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Sulle tracce olfattive seguite dai topi

L’olfatto è essenziale nella vita di molti animali e serve per trovare cibo, partner nonché per evitare predatori e tossine. Per gli esseri umani, l’olfatto può indicare un disturbo cerebrale o migliorare la qualità della vita.
Sulle tracce olfattive seguite dai topi
La percezione sensoriale è un processo attivo. Percezione attiva significa che l’ambiente viene campionato e quindi l’attenzione spostata su un obiettivo importante. Proprio come il movimento oculare rapido precede la fissazione dello sguardo su un determinato punto nello spazio, annusare l’area circostante consente la selezione di un odore nell'aria o di una traccia su una superficie.

ACTIVE SNIFFING apre una finestra sul comportamento dei topi

Per un roditore, l’annusare, ossia l’inalazione volontaria, si verifica a un ritmo che è fino a quattro volte quello della respirazione normale. L’animale decide quando e dove annusare il proprio spazio, aggiornando così una rappresentazione interna dell’ambiente circostante, per poi adattare il suo comportamento. Tuttavia, a differenza della vista e dell’udito, i cui stimoli è facile veicolare, per es. con schermi o altoparlanti, introdurre gli odori in un modo preciso rimane un’impresa difficile.

Con il finanziamento dell’UE, il progetto ACTIVE SNIFFING ha svolto uno studio sulla percezione attiva nell’ambito del tracciamento di stimoli olfattivi nei topi e relativa base neuronale. A tal fine, «Abbiamo progettato un sistema sperimentale ad alta produttività che immette tracce olfattive su una cintura in tempo reale utilizzando tecnologia di stampa a getto d’inchiostro», spiega il Prof. Matthias Bethge, coordinatore del progetto.

I risultati hanno mostrato che dopo una breve fase di adattamento, i topi seguono gli stimoli olfattivi stampati e continuano a farlo per un periodo di tempo prolungato se vengono premiati a intervalli casuali mentre seguono la traccia. «Le ricerche attualmente in corso nel laboratorio Murthy dell’Università di Harvard continuano ad analizzare il comportamento dei topi mentre seguono tracce olfattive, permettendo di identificare le caratteristiche del tracciamento degli stimoli olfattivi», aggiunge il Prof. Bethge.

Studiando la videografia, i ricercatori di ACTIVE SNIFFING e i loro collaboratori hanno inoltre stabilito metodi di apprendimento approfondito per ricostruire con precisione i movimenti di varie parti del corpo, particolarmente il naso, durante il tracciamento degli stimoli olfattivi. Pertanto, sono riusciti a misurare il movimento del naso senza interferire con i movimenti naturali dei topi. I risultati sono stati pubblicati su prestampa presso la Cornell University Library.

Seguire la traccia olfattiva

La configurazione è semplice ma molto efficace. Una striscia di carta, larga fino a un metro, viene srotolata su un tavolo da una bobina e raccolta all’altra estremità da un’altra bobina, alimentata da un potente motore elettrico. L’utilizzo della carta garantisce l'assenza di odori di fondo per la traccia olfattiva. Per immettere stimoli olfattivi sulla carta vengono utilizzate stampanti a getto d’inchiostro con comandi progettati appositamente.

I topi possono correre liberamente sulla carta all’interno di una scatola comportamentale trasparente sospesa. Questa scatola è racchiusa in un ampio contenitore insonorizzato e che non lascia entrare la luce. La maggior parte degli esperimenti viene realizzata sotto luce infrarossa, invisibile ai topi. Questo assicura che non utilizzino stimoli visivi e acustici.

Non solo olfatto

L’olfatto valorizza molte esperienze quotidiane e può servire da sistema di avvertimento della presenza di un pericolo (ad es. cibo avariato, incendio o fuga di gas) e una carenza olfattiva può segnalare altri problemi di salute. «Prima di tutto crediamo che questa configurazione e il comportamento del tracciamento di stimoli oggetto dello studio ci consenta di capire l’olfatto in modi assolutamente inediti».

Una comprensione basilare di come le informazioni sensoriali vengono elaborate e rappresentate nel cervello è un importante obiettivo scientifico della neuroscienza. Come spiega il Prof. Murthy, «Questa comprensione è determinante per tentare di scoprire i disturbi sensoriali nelle malattie neurologiche o mentali, compreso il morbo di Alzheimer, il morbo di Parkinson e l’autismo».

Capire come alcuni animali macrosmatici, ossia dotati di un senso dell’olfatto molto sviluppato, come i topi e i cani seguono le tracce olfattive in termini algoritmici potrebbe essere interessante per applicazioni bioniche. La comprensione dei parametri di capacità superiori di tracciamento degli stimoli potrebbe essere implementata in robot che tracciano stimoli olfattivi.

Il team sta ancora analizzando i dati e studiando le strategie utilizzate dai topi per seguire tracce olfattive in varie condizioni. I ricercatori hanno inoltre raccolto dati neurali durante il comportamento di tracciamento e tentato di decifrarne il codice neurale.

Fra gli articoli già pubblicati, due compaiono nella rivista ad alto profilo Neuron e altri cinque in altre riviste sottoposte a revisione paritaria.

Argomenti

Life Sciences

Keywords

ACTIVE SNIFFING, topi, traccia olfattiva, tracciamento di stimoli, annusare, olfatto