Svelate le “gerarchie” del cervello umano

Non sembra strano che un organo complesso come il cervello per funzionare debba avere dei meccanismi molto precisi, e che per funzionare bene i processi debbano seguire un ordine ben preciso. Oggi, grazie a uno studio del dipartimento di Neuroscience and Brain Technologies (NBT) dell’Istituto Italiano di Tecnologia sappiamo però qualcosa in più: le varie aree sensoriali si attivano in modo gerarchico, seguendo specifici canali di comunicazione. La scoperta, pubblicata su Neuron http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627312000761, pone le basi per lo sviluppo di nuove interfacce elettroniche per la riparazione cellulare del cervello.
 
Il gruppo di ricercatori ha studiato i meccanismi e i circuiti che consentono alle diverse aree sensoriali del cervello di comunicare tra loro, svelando un’influenza reciproca tra i diversi gruppi neurali che ricevono e gestiscono le informazioni provenienti da udito, tatto e vista. L’attività elettrica di un gruppo, infatti, inibisce o stimola l’attività di un altro, quasi fossero in competizione, in modo che la comunicazione delle aree sensoriali verso quelle delle decisioni motorie sia preclusa o favorita solo per alcuni sensi. In particolare, lo studio evidenzia il rilascio di neurotrasmettitori inibitori da parte dei neuroni nella corteccia uditiva verso i microcircuiti neurali di tatto e vista. Al contrario, i neuroni dedicati all’elaborazione visiva inibiscono le aree corticali acustiche, mentre stimolano le aree corticali che elaborano il senso del tatto.
 “Nella nostra ricerca abbiamo preso come modello il sistema visivo dei topi”, ha spiegato Paolo Medini, team leader del Dipartimento NBT. “Grazie all’applicazione di metodi di registrazione e stimolazione dei neuroni ad alta risoluzione temporale e spaziale, siamo riusciti a identificare con precisione i circuiti e le cellule che mediano gli effetti inibitori di un’area sull’altra”. In particolare gli scienziati hanno analizzato i microcircuiti lungo cui i diversi gruppi neurali comunicano tramite tecniche optogenetiche, che combinano insieme l’esattezza di una modificazione genetica e la semplicità della fotostimolazione. “I diversi neuroni sono stati modificati geneticamente in modo da esprimere una proteina fotosensibile che, una volta stimolata dall’esterno con fasci luminosi, innesca l’attività elettrica nella specifica area sensoriale”, ha commentato Giuliano Iurilli, primo autore dell’articolo. “Questo ci ha permesso di registrare il flusso di comunicazione interno alle connessioni tra le diverse aree, partendo dal momento esatto in cui una di esse è stimolata”.
 
Una base di partenza da cui sviluppare nuove terapie di riparazione cellulare. “Penso che la sfida delle neuroscienze sia rappresentata dalla necessità di riparare i danni che si possono presentare in specifici punti dei circuiti cerebrali”, ha dichiarato Medini. “Il nostro studio infatti ci consente di iniziare a progettare interfacce neuroelettroniche innovative in grado di sostituire le aree sensoriali danneggiate”. La scoperta, infine, apre la strada alla comprensione delle modificazioni che avvengono nel cervello a seguito di deprivazioni sensoriali profonde quali la cecità o la sordità. “Il prossimo passo della nostra ricerca – ha concluso il team leader – sarà di approfondire la conoscenza di come i circuiti neurali si riorganizzano in mancanza di un senso e quindi di intervenire con dispositivi artificiali”.