Come fa il cervello a capire se siamo noi a muoverci o è il mondo intorno a noi?

Un gruppo di neuroscienziati ha fatto luce su uno dei meccanismi fondamentali del nostro cervello: la capacità di distinguere se un movimento che vediamo è causato da noi stessi o da qualcosa nell'ambiente esterno. Questa scoperta, che risolve un enigma noto come "problema della separazione della fonte di movimento", spiega come il cervello elabora le informazioni visive e motorie.

1. Il "problema della separazione della fonte di movimento": È la sfida che il cervello affronta ogni volta che deve capire se un movimento percepito è dovuto a un nostro spostamento o a quello di un oggetto esterno.
2. Il ruolo della corteccia visiva primaria: Si pensava che questa parte del cervello si occupasse solo di elaborare le informazioni visive, ma ora sappiamo che integra anche segnali motori e vestibolari (legati all'equilibrio).
3. L'esperimento del "Translocator": Un tapis roulant speciale che ha permesso ai ricercatori di isolare i diversi segnali (visivi, motori, vestibolari) e studiare come il cervello li combina.
4. Convergenza di segnali in diverse aree del cervello: I segnali motori e vestibolari non sono elaborati solo in aree specifiche, ma convergono in molte parti della corteccia, suggerendo un meccanismo di integrazione diffuso.
5. Un modello matematico per spiegare i risultati: I ricercatori hanno creato un modello che conferma come la corsa possa "sopprimere" l'input vestibolare e come il cervello segnali un errore quando i due segnali non corrispondono.

Introduzione al problema

Immaginate di essere seduti su un treno fermo in stazione e di vedere il treno accanto partire. Per un attimo, potreste avere la sensazione di essere voi a muovervi, anche se in realtà siete fermi. Questo semplice esempio illustra un problema complesso che il nostro cervello risolve continuamente: distinguere il movimento che percepiamo con gli occhi (il flusso visivo) causato da un nostro spostamento da quello causato da oggetti in movimento nel mondo esterno. Questo enigma è noto come "problema della separazione della fonte di movimento".

Per anni, gli scienziati si sono chiesti come il cervello riuscisse a fare questa distinzione, fondamentale per la nostra capacità di orientarci e interagire con l'ambiente. Ora, un gruppo di neuroscienziati del Sainsbury Wellcome Centre (SWC) presso l'University College di Londra (UCL) ha finalmente svelato il meccanismo alla base di questa abilità.

La corteccia visiva primaria: non solo immagini

La scoperta, pubblicata sulla rivista Cell, rivela che la corteccia visiva primaria, l'area del cervello che elabora le informazioni provenienti dagli occhi, non si limita a "vedere" il movimento. Al contrario, integra attivamente segnali provenienti da altre parti del cervello: quelli legati al movimento del corpo (segnali motori) e quelli legati all'equilibrio (segnali vestibolari).

Per capire meglio, pensate alla corteccia visiva primaria non solo come a uno schermo che proietta le immagini che vediamo, ma come a un centro di elaborazione più sofisticato, che tiene conto anche di come ci stiamo muovendo e della nostra posizione nello spazio.

L'esperimento del "Translocator"

Per studiare questo meccanismo, i ricercatori hanno sviluppato un esperimento innovativo, utilizzando un dispositivo chiamato "Translocator". Si tratta di un tapis roulant speciale su cui dei topi potevano correre liberamente, mentre osservavano un corridoio virtuale in movimento su degli schermi. La particolarità del Translocator è che l'intero apparato poteva essere spostato fisicamente in avanti, in sincronia con la velocità di corsa del topo.

Questo ha permesso ai ricercatori di "isolare" i diversi tipi di segnali che il cervello riceve durante il movimento:

• Segnale visivo: il movimento del corridoio virtuale percepito dagli occhi.
• Segnale motorio: l'informazione che il cervello riceve dai muscoli quando il topo corre.
• Segnale vestibolare: l'informazione che il cervello riceve dagli organi dell'equilibrio, che registrano i movimenti della testa e del corpo.

In pratica, i ricercatori potevano far sperimentare al topo diverse combinazioni di questi segnali: ad esempio, farlo correre sul tapis roulant fermo (segnale motorio + segnale visivo), oppure farlo muovere passivamente in avanti senza farlo correre (segnale vestibolare + segnale visivo).

Un meccanismo di integrazione diffuso

Utilizzando elettrodi avanzati (Neuropixels), i ricercatori hanno registrato l'attività dei neuroni nella corteccia visiva primaria dei topi durante l'esperimento. Hanno scoperto che circa la metà di questi neuroni, in particolare quelli situati negli strati più profondi della corteccia, rispondevano a tutti e tre i tipi di segnali: visivo, motorio e vestibolare.

Ma non è tutto. I ricercatori hanno anche scoperto che questa integrazione di segnali non avviene solo nella corteccia visiva primaria, ma anche in altre aree del cervello, come la corteccia somatosensoriale (che elabora le informazioni tattili) e la corteccia retrospleniale (coinvolta nella navigazione spaziale). Questo suggerisce che l'integrazione di informazioni sensoriali e motorie sia un principio fondamentale dell'organizzazione del cervello.

Un Modello Matematico

Per spiegare i risultati ottenuti, i ricercatori hanno collaborato con la professoressa Claudia Clopath per sviluppare un modello matematico. Questo modello ha confermato che l'attività dei neuroni nella corteccia visiva primaria è influenzata dalla combinazione dei segnali visivi, motori e vestibolari. Il modello ha anche fatto una previsione interessante: se la velocità di corsa del topo non corrisponde alla velocità del suo spostamento effettivo (ad esempio, se il tapis roulant si muove più lentamente di quanto il topo stia correndo), il cervello dovrebbe segnalare un errore, attraverso un aumento dell'attività dei neuroni che ricevono il segnale vestibolare. Questa previsione è stata poi confermata da ulteriori esperimenti.

Conclusioni: un nuovo modo di intendere il cervello

Questa ricerca cambia il modo in cui pensiamo al funzionamento del cervello. Invece di considerare le aree sensoriali (come la corteccia visiva) come entità separate, che elaborano solo un tipo di informazione, dobbiamo immaginarle come centri di integrazione dinamici, che ricevono costantemente informazioni da diverse fonti e le combinano per creare una rappresentazione coerente del mondo e del nostro corpo in movimento.

Come ha spiegato il professor Troy Margrie, autore principale dello studio, "il sistema vestibolare, in particolare, sembra essere utilizzato per generare un punto di riferimento interno, che ci permette di capire se siamo noi a muoverci o se è il mondo intorno a noi a farlo".

Fonte

Data di pubblicazione: 19/02/2025