Per studiare il funzionamento del cervello durante la loro navigazione, gli scienziati realizzano per i topi dei mondi generati al computer.
di Faye Flam
Gli scienziati possono ora osservare nel dettaglio i cervelli degli animali da laboratorio mentre sono all’opera. Una tecnica conosciuta come imaging a due fotoni, in particolare, permette ai neurologi di osservare migliaia di neuroni che lavorano in concerto per codificare informazioni.
Il problema con l’imaging a due fotoni è che la testa dell’animale deve essere tenuta ferma. Questo precluderebbe l’osservazione del cervello mentre l’animale fa qualcosa di interessante.
La realtà virtuale parrebbe una soluzione creativa – un ambiente generato al computer può essere provato attraverso una cuffia. Qualche anno fa un neurologo ha cominciato a sviluppare minuscoli sistemi di realtà virtuale con i quali far credere ai topi di percorrere un labirinto quando in realtà stanno correndo su una grossa palla con la testa immobilizzata.
Finora, però, i topi non correvano prima di essere stati sottoposti a settimane di addestramento. Jeremy Freeman, Nicholas Sofroniew ed altri colleghi del HHMI Janelia Research Campus, in Virginia, hanno creato un labirinto virtuale che i topi sembrano comprendere subito, riuscendo a percorrerlo senza alcuna forma di addestramento. Il sistema è progettato per sfruttare il modo in cui i topi si muovono in natura, racconta Freeman. Invece di affidarsi primariamente ai loro occhi, i topi si affidano pesantemente ai loro baffi per percepire il loro percorso attraverso il mondo.
Nella realtà virtuale orientata attorno ai baffi, le pareti si muovono per illudere il topo che sta correndo attraverso una serie di corridoi, spiega. Durante questa simulazione, però, la testa del topo rimane immobile.
Karel Svoboda, un ricercatore senior del progetto, dice che hanno già appreso come diversi neuroni agiscano in base alla distanza fra la testa del topo e le pareti. Pare che il cervello traduca le informazioni inviate dai baffi in una forma che il topo può utilizzare.
La tecnica di visualizzazione, che Svoboda ha contribuito a sviluppare, si affida a proteine fluorescenti prese dalle meduse. I ricercatori hanno alterato geneticamente i topi affinché le loro cellule producano queste proteine fluorescenti in una forma che viene attivata quando esposte a ioni di calcio. I neuroni comunicano trasferendo gli ioni di calcio, per cui durante l’attività cerebrale i neuroni interessati si accendono come in un concerto. Per vedere e registrare quello che succede, i ricercatori sostituiscono una porzione del teschio dell’animale con una minuscola finestrella.
Da qualche tempo gli scienziati riescono ad “ascoltare” i singoli neuroni utilizzando gli elettrodi, dice Svoboda, ma è come sentire un singolo strumento durante una sinfonia. Ora, dice, possono osservare il flusso di informazioni attraverso il cervello mentre il topo impara a gestire un nuovo ambiente, anche se virtuale.
Pur restando immobile, la testa del topo viene coinvolta in quella che Svoboda descrive come una sensazione attiva. Lo facciamo quando muoviamo gli occhi per esplorare l’ambiente circostante. Anche i topi muovono gli occhi, ma in aggiunta muovono anche i baffi. Pare che il cervello del topo utilizzi serie di neuroni per rappresentare le distanze.
I ricercatori sperano di comprendere in che modo il cervello elabora le informazioni. Questo potrebbe contribuire a svelare quello che avviene con disordini quali l’autismo. “Vogliamo comprendere come i cervelli fanno tutto quello che riguarda la percezione, l’apprendimento, e la decisione”, dice Freeman.
Quello che vorrebbero veramente comprendere è il meccanismo dell’apprendimento e la natura dell’intelligenza. È un problema complesso, dice, “ma cercare di comprendere il cervello mentre esplora ambienti immersivi è una delle nostre occasioni migliori”.
(MO)
