Roma – Percepire qualcosa – qualsiasi cosa – nell’ambiente circostante significa diventare consapevoli di ciò che i tuoi sensi stanno rilevando. Oggi, i neuroscienziati della Columbia University identificano, per la prima volta, i circuiti delle cellule cerebrali nei moscerini della frutta che convertono i segnali sensoriali grezzi in percezioni di colore che possono guidare il comportamento. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Neuroscience .
“Molti di noi danno per scontati i colori intensi che vediamo ogni giorno: il rosso di una fragola matura o il marrone intenso degli occhi di un bambino. Ma quei colori non esistono al di fuori del nostro cervello”, ha detto Rudy Behnia , PhD, ricercatore principale presso lo Zuckerman Institute della Columbia e autore corrispondente dell’articolo. Piuttosto, ha spiegato, i colori sono percezioni che il cervello costruisce poiché dà un senso alle lunghezze d’onda della luce più lunghe e più corte rilevate dagli occhi.
“Trasformare i segnali sensoriali in percezioni sul mondo è il modo in cui il cervello aiuta gli organismi a sopravvivere e prosperare”, ha detto il dottor Behnia.
“Chiedere come percepiamo il mondo sembra una domanda semplice, ma rispondere è una sfida”, ha aggiunto il dottor Behnia. “La mia speranza è che i nostri sforzi per scoprire i principi neurali alla base della percezione del colore ci aiuteranno a capire meglio come il cervello estrae le caratteristiche nell’ambiente che sono importanti per affrontare ogni giorno.”
Nel loro nuovo articolo, il gruppo di ricerca riferisce di aver scoperto reti specifiche di neuroni, un tipo di cellula cerebrale, nei moscerini della frutta che rispondono selettivamente a varie tonalità. La tonalità denota i colori percepiti associati a specifiche lunghezze d’onda o combinazioni di lunghezze d’onda della luce, che di per sé non sono intrinsecamente colorate. Questi neuroni selettivi per la tonalità si trovano all’interno del lobo ottico, l’area del cervello responsabile della visione.
Tra le tonalità a cui rispondono questi neuroni ci sono quelle che le persone percepirebbero come viola e altre che corrispondono alle lunghezze d’onda ultraviolette (non rilevabili dagli esseri umani). Rilevare le tonalità UV è importante per la sopravvivenza di alcune creature, come le api e forse i moscerini della frutta; molte piante, ad esempio, possiedono modelli ultravioletti che possono aiutare a guidare gli insetti verso il polline.
Gli scienziati avevano precedentemente riferito di aver trovato neuroni nel cervello degli animali che rispondono selettivamente a diversi colori o tonalità, ad esempio rosso o verde. Ma nessuno era riuscito a tracciare i meccanismi neurali che rendevano possibile questa selettività cromatica.
È qui che la recente disponibilità di un connettoma del cervello di una mosca si è rivelata utile. Questa intricata mappa descrive in dettaglio come sono interconnessi circa 130.000 neuroni e 50 milioni di sinapsi nel cervello grande quanto un seme di papavero di un moscerino della frutta, ha affermato il dottor Behnia, che è anche assistente professore di neuroscienze al Vagelos College of Physicians and Surgeons della Columbia.
Con il connettoma che funge da riferimento – simile a un’immagine su una scatola di puzzle che funge da guida per come un migliaio di pezzi si incastrano – i ricercatori hanno utilizzato le loro osservazioni sulle cellule cerebrali per sviluppare un diagramma che sospettavano rappresentasse i circuiti neuronali dietro la selettività della tonalità. Gli scienziati hanno poi descritto questi circuiti come modelli matematici per simulare e sondare le attività e le capacità dei circuiti.
“I modelli matematici servono come strumenti che ci consentono di comprendere meglio qualcosa di così disordinato e complesso come tutte queste cellule cerebrali e le loro interconnessioni”, ha affermato Matthias Christenson , PhD, co-primo autore dell’articolo ed ex membro del Dr. Il laboratorio di Behnia. “Con i modelli, possiamo lavorare per dare un senso a tutta questa complessità”. Un altro contributo fondamentale al lavoro di modellazione è stato il dottor Larry Abbott , professore di neuroscienze teoriche William Bloor, professore di fisiologia e biofisica cellulare e ricercatore principale presso lo Zuckerman Institute.
Non solo il modello ha rivelato che questi circuiti possono ospitare l’attività richiesta per la selettività della tonalità, ma ha anche indicato un tipo di interconnettività cellula-cellula, nota come ricorrenza, senza la quale la selettività della tonalità non può verificarsi. In un circuito neurale con ricorrenza, le uscite del circuito ritornano per diventare ingressi. E questo suggerisce ancora un altro esperimento, ha detto Álvaro Sanz-Diez , PhD, ricercatore post-dottorato nel laboratorio del Dr. Behnia e l’altro co-primo autore dell’articolo su Nature Neuroscience .
“Quando abbiamo utilizzato una tecnica genetica per interrompere parte di questa connettività ricorrente nel cervello dei moscerini della frutta, i neuroni che in precedenza mostravano un’attività selettiva della tonalità hanno perso quella proprietà”, ha affermato il dott. Sanz-Diez. “Ciò ha rafforzato la nostra fiducia nel fatto che avevamo davvero scoperto i circuiti cerebrali coinvolti nella percezione del colore”.
“Ora sappiamo qualcosa in più su come il cablaggio del cervello rende possibile costruire una rappresentazione percettiva del colore”, ha affermato il dottor Behnia. “La mia speranza è che le nostre nuove scoperte possano aiutare a spiegare come il cervello produce tutti i tipi di percezioni, tra cui colore, suono e gusto”.
