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Studio: Le strutture del neurone sono dissimili fra le aree del cervello in ogni persona

È stato riferito che il volume delle aree del cervello quali la circonvoluzione temporale superiore e la corteccia anteriore del cingulate diminuisce nella schizofrenia ma un cambiamento preciso della struttura tridimensionale del neurone è rimanere poco chiaro.

Il Dott. Itokawa ed il loro collega ha eseguito gli esperimenti di Nanotomography facendo uso delle ottica della lastra grossa di zona di Fresnel al beamline di BL37XU della funzione di radiazione di sincrotrone SPring-8 e al beamline 32-ID della sorgente avanzata del fotone (APS) del laboratorio nazionale di Argonne.

Complessivamente 34 gruppi di dati tridimensionali di immagine del livello V della corteccia BA22 sono stati accecati codificando i nomi di gruppo di dati e sono stati sottoposti ad una procedura automatizzata per sviluppare i modelli coordinati cartesiani delle strutture del tessuto.

Hanno trovato che differenze strutturali dei neurites e delle spine dorsali fra le aree del cervello e fra i casi. Indica che 1) le strutture del neurone sono dissimili fra le aree del cervello in ogni persona e che 2) la diversità stessa varia da personale.

Il cervello ha un'architettura modulare in cui le aree differenti con differenti ambiti di provenienza genetici esercitano le funzioni differenti, per esempio linguaggio e suono in BA22 e cognizione ed emozione in BA24.

Oltre al mosaicism genetico, i fattori ambientali e le differenze di formazione fra le persone forniscono gli stimoli differenti alle aree differenti del cervello, possibilmente con conseguente differenze in strutture del neurone fra le aree del cervello.

I tessuti cerebrali di area 22 (BA22 di Brodmann, magenta) del lobo temporale sono stati macchiati con impregnazione di Golgi e sono stati sottoposti al nanotomography di radiazione di sincrotrone per prevedere le strutture tridimensionali del tessuto in livello V.

I gruppi di dati ottenuti con quelli dell'area BA24 (blu) della corteccia anteriore del cingulate sono stati usati per l'analisi geometrica. La rappresentazione mostra un'immagine tridimensionale del gruppo di dati di S1A catturato dal tessuto BA22 della cassa dello S1 della schizofrenia.

La superficie pial è verso la cima. I valori di Voxel di 160-800 sono stati resi con l'algoritmo del HQ dello spargimento facendo uso di VGStudio (grafici del volume, Germania). Barra del disgaggio: μm 10. La B la rete di un neurone è stata ricostruita nello spazio coordinato cartesiano rintracciando le strutture nell'immagine.

In primo luogo, i neurites sono stati scanditi calcolando il vettore flow37 di gradiente e poi sono stati rintracciati facendo uso di un Sobel tridimensionale filter38. Il modello generato da computer risultante è stato esaminato e modificato come previously9 riferito. Il modello ottenuto del gruppo di dati di S1A è stato ritirato facendo uso di MCTrace22. I componenti strutturali colore-sono codificati.

La stessa analisi è stata ripetuta per 34 gruppi di dati di 4 di controllo 4 e della schizofrenia casi. La rappresentazione tridimensionale della gabbia di C dell'immagine osservata (grigia) è sovrapposta sul modello strutturale di un dendrite apicale (rosso) indicato con una piccola casella tratteggiata nel B.

La mappa tridimensionale è contornata a 3,0 volte che la deviazione standard (σ 3,0) del voxel stima con una dimensione di griglia di 97,6 nanometro. I vertici che compongono la struttura sono indicati con gli ottagoni. Le coordinate cartesiane tridimensionali di D della struttura rintracciata sono state usate per calcolare i parametri geometrici, compreso curvatura media e torsione media per ogni neurite.

Un volume indicato con la casella più bassa in B è ingrandetto ed i sui due neurites rappresentativi sono evidenziati, di cui quello blu è tortuoso e quindi ha un'alta curvatura media, mentre quello nero è piuttosto diritto e quindi ha una curvatura media bassa.

Le frecce indicano le posizioni corrispondenti nel tracciato del beeswarm che mostra la distribuzione di curvatura di tutti i neurites in questa struttura di S1A.

Kraepelin ha collocato la schizofrenia in un capitolo sui disordini metabolici nella quinta edizione del suo Psychiatrie pubblicato nel 1896.

Se la relazione fra lo sforzo del carbonilico e la curvatura del neurite è osservata negli studi di approfondimento futuri, possiamo considerare i risultati suddetti come il primo esempio che suggeriamo un'unità di malattia della schizofrenia come in primo luogo preveduta da Kraepelin, cioè, un'unità di malattia identificata con una patologia (alta curvatura del neurite), il sintomo (sintomi negativi), il corso di malattia (sviluppo cronico) ed il risultato (resistenza di trattamento).

Source:
Journal reference:

Mizutani, R., et al. (2021) Structural diverseness of neurons between brain areas and between cases. Translational Psychiatry. doi.org/10.1038/s41398-020-01173-x.