Perché l’apprendimento abbia luogo, il cervelletto monitora continuamente il mondo esterno e l’esito dei movimenti che compiamo al suo interno. Quando commettiamo un errore, le informazioni sui nostri errori possono essere utilizzate per regolare la forza delle connessioni cerebrali, portando nel tempo a cambiamenti nelle nostre risposte comportamentali a specifici stimoli.
Tuttavia, non è ancora noto esattamente come tali segnali di “errore” o “insegnamento” siano rappresentati all’interno del cervello per guidare i cambiamenti appresi nel comportamento. La recente ricerca del Carey Lab della Fondazione Champalimaud, pubblicata su Nature Neuroscience, fornisce prove convincenti che l’attività in una specifica classe di input cerebellari, chiamate fibre rampicanti, è assolutamente essenziale affinché l’apprendimento associativo si verifichi.
Per esaminare il ruolo delle fibre rampicanti e dei loro bersagli, le cellule di Purkinje cerebellari, nell’apprendimento, i ricercatori hanno progettato un esperimento coinvolgendo dei topi. Hanno utilizzato un compito di apprendimento comune noto come condizionamento dell’occhiolino. In questo compito, un topo impara a sbattere le palpebre in risposta a un certo segnale, come una luce, che precede un evento, tipicamente un soffio d’aria leggero diretto al suo occhio. Gli animali mostrano quindi apprendimento associativo, imparando a collegare un segnale sensoriale con una risposta motoria adattiva, in questo caso, lo sbattere delle palpebre.
Esaminando più da vicino alcuni dei loro dati, i ricercatori hanno scoperto una svolta inaspettata. Per manipolare l’attività delle fibre rampicanti utilizzando l’optogenetica, avevano utilizzato strumenti genetici per esprimere una proteina sensibile alla luce chiamata Channelrhodopsin-2 (ChR2) in quei neuroni. Sorprendentemente, hanno scoperto che quando hanno cercato di insegnare ai topi che esprimevano ChR2 utilizzando il metodo tradizionale del soffio d’aria, gli animali non sono riusciti ad apprendere. Come spiega Carey, dopo registrazioni sistematiche dell’attività neurale dai cervelletti di questi topi, “Si è scoperto che l’introduzione di ChR2 nelle fibre rampicanti ne alterava le proprietà naturali, impedendo loro di rispondere in modo appropriato a stimoli sensoriali standard come i soffi d’aria. Questo, a sua volta, bloccava completamente la capacità degli animali di apprendere”.
“La cosa notevole”, afferma Silva, “era che gli stessi topi imparavano perfettamente bene quando abbiamo abbinato la stimolazione delle fibre rampicanti, invece di un soffio d’aria, a un segnale visivo”. Involontariamente, il team aveva raggiunto un obiettivo di lunga data in neuroscienze: modulare specifici modelli di attività all’interno di specifici neuroni senza spegnerne completamente la comunicazione, risultando in un intervento più naturale per chiarire il loro ruolo causale. In altre parole, sebbene le fibre rampicanti rimanessero attive spontaneamente e fossero chiaramente altrimenti funzionali, la loro codifica alterata degli stimoli sensoriali lasciava gli animali totalmente incapaci di apprendere il compito. Questo ha portato Silva a soprannominarli “neuroni zombie”: funzionalmente vivi ma non interagiscono con il circuito cerebrale come al solito.
A causa della sottigliezza degli effetti inaspettati dell’espressione di ChR2 nelle fibre rampicanti, la dottoressa Megan Carey afferma: “Questi risultati servono come la prova più convincente fino ad oggi che i segnali delle fibre rampicanti sono essenziali per l’apprendimento associativo cerebellare. I nostri prossimi passi coinvolgono la comprensione del motivo per cui l’espressione di ChR2 porta alla ‘zombificazione’ dei neuroni e determinare se i nostri risultati si estendono ad altre forme di apprendimento cerebellare”. Anche i non morti, sembra, hanno qualcosa da insegnarci sul mondo dei vivi.