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Come ci permette il cervello di focalizzare rapidamente l'attenzione?
In evidenza i dendriti distali di uno strato neocorticale 5 di neurone piramidale (giallo) in un mare di assoni colinergici (verdi). Fonte: Lee FletcherI ricercatori del Queensland Brain Institute (Australia) hanno scoperto un meccanismo chiave nel cervello che potrebbe essere alla base della nostra capacità di focalizzare rapidamente l'attenzione.
Il nostro cervello è continuamente bombardato da informazioni provenienti dai sensi, eppure il nostro livello di vigilanza a tali stimoli è variabile, permettendoci di concentrarci selettivamente su una conversazione e non su un'altra.
Il professor Stephen Williams del Queensland Brain Institute della University of Qeensland spiega: "Se vogliamo dare la nostra concentrazione piena, deve accadere qualcosa nel cervello che ci permette di concentrarci e filtrare le distrazioni. Deve esserci un meccanismo che segnali la cosa su cui vogliamo concentrarci".
Meccanismo che però non era stato finora compreso, dice. La ricerca ha dimostrato che, quando focalizziamo la nostra attenzione, cambia l'attività elettrica della neocorteccia del cervello. I neuroni smettono di segnalare in sincronia tra loro e iniziano a sparare fuori sincrono.
Questo è utile, dice Williams, perché consente ai singoli neuroni di rispondere alle informazioni sensoriali in modi diversi. Quindi, puoi concentrarti su un'auto che sfreccia lungo la strada o su ciò che un amico sta dicendo in una stanza affollata.
È noto che il sistema colinergico del cervello ha un ruolo importante nell'innescare questa de-sincronizzazione. Il sistema colinergico consiste in gruppi di neuroni speciali che sintetizzano e rilasciano una molecola di segnalazione chiamata acetilcolina, spiega, e questi gruppi formano connessioni di ampia portata in tutto il cervello.
Questo sistema colinergico non solo agisce da interruttore generale, ma prove crescenti suggeriscono che esso consente anche al cervello di identificare quale impulso sensoriale è il più saliente - vale a dire degno di attenzione - in un dato momento e poi accende un riflettore su quello stimolo.
"Il sistema colinergico trasmette nel cervello, questa cosa è davvero importante per essere vigili", afferma Williams. E aggiunge che è stato proposto che il sistema colinergico ha un impatto di vasta portata sulle nostre capacità cognitive:
"La distruzione del sistema colinergico negli animali degrada profondamente la cognizione e la formazione della memoria. È importante sottolineare che negli esseri umani una progressiva degenerazione del sistema colinergico è quanto avviene in malattie devastanti che riducono la cognizione e la memoria, come l'Alzheimer".
Ma non sapevamo ancora con precisione quali neuroni nella corteccia sono puntati da questo interruttore generale e come è in grado di influenzare la loro funzione. Williams e Lee Fletcher, ricercatore del QBI, si sono chiesti se possono essere coinvolti i neuroni B-piramidali di livello 5, i neuroni 'di emissione' della neocorteccia, perché sono intimamente coinvolti nel modo in cui percepiamo il mondo.
"I neuroni di emissione della neocorteccia eseguono calcoli che si pensa siano alla base della nostra percezione del mondo", afferma Williams. Lui e Fletcher volevano sapere se il sistema colinergico è in grado di influenzare l'attività di questi neuroni di emissione. Hanno modificato con l'optogenetica i neuroni nel sistema colinergico nel cervello dei topi in modo che potessero essere attivati con un lampo di luce blu, innescando un improvviso rilascio di acetilcolina.
Ciò ha permesso ai ricercatori di monitorare da vicino l'interazione tra il sistema colinergico e i neuroni di emissione e di scoprire che, se i neuroni di emissione non erano attivi in quel momento, non succedeva granché. Ma quando quei neuroni ricevevano un segnale eccitatorio sui loro dendriti, il sistema colinergico poteva aumentare in modo massiccio la loro attività.
"È come se il sistema colinergico desse il segnale «vai»", dice Fletcher, consentendo ai neuroni di emissione della neocorteccia di rispondere in modo potente. È importante sottolineare che questo cambiamento era selettivo, e solo apparente quando l'input eccitatorio veniva elaborato nei dendriti dei neuroni 'di emissione'.
"Sappiamo da tempo che i dendriti dei neuroni di emissione della neocorteccia si attivano solo quando gli animali hanno un comportamento attivo e che questa attività è correlata alla percezione e alle prestazioni del compito", afferma Williams. Questo nuovo lavoro dimostra che il sistema colinergico è fondamentale per questa transizione nei topi e nei ratti, consentendo ai neuroni di emissione di eseguire calcoli in modo dipendente dallo stato.
"Noi ipotizziamo che questo interruttore sia presente anche nella neocorteccia umana, permettendoci di cambiare con rapidità il nostro stato di vigilanza e attenzione", afferma Williams. "Il nostro lavoro fornisce quindi informazioni importanti su come la degenerazione progressiva del sistema colinergico nelle malattie porta al declino della cognizione umana".
Fonte: University of Queensland (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Stephen R. Williams, Lee N. Fletcher. A Dendritic Substrate for the Cholinergic Control of Neocortical Output Neurons. Neuron, 2018; DOI: 10.1016/j.neuron.2018.11.035
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