Riassunto grafico dello studio.

All'inizio del XX secolo gli scienziati hanno iniziato a registrare l'attività cerebrale usando elettrodi attaccati al cuoio capelluto. Con loro sorpresa, hanno visto che l'attività cerebrale è caratterizzata da segnali lenti e rapidi ascendenti e discendenti che sono stati successivamente chiamati 'onde cerebrali'.

Da allora, le onde cerebrali sono state studiate intensamente nel contesto del loro coinvolgimento nell'elaborazione e nella trasmissione di informazioni tra le diverse regioni del cervello. Nel cervello sano, si è osservato un cambiamento nell'intensità delle onde nel contesto di una vasta gamma di attività cognitive, come la memoria e l'apprendimento.

Inoltre, molti studi hanno dimostrato che i cambiamenti nell'intensità e nella frequenza delle onde indicano epilessia, autismo o malattie neurodegenerative come Parkinson e Alzheimer. Il morbo di Alzheimer (MA), ad esempio, è caratterizzato da una forte diminuzione dell'intensità delle onde a una certa frequenza, mentre l'epilessia è caratterizzata da un aumento molto acuto e anormale dell'intensità delle onde a una frequenza diversa.

Sappiamo ora che le onde cerebrali esprimono un'attività sincronizzata di decine di migliaia di cellule nervose (neuroni), quindi un aumento normale dell'intensità delle onde esprime l'attività sincronizzata di diversi gruppi di neuroni, che punta a trasmettere informazioni. Ma perché e in che modo queste onde contribuiscono alla corretta trasmissione di informazioni nel cervello?

Un nuovo studio condotto dal dottorando Tal Dalal del laboratorio del prof. Rafi Haddad alla Bar-Ilan University (Israele), si concentra su questa domanda chiave. Nello studio, pubblicato su Cell Reports, i ricercatori hanno alterato il livello di sincronizzazione nell'area del cervello che trasmette le informazioni. Hanno quindi esaminato come ciò influenza il trasferimento di informazioni e come lo capisce l'area del cervello che riceve le informazioni.

La ricerca si è concentrata sulle regioni cerebrali che fanno parte del sistema olfattivo, che è caratterizzato da una forte intensità delle onde cerebrali. Un tipo particolare di neuroni in questa regione è responsabile di creare l'attività sincronizzata dell'onda cerebrale. Per aumentare o ridurre la sincronizzazione, i ricercatori hanno utilizzato l'optogenetica, un metodo che consente di attivare e disattivare l'attività dei neuroni, proprio come un interruttore, proiettando luce lampeggiante sul cervello.

In questo modo si può attivare o disattivare l'attività dei neuroni sincronizzanti per esaminare in che modo la modifica dell'attività sincronizzata di molti neuroni in una regione influisce sulla trasmissione di informazioni nella regione successiva, quella che legge le informazioni.

L'area primaria ('a monte') manipolata, aumentando o diminuendo la sincronizzazione, è dove si verifica l'elaborazione iniziale nel sistema olfattivo. Da lì le informazioni sincronizzate o non sincronizzate, a seconda della manipolazione, vengono trasferite nell'area secondaria ('a valle') del sistema olfattivo, responsabile dell'elaborazione di livello superiore.

I ricercatori hanno scoperto che l'aumento della sincronizzazione dei neuroni nella regione cerebrale a monte, che trasmette le informazioni, ha portato a un significativo miglioramento della trasmissione e dell'elaborazione delle informazioni nella regione a valle. Al contrario, quando si riduceva la sincronizzazione, la rappresentazione delle informazioni nella regione a valle era compromessa.

C'è stata anche una scoperta inaspettata:

"Siamo rimasti sorpresi di scoprire che l'attivazione dei neuroni che inducono la sincronia ha causato anche una diminuzione del livello di attività complessivo nella regione a monte, quindi ci saremmo aspettati che fossero trasferite meno informazioni alla regione a valle. Ma il fatto stesso che l'uscita dalla regione a monte fosse sincronizzata, ha compensato l'attività ridotta complessiva e ha persino migliorato il trasferimento di informazioni", spiega Dalal.

I ricercatori hanno dedotto da ciò l'importanza dell'attività cerebrale sincronizzata per il trasferimento e l'elaborazione delle informazioni. Quando migliaia di neuroni sono sincronizzati, la trasmissione di informazioni nel cervello viene eseguita in modo più potente e affidabile, rispetto a una situazione in cui l'attività è asincrona e ogni neurone opera in modo indipendente dal gruppo.

Dalal afferma che questo può essere paragonato a una dimostrazione di decine di migliaia di persone in una piazza pubblica rispetto ai manifestanti sparsi in luoghi diversi. Il potere dell'attività condivisa e sincronizzata è immenso rispetto all'attività indipendente e non sincronizzata.

Questa scoperta può spiegare perché una diminuzione dell'attività sincronizzata, che esprime una diminuzione dell'intensità delle onde cerebrali, può comportare un deterioramento cognitivo nelle malattie neurodegenerative come il MA.

"Ad oggi, gli studi hanno mostrato una correlazione tra sincronicità ridotta e malattia neurodegenerativa, ma non hanno mostrato perché e come accade", afferma Dalal. "Nel nostro studio abbiamo dimostrato che la sincronizzazione contribuisce alla trasmissione e all'elaborazione delle informazioni nel cervello, e questo potrebbe essere il motivo per cui alla fine vediamo una compromissione cognitiva nei pazienti".

Lo studio di Dalal e del prof. Haddad offre nuove opzioni per il trattamento delle malattie neurodegenerative: è possibile che l'attività cerebrale anormale possa essere corretta in futuro attraverso una stimolazione specifica di alcuni neuroni, come i lampi di luce usati per la manipolazione in questo studio, per ripristinare la sincronizzazione al livello richiesto per l'attività cerebrale normale.

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