Come funziona la bussola interna del cervello

Eseguite registrazioni della popolazione di cellule HD talamiche utilizzando l'imaging del calcio durante le rotazioni controllate di un punto di riferimento visivo

Gli scienziati hanno acquisito nuove informazioni sulla parte del cervello che ci dà un senso dell'orientamento, monitorando l'attività neurale con gli ultimi progressi nelle tecniche di imaging del cervello. I risultati, pubblicati su Nature (1), fanno luce su come il cervello si orienta in ambienti mutevoli e persino sui processi che possono andare storti con malattie degenerative come la demenza, che lasciano le persone perse e confuse.

«La ricerca sulle neuroscienze ha assistito a una rivoluzione tecnologica nell'ultimo decennio, permettendoci di porre e rispondere a domande che solo pochi anni fa potevamo solo sognare», afferma il dottor Mark Brandon (2), professore associato di psichiatria alla McGill University e ricercatore presso il Douglas Research Centre, che ha co-condotto la ricerca con Zaki Ajabi, ex studente della McGill University e ora ricercatore post-dottorato presso la Harvard University.

Leggere la bussola interna del cervello

Per capire in che modo le informazioni visive influiscono sulla bussola interna del cervello, i ricercatori hanno esposto i topi a un mondo virtuale disorientante mentre registravano l'attività neurale del cervello. Il team ha registrato la bussola interna del cervello con una precisione senza precedenti utilizzando gli ultimi progressi nella tecnologia di registrazione neuronale.

Questa capacità di decodificare accuratamente la direzione interna della testa dell'animale ha permesso ai ricercatori di esplorare come le cellule Head-Direction, che costituiscono la bussola interna del cervello, supportano la capacità del cervello di riorientarsi in un ambiente mutevole. Nello specifico, il team di ricerca ha identificato un fenomeno che chiamano “guadagno di rete” che ha permesso alla bussola interna del cervello di riorientarsi dopo che i topi erano stati disorientati. «È come se il cervello avesse un meccanismo per implementare un 'pulsante di ripristino' che consenta un rapido riorientamento della sua bussola interna in situazioni confuse», afferma Ajabi.

Sebbene gli animali in questo studio siano stati esposti a esperienze visive innaturali, gli autori sostengono che tali scenari sono già rilevanti per l'esperienza umana moderna, in particolare con la rapida diffusione della tecnologia della realtà virtuale. Questi risultati «possono alla fine spiegare come i sistemi di realtà virtuale possano facilmente prendere il controllo del nostro senso dell'orientamento», aggiunge Ajabi.

I risultati hanno ispirato il team di ricerca a sviluppare nuovi modelli per comprendere meglio i meccanismi sottostanti. «Questo lavoro è un bellissimo esempio di come gli approcci sperimentali e computazionali insieme possano far progredire la nostra comprensione dell'attività cerebrale che guida il comportamento», afferma il coautore Xuexin Wei (3), neuroscienziato computazionale e professore assistente presso l'University of Texas ad Austin.

Malattie degenerative

I risultati hanno anche implicazioni significative per la malattia di Alzheimer. «Uno dei primi sintomi cognitivi auto-riferiti dell'Alzheimer è che le persone diventano disorientate e si perdono, anche in contesti familiari», afferma Brandon.

I ricercatori si aspettano che una migliore comprensione di come funziona la bussola interna del cervello e il sistema di navigazione porterà a una diagnosi precoce e a una migliore valutazione dei trattamenti per il morbo di Alzheimer.

L'articolo di Nature “Population dynamics of head-direction neurons during drift and reorientation” è stato redatto da: Zaki Ajabi, Alexandra Keinath, Xue-Xin Wei e Mark Brandon. La ricerca è stata supportata dal Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada e dal Canadian Institutes of Health Research.

Fondata a Montreal, in Quebec, nel 1821, la McGill University è la migliore università di dottorato in medicina del Canada. McGill è costantemente classificata come una delle migliori università, sia a livello nazionale che internazionale. È un istituto di istruzione superiore di fama mondiale con attività di ricerca che abbracciano tre campus, 11 facoltà, 13 scuole professionali, 300 programmi di studio e oltre 39.000 studenti, inclusi oltre 10.400 studenti laureati. McGill attira studenti da oltre 150 paesi in tutto il mondo, i suoi 12.000 studenti internazionali costituiscono il 30% del corpo studentesco. Oltre la metà degli studenti McGill afferma di avere una prima lingua diversa dall'inglese, incluso circa il 20% dei nostri studenti che affermano che il francese è la loro lingua madre.

Riferimenti:

(1) Population dynamics of head-direction neurons during drift and reorientation

(2) Mark Brandon

(3) Xuexin Wei

Descrizione foto: Scultura in bronzo di Giacomo Manzù 'Fauno, 2004 (1968)'. - Credit: Redazione.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: How the brain's 'internal compass' works