Iscriviti alla newsletter



Registrati alla newsletter (giornaliera o settimanale):
Ricevi aggiornamenti sulla malattia, gli eventi e le proposte dell'associazione. Il tuo indirizzo email è usato solo per gestire il servizio, non sarà mai ceduto ad altri.


Come lavorano insieme, o da sole, le diverse aree del cervello

Il nostro cervello ha miliardi di neuroni raggruppati in diverse aree. Queste regioni lavorano spesso da sole, ma a volte devono unire le forze. Come fanno le diverse aree a comunicare in modo selettivo? Ricercatori della Stanford potrebbero aver risolto l'enigma.


Le diverse regioni del cervello spesso lavorano in modo indipendente, affidandosi al lavoro dei neuroni all'interno di quell'area. Altre volte, invece, due regioni devono collaborare per eseguire il compito specifico.


L'enigma è questo: quale meccanismo permette a due regioni del cervello di comunicare quando hanno bisogno di collaborare, ma di evitare di interferire l'una con l'altra quando devono lavorare da sole? In un articolo pubblicato oggi su Nature Neuroscience, un team guidato da Krishna Shenoy, professore di ingegneria elettrica della Stanford, svela un processo precedentemente sconosciuto che aiuta le due regioni del cervello a cooperare quando è necessaria un'azione comune per eseguire un compito.


"Questo è uno dei primi meccanismi riferiti in letteratura che permettono a aree del cervello di elaborare le informazioni continuamente, ma di comunicare solo quello che è necessario", ha detto Matthew T. Kaufman, postdottorato del laboratorio di Shenoy al momento di eseguire lo studio. Kaufman aveva progettato inizialmente i suoi esperimenti per studiare come la preparazione aiuta il cervello a compiere movimenti veloci e precisi, nell'ambito del lavoro a cui è preposto il laboratorio di Shenoy: costruire dispositivi protesici controllati dal cervello.


Ma i ricercatori di Stanford hanno usato un nuovo approccio per esaminare i dati che hanno prodotto alcuni risultati molto al di là dei movimenti del braccio. Il laboratorio di Shenoy è pioniere nell'analizzare come un gran numero di neuroni funzionano come una unità. Nell'applicare queste nuove tecniche allo studio dei movimenti delle braccia, i ricercatori hanno scoperto un modo in cui le diverse aree del cervello tengono i risultati localizzati oppure diffondono i segnali per coinvolgere altre regioni, se necessario.


"I nostri neuroni sono sempre attivi e connessi", ha spiegato Kaufman, che ora sta portando avanti la ricerca sul cervello al «Cold Spring Harbor Laboratory» di New York. "Quindi è importante controllare quali segnali sono trasmessi da una zona all'altra".

 

Progetto dell'esperimento

Gli scienziati hanno ottenuto le loro scoperte studiando le scimmie addestrate a fare movimenti precisi del braccio. Le scimmie sono state istruite a fare una breve pausa prima di effettuare la presa, permettendo così al loro cervello di prepararsi un istante prima di muoversi. Ricordiamo che l'obiettivo era aiutare a costruire protesi controllate dal cervello.


Poiché i neuroni nel cervello stanno sempre inviando segnali, gli ingegneri devono riuscire a differenziare il comando per agire dai segnali che accompagnano la preparazione. Per capire come questo funziona con il braccio della scimmia, gli scienziati hanno letto i dati elettrici di tre punti durante gli esperimenti: dei muscoli del braccio, e di ciascuna delle due regioni corticali motorie nel cervello conosciute per controllare i movimenti del braccio. Le letture muscolari hanno consentito agli scienziati di stabilire quali tipi di segnali riceve il braccio durante lo stato di preparazione rispetto alla fase di azione.


Le letture cerebrali erano più complesse. Due regioni controllano i movimenti del braccio, si trovano vicino al centro superiore del cervello, un centimetro di lato. Ciascuna delle due aree è composta da oltre 20 milioni di neuroni. Gli scienziati volevano capire il comportamento di entrambe le regioni, ma non potevano sondare milioni di neuroni. Così hanno letto campioni scelti accuratamente di circa 100/200 neuroni individuali in ciascuna delle due regioni.


Durante gli esperimenti, gli scienziati hanno esaminato letture del cervello delle scimmie su due livelli. Per il primo, hanno considerato l'attività dei singoli neuroni - la velocità con la quale «sparano» segnali i neuroni. Per il livello superiore, gli scienziati hanno individuato anche gli schemi dei cambiamenti nell'attività di molti neuroni. Questa è una tecnica relativamente nuova per le neuroscienze, chiamata «analisi di popolazione e dimensionalità». Il suo obiettivo è capire come i neuroni lavorano insieme in intere regioni del cervello.

 

A caccia del segnale

I principali risultati sono emersi dalla comprensione di come i singoli neuroni lavorano insieme come gruppo per guidare i muscoli. Mentre la scimmia si preparava a muovere il braccio, ma finchè lo tratteneva, molti neuroni in entrambe le regioni di controllo del movimento registravano grandi cambiamenti di attività. Ma questa attività preparatoria non guidava il movimento. Perché?


Gli scienziati hanno capito che, durante la fase preparatoria, il cervello bilancia accuratamente i cambiamenti di attività di tutti quei singoli neuroni all'interno di ogni regione. Mentre alcuni neuroni sparavano velocemente, altri rallentavano in modo che l'intero gruppo potesse trasmettere un messaggio coerente ai muscoli.


Ma al momento dell'azione, la lettura dei segnali del gruppo cambiavano in modo misurabile e coerente. Guardando i dati, gli scienziati hanno potuto correlare questi cambiamenti a livello di gruppo alla flessione dei muscoli. Questo cambiamento a livello di gruppo differenzia l'azione dalla preparazione.

 

Implicazioni più ampie

I ricercatori della Stanford hanno messo un grande impegno nell'analisi matematica dei dati. Dovevano essere sicuri che ognuna delle due popolazioni di neuroni mostrasse nell'attività i cambiamenti cruciali di controllo del muscolo quando (e solo se) flettevano i muscoli. Questo è stato il segnale chiave che avevano cercato di trovare.


Kaufman ha detto che, circa un anno dopo quello che si è poi rivelato un progetto triennale, si è reso conto che ci potrebbero essere conseguenze più ampie a questa idea di identificazione a livello di gruppo e dimensionalità. Egli stava presentando una prima versione dei risultati dell'analisi cervello-muscolo ad una conferenza scientifica, quando una domanda di uno dei suoi colleghi lo ha indotto a pensare. Aveva trovato segnali a livello di popolazione tra le regioni del cervello e dei muscoli. Forse le due aree del cervello, ciascuna con controllo parziale dell'azione, si accoppiano e si disaccoppiano in modo simile? "Ho iniziato l'analisi nella camera d'albergo quella notte all'una", ricorda Kaufman. "Quasi subito i risultati erano chiari".


"L'interazione fortuita tra scienza di base e ingegneria non cessa mai di stupirmi", ha detto il professor Shenoy, che è anche professore di neurobiologia, affiliato di bioingegneria e docente Bio-X. "Alcune delle migliori idee per la progettazione di sistemi protesici per aiutare le persone con paralisi provengono dalla ricerca di base delle neuroscienze, come è il caso qui, e alcune delle più profonde intuizioni scientifiche provengono dalla misurazione dell'ingegneria e dai sistemi medicali".

 

 

 

 

 


FonteStanford School of Engineering.

Riferimenti:  Matthew T Kaufman, Mark M Churchland, Stephen I Ryu, Krishna V Shenoy. Cortical activity in the null space: permitting preparation without movement. Nature Neuroscience, 2014; DOI: 10.1038/nn.3643

Pubblicato in eurekalert.org  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Copyright: Tutti i diritti di eventuali testi o marchi citati nell'articolo sono riservati ai rispettivi proprietari.

Liberatoria: Questo articolo non propone terapie o diete; per qualsiasi modifica della propria cura o regime alimentare si consiglia di rivolgersi a un medico o dietologo. Il contenuto non dipende da, nè impegna l'Associazione Alzheimer onlus di Riese Pio X. I siti terzi raggiungibili da eventuali links contenuti nell'articolo e/o dagli annunci pubblicitari sono completamente estranei all'Associazione, il loro accesso e uso è a discrezione dell'utente. Liberatoria completa qui.

Nota: L'articolo potrebbe riferire risultati di ricerche mediche, psicologiche, scientifiche o sportive che riflettono lo stato delle conoscenze raggiunte fino alla data della loro pubblicazione.

Sostieni l'Associazione; una donazione, anche minima, ci aiuterà ad assistere malati e famiglie e continuare ad informarti. Clicca qui a destra:

 


 

 

Notizie da non perdere

3 modi per trasformare l'auto-critica in auto-compassione

14.08.2018 | Esperienze & Opinioni

Hai mai sentito una vocina parlare nella tua testa, riempiendoti di insicurezza? Forse l...

Ritmi cerebrali non sincronizzati nel sonno fanno dimenticare gli anziani

18.12.2017 | Ricerche

Come l'oscillazione della racchetta da tennis durante il lancio della palla per servire un ace, l...

Curare l'Alzheimer: singolo proiettile magico o sparo di doppietta?

20.03.2025 | Esperienze & Opinioni

Perché i ricercatori stanno ancora annaspando nella ricerca di una cura per quella che è...

Relazioni personali ricche migliorano il funzionamento del cervello

22.06.2020 | Ricerche

Come interagiscono gli individui, come si percepiscono uno con l'altro, e i pensieri e i...

Menopausa precoce e terapia ormonale ritardata alzano il rischio di Alzheimer

17.04.2023 | Ricerche

Le donne hanno più probabilità degli uomini di sviluppare il morbo di Alzheimer (MA), e ...

Studio rivela dove vengono memorizzati i frammenti di memoria

22.07.2022 | Ricerche

Un momento indimenticabile in un ristorante può non essere esclusivamente il cibo. Gli o...

Riprogrammare «cellule di supporto» in neuroni per riparare il cervello adulto…

21.11.2014 | Ricerche

La porzione del cervello adulto responsabile del pensiero complesso, la corteccia cerebrale, non ...

Gas xeno potrebbe proteggere dall'Alzheimer, almeno nei topi; previsti te…

30.01.2025 | Ricerche

Molti dei trattamenti perseguiti oggi per proteggere dal morbo di Alzheimer (MA) sono co...

Svelati nuovi percorsi per la formazione di memoria a lungo termine

31.12.2024 | Ricerche

Ricercatori del Max Planck Florida Institute for Neuroscience hanno scoperto un nuovo percorso pe...

'Scioccante': dopo un danno, i neuroni si auto-riparano ripartendo d…

17.04.2020 | Ricerche

Quando le cellule cerebrali adulte sono ferite, ritornano ad uno stato embrionale, secon...

Un segnale precoce di Alzheimer potrebbe salvarti la mente

9.01.2018 | Esperienze & Opinioni

L'Alzheimer è una malattia che ruba più dei tuoi ricordi ... ruba la tua capacità di ese...

Scienziati dicono che si possono recuperare i 'ricordi persi' per l…

4.08.2017 | Ricerche

Dei ricordi dimenticati sono stati risvegliati nei topi con Alzheimer, suggerendo che la...

Età degli organi biologici prevede il rischio di malattia con decenni di antic…

11.03.2025 | Ricerche

I nostri organi invecchiano a ritmi diversi e un esame del sangue che determina quanto ciascuno è...

La scoperta del punto di svolta nell'Alzheimer può migliorare i test di n…

20.05.2022 | Ricerche

 Intervista al neurologo William Seeley della Università della California di San Francisco

...

Molecola 'anticongelante' può impedire all'amiloide di formare …

27.06.2018 | Ricerche

La chiave per migliorare i trattamenti per le lesioni e le malattie cerebrali può essere nelle mo...

Il ruolo sorprendente delle cellule immunitarie del cervello

21.12.2020 | Ricerche

Una parte importante del sistema immunitario del cervello, le cellule chiamate microglia...

I dieci fattori legati a un aumento del rischio di Alzheimer

27.07.2020 | Esperienze & Opinioni

Anche se non c'è ancora alcuna cura, i ricercatori stanno continuando a migliorare la co...

Smetti di chiederti se sei un bravo caregiver

3.07.2020 | Esperienze & Opinioni

Amare e prendersi cura di qualcuno con demenza può essere difficile. Forse, è una delle ...

Cerca il tuo sonno ideale: troppo e troppo poco legati al declino cognitivo

28.10.2021 | Ricerche

Come tante altre cose buone della vita, il sonno fa meglio se è moderato. Uno studio plu...

Sciogliere il Nodo Gordiano: nuove speranze nella lotta alle neurodegenerazion…

28.03.2019 | Ricerche

Con un grande passo avanti verso la ricerca di un trattamento efficace per le malattie n...

Logo AARAssociazione Alzheimer OdV
Via Schiavonesca 13
31039 Riese Pio X° (TV)

Seguici su

 
enfrdeites

We use cookies

Utilizziamo i cookie sul nostro sito Web. Alcuni di essi sono essenziali per il funzionamento del sito, mentre altri ci aiutano a migliorare questo sito e l'esperienza dell'utente (cookie di tracciamento). Puoi decidere tu stesso se consentire o meno i cookie. Ti preghiamo di notare che se li rifiuti, potresti non essere in grado di utilizzare tutte le funzionalità del sito.