Cervello, come gestisce l’organizzazione spaziale?
Il cervello utilizza l'organizzazione spaziale delle onde cerebrali: le onde viaggiano in direzioni diverse in base alla direzione del movimento stesso
Nicholas G. Hatsopoulos, professore di Biologia e Anatomia presso l’Università di Chicago, è da tempo interessato allo spazio. In particolare, lo spazio fisico occupato dal cervello. “All’interno della nostra testa, il cervello è tutto accartocciato. Se si appiattisse la corteccia umana in un unico foglio 2D, coprirebbe uno spazio di 2 metri quadrati e mezzo, più o meno la dimensione di quattro pezzi di carta. Si potrebbe pensare che il cervello sfrutti tutto questo spazio per organizzare gli schemi di attività, ma a parte sapere che una parte del cervello controlla il braccio e un’altra la gamba, abbiamo per lo più ignorato come il cervello possa utilizzare questa organizzazione spaziale”. Ora, nel suo nuovo studio pubblicato il 16 gennaio su Proceedings of the National Academy of Sciences, Hatsopoulos e il suo team hanno trovato le prove che il cervello utilizza effettivamente l’organizzazione spaziale delle onde di propagazione ad alta frequenza dell’attività neuronale durante il movimento. La presenza di onde di propagazione dell’attività neuronale è ben nota, ma è tradizionalmente associata allo stato comportamentale generale di un animale (quando dorme o quando è sveglio). Questo studio è la prima prova che il reclutamento spazialmente organizzato dell’attività neuronale nella corteccia motoria può costituire i dettagli di un movimento pianificato.
Lo studio
Per condurre lo studio, i ricercatori hanno registrato l’attività di multielettrodi impiantati nella corteccia motoria primaria delle scimmie macaco mentre svolgevano un compito che richiedeva loro di muovere un joystick. Poi hanno monitorato le attività cerebrali, più specificatamente le onde, in particolare quelle ad alta ampiezza. “Ci siamo concentrati sui segnali ad alta frequenza, data la ricchezza di informazioni, la portata spaziale ideale e la facilità di ottenere il segnale per ogni elettrodo”, ha detto Wei Liang, primo autore dello studio. Hanno scoperto che queste onde di propagazione, composte dall’attività di centinaia di neuroni, viaggiavano in direzioni diverse attraverso la superficie corticale in base alla direzione in cui la scimmia spingeva il joystick. “È come una serie di tessere del domino che cadono”, ha detto Hatsopoulos. “Tutti i modelli di onde che abbiamo visto in passato non ci dicevano cosa stesse facendo l’animale, ma semplicemente che sarebbe successo. Questo è molto interessante perché ora stiamo osservando questo modello di propagazione delle onde e abbiamo dimostrato che la direzione in cui l’onda va ci dice qualcosa su ciò che l’animale sta per fare”.
I risultati forniscono un nuovo modo di osservare la funzione corticale. “Questo dimostra che lo spazio è importante”, ha detto Hatsopoulos. “Invece di guardare solo a ciò che le popolazioni di neuroni fanno e si preoccupano di fare, stiamo vedendo che c’è un modello spazialmente organizzato che trasporta informazioni. È un modo molto diverso di pensare alle cose”. Il team spera che il lavoro contribuisca a informare i ricercatori e gli ingegneri su come decodificare le informazioni motorie per costruire interfacce cervello-macchina migliori.
