Così il cervello unisce ricordi e sensazioni

Cervello
(Immagine: SISSA)

(SISSA) – Il cervello è diviso in circuiti funzionali, specializzati ognuno in un compito specifico: percezione, memoria, problem solving… come fanno questi circuiti a lavorare in squadra quando serve? Secondo la scienza, il segreto potrebbe stare nella sincronia del ritmo dell’attività elettrica: uno studio pubblicato sulla rivista Plos Biology, mostra infatti che, nei ratti, in un compito in cui per decidere è necessario attingere ai ricordi, le aree sensoriali e quelle legate alla memoria si sincronizzano nel ritmo theta, lo stesso ritmo che caratterizza anche il movimento dei “baffi”.

In particolare, quando l’animale in un compito di riconoscimento sensoriale deve prendere una decisione spaziale che richiede conoscenza pregressa, le aree sensoriali, motorie  e della memoria rendono coerente il ritmo dell’attività elettrica, fra loro e con il comportamento del roditore. Le due prime autrici della ricerca sono Natalia Grion e Athena Akrami, ricercatrici della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (Sissa) di Trieste, e lo studio è stato coordinato da Mathew Diamond, professore di neuroscienze cognitive e vice-direttore della Sissa.

L’attività elettrica del cervello mostra “ritmi” tipici multipli. Uno dei più pervasivi è l’oscillazione theta, fluttuazioni dell’attività elettrica con una frequenza fra i 5 e 12 Hz. Nei topi si osserva per esempio nell’ippocampo, una struttura legata ai processi di memoria. Per quello che potrebbe sembrare una strana coincidenza le frequenze fra i 5 e i 12 Hz sono anche caratteristiche di un comportamento tipico del ratto, il “whisking”. I ratti esplorano il mondo con il tatto, un senso per loro utile quanto la vista per noi. Per toccare le superfici usano le vibrisse, i lunghi peli del muso, muovendole continuamente sopra gli oggetti: il whisking è appunto questo movimento oscillatorio dei baffi.

Gli scienziati si sono chiesti se questa sospetta coincidenza di ritmi nella frequenza theta sia casuale o se invece derivi da un legame a livello cerebrale. Una prima serie di esperimenti condotti da un gruppo americano qualche anno fa non ha però corroborato quest’ultima ipotesi, mostrando invece che quando i topi esploravano l’ambiente con le vibrisse i ritmi nelle diverse aree non erano più sincronizzati di quanto ci si aspettasse nel caso di “oscillatori” indipendenti. In parole povere, non sembrava esistere alcun collegamento.

Diamond e il suo gruppo alla Sissa non erano però convinti che questo risultato sconfessasse definitivamente l’ipotesi della sincronia: forse il tipo di compito usato in quegli esperimenti non era il più adatto per far emergere la coerenza. “Il compito originale infatti non richiedeva al topo di attingere alla memoria o di fare scelte spaziali, due operazioni che coinvolgono l’ippocampo, proprio un’area che esibisce prevalentemente il ritmo theta”, spiega Diamond. “Nei nostri esperimenti abbiamo aggiunto questa componente: i roditori dovevano esplorare un oggetto e identificarlo, per poi decidere se andare a destra o a sinistra, una decisione basata sull’esperienza fatta nelle precedenti sessioni di apprendimento”.

In questa nuova serie di esperimenti Diamond e colleghi hanno trovato il collegamento: il ritmo di oscillazione delle vibrisse e le onde theta nell’ippocampo andavano in fase, per circa un secondo, proprio immediatamente prima che il topo prendesse la decisione.  E non solo: questi ritmi erano anche in fase con l’attivazione della corteccia sensoriale (quella che raccoglie l’informazione tattile), una stazione di elaborazione intermedia fra vibrisse e ippocampo. Il risultato è stato accolto con entusiasmo anche da David Kleinfeld, dell’Università della California a San Diego, l’autore dello studio precedente, al quale Plos Biology ha commissionato un articolo di commento (insieme a Martin Deschênes, dell’Università Laval di Quebec City in Canada, e Nachum Ulanovsky, dell’Istituto Weizmann di Rehovot, in Israele) sull’articolo di Diamond e colleghi.

Riferimenti: Natalia Grion, Athena Akrami, Yangfang Zuo, Federico Stella, Mathew E. Diamond, 
Coherence between Rat Sensorimotor System and Hippocampus Is Enhanced during Tactile Discrimination
Plos Biology doi: 10.1371/journal.pbio.1002384
Credits immagine: Sissa

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1 commento

  1. Era ora che qualcuno ci arrivasse,meglio tardi che mai.

    A parte il fatto che la corteccia sensoriale oltre che a raccogliere l’informazione tattile anche la immagazzina temporaneamente e la vera stazione di elaborazione intermedia dovrebbe essere l’ippocampo.

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