Quando camminiamo per strada, abbiamo un senso interno di quale direzione stiamo andando, guardando i segnali stradali e i punti di riferimento fisici, e anche un senso di dove vorremmo andare. Ma come fa il cervello a coordinarsi tra queste direzioni, facendo i calcoli mentali che ci dicono in che direzione girare?
Ora, una nuova ricerca descrive un simile processo neurale nei moscerini della frutta, fornendo informazioni su come il cervello di un animale lo guida nella giusta direzione. Lo studio, pubblicato in Natura mostra come i neuroni che segnalano la direzione in cui è attualmente orientata una mosca lavorano insieme ai neuroni che segnalano la direzione in cui la mosca desidera essere orientata (la sua direzione obiettivo) per formare un circuito che guida l’animale.
“La questione fondamentale è come il cervello consente la navigazione”, afferma Gaby Maimon di Rockefeller. “In questo studio, descriviamo i neuroni che forniscono segnali di direzione dell’obiettivo, insieme a un circuito cerebrale che utilizza questi segnali per dirigere la direzione.”
Obiettivi di navigazione
Le cellule responsabili di segnalare in che direzione è orientata una mosca nel mondo (note come neuroni “bussola”) sono state scoperte per la prima volta nel 2015. Alcuni anni dopo, il lavoro del laboratorio Maimon e di altri ha dimostrato che le mosche con neuroni della bussola difettosi non sono in grado di navigare in linea retta lungo qualsiasi direzione arbitraria dell’obiettivo. Basandosi su quella scoperta, Peter Mussells Pires, uno studente del laboratorio di Maimon e autore principale di questo articolo, ha deciso di scoprire le cellule responsabili di tenere traccia dell’angolo di meta di una mosca.
Pires e colleghi hanno utilizzato la microscopia a due fotoni per monitorare i neuroni delle mosche mentre gli insetti camminavano su una palla sollevata dall’aria in un ambiente virtuale. Ogni volta che i ricercatori ruotavano l’ambiente virtuale, anche l’attività dei neuroni della bussola della mosca ruotava nel cervello. È interessante notare, tuttavia, che una popolazione di cellule, identificate come neuroni FC2, è rimasta immobile e focalizzata sulla direzione originale.
“Immagina di camminare nei quartieri alti di Manhattan e qualcuno ti tira la spalla e ti gira verso est. Qualcosa nel tuo cervello continua a tracciare la direzione verso nord, in modo che tu possa tornare alla direzione originale”, spiega Maimon. “Nelle mosche, questi sono neuroni FC2.”
Per confermare il ruolo dei neuroni FC2 nel tracciamento di un obiettivo, il team ha utilizzato l’optogenetica, una tecnica che utilizza la luce per controllare l’attività dei neuroni. Manipolando l’attività delle cellule FC2, i ricercatori sono riusciti a cambiare la direzione di navigazione della mosca in modi prevedibili. “Questo è stato l’esperimento che ci ha davvero convinto che queste cellule possono effettivamente determinare l’obiettivo della mosca”, dice Pires.
Matematica mentale
Una volta identificati i neuroni della direzione e quelli dell’obiettivo, il team ha spostato l’attenzione sul circuito cerebrale responsabile della combinazione dei due segnali. Un recente lavoro che ha messo a punto il connettoma del cervello della mosca – una mappa che descrive in dettaglio le connessioni tra diversi neuroni – ha aiutato i ricercatori a concentrarsi sul circuito in questione. Il connettoma ha chiarito che un insieme di cellule, chiamate cellule PFL3, ricevono input sia dalla bussola che dai neuroni obiettivo.
Una serie di esperimenti ha confermato che i neuroni PFL3 dicono al corpo della mosca in che direzione girarsi influenzando il sistema motorio del cervello. Lo fanno confrontando la direzione interna e gli input dell’obiettivo, funzionando un po’ come il volante del sistema di navigazione del volo. Larry Abbott, teorico della Columbia University, ha collaborato con il team per sviluppare una comprensione matematica del sistema. Il modello di Abbott ha catturato il modo in cui i segnali della bussola e degli obiettivi, che sono rappresentati nelle coordinate del mondo o della mappa (ad esempio, nord/est/sud/ovest), vengono convertiti in segnali relativi al motore nel sistema di coordinate del corpo, ovvero sinistra e destra. giri. Risultati complementari sui neuroni PFL, strettamente legati al presente studio, sono dettagliati in un articolo parallelo su Nature.
Il lavoro futuro del laboratorio Maimon si concentrerà su come le mosche costruiscono e immagazzinano memorie spaziali a lungo termine e obiettivi per guidare il comportamento; il segnale di goal caratterizzato in questo studio spiega solo cosa faranno le mosche nei prossimi secondi. Maimon è anche curioso di sapere se queste nuove scoperte potrebbero catalizzare la scoperta di circuiti cerebrali simili nei mammiferi e, infine, negli esseri umani.
“Studiando il cervello della mosca”, dice, “abbiamo fornito un primo sguardo su come un semplice ‘pensiero’ viene convertito in un’azione. Si spera che questi risultati ci consentiranno di comprendere forme più complesse di questo processo nei mammiferi in tutto il mondo”. strada.”
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
