dimostrato una dissociazione funzionale fra ippocampo e corteccia rinale, con uno specifico contributo dell'ippocampo al processing semantico

Introduzione: La dipendenza da cibo è un disturbo comportamentale caratterizzato da modelli maladattativi di consumo alimentare, in cui alimenti ricchi in zuccheri, sale e/o grassi possono indurre una dipendenza tale da essere paragonata ai disturbi relativi all’abuso di sostanze. Alla base di questo processo vi è l’associazione tra questi cibi altamente palatabili e la sensazione piacevole e rinforzante indotta dal loro consumo, che può essere codificata in una nuova memoria maladattativa sottostante il disturbo di dipendenza. Infatti, le nuove informazioni che riceviamo quotidianamente dall’esterno vengono processate dal nostro cervello tramite un primo stadio di codifica e un secondo stadio di consolidamento, durante il quale vengono stabilizzate in una nuova memoria e integrate nella rete cerebrale di conoscenze preesistenti. Tuttavia, dopo il suo consolidamento, una memoria può essere destabilizzata e riportata ad uno stato di labilità che ne permette la modifica e l’eventuale integrazione con nuove informazioni. Infine, un nuovo processo di stabilizzazione chiamato riconsolidamento è necessario affinché la traccia mnemonica aggiornata sia nuovamente stabilizzata. Da recenti studi, è noto come il sonno sia rilevante sia per il consolidamento che per il riconsolidamento della memoria. Tuttavia, mentre è chiaro come il consolidamento che avviene durante il sonno permetta la stabilizzazione a lungo termine delle tracce mnemoniche, non è ancora stato del tutto chiarito il ruolo del sonno nel processo di riconsolidamento. Scopo: Date queste premesse, e nota l’importanza dell’interazione tra amigdala basolaterale (BLA) e ippocampo nel riconsolidamento delle memorie appetitive, gli obiettivi della presente tesi erano: i) valutare come l’amigdala BLA e ippocampo interagiscono in termini di potenziali locali durante la riattivazione della memoria strumentale effettuata o durante la fase di attività o durante la fase di inattività del ciclo circadiano dei roditori; ii) valutare come il richiamo della memoria effettuato durante la fase attiva o quella inattiva possa influenzare il successivo processo di riconsolidamento, e iii) trovare, in-vivo, un marker di riattivazione della memoria appetitiva. Metodi: Sono stati utilizzati 32 ratti maschi, ceppo Sprague Dawley, a cui sono stati impiantati due elettrodi profondi: uno in BLA e uno in ippocampo, per la registrazione dei potenziali locali. I ratti sono stati sottoposti ad un protocollo comportamentale in gabbia operante di auto-somministrazione di saccarosio, composto da quattro stadi: addestramento (i), in cui i ratti imparavano l’associazione tra la pressione di una leva e l’emissione di un pellet di saccarosio; astinenza (ii), durante la quale i soggetti non venivano esposti al contesto di addestramento; riattivazione o non riattivazione (iii) della memoria strumentale in gabbia operante, svolta o durante la fase di attività, o durante la fase di inattività; test di ricaduta (iv). I potenziali locali sono stati analizzati per lo stadio (iii) in modo da ottenere la potenza delle oscillazioni theta e gamma per i due elettrodi profondi; tali frequenze sono state scelte in quanto rilevanti per i processi mnemonici. Infatti, il richiamo della memoria è correlato alla sincronizzazione delle onde theta (4-12 Hz) tra BLA e altre aree cerebrali quali l’area CA1 dell’ippocampo, ed è inoltre correlato alle basse gamma (30-60 Hz) nell’ippocampo. Infine, l’accoppiamento tra le onde theta e gamma nell’ippocampo è un noto metodo di comunicazione tra sotto-aree ippocampali nel corso dei processi di memoria. Risultati: I risultati hanno mostrato la presenza di una correlazione inversa tra la potenza delle basse gamma nell’area CA1 ippocampale e il tasso di risposta durante lo stadio di richiamo della memoria nella fase di attività, indipendentemente dal fatto che i soggetti stessero o meno premendo la leva. Le basse gamma potrebbero quindi rappresentare un marker di correlazione per il richiamo della memoria appetitiva. Inoltre, la potenza di basse e alte gamma ippocampali aumenta durante le epoche di pressione di leva quando il richiamo della memoria viene effettuato nella fase di inattività, suggerendo che le onde gamma potrebbero essere dei marker correlazionali specifici per la componente strumentale del richiamo della memoria effettuato durante la fase di inattività. Conclusioni e limitazioni: Per concludere, i risultati hanno mostrato l’importanza delle frequenze basse gamma nel richiamo delle memorie appetitive, tuttavia non hanno mostrato alcuna differenza a livello delle onde theta, né a livello della BLA. Di conseguenza, si conclude che il protocollo utilizzato nella presente tesi non ha mostrato una sensibilità sufficientemente elevata nell’evidenziare i cambiamenti ipotizzati a livello dei potenziali locali. Lo svolgimento di ulteriori esperimenti che andranno a determinare misure di connettomica quali coerenza e accoppiamento, sia intra- che inter- area, aiuterà a determinare se e come le due aree comunicano tra di loro.
Introduction: Food addiction is a behavioural disorder in which individuals develop maladaptive patterns of food consumption. Particularly, food containing processed sugars, salt, fat etc. can be addictive, and refined food consumption behaviours may meet the criteria for substance use disorders. For these characteristics, food addiction can also be considered a memory disorder. Memories in the brain are processed as follows: new information is encoded and then long-term consolidated through a process allowing its integration into already existing knowledge networks. After a memory has been consolidated, it can be destabilized and brought back to a labile state, requiring a new re-stabilization process called reconsolidation. Memory consolidation is known to require sleep. In fact, sleep allows new memory traces to long-term stabilize. Sleep also seems to influence memory reconsolidation; however, its involvement in this process is not yet clear. Aim: Given these premises, the goals of the project were: to evaluate how basolateral amygdala (BLA) and hippocampus interact in terms of local field potentials (LFPs) when appetitive instrumental memory is retrieved either during active or inactive phase of rats circadian rhythm; to evaluate how retrieving the memory in the activity vs inactivity phase influences following memory reconsolidation; and to find an in vivo electrophysiological marker of appetitive memory retrieval. In fact, it has been shown that BLA and dorsal hippocampus interaction is crucial for appetitive memory reconsolidation. Methods: Thirty-two male Sprague Dawley rats were implanted with in-depth electrodes for LFPs recordings in BLA and dorsal hippocampal CA1 and subject to a behavioural protocol apt to induce appetitive memory retrieval. The behavioural procedure consisted of four stages: training (i), in which animals learned lever pressing – sucrose reward association; abstinence (ii), during which subjects were not exposed to the training context; memory retrieval or no retrieval (iii): instrumental memory reactivation or no reactivation, performed either during active or inactive phase; and relapse test (iv), during which sucrose-seeking behaviour was analysed. Theta and gamma oscillations powers were analysed during stage (iii). In fact, they are known to be involved in memory processes. Memory retrieval has been shown to correlate with theta (4-12 Hz) synchronization between BLA and other brain areas (such as hippocampal CA1) and with low gamma (30-60 Hz) in hippocampus. Particularly, theta-gamma cross-frequency coupling has been shown to be used as a mean of communication between hippocampal sub-areas during memory processing. Results: Results showed an inverse correlation between hippocampal CA1 low gamma power and reactivation rate of responding (either when rats were lever pressing or not) when reactivation was performed during the active phase. This suggests that low gamma may be a correlational marker of instrumental sucrose memory retrieval, independent of whether rats were lever-pressing or not. Moreover, hippocampal CA1 gamma bands increased when lever pressing during instrumental memory reactivation while in the inactive phase, suggesting that both low and high gamma bands may be correlational markers to actual instrumental responding retrieval during the inactive phase. Conclusions and limitations: In conclusion, results showed that low gamma is relevant in sucrose appetitive memory retrieval. However, no difference was observed in the theta frequency band, nor at the level of BLA. Therefore, the current protocol did not have the sensitivity to detect predicted changes in LFPs. Further experiments would help investigating if and how the two areas interact, by determining connectomics measures such as coherence and coupling within and between areas.