La ricerca scientifica ha da sempre cercato di comprendere il funzionamento del cervello, l’organo più complesso del corpo umano. Gli studi si sono concentrati su come il cervello elabora le informazioni sensoriali e come queste influenzano e sono influenzate dal controllo motorio. Grazie agli strumenti e alle tecniche di laboratorio avanzate, i ricercatori hanno potuto utilizzare modelli animali, in particolare il cervello del topo, per risolvere questo enigma.
Il ruolo dei movimenti corporei nella modulazione sensoriale
Nel corso del XX secolo, esperimenti su topi anestetizzati hanno dimostrato che gli input sensoriali definiscono principalmente l’attività neuronale nelle cortecce sensoriali primarie, le regioni cerebrali che elaborano informazioni sensoriali come il tatto, la vista e l’udito. Tuttavia, studi recenti su topi svegli hanno rivelato che il comportamento spontaneo, come il movimento esplorativo e il movimento dei baffi chiamato whisking, regola effettivamente l’attività delle risposte sensoriali nelle cortecce sensoriali primarie. In altre parole, le sensazioni a livello neuronale sembrano essere notevolmente modulate dai movimenti corporei, anche se i circuiti neuronali corrispondenti e i meccanismi sottostanti non sono ancora completamente compresi.
La ricerca innovativa sulla elaborazione sensoriale
Per colmare questa lacuna conoscitiva, un team di ricerca giapponese ha indagato la corteccia somatosensoriale primaria del barile (S1), una regione del cervello del topo che gestisce l’input tattile dai baffi. Il loro ultimo studio, pubblicato su The Journal of Neuroscience il 1 dicembre 2023, è stato condotto dal professor Takayuki Yamashita della Fujita Health University (FHU) e dal dottor Masahiro Kawatani, affiliato alla FHU e all’Università di Nagoya, insieme al loro team.
La regione S1 riceve input attraverso gli assoni da diverse altre aree, tra cui la corteccia somatosensoriale secondaria (S2), la corteccia motoria primaria (M1) e il talamo sensoriale (TLM). Per indagare come queste regioni modulino l’attività in S1, i ricercatori si sono rivolti all’optogenetica (una tecnica per controllare le attività di specifiche popolazioni neuronali tramite la luce) che coinvolge eOPN3, una proteina sensibile alla luce recentemente scoperta che consente l’inibizione efficace di specifici percorsi neurali in risposta alla luce. Utilizzando virus come vettore, hanno introdotto il gene che codifica per questa proteina nelle regioni M1, S2 e TLM nei topi. Quindi, hanno misurato l’attività neuronale in S1 in topi svegli che eseguivano il whisking spontaneo. Durante questo processo, hanno inibito selettivamente diversi input di segnale diretti a S1 utilizzando la luce come interruttore ON/OFF e hanno osservato l’effetto su S1.
Risultati e implicazioni per l’integrazione sensorimotoria
Sorprendentemente, solo gli input di segnale da S2 e TLM a S1, e non da M1 a S1, hanno modulato l’attività neuronale in S1 durante il whisking spontaneo. In particolare, il percorso da S2 a S1 sembra trasmettere informazioni sullo stato di movimento dei baffi. Inoltre, il percorso da TLM a S1 sembrava trasmettere informazioni relative alla fase del whisking spontaneo, che segue un modello ripetitivo e ritmico. Questi risultati sfidano la visione consolidata secondo cui l’attività neuronale nelle cortecce sensoriali è modulata principalmente dalle cortecce motorie durante il movimento, come osserva il prof. Yamashita: “I nostri risultati provocano una riconsiderazione del ruolo delle proiezioni motorio-sensoriali nell’integrazione sensorimotoria e portano alla luce una nuova funzione per le proiezioni da S2 a S1”.
Progressi nei campi applicati
Una migliore comprensione di come le diverse regioni cerebrali modulino le attività tra loro in risposta al movimento potrebbe portare a progressi in innumerevoli campi applicati. Queste intuizioni di ricerca hanno implicazioni di vasta portata, potenzialmente rivoluzionarie in campi come l’intelligenza artificiale (AI), le protesi e le interfacce cervello-computer. “Comprendere questi meccanismi neurali potrebbe migliorare notevolmente lo sviluppo di sistemi di AI che imitano l’integrazione sensorimotoria umana e aiutare a creare protesi e interfacce più intuitive per le persone con disabilità”, aggiunge il prof. Yamashita.
In sintesi, questo studio getta luce sui meccanismi intricati del cervello e apre la strada alla ricerca sulla connessione tra il movimento corporeo e la percezione sensoriale. Mentre continuiamo ad esplorare gli enigmi legati al cervello, studi come questo offrono indizi vitali nella nostra ricerca per comprendere l’organo più complesso del corpo umano.
