CODIFICA IN POCHI O
SINGOLI NEURONI
Gli studi sulla codifica degli stimoli in entrata che consentono al cervello di interpretare le percezioni, forniscono costantemente nuovi ed interessanti elementi, tuttavia i processi che trasformano l’analisi dei patterns di varie popolazioni neuroniche in un tipo di sensazione, non sono stati ancora definiti. L’opinione prevalente fra i ricercatori è che l’interpretazione delle sensazioni si avvalga della sintesi di componenti discrete, emergenti ciascuna in un’area funzionale della corteccia cerebrale.
Due nuovi studi, in apparente contrasto con questa visione, indicano che il codice neurale sottostate le percezioni sensoriali potrebbe essere più diffuso di quanto finora stimato e che l’attività di singoli neuroni potrebbe contribuire significativamente alle risposte comportamentali. L’esperimento ideale per stabilire il contributo di una singola cellula alla percezione richiederebbe la stimolazione in vivo di un neurone corticale per volta; anche se non si è ancora giunti a tanto, nuove tecnologie ci avvicinano molto a questo obiettivo. In particolare, nel primo dei due studi, si è impiegato uno stimolatore luminoso in miniatura, nel secondo una micropipetta per stimolazione juxtacellulare.
Svoboda e colleghi hanno introdotto in una parte dei neuroni piramidali degli strati 2/3 della corteccia somatosensoriale di topo, il canale ionico attivato dalla luce ChR2 (channelrhodopsin2). Stimolando nei topi anestetizzati la corteccia con brevi impulsi luminosi, sono riusciti a generare potenziali d’azione affidabili e precisamente temporizzati nei neuroni esprimenti ChR2. Modificando l’intensità della luce, i ricercatori potevano far variare il numero dei recettori attivati (Huber D., et al. Sparse optical microstimulation in barrel cortex driver learned behaviour in freely moving mice. Nature 451, 61-64, 2008).
Fatti questi rilievi, hanno trasferito la tecnologia nel cervello di topi liberi di muoversi, impiegando un dispositivo miniaturizzato in grado di inviare impulsi alle aree desiderate. Gli animali sono stati poi addestrati a rispondere agli impulsi luminosi mediati dai ChR2 dirigendosi verso sinistra. Servendosi di questo modello di condizionamento, Svoboda e collaboratori hanno rilevato che i topi conservano la capacità di rispondere fino al singolo potenziale d’azione dei neuroni stimolati. Per determinare il numero di cellule necessarie ad indurre il comportamento condizionato, i ricercatori hanno variato l’intensità dello stimolo, riscontrando che con 5 potenziali d’azione generati in ogni cellula erano sufficienti 61 neuroni per ottenere la risposta, ovvero meno dell’1% delle cellule nervose degli strati 2/3 della corteccia cerebrale somatosensoriale.
Il secondo dei due studi è stato condotto da
Houweling e Brecht mediante stimolazione juxtacellulare di basso grado (Houweling A. R, et al. Behavioural report of single
neuron stimulation in somatosensory cortex. Nature 451, 65-68,
2008).
In questo studio la risposta condizionata si è ottenuta nel 5% dei casi con l’attivazione di una sola cellula (!). L’effetto della stimolazione di un singolo neurone variava notevolmente e dipendeva dal tipo di cellula nervosa stimolata.
Un altro risultato rilevante ottenuto in questa sperimentazione è la registrazione della risposta condizionata dell’animale -in un terzo dei casi- con la semplice stimolazione di alcuni tipi di interneuroni.
Questi due studi forniscono dati illuminanti alla ricerca sulla codificazione neurale, tuttavia la strada per la definizione delle computazioni necessarie e sufficienti a generare percezioni e comportamenti complessi appare ancora lunga ed irta di ostacoli.
Concludendo questa nota si vuol ricordare che la Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” segue con attenzione gli sviluppi della ricerca sulla codifica neurale ed ha pubblicato numerose note sull’argomento, fra le quali ricordiamo: Note e Notizie 23-12-06 In Brasile alla ricerca del codice neurale; Note e Notizie 13-10-07 Il codice della memoria; Note e Notizie 27-10-07 Riflessioni critiche sul codice della memoria.
L’autrice della nota ringrazia la dottoressa
Floriani per la correzione della bozza.