Neuroni come tasti di un pianoforte e azioni come melodie: nuove prospettive per neurotecnologie e riabilitazione
L’idea classica che attribuisce a specifiche regioni cerebrali o singole cellule neuronali il controllo di azioni finalizzate specifiche, come mordere, bere o afferrare, è da ritenersi superata.
I neuroni delle aree motorie del nostro cervello vanno infatti immaginati come i tasti di un pianoforte.
E ogni nostra azione, di conseguenza, come una sorta di “sinfonia”.
È la conclusione a cui sono arrivati i ricercatori dell’Università di Parma e della Scuola superiore Sant’Anna di Pisa, che hanno condotto per 8 anni una serie di progetti interdisciplinari di studio, potendo contare sul finanziamento del Consiglio Europeo della Ricerca e nell’ambito del Pnrr, i cui risultati, che rivoluzionano le teorie scientifiche, sono stati ora pubblicati sulla rivista “Science”.
“I nostri risultati – conclude Alberto Mazzoni, responsabile scientifico del Computational Neuroengineering Lab pisano – indicano che l’attività neuronale è molto più informativa rispetto a quella ottenuta nei contesti classici di laboratorio e ci consente di capire come il cervello controlli la produzione di azioni volontarie in modo diverso a seconda del contesto”.
L’importanza della neuroetologia
Le osservazioni, che hanno utilizzato nuove tecnologie telemetriche, sono state compiute sulle scimmie, che hanno un’elevata somiglianza con l’uomo a livello neurologico e comportamentale.
Per questo, gli scienziati si attendono che dal lavoro possano derivare rilevanti applicazioni cliniche a livello di neurotecnologie robotiche e neuroriabilitazione.
“Ci auguriamo – affermano Francesca Lanzarini, Monica Maranesi, Elena Hilary Rondoni e Davide Albertini, co-primi autori e autrici dell’innovativo lavoro – che il nostro approccio possa contribuire alla transizione dalla neurofisiologia classica alla neuroetologia in molti studi sulla relazione tra cervello e comportamento”.
Il cervello è sempre in movimento
Per rivelare i meccanismi cerebrali che controllano le azioni naturali, mettendo in discussione alcune delle idee classiche sul funzionamento del sistema motorio, gli studiosi hanno registrato l’attività di centinaia di neuroni dalle regioni motorie del cervello di scimmie completamente libere di esprimere comportamenti spontanei, tra cui camminare, arrampicarsi o sbadigliare, filmandole simultaneamente con un sistema multi-telecamera.
Ciò ha permesso di compiere un grande passo avanti dal punto di vista scientifico, se si considera che le tecnologie finora a disposizione limitavano lo studio all’osservazione di cervelli immobili durante azioni apprese e stereotipate. “I nostri cervelli – sottolinea Luca Bonini, docente di Neuropsicologia dell’Università di Parma, responsabile del progetto – sono costantemente in movimento e questo nuovo approccio ha portato a modificare l’idea classica”.
È stato così possibile capire come il cervello orchestri i movimenti spontanei in situazioni naturali.
“In base ai nostri risultati – aggiunge Bonini – come i singoli tasti di un pianoforte possono comporre molteplici melodie diverse, allo stesso modo i neuroni delle aree motorie del nostro cervello si combinano in sinergie complesse, consentendo di organizzare la varietà di azioni spontanee che siamo in grado di compiere”.
La sinfonia di neuroni all’origine dei movimenti volontari
Alcune di queste azioni, fa notare il responsabile del progetto, “fino ad ora erano persino impossibili da studiare in laboratorio”. Grazie alla collaborazione con l’istituto di BioRobotica della Scuola Sant’Anna si è quindi riusciti a decifrare la complessità delle azioni e, utilizzando solo i segnali generati dai neutroni, prevedere quelle spontanee che gli animali stavano per compiere.
Alberto Minazzi
