Gli interessi scientifici sono volti allo studio delle
regolazioni fisiologiche nel ciclo veglia-sonno, con particolare
riguardo agli aspetti neurofisiologici e neurochimici che
sottendono la relazione tra sonno e ambiente. L'attività di
ricerca si svolge nel grupo di ricerca "Regolazioni Fisiologiche
nel ciclo Veglia-Sonno" come coordinatore dell'attività del
"Laboratorio 1. Comportamento"
Il modello sperimentale utilizzato è il ratto albino. In questo
modello:
i) Il livello operativo delle regolazioni fisiologiche
durante il ciclo veglia-sonno è studiato mediante tecniche
neurofisiologiche, con particolare riguardo agli aspetti vegetativi
ed endocrini che sottendono la termoregolazione, l'osmoregolazione
e la regolazione del metabolismo;
ii) la struttura e la regolazione del ciclo
veglia-sonno e l'andamento delle variabili vegetative sono
analizzate in relazione a modificazioni delle condizioni
ambientali (temperatura, luminosità, suono, disponibilità d'acqua,
diete modificate) e/o dopo somministrazione sistemica e/o locale
(attraverso micro-cannule localizzate in specifiche aree nervose
centrali) di sostanze di natura endogena o esogena;
iii) le modificazioni funzionali in specifiche aree
encefaliche che risultano coinvolte nella regolazione dei processi
ipnici e delle funzioni vegetative ed endocrine sono
studiate a livello molecolare mediante tecniche neurochimiche e
immunoistochimiche
i) studio del livello operativo
delle regolazioni fisiologiche durante il ciclo
veglia-sonno
Sono in corso ricerche volte a studiare il livello operativo
delle delle regolazioni fisiologiche utilizzando tecniche
neurofisiologiche classiche di derivazione dell'attività da fibre
nervose. L'analisi dell'attvità
periferica vegetativa sarà studiata determinando
l'attività dell'innervazione simpatica del tessuto adiposo bruno
(BAT), che interviene negli animali adulti di piccola taglia a
determinare la termogenesi senza brivido sia termoregolatoria, sia
metabolica. Il BAT è esclusivamente attivato dal simpatico.
L'esecuzione di quest'indagine richiede un'importante messa a punto
tecnica, perché si dovrà effettuare la registrazione, fin'ora
attuata nell'animale anestetizzato, durante il comportamento ipnico
spontaneo nel soggetto libero di muoversi. L'attività del BAT e,
più in generale, quella termoregolatoria e metabolica è
attualmente studiata attraverso manipolazione delle strutture
centrali coinvolte nella regolazione delle attività medesime, quali
la regione preottica-ipotalamo anteriore (PO-AH) e il raphe
pallidus, mediante microiniezioni di sostanze in grado di
interferire con la neurotrasmissione. Grazie all'utilizzo di una
termocamera digitale a infrarossi è possibile monitorare la
vasomozione periferica.
ii) studio degli
aspetti strutturali e della regolazione del
ciclo veglia-sonno
La struttura del ciclo veglia-sonno e l'andamento delle
variabili vegetative sono studiate in un laboratorio che
consente la registrazione contemporanea dell'attività
elettroencefalografica ed elettrocardiografia, dell'andamento di
temperature centrali e periferiche e del movimento nell'animale
libero di muoversi. Gli animali sono mantenuti in due box
termoregolati, ventilati e con luminosità regolabile, all'interno
di una camera silente. I segnali, digitalizzati e acquisiti su PC,
sono analizzati sia on-line sia off-line per ottenere la
classificazione automatica delle fasi del ciclo veglia-sonno e
l'analisi di frequenza dei segnali bioelettrici. Le ricerche sono
volte: a) allo studio della regolazione del sonno REM e all'analisi
quantitativa della sua comparsa in condizioni sperimentali che
interferiscano con il normale manifestarsi di questa fase del
sonno; b) all'analisi delle modificazioni della struttura del ciclo
veglia-sonno e, in particolare, della modalità di comparsa del
sonno REM durante gli stadi iniziali di sviluppo di obesità indotta
dalla somministrazione di una dieta iperlipidica. Il primo
approccio prevede esperimenti in cui si
inducono modificazioni dell'attività vegetativa e si
interferisce con la comparsa del sonno REM sia mediante
esposizione a bassa temperatura ambientale, sia mediante
somministrazione sistemica di sostanze in grado di interferire
con il normale ciclo veglia-sonno. Sono analizzate il ripristino
della normale funzione vegetativa e, soprattutto, la relazione tra
il sonno REM perduto e quello recuperato nel periodo di recupero
successivo alle manipolazioni dell'animale (omeostasi del sonno
REM). Il secondo approccio, che si inserisce nel progetto
strategico di Ateneo “Studio della relazione tra modificazioni
delle regolazioni autonome, metaboliche ed endocrine e lo stato
comportamentale ipnico nell'aumento di peso provocato dall'eccesso
alimentare”, prevede lo studio longitudinale delle modificazioni
ipniche durante l'aumento ponderale conseguente alla
somministrazione di una dieta speciale ad alto contenuto lipidico
(30%).
iii) analisi a livello molecolare dell'attività di
specifiche aree encefaliche coinvolte nella regolazione dei
processi ipnici e delle funzioni vegetative ed
endocrine
Lo studio degli aspetti molecolari dell'attività di aree
encefaliche coinvolte nei processi di regolazione ipnica e
vegetativa ha mostrato che la privazione di sonno REM per
esposizione a bassa Ta, si accompagna alla specifica riduzione
della capacità di accumulo di cAMP nella PO-AH. Quest'area
controlla gli aspetti vegetativi della termoregolazione, funzione
che risulta sospesa durante il sonno REM. Lo studio in corso
prevede l'analisi dell'attività funzionale di un'altra
struttura ipotalamica, quale il nucleo paraventricolare, che nella
sua componente magnocellulare sostiene una diversa regolazione,
quale l'osmoregolazione, mediante il rilascio di vasopressina (VP)
e in quella parvocellulare sostiene la termoregolazione endocrina,
mediante il rilascio di ormone liberante la tireotropina (TRH). Ciò
sarà attuato misurando durante il sonno la liberazione di VP,
suscitata dalla somministrazione di soluzioni ipertoniche e quella
di TRH, suscitata dal raffreddamento locale di PO-AH. Poiché queste
liberazioni dipendono da stimoli specifici agenti su sistemi ben
conosciuti, si otterranno rappresentazioni topografiche di queste
modalità di attivazione mediante la determinazione
immunocitochimica del prodotto proteico dell'Immediate Early Gene
(IEG) cfos (cFos) e della forma attiva del fattore di trascrizione
costitutivo Ca++/cAMP Responsive Element Binding protein (CREB).
Questa analisi sarà applicata anche ai protocolli descritti al
punto ii) per valutare quali aree centrali risultino coinvolte nei
processi che sottendono l'omeostasi del sonno REM.
