Esaminando il cervello dei mammiferi, è emersa una silenziosa attività neurale duranti i comportamenti più spontanei. A svelarlo, un nuovo affascinante studio, che ha gettato luce sulle fluttuazioni inaspettate nell’attività di oltre 50 aree corticali.
In passato, erano già stati evidenziati i legami tra il comportamento spontaneo e le dinamiche neurali della corteccia cerebrale, ma oggi la situazione appare più chiara e apre la strada al trattamento di neuropatologie come l’autismo
Cervello sotto osservazione: il mistero dei neuroni e dei topi
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Cervello e dintorni. Nei laboratori della Yale University e dell’Università della California a San Diego, i ricercatori hanno condotto degli esperimenti molto singolari sui topi, a caccia dei segreti dei neuroni e del comportamento.
Michael J. Higley, capo del team, ha fatto dell’indagine dell’attività neuronale in topi svegli e attivi il proprio marchio distintivo. «Questi insiemi di dati complessi presentano alcune sfide profonde per l’analisi e l’interpretazione della loro relazione con il comportamento. Attraverso una collaborazione con Ronald Coifman del Dipartimento di Matematica di Yale, la ricercatrice Hadas Benisty ha utilizzato la sua esperienza in matematica e nell’elaborazione dei segnali per esaminare i nostri dati di imaging in nuove modi», ha dichiarato a Medical Xpress.
Con tattiche e strumenti matematici in mano, Benisty ha studiato quei dati criptici, decifrando i messaggi celati tra le pieghe del cervello dei topi.
Cosa hanno rivelato le nuove intuizioni sui neuroni e relativo comportamento dei topi? Indaghiamo…
Lo strano comportamento spontaneo nei topi
Nella penombra del laboratorio, un’indagine serrata su topi svegli e mossi da impulsi spontanei si svolge sotto l’occhio vigile dei ricercatori. Il dottor Michael J. Higley, spiega «abbiamo sviluppato tecniche per scrutare la corteccia cerebrale di questi topolini per anni».
L’obiettivo è chiaro: identificare i segnali neurali legati al comportamento spontaneo dei topi.
Il mistero si infittisce mentre Higley descrive il lavoro intrapreso. «Esaminiamo da vicino questi dati, ma l’interpretazione è un enigma».
Poi la trama si complica ulteriormente: i dettagli dei segnali cerebrali dietro il comportamento spontaneo dei topi cominciano a delinearsi. L’analisi dei dati rivelata da Benisty potrebbe essere la svolta che il team ha atteso. Ma le domande ancora pendono nell’aria come fumo denso: quali segreti celano queste sinapsi cerebrali e quali scoperte porteranno alla luce?
«Normalmente, dividiamo il cervello in diverse aree diverse e misuriamo come l’attività vada su e giù nel tempo in ciascuna regione», rimarca Higley.
«Studi precedenti (compresi quelli del nostro laboratorio) hanno esaminato come queste fluttuazioni su e giù si verifichino durante i cambiamenti misurati nel comportamento dell’animale (come correre su una ruota). Qui, abbiamo anche esaminato come le correlazioni tra ‘coppie’ di aree varino nel tempo».
Cervello: una sorprendente fluidità di connessioni
Insomma, Higley e il suo team hanno svelato un segreto intrigante nel tessuto cerebrale: le connessioni tra le diverse aree della corteccia, note come connettività funzionale, tendono a mutare rapidamente. «In pochi centesimi di secondo, l’attività di un’area può essere molto simile a quella di un’altra, per poi scemare improvvisamente», ha affermato, sottolineando la sorprendente fluidità di questa connessione cerebrale.
La scoperta mette in luce una dinamica nel cervello animale che sfugge alle regole ordinarie.
«Abbiamo osservato, per la prima volta, che questi rapidi cambiamenti nelle correlazioni erano anche fortemente associati alla rapida variazione del comportamento dell’animale», aggiunge Higley.
«Le singole cellule cerebrali (neuroni) vengono attivate in modo più forte quando ricevono input sincronizzati (correlati) da molte regioni diverse. Pertanto, la variazione temporale in tali correlazioni suggerisce un modo distinto in cui le singole cellule potrebbero essere modulate dal comportamento».
Il recente studio di Highly e dei suoi colleghi fornisce insomma un nuovo modo di comprendere come le dinamiche neurali varino in risposta al comportamento spontaneo degli animali. Nello specifico, suggerisce che le singole cellule potrebbero essere più attivate nei momenti in cui gli input che ricevono sono correlati tra loro, e non semplicemente quando tali input sono forti.
Cosa riserva il futuro
In futuro, i ricercatori cercheranno di approfondire l’intricata rete di connessioni tra attività cerebrale e comportamento spontaneo degli animali. «Utilizzando l’optogenetica, possiamo perturbare brevemente l’attività o le correlazioni in aree mirate ed esplorare se questa manipolazione alteri il comportamento dell’animale», continua Higley, svelando i prossimi passi dell’indagine.
«Vorremmo anche estendere le nostre analisi a comportamenti più complicati, come i topi che gironzolano attivamente in un ambiente, alla ricerca di una ricompensa. Infine, stiamo studiando la relazione tra attività modellate e comportamento in modelli genetici di disturbi dello sviluppo neurologico come l‘autismo, per cercare di capire come la perturbazione genetica potrebbe portare alle dinamiche tipiche del comportamento di chi ne è affetto» conclude l’esperto.
La scienza continuerà a scrutare questi enigmi cerebrali, aprendo nuovi orizzonti nella comprensione della mente animale. Si può ipotizzare che, presto o tardi, i segreti cerebrali possano svelare il cammino verso nuove terapie e trattamenti?
Ai posteri l’ardua sentenza
Fonti
Rapide fluttuazioni nella connettività funzionale delle reti corticali codificano il comportamento spontaneo. Neuroscienze della natura(2023). DOI: 10.1038/s41593-023-01498-y.