Gli scienziati del Massachusetts Institute of Technology (MIT), hanno spiegato il segreto dei meccanismi che stanno alla base della coordinazione fra parola e respiro, un singolare circuito che guida il flusso delle parole, assicurandosi che ogni frase sia pronunciata solo nell’istante giusto. Scopriamo insieme questo enigma del cervello e il suo ruolo nella magia della parola umana
Il segreto del sincronismo
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Decifriamo il segreto. Nel cervello umano, ogni movimento e azione sono orchestrati da complessi circuiti neurali. Ma cosa succede quando parliamo e respiriamo contemporaneamente? Un nuovo studio condotto dal MIT ha finalmente svelato il ruolo chiave di un circuito cerebrale che coordina magistralmente la parola con il respiro.
«Quando hai bisogno di inspirare, devi fermare la vocalizzazione», spiega il professore Fan Wang, esperto di scienze cerebrali e cognitive del MIT. Fin qui nulla di nuovo…
«Abbiamo scoperto che i neuroni che controllano la vocalizzazione ricevono un input inibitorio diretto dal generatore del ritmo respiratorio».
In pratica, il cervello si comporta come un direttore d’orchestra, in cui ogni neurone suona la sua partitura. Quando parliamo, il direttore deve assicurarsi che il flusso di parole si armonizzi perfettamente con il ritmo del respiro, mentre le corde vocali sono pronte a vibrare per produrre suoni. Ma quali neuroni guidano il movimento delle corde vocali e come interagiscono con il circuito respiratorio?
Il segreto della vocalizzazione
Per capirlo, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica che consente loro di mappare le connessioni sinaptiche tra i neuroni, utilizzando un modello murrino.
Sapevano che dietro le quinte delle corde vocali si cela un gruppo di neuroni chiamati motoneuroni laringei, i veri artigiani del suono. Decisi a scoprire chi fosse a dirigerli, gli scienziati sono risaliti indietro nel tempo, seguendo il filo delle connessioni neuronali fino a giungere al misterioso nucleo retroambiguo (RAm), una regione del rombencefalo.
Eureka! Hanno scoperto che in questa remota enclave cerebrale risiedono i neuroni premotori, battezzati RAmVOC, che forniscono i comandi alle corde vocali durante le vocalizzazioni ultrasoniche (USV). Ma qual è il loro ruolo esatto in questa sinfonia neuronale?
Attraverso degli esperimenti di chemogenetica e optogenetica, gli scienziati hanno svelato il loro segreto.
Prima di fornire la soluzione dell’enigma, utile precisare che la chemogenetica è il processo mediante il quale le macromolecole possono essere ingegnerizzate per interagire con piccole molecole precedentemente non riconosciute.
L’optogenetica è invece una scienza che combina tecniche ottiche e genetiche di rilevazione, allo scopo di sondare circuiti neuronali all’interno di cervelli intatti di mammiferi e di altri animali.
ma torniamo al discorso appena interrotto. Ebbene, bloccando l’attività dei neuroni RAmVOC, gli studiosi hanno silenziato le corde vocali dei topi. Ma quando questi neuroni sono stati risvegliati dalla letargia, le corde vocali si sono animate, espirando aria e producendo melodie ultrasoniche misteriose.
Ma c’è un ma…
Anche se i neuroni RAmVOC possono dirigere il coro, sono schiavi della maestria della respirazione. Quando cioè il respiro diventa imperativo, anche il canto si interrompe, poiché il controllo della vocalizzazione è sottomesso al dominio del respiro, un custode insuperabile della vita.
«In questo duello tra voce e respiro, la sopravvivenza trionfa sempre», afferma Wang.
Un altro attore protagonista: il complesso pre-Bötzinger, una regione che genera il ritmo respiratorio
Un misterioso gruppo di neuroni del complesso pre-Bötzinger, situato nel tronco encefalico, è il responsabile del ritmo dell’inalazione.
Sono questi neuroni a generare armoniosamente i ritmi dell’ispirazione, dando vita a una serie di respiri senza fine. Ma c’è un twist nel plot cerebrale: questi stessi neuroni inviano segnali inibitori direttamente ai neuroni RAmVOC, i guardiani delle corde vocali, interrompendo il loro canto al minimo cenno.
Spiega Wang, «i neuroni in questa regione del cervello agiscono come vigili del fuoco, pronti a spegnere il fuoco della vocalizzazione appena comincia a divampare».
Questo controllo serrato assicura che il respiro rimanga il sovrano incontrastato del corpo, anche quando la lingua tenta di tessere le trame del linguaggio. «Per parlare, devi respirare, e il complesso pre-Bötzinger si assicura che questo regno non venga mai usurpato», aggiunge.
I ricercatori, tuttavia, non si fermano qui.
Vogliono esplorare come altri atti – quali la tosse e la deglutizione – siano intrecciati ai circuiti cerebrali che orchestrano la respirazione e la vocalizzazione.
Fonti
Jaehong Park et al, Controllo del tronco cerebrale della vocalizzazione e della sua coordinazione con la respirazione, Science (2024)
Materiale fornito dal Massachusetts Institute of Technology