Vista, scoperto un secondo sistema visivo nel cervello

La corteccia visiva, la regione cerebrale che consente di decifrare il rebus degli stimoli luminosi percepiti dagli occhi e trasformarli in immagini, è certamente l’area del cervello più studiata e meglio conosciuta. Eppure la vista sembra riservare ancora molte sorprese. È quello che suggerisce un nuovo studio condotto sui topi da ricercatori delle Università della California di San Diego e San Francisco che mette in discussione un aspetto fondamentale della percezione visiva e di conseguenza della vista. Nei topi la corteccia postrinale (POR), una regione del cervello in grado di percepire gli oggetti in movimento, non riceve le informazioni dalla corteccia visiva primaria, come comunemente si ritiene, ma da una regione del cervello filogeneticamente molto antica, chiamata collicolo superiore. Lo studio è stato pubblicato su Science.

Come funziona la vista

Prima di addentrarci nei dettagli dello studio un breve ripassino. La luce entra nell’occhio attraverso la pupilla e colpisce i fotorecettori posti sulla retina. A loro volta, i fotorecettori trasmettono questi segnali, lungo il nervo ottico, alla corteccia visiva. La corteccia visiva è composta da diverse aree: la corteccia visiva primaria, nota come corteccia striata o V1, e da aree visive di “ordine superiore”. Ciascuna di queste riceve e decodifica specifiche caratteristiche degli stimoli visivi, quali linee, forma, colore, movimento, distanza, ecc.

Secondo il modello comunemente accettato, le informazioni raccolte dai fotorecettori devono prima passare attraverso la corteccia visiva primaria, in grado di riconoscere elementi semplici, come linee o margini. Dalla corteccia visiva primaria poi i segnali vengono inviati in successione alle aree visive di “ordine superiore”, in grado di riconoscere caratteristiche più complesse, come forme, ombre, movimento e così via. Questo almeno quello che si sapeva finora sulla vista.

Una seconda corteccia visiva “primaria”

Il nuovo studio mette ora in discussione il modello gerarchico comunemente accettato. La ricerca mostra infatti che, nei topi, una regione nota come corteccia postrinale (POR), coinvolta nella percezione degli oggetti in movimento e finora ritenuta un’area visiva di ordine superiore, non dipende affatto dalle informazioni ricevute dalla corteccia V1. La POR riceve invece le informazioni dal collicolo superiore, un centro di elaborazione sensoriale molto antico dal punto di vista evolutivo che si trova alla base del cervello.

L’italiano Riccardo Beltramo, primo autore dell’articolo, ha registrato le risposte neurali agli stimoli visivi in movimento nella POR dei topi, dopo aver silenziato temporaneamente l’attività in V1 grazie ad una tecnica di optogenetica, che consente di attivare o inibire l’attività dei neuroni attraverso la luce. Con sorpresa, Beltramo ha trovato che i neuroni POR continuavano a rispondere agli stimoli in movimento anche in assenza di input da V1. “È stato assolutamente straordinario” ha detto Beltramo. “Abbiamo messo a tacere l’area visiva principale nella corteccia e le risposte nella POR non sono state influenzate. Questo è stato il primo grande momento di ‘wow’ che ci ha detto che eravamo in una situazione completamente inaspettata.”

Ma se le risposte della POR agli oggetti in movimento non provenivano da V1, a cosa erano dovute? “Doveva esserci – ha supposto Beltramo- un altro percorso che consentiva alle informazioni provenienti dalla retina di raggiungere la POR senza passare da V1.” Per identificare questo percorso parallelo, Beltramo ha iniettato nei topi un virus ingegnerizzato, che consente di individuare i neuroni collegati tra loro, e ha silenziato alternativamente V1 o il collicolo superiore. A differenza che nell’inattivazione di V1, quando veniva silenziato il collicolo superiore l’attività della POR scompariva completamente. Questo risultato dimostra il ruolo critico del collicolo superiore nell’abilità della POR di seguire oggetti in movimento, cosa che la corteccia visiva primaria ‘classica’ non è in grado di fare.

“È come se avessimo scoperto una seconda corteccia visiva primaria” ha detto Massimo Scanziani, autore senior dell’articolo. “Questa scoperta mette in discussione il concetto del sistema visivo della corteccia dei mammiferi come una gerarchia perfetta con la regione V1 come gatekeeper e solleva molte domande, ad esempio come questi due sistemi visivi paralleli si siano evoluti e come cooperino tra di loro”.

Vista ed evoluzione

Il collicolo superiore ancestrale (chiamato tetto ottico nei non mammiferi) è il principale centro di elaborazione sensoriale in animali con una piccola corteccia o che ne sono privi, come pesci, anfibi, lucertole e uccelli. Tale struttura è legata in particolare al riconoscimento di oggetti in movimento, si pensi all’abilità di una rana di vedere e catturare una mosca in volo o quella di un pesce di scappare alla vista di un predatore.

Il collicolo superiore si è conservato nei mammiferi anche dopo lo sviluppo della corteccia. Nei primati, essere umano compreso, la sua funzione è legata a forme rapide e inconsce di elaborazione visiva; come, ad esempio, quando saltiamo in preda allo spavento se vediamo un bastone che sembra un serpente o acchiappiamo automaticamente una palla che ci viene lanciata addosso.

“Ipotizziamo – ha detto Beltramo – che la POR possa essere una sorta di corteccia visiva ‘primitiva’, simile a quella di anfibi, rettili e uccelli, dedicata all’individuazione di oggetti in movimento, come una piccola preda vicina o un grande predatore in lontananza. Da questa prospettiva, forse lo sviluppo della V1 ha consentito di aggiungere a questa informazione una più precisa identificazione della natura e della posizione esatta dell’oggetto in movimento, consentendo di capire, ad esempio, se si trattava di un gustoso scarafaggio o di uno scorpione potenzialmente mortale”.

Sulla base di studi precedenti, il sistema collicolo superiore-POR potrebbe essere anche legato a risposte alla paura, all’attenzione spaziale e persino al riconoscimento facciale.

La “visione cieca”

Queste scoperte potrebbero avere implicazioni per un fenomeno noto come “visione cieca”, nel quale persone con un danno esteso alla corteccia visiva primaria V1 non possono vedere gli oggetti presenti nel loro campo visivo, ma se viene chiesto loro di prendere un oggetto lo fanno con notevole accuratezza. La visione cieca è probabilmente mediata da connessioni parallele che vanno dagli occhi ad altre regioni, integre, della corteccia cerebrale. Il nuovo studio suggerisce che la visione cieca possa coinvolgere proprio il sistema POR-collicolo superiore.

“Questa è una di quelle scoperte – ha concluso Scanziani- che solleva molte domande anziché fornire delle risposte, dal momento che pone questioni che prima nessuno sapeva di dover affrontare.” Saranno necessarie ulteriori ricerche per verificare se le risposte visive in aree simili alla POR dei topi nel cervello dei primati dipendano dall’input del collicolo superiore e se questi due sistemi paralleli interagiscono tra di loro.

Riferimenti: Science