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The role of depth perception during prey capture in the mouse

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Lo studio del comportamento delle prede alza il sipario sulla percezione della profondità

Un esperimento pionieristico di realtà virtuale ha aiutato i ricercatori a capire meglio come il cervello gestisce la percezione della profondità.

Ricerca di base

La nostra capacità di capire intuitivamente se un oggetto è vicino o lontano non è qualcosa a cui di solito pensiamo. «Quando guardiamo fuori dalla finestra, è subito chiaro che la strada davanti a noi è più vicina rispetto alle nuvole nel cielo», osserva il coordinatore del progetto MouseDepthPrey Mark Hübener, leader del gruppo di ricerca del dipartimento Synapses - Circuits - Plasticity al Max Planck Institute of Neurobiology, Germania. «Il sistema visivo del nostro cervello lo fa automaticamente. Sembra facile, ma sono numerosi i processi neurali sottostanti che lo rendono possibile». La luce viene trasformata in segnali neurali dalla retina dei nostri occhi. Questi segnali vengono quindi elaborati per estrarre informazioni, il che ci aiuta, tra l’altro, a capire quanto sia lontano un oggetto. «Abbiamo un’idea abbastanza chiara di come queste fonti di informazione di profondità giungano dall’occhio al cervello», afferma Hübener. «Ciò di cui siamo meno sicuri è come questi segnali vengono combinati ed elaborati per fornirci una percezione istantanea della profondità, semplicemente guardando».

Indagare la percezione della profondità

Il progetto MouseDepthPrey, intrapreso con il supporto del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, ha cercato di capire come vengono elaborati i vari segnali di profondità nel cervello. «Per affrontare la questione abbiamo deciso di affidarci ai topi», spiega Drago Guggiana Nilo, il borsista post-dottorato che ha lavorato al progetto. «Ci serviva un modo per chiedere ai topi quanto distante pensano che siano gli oggetti». Per raggiungere questo obiettivo, è stato sfruttato un comportamento naturale nel topo molto forte: la cattura della preda. I topi cacciano facilmente grilli e altri insetti per il cibo. Per farlo si affidano molto alla visione, molto probabilmente utilizzando la percezione della profondità. È stato installato un sistema video ad alta velocità con 12 telecamere per tracciare la posizione del topo all’interno di un’arena. Queste informazioni sono state utilizzate per creare un ambiente visivo virtuale dal punto di vista del topo. Un software sviluppato per i videogiochi è stato utilizzato per perfezionare l’ambiente e renderlo il più realistico possibile. Un creatore di animazioni professionista è stato incaricato di realizzare un grillo molto dettagliato, affinché fungesse da preda virtuale. L’attività cerebrale del topo durante la cattura della preda è stata registrata con un microscopio in miniatura montato sulla testa.

Svelato il comportamento del cervello

Questo innovativo esperimento di realtà virtuale ha permesso al team di ottenere caratterizzazioni incredibilmente dettagliate del comportamento di cattura delle prede. «Abbiamo imparato che, sebbene la cattura delle prede sia un comportamento innato, i topi continuano a migliorare le loro prestazioni nel corso dei giorni», ha affermato Guggiana Nilo. «L’analisi dettagliata di centinaia di sequenze di caccia ha dimostrato che i topi seguono uno schema sorprendentemente stereotipato. Questo suggerisce che i topi riescono a ottenere la meglio sul grillo stremandolo». Anche se preliminari, i dati indicano che l’informazione della distanza da un punto a un altro è presente a livello di corteccia visiva primaria, la prima regione del cervello a combinare le informazioni di entrambi gli occhi. Inoltre, l’informazione della distanza sembra essere una proprietà della rete piuttosto che qualcosa rappresentata in particolari neuroni. «Stiamo ora proseguendo il progetto verso il suo obiettivo principale: la comprensione dell’integrazione dell’idea di profondità nel topo», osserva Hübener. «Questo include lo sviluppo di occhiali 3D per topi che stimoleranno entrambi gli occhi in modo indipendente. Si tratta fondamentalmente della stessa tecnica che ci permette di vedere la profondità nelle sale cinematografiche in 3D». Oltre a fornire una visione d’insieme di un fenomeno biologico, Hübener ritiene che la comprensione della percezione della profondità andrà a beneficio di una serie di campi emergenti, tra cui il lavoro di collaborazione a distanza, per il quale le tecnologie di realtà virtuale e di realtà aumentata si sono dimostrate essenziali. «Siamo certi che i miglioramenti basati sulla biologia possano contribuire a correggere le attuali imperfezioni di questa tecnologia», aggiunge.

Parole chiave

MouseDepthPrey, cervello, visuale, neurale, retina, profondità, luce, corteccia visiva, 3D, realtà virtuale, realtà aumentata

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