Riassunto analitico
Le emozioni sono una parte centrale della nostra vita mentale, capaci di determinarci come individui e, contemporaneamente, motivare le nostre azioni. Data la difficoltà di definire le emozioni, un modo per facilitare il loro studio è quello di descriverle in base alla loro direzionalità, raggruppandole in stati emozionali. La valenza e l'intensità sono considerati due parametri fondamentali per il loro ruolo di discernere le emozioni da altri tipi di stati mentali. Due esempi di stati negativi sono la paura ed il malessere, i quali si sono evoluti per proteggerci contro danni futuri da possibili minacce. Al contrario, stati emotivi positivi sono generalmente suscitati dal ricevimento di una gratificazione (reward) o dalla cessazione di una punizione (relief). Oltre spiegazioni psicologiche ed evolutive, le emozioni necessitano anche di spiegazioni descrittive inerenti ai meccanismi cerebrali che le regolano ed esprimono. La ricerca animale offre una grande opportunità nell’identificare i correlati neurali alla base delle emozioni. Un´area cerebrale coinvolta nel processare le diverse emozioni è la corteccia insulare (IC). Il fatto che questa regione riceva proiezioni da nuclei talamici sensoriali, da regioni limbiche, in particolare l'amigdala, e da aree corticali associate, evidenzia la sua importanza nell’elaborazione degli affetti. Purtroppo, ancora oggi abbiamo soltanto una conoscenza limitata dell’architettura interna di tali circuiti. "Come sono processati stati emotivi di base, come fear e reward, nella IC?" è una domanda ancora al centro del dibattito scientifico. Inducendo stati emotivi negativi e positivi in topi, abbiamo studiato il fenotipo comportamentale ed il profilo molecolare dei neuroni attivati da stimoli emozionali specifici. Contemporaneamente, abbiamo ottimizzato una tecnica basata sul reclutamento di ribosomi fosforilati, usati come tag di neuroni attivati da stati emozionali di diversa valenza. Di conseguenza, attraverso esperimenti di immunoistochimica e di qPCR abbiamo valutato la distribuzione e l'identità, rispettivamente, di popolazioni neurali attivate da stati emotivi opposti nella IC. In ultima analisi, studiando l'espressione differenziale di geni in diverse regioni del cervello attraverso la tecnologia del Next Generation Sequencing, ci aspettiamo di rilevare geni determinanti nell’induzione di stati emotivi di valenza opposta e potenzialmente associati a disturbi neuropsichiatrici. I nostri risultati rivelano che, generalmente, stimoli di natura diversa influenzano il pattern motorio e che uno stimolo stressante, come uno shock, stimola processi di neuroinfiammazione e plasticità neuronale. Inoltre, stati emozionali di valenza opposta attivano principalmente la IC anteriore, suggerendo che quest’area cerebrale giochi un ruolo importante nella salienza e nell’interocezione, piuttosto che nella codifica di emozioni specifiche. Contemporanemente, abbiamo potuto dimostrare che il sequenziamento di RNA da tessuto cerebrale, isolato con il metodo della cattura di ribosomi fosforilati, è un metodo promettente per lo studio delle caratteristiche molecolari alla base delle emozioni. Infine, comprendere come le emozioni siano processate nella IC è di enorme importanza, poiché essa è implicata in una vasta gamma di condizioni sia psichiatriche sia neurologiche. Sarà quindi presentata una panoramica delle conoscenze sul ruolo della IC nel determinare queste condizioni.
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Abstract
Emotions are a central part of our mental life, guiding behaviors essential for survival. Since emotions are difficult to define, researchers have attempted to study emotions on the basis of their directionality, clustering emotions in emotional states. Valence and intensity are considered two building blocks for their roles to discern emotions from other kinds of mental states, providing an evolutionary key to study emotions across different species. Fear and malaise are two examples of aversive states, which have evolved to protect us against possible future threats and damage. On the contrary, positive emotional states are usually elicited by the delivery of a reward or the termination of a punishment (i.e., relief). Beside psychological and evolutionary explanations, emotions also need proximate explanations of the brain mechanisms that regulate and express emotions. Research on animals offers a great opportunity to identify emotional circuitry in the brain. One brain area involved in emotional processing is the insular cortex (IC). The fact that this region receives projections from sensory thalamic nuclei, limbic regions, especially the amygdala and its associated cortical areas, highlights its importance in emotional processing. Despite the central role of IC, we have only limited knowledge about its internal circuit architecture. Question as “how are basic emotional states, such as fear and reward, mapped onto the insular cortex?” is still at the centre of the debate. To address this problem, we focused on the mouse as a tractable model of the mammalian brain with established emotion-related behaviors. By inducing negative or positive emotional states in mice, we studied behavioral phenotypes and molecular profiling of activated neurons by those specific states. At the same time, we established in the laboratory a recently developed technique based on the recruitment of ribosomes with a specific phosphorylation pattern which serves as a tag of activated neurons by emotional states of opposite valence. Consequentially, through immunohistochemistry and qPCR experiments we could assess the gross anatomy and the identity, respectively, of activated neuronal populations in the IC induced by opposite emotional states. Ultimately, by investigating the differential gene expression in various brain regions using Next Generation Sequencing technology, we expect to identify genes relevant for opposite emotional states or potentially associated to disease. Our findings suggested that stimuli of opposite emotional valence influence locomotor activity and that a stressful stimulus, such as shock, is linked to neuroinflammation and neuronal plasticity. Additionally, emotional states mainly activate the anterior IC, suggesting that this evolutionarily young brain area plays a major role in saliency and interoception, rather than in decoding specific emotions. We could also show that the capture of phosphorylated ribosomes is a potential method for studying the molecular signatures of opposite emotional states. Finally, understanding how emotions are processed in the IC is of tremendous importance, given that the IC is implicated in a wide range of both psychiatric and neurological conditions. Thus, an overview of the role of IC in determining these conditions will be given.
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