Ricerche

Quando ricordiamo qualcosa di familiare o esploriamo una nuova situazione, il cervello non usa sempre le stesse rotte di comunicazione. Uno studio internazionale guidato da Claudio Mirasso della University of the Balearic Islands (UIB), e da Santiago Canals della Miguel Hernández University (UMH) of Elche, ha scoperto che il cervello cambia in modo flessibile i suoi percorsi di comunicazione modulando l'equilibrio tra due circuiti inibitori fondamentali.

Questi risultati, pubblicati su PLoS Computational Biology, mostrano che questa flessibilità dipende dall'equilibrio tra due tipi di meccanismi inibitori, che regolano l'interazione tra ritmi lenti (theta) e veloci (gamma). Grazie a questo meccanismo, il cervello può selezionare diverse fonti di informazioni, come gli stimoli sensoriali dall'ambiente esterno o un'esperienza sensoriale memorizzata.

Per raggiungere queste conclusioni, i ricercatori hanno combinato modelli computazionali con registrazioni sperimentali nell'ippocampo, una regione del cervello cruciale per la memoria e la navigazione. Hanno osservato che in ambienti familiari, in cui sono già note esperienze sensoriali, i neuroni favoriscono una modalità di comunicazione diretta che facilita la trasmissione dalla corteccia entorinale all'ippocampo. In questa modalità, è prioritaria la riattivazione della memoria consolidata. Al contrario, di fronte a una novità, il cervello attiva un'altra modalità che integra la riattivazione della memoria con nuovi segnali sensoriali. In questa modalità, è prioritario l'aggiornamento della memoria.

Fino ad ora, si pensava che la fase dei ritmi cerebrali lenti organizzasse l'ampiezza di un'attività più rapida; questo studio invece dimostra che la relazione è bidirezionale:

"Questo lavoro fornisce una spiegazione meccanicistica di come il cervello cambia in modo flessibile i canali di comunicazione a seconda del contesto", afferma Dimitrios Chalkiadakis, primo autore dello studio. "Regolando l'equilibrio tra diversi tipi di inibizione, i circuiti definiscono quali input hanno la priorità, da percorsi legati alla memoria o da nuove informazioni sensoriali".

Attraverso un quadro teorico che integra i dati elettrofisiologici dai ratti che esplorano ambienti nuovi e familiari, gli esperti hanno identificato due modalità di funzionamento: in una, l'inibizione di controllo anticipato porta a interazioni da-gamma-a-teta, mentre nell'altra, l'inibizione della risposta produce interazioni da-teta-a-gamma. I circuiti neuronali nel cervello implementano naturalmente entrambe le modalità di connettività inibitoria. Lo studio mostra che la transizione tra di loro è continua e la priorità dell'una o dell'altra dipende esclusivamente dalla forza delle connessioni sinaptiche tra i neuroni nel circuito. Ciò consente alla modalità di funzionamento di adeguarsi in modo flessibile alle esigenze cognitive e contestuali.

Oltre la memoria

Lo studio suggerisce che questa forma flessibile di coordinamento tra ritmi cerebrali potrebbe estendersi ad altre funzioni cognitive, come l'attenzione. In effetti, lavoro recente nell'uomo mostra modelli coerenti con il modello computazionale. Ciò indica un principio generale del cervello: l'equilibrio tra circuiti inibitori è la chiave per dirigere le informazioni all'interno della sua complessa rete di connessioni.

"I nostri risultati aiutano a unificare le opinioni opposte su come interagiscono i ritmi cerebrali di diverse frequenze", spiega Mirasso.

"Invece di essere puramente locali o ereditati dalle regioni precedenti, questi ritmi emergono dall'interazione tra stimoli esterni e dinamica inibitoria locale. Questo doppio meccanismo consente al cervello di ottimizzare l'elaborazione delle informazioni in condizioni diverse", aggiunge Canals.

Guardando al futuro, i ricercatori intendono espandere il loro modello per includere una maggiore diversità di tipi e architetture neuronali specifici per ciascuna regione del cervello. L'obiettivo è comprendere meglio come questo equilibrio sia modificato in patologie come l'epilessia, la dipendenza o l'Alzheimer: "Studiare queste dinamiche a livello meccanicistico potrebbe in definitiva ispirare nuove strategie di intervento terapeutico", concludono entrambi gli autori.