Uno spettacolo di luci senza paragoni
Comprendere il flusso di informazioni attraverso i circuiti altamente complessi di cellule cerebrali interconnesse è un’operazione piuttosto impegnativa. I progressi tecnologici hanno consentito enormi passi avanti nel corso degli anni. Con il supporto del programma di borse di studio individuali nell’ambito delle azioni Marie Skłodowska-Curie (MSCA IF), CORVISDEC ha utilizzato un approccio ad alto rendimento per monitorare migliaia di neuroni in numerose regioni del cervello di topi che adottano comportamenti di allarme. Le analisi hanno rivelato aspetti percettivi, cognitivi e motori del comportamento decisionale fondamentali.
Due fotoni sono meglio di uno
Il calcio è un importante mediatore di segnale nel cervello, che scorre nei neuroni durante l’attivazione neuronale. L’introduzione di una proteina nei neuroni che diventa fluorescente quando entra il calcio facilita il segnale catturato dall’imaging a due fotoni. Lauren Wool del Queen Square Institute of Neurology, University College London e borsista MSCA spiega: «A differenza della microscopia convenzionale che utilizza un fotone con lunghezza d’onda corta per eccitare una molecola fluorescente, l’imaging a due fotoni fornisce due fotoni con lunghezza d’onda lunga (nello spettro del vicino infrarosso o NIR). I fotoni NIR non si disperdono, non inibiscono la fotochimica delle proteine o danneggiano tanto i tessuti, rivelando un’attività cerebrale ad alta risoluzione in tre dimensioni stabilmente nel tempo». Questa tecnica non invasiva consente agli scienziati di visualizzare l’attività cerebrale mentre un topo esegue un compito comportamentale. I dati sono stati analizzati e visualizzati utilizzando il software SuiteP open-source dagli allievi Carsen Stringer e Marius Pachitariu.
Insieme ma separati… o no
CORVISDEC si è concentrato sulla corteccia motoria durante un’attività comportamentale. I topi hanno osservato segnali visivi sugli schermi dei computer, hanno dovuto ricordare le conseguenze delle loro azioni precedenti e compiere movimenti decisivi legati alla ricompensa. Nel complesso, il monitoraggio dell’attività neuronale durante lo svolgimento di questo compito multiforme può iniziare a mostrare in che modo tutte queste informazioni servono come mezzo per sostenere il processo decisionale e il movimento successivo e può anche rivelare se o come l’attività corticale differisce quando il topo si comporta bene rispetto a quando non lo fa. La ricerca nel corso degli anni ha suggerito che regioni distinte come la corteccia visiva e motoria elaborano le proprie informazioni separatamente e le trasmettono ad altre regioni in cui le modalità si uniscono per una funzione superiore. Wool dichiara: «Una delle scoperte più eccitanti e inaspettate di CORVISDEC riguarda il fatto che le aree del cervello che si pensava fossero funzionalmente distinte sono piuttosto eterogenee e complesse. La corteccia motoria ha una popolazione sostanziale di neuroni che rispondono agli stimoli visivi e osserviamo molte risposte correlate al movimento nella corteccia visiva. Abbiamo ancora molta strada da fare per comprendere appieno come questo accada, ma la grande quantità di dati che abbiamo raccolto da molte migliaia di neuroni attivi simultaneamente offre un’opportunità unica per approfondire l’argomento».
L’interconnettività va oltre il cervello
Insieme ad altri 21 laboratori, quello di Wool ha formato l’International Brain Laboratory, una collaborazione globale nel campo delle neuroscienze dedicata alla comprensione dei circuiti cerebrali alla base di comportamenti complessi. Tra i suoi obiettivi c’è l’espansione e la standardizzazione dei metodi di neuroscienza nonché la condivisione dei dati raccolti. «Nel corso del progetto CORVISDEC, ho sviluppato la politica e la governance per supportare la collaborazione. Il mio articolo sulla nostra struttura organizzativa come piano d’azione per future collaborazioni nel campo delle neuroscienze e oltre sarà pubblicato nel numero di dicembre 2020 di Current Opinion in Neurobiology». Mentre la squadra continua a pubblicare i suoi risultati, gli scienziati condividono pubblicamente tutti i dati, le analisi e il codice per sfruttare ulteriormente il potenziale della collaborazione globale e rivelare i misteri del cervello.
Parole chiave
CORVISDEC, cervello, neuroni, corteccia, comportamento, calcio, imaging a due fotoni, processo decisionale, attività corticale, International Brain Laboratory
