Correndo sul posto, i topi ci conducono ai circuiti neurali inerenti alle risposte alle minacce Proprio come una minuscola casa stregata per topi, un paradigma unico contraddistinto da ombre inquietanti, rumori terrificanti e fughe «virtuali», ha aiutato alcuni neuroscienziati a esaminare l’elaborazione neurale delle minacce. Energia Ricerca di base © ByeByeSSTK, Shutterstock Il cervello assorbe un’impressionante quantità di informazioni che richiedono elaborazione, processo decisionale e azione nell’arco di scale temporali estremamente brevi. La correlazione tra l’attività neurale e questa rapida sequenza di eventi si ottiene meglio tramite esperimenti che combinano alcuni tipi di registrazione o di misurazione utilizzando animali vigili intenti a svolgere un compito comportamentale controllato. Tuttavia, ciò rende ancora più complicato quello che è già di per sé complesso. Il finanziamento di una borsa di studio individuale del programma Marie Skłodowska-Curie ha permesso a Yaara Lefler del Sainsbury Wellcome Centre per la ricerca sui circuiti neurali e sul comportamento, UCL di raggiungere questo obiettivo. Nell’ambito del progetto defence_SC, Lefler ha elaborato e applicato un nuovo paradigma di fuga virtuale avvalendosi di misurazioni neurali in vivo. Correndo verso un rifugio, ma sul posto La segnalazione neurale si verifica per lo più tramite il movimento di ioni carichi che genera correnti e tensioni. Le registrazioni di natura elettrofisiologica rappresentano lo standard di riferimento per comprendere le eccitazioni neurali. Tuttavia, i minuscoli dispositivi che misurano le piccolissime fluttuazioni elettriche presenti nei singoli neuroni in scale temporali molto veloci sono soggetti a notevoli interferenze nel caso di animali in movimento. Lefler insieme al suo gruppo ha escogitato un modo straordinario per ovviare a questo problema, portando i topi a muovere il loro ambiente anziché a correre al riparo. E chiarisce: «Per dare origine a un paradigma realistico con movimenti minimi del capo, abbiamo utilizzato un’arena galleggiante costituita da una piattaforma leggera con un rifugio fluttuante su un tavolo ad aria. I topi avevano il capo vincolato, ma erano in grado di muovere la piattaforma con le loro zampe mentre camminavano. Così facendo, hanno avuto modo di esplorare l’ambiente mentre la piattaforma si muoveva attorno a loro, entrando anche nel rifugio quando volevano». Una «casa stregata» virtuale piena di orrori per topi Il mesencefalo è risultata la regione di interesse, a lungo riconosciuto fondamentale per i comportamenti di difesa. Le diverse sottoregioni del mesencefalo sono coinvolte nell’elaborazione sensoriale della minaccia, nella risposta di fuga e di immobilizzazione. Tuttavia, non è chiaro come avvenga l’integrazione sensoriale per segnalare la minaccia o quali siano i substrati neuronali nelle due risposte opposte, a esclusione reciproca, di fuga o di immobilizzazione. Per affrontare questo problema, il gruppo ha fornito ai topi uno «stimolo incombente», ossia, ingrandendo il disco scuro somigliante a un predatore in avvicinamento (visivo) o utilizzando uno stimolo ultrasonico che simula un richiamo predatorio per ratti (sonoro). Le sonde in silicio ad alta densità hanno registrato i potenziali d’azione extracellulare provenienti contemporaneamente da centinaia di neuroni e le registrazioni effettuate con patch clamp dell’intera cellula hanno catturato gli eventi sinaptici nei neuroni singoli. Il dilemma tra rimanere e andarsene Grazie a tutti i dati a disposizione, si sono avviate le analisi e si sta già iniziando a fare chiarezza sui circuiti neurali che favoriscono la risposta alle minacce. Lefter specifica: «Abbiamo individuato alcuni neuroni in regioni specifiche del mesencefalo che reagiscono agli stimoli di minaccia di carattere sia sonoro che visivo o a entrambi. Inoltre, abbiamo riscontrato la presenza di neuroni che rispondono esclusivamente durante il comportamento difensivo, senza intervenire in caso di uno stimolo di minaccia che non induce una risposta comportamentale, a dimostrazione del fatto che sono attivi nell’ambito del meccanismo comportamentale». Gli attuali tentativi si concentrano sull’analisi delle registrazioni elettofisiologiche per spiegare i meccanismi sinaptici che conducono alla decisione di scappare o di rimanere immobili. Lefler aggiunge: «Questa configurazione straordinaria offre un’opportunità stimolante per l’esplorazione dei meccanismi neurali del processo decisionale a livello di neuroni singoli. Le applicazioni possono essere facilmente estese ad altri comportamenti, ad altre regioni del cervello e ad altre specie». I topi che girano su una ruota della fortuna orizzontale mostrano la via correndo sul posto. Parole chiave defence_SC, neuroni, virtuale, processo decisionale, risposta alle minacce, comportamento difensivo, elettrofisiologico, mesencefalo, sinaptico, potenziale d’azione
