Svelati all’IIT i meccanismi e i circuiti che consentono alle diverse aree sensoriali del cervello di comunicare tra loro.
Quando percepiamo un suono o una luce, cosa succede nei circuiti nervosi del nostro cervello? I ricercatori del dipartimento di Neuroscience and Brain Technologies (NBT) dell’Istituto Italiano di Tecnologia, hanno scoperto che le varie aree sensoriali sono in competizione tra loro e che si attivano in modo gerarchico seguendo specifici canali di comunicazione. La scoperta è descritta nell’articolo “Sound-driven synaptic inhibition in primary visual cortex” pubblicato dalla rivista Neuron (ed. Cell Press), una delle riviste scientifiche internazionali più rilevanti dedicate alle neuroscienze, e pone le basi per lo sviluppo di nuove interfacce elettroniche per la riparazione cellulare del cervello.
Il gruppo di ricercatori coordinati dal dott. Paolo Medini, team leader del dipartimento NBT, 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, in modo che la comunicazione delle aree sensoriali verso quelle delle decisioni motorie sia preclusa o favorita solo per alcuni sensi.
“Nella nostra ricerca abbiamo preso come modello il sistema visivo dei topi”, spiega il dott. Medini, “e 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, 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.
I microcircuiti lungo cui i diversi gruppi neurali comunicano sono stati esplorati con 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” dichiara Giuliano Iurilli, studente di dottorato nel dipartimento NBT di IIT e 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”.
“Penso che la sfida delle neuroscienze sia rappresentata dalla necessità di riparare i danni che si possono presentare in specifici punti dei circuiti cerebrali”, dichiara il dott. Paolo Medini, team leader dell’Unità Advanced Neurotechnologies del dipartimento NBT, “il nostro studio rappresenta la base da cui sviluppare nuove terapie di riparazione cellulare, 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, sarà di approfondire la conoscenza di come i circuiti neurali si riorganizzano in mancanza di un senso e quindi di intervenire con dispositivi artificiali” conclude il dott. Medini.
