Come riconosciamo gli altri? Come distinguiamo l'amico dal nemico, la minaccia dalla ricompensa? Il cervello come calcola la moltitudine di segnali che ci dicono che Susan non è Erica, anche se si assomigliano? La complessità delle interazioni sociali - sia degli umani che dei mammiferi - sta confondendo da decenni i ricercatori del cervello.

Ora un nuovo studio, condotto nei topi da neuroscienziati rigenerativi della Harvard Medical School, dell'Harvard Stem Cell Institute e del Massachusetts General Hospital, fornisce informazioni cruciali sui circuiti neurali e sulla cascata di segnali che stanno alla base del riconoscimento sociale.

Gli esperimenti, descritti l'8 dicembre su Nature Communications, mostrano che il riconoscimento sociale è regolato da un reticolo di neuroni sensibili all'ossitocina in una parte dell'ippocampo, una struttura del cervello a forma di cavalluccio marino, responsabile della formazione della memoria.

I risultati si sommano a un corpo di ricerca scarso ma in crescita, che proietta l'ippocampo sotto una nuova luce. Descritto di solito come il bibliotecario del cervello - incaricato di formare i ricordi a breve termine, consolidarli in quelli a lungo termine e etichettandoli e conservandoli per il successivo recupero - il ruolo dell'ippocampo nella navigazione spaziale è ben consolidato. Tuttavia, il suo coinvolgimento nel comportamento sociale in generale e nel riconoscimento sociale in particolare è rimasto finora poco chiaro.

Le ultime scoperte indicano che l'ippocampo ha un ruolo di differenziatore dei ricordi sociali, se abilitato dalla sostanza neurochimica ossitocina, nota per il suo ruolo nei legami, nell'empatia e nel piacere sessuale.

In particolare, gli esperimenti del team rivelano che il calcolo degli stimoli sociali avviene nel circuito CA3 del giro dentato (DG-CA3), una subunità dell'ippocampo che si ritiene abbia il ruolo di catalogatore principale, responsabile della memorizzazione di ricordi simili in 'cartelle' distinte, assicurandosi che il file corretto venga recuperato quando è necessario.

I risultati indicano che l'ossitocina è un catalizzatore critico che commuta la modalità funzionale del circuito. In assenza di ossitocina, il circuito regola il riconoscimento degli oggetti.

"I nostri risultati indicano che l'ossitocina usurpa [le funzioni di] questo circuito neurale preesistente all'interno dell'ippocampo, che di norma regola la differenziazione di ricordi simili", ha detto il primo autore dello studio Tara Raam, studente laureato in neuroscienze all'Università di Harvard. "In presenza di ossitocina, il circuito assume un ruolo aggiuntivo come regolatore della cognizione sociale".

Tale 'compartecipazione alla scelta', hanno aggiunto i ricercatori, illustra l'efficienza dell'evoluzione. "La natura è essenziale, è parsimoniosa", ha detto l'autore senior Amar Sahay, professore associato alla Harvard Medical School al Centro di Medicina Rigenerativa e al Dipartimento di Psichiatria del Massachusetts General Hospital. "Non le piace inventare componenti diversi per processi diversi. Ripropone quelli esistenti".

Le scoperte del team della Harvard Medical School possono aiutare a spiegare perché l'interruzione dell'attività ippocampale può portare a tipi di anomalie del comportamento sociale osservate in una varietà di condizioni neurologiche, psichiatriche e del neurosviluppo, in particolare i disturbi dello spettro autistico.

I calcoli neurali di base che separano stimoli simili, ma diversi l'uno dall'altro, sono fondamentali anche nella più prosaica delle attività quotidiane. Il lavoro precedente pubblicato dal team di Sahay indica che questo vaglio neurale è alla base della capacità di distinguere tra stimoli benigni e minacciosi nei nostri dintorni. Quando tale aritmetica neurale va male - ad esempio come accade nelle persone con disturbo post-traumatico da stress (DPTS) - può portare alla percezione della minaccia laddove non ce n'è.

Ad esempio, dice Sahay, un soldato che è tornato a casa dal combattimento sta andando a bersi un caffè in macchina. Vede qualcosa sulla strada che assomiglia a un ordigno esplosivo improvvisato. "La vista innesca un ricordo precedente", ha detto Sahay. "Un soldato sano ignorerebbe l'oggetto, ma quello con DPTS recupera l'intero ricordo iniziale a causa del deterioramento della discriminazione tra stimoli simili. Quella persona percepirà l'oggetto benigno come una minaccia. È una eccessiva generalizzazione della paura".

L'informazione

Nell'attuale studio, gli scienziati si sono concentrati su un'area dell'ippocampo chiamata giro dentato, che riceve segnali dall'ambiente esterno e li trasmette a un gruppo di neuroni chiamato CA3, che è essenzialmente il condotto delle informazioni elaborate nel giro dentato.

Il lavoro precedente di Sahay e altri aveva suggerito che l'impalcatura neurale DG-CA3 ha un ruolo nel distinguere ricordi simili l'uno dall'altro, in particolare quelli relativi allo spazio e al luogo: pensa di arrivare a una parte familiare della città e vedere un segno o una struttura che in un'istante ti dice che sei in un territorio conosciuto.

L'ippocampo e la sua impalcatura DG-CA3 (epicentri di formazione e differenziazione della memoria) hanno un intricato circuito neuronale. I neuroni in queste aree sono costellati da un'abbondanza di recettori dell'ossitocina, un'osservazione che fino ad ora aveva lasciato un po' sconcertati gli scienziati.

Sahay e il team si sono chiesti: perché i principali catalogatori del cervello sono dotati di così tanti recettori di una sostanza neurochimica affettiva? Secondo loro, era un segno rivelatore del fatto che l'ossitocina avesse una funzione critica, che valeva la pena esplorare ulteriormente. In una serie di esperimenti, il team di Sahay ha dimostrato che, in effetti, la presenza di ossitocina scatena la segnalazione attraverso il circuito per guidare l'interazione sociale.

In una serie di esperimenti, i ricercatori hanno usato dei virus per eliminare i recettori di ossitocina nel circuito DG-CA3 del cervello di topi. Nonostante abbiano perso i loro recettori di ossitocina, gli animali hanno mantenuto la loro capacità di differenziare tra oggetti vecchi e nuovi, come tazze e ciotole. Potevano anche distinguere tra oggetti inanimati e animati: optavano, in modo appropriato, di passare il tempo con un altro topo invece che con una ciotola vuota.

La storia è cambiata quando questi topi insensibili all'ossitocina sono stati messi in situazioni sociali. In presenza di topi noti e altri sconosciuti, i topi normali hanno trascorso più tempo con gli animali sconosciuti. Tuttavia, gli animali a cui mancavano i recettori di ossitocina non riuscivano più a distinguere i loro vecchi conoscenti dai nuovi arrivati, trascorrendo lo stesso tempo con i vecchi amici e con gli estranei. "In termini di etichetta sociale del topo, gli animali privi dei recettori dell'ossitocina erano socialmente inetti", ha detto Sahay.

La scoperta, dice Sahay, dimostra che, sebbene il circuito DG-CA3 regoli il riconoscimento degli oggetti, quando è inondato di ossitocina, regola anche il riconoscimento sociale.

Un relè neurale

Mentre l'ippocampo indicizza nuovi ricordi, il comportamento sociale è guidato da altre aree del cervello. Perciò la domanda successiva dei ricercatori è diventata: una volta che sono stati fatti i calcoli sociali nel circuito DG-CA3, come vengono inoltrati dall'ippocampo per guidare il comportamento?

Per rispondere a questa domanda, i ricercatori hanno usato una tecnica chiamata optogenetica, che comporta la modificazione genetica dei neuroni per renderli sensibili alla luce.

Per mappare il percorso specifico preciso della trasmissione del segnale sociale, i ricercatori hanno illuminato tutte le vie neurali che vanno dal DG-CA3 ad altre parti del cervello. Per individuare la rotta responsabile della conduzione delle memorie sociali, gli scienziati hanno attivato e disattivato i vari percorsi neurali e osservato l'effetto sul comportamento degli animali.

I risultati hanno rivelato un'autostrada neurale che inizia nel circuito DG-CA3. Da lì i segnali sociali vengono trasmessi alla parte posteriore dell'ippocampo, che a sua volta invia i dati all'esterno dell'ippocampo in un'area del proencefalo chiamata nucleo accumbens, noto per governare una serie di comportamenti sociali e per il suo ruolo nella ricerca della ricompensa, nell'avversione, nella dipendenza e nel piacere.

Presi insieme i risultati rivelano che i recettori di ossitocina agiscono come catalizzatori critici che accendono il calcolo neurale degli stimoli sociali in un circuito specifico all'interno dell'ippocampo, che trasmette i segnali ad altre regioni del cervello per ulteriori analisi e successive decisioni.