Comprendere in che modo il cervello elabora e ricorda le esperienze sensoriali
Gli odori, il gusto e altre esperienze sensoriali sono molto soggettivi e influenzano il comportamento e le decisioni. Gli alimenti hanno generalmente un sapore e un odore migliori quando siamo affamati, mentre gli scienziati sanno ormai da tempo che il cervello conserva ricordi vividi di cibi cattivi o tossici che ci hanno fatti star male, infondendo avversione. «Gli stati interni quali la fame svolgono un ruolo chiave e sono inoltre rappresentati nelle stesse zone del cervello in cui si formano i ricordi. Questi circuiti non solo sono importanti per indurre la memoria a lungo termine, ma modellano inoltre tutti gli aspetti del nostro comportamento, anche quelli molto dinamici e mutevoli», spiega Ilona Grunwald Kadow, coordinatrice del progetto FlyContext e docente presso il Dipartimento di circuiti e metabolismo neurale della Scuola di scienze della vita del Politecnico di Monaco di Baviera. Il progetto, sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca, è stato in grado di analizzare il cervello del moscerino della frutta e di manipolarne i neuroni per vedere il modo in cui venivano elaborate determinate informazioni e come questi processi cambiavano e si adattavano alla fame o ad altri stati interni. «Il moscerino giunge a conclusioni diverse, sebbene riceva le medesime informazioni sensoriali», aggiunge Grunwald Kadow. «Abbiamo inoltre scoperto che i circuiti cerebrali del moscerino, e presumibilmente quelli di altri animali, sono estremamente interconnessi tra le diverse regioni cerebrali, condizionando molti livelli del cervello e il modo in cui percepisce le informazioni. I singoli neuroni rispondono a numerosi fattori diversi, che integrano. Si tratta di una rete complessa altamente plastica che può essere modellata dalla memoria a lungo termine, ma anche dalle esperienze a breve termine. Riteniamo che il cervello umano sia simile», spiega.
I neuroni della ricompensa
Un gruppo chiave di neuroni noti come neuroni dopaminergici, spesso definiti neuroni della «ricompensa» e importanti per l’apprendimento, è implicato nella ricompensa o nell’informare i moscerini che si è verificato qualcosa di positivo. Altri neuroni «puniscono» o trasmettono il messaggio che stia succedendo, o che sia successo, qualcosa di negativo. Sorprendentemente, tuttavia, individuano anche la fame. Attraverso i neuroni dopaminergici, i moscerini affamati mostrano una maggiore perseveranza nel tracciare l’odore di un alimento anche senza una ricompensa alimentare alla fine. «Ciò che non avevamo previsto era che il moscerino non si arrendeva in caso di insuccesso, ma si sforzava maggiormente e percorreva distanze più lunghe per giungere all’obiettivo: il cibo», osserva Grunwald Kadow. Ciò suggerisce che l’esperienza passata sia integrata al bisogno, informando le scelte del moscerino.
Alcuni cambiamenti nell’accoppiamento
Certe evidenze empiriche sugli esseri umani dimostrano che la gravidanza modifica le percezioni quali odori e sapori. «I nostri dati suggeriscono che l’accoppiamento o l’esposizione a un maschio induce cambiamenti in diversi livelli del sistema nervoso del moscerino femmina, dai neuroni sensoriali ai centri mnemonici», afferma. I neuroni sensoriali assaporano o fiutano i composti cellulari, tra cui figurano le poliammine delle sostanze nutritive. «Le femmine vergini non sono molto interessate a queste poliammine, ma dopo l’accoppiamento il loro interesse cresce notevolmente e le usano per trovare cibo, nonché un posto in cui deporre le uova», aggiunge Grunwald Kadow.
Tecniche di imaging innovative
Il team ha impiegato innovative tecniche di imaging per analizzare l’attività neurale dell’intero cervello del moscerino, osservando contemporaneamente la dinamica delle sue risposte comportamentali, nonché il modo in cui compiva scelte. Al fine di osservare le informazioni codificate nei neuroni, il team si è avvalso dell’immaginografia plenottica con un microscopio dotato di una serie di piccole lenti. «Ciò ci ha consentito di osservare l’intero cervello in modo molto rapido, invece di analizzare un’area cerebrale dopo l’altra, poiché i neuroni rispondono velocemente e, in molte aree cerebrali, allo stesso tempo», afferma Grunwald Kadow. Questo processo è stato impiegato per mappare tutte le sinapsi e i neuroni, nonché il modo in cui si «parlano» tra loro. «L’immaginografia ha rappresentato un punto di svolta perché ci ha permesso di osservare il modo in cui il cervello modifica il proprio stato in situazioni di fame, movimento o sonno», osserva.
Parole chiave
FlyContext, moscerino della frutta, cervello, neuroni, odore, sapore, neuroni dopaminergici, poliammine
