I ricercatori dell’Iit-Istituto italiano di tecnologia, che ha sede centrale a Genova-Morego, hanno identificato, con una combinazione di matematica, statistica, studio del comportamento e avanzate metodologie ottiche, un metodo che potrebbe portare a “crackare” il codice del cervello alla base dell’utilizzo dei cinque sensi per interagire con il mondo. Sono riusciti, cioè, a sviluppare gli strumenti per capire come individuare il codice che trasforma gli stimoli sensoriali in quel linguaggio che le cellule neuronali si scambiano per definire le nostre azioni.
Lo studio è stato pubblicato dalla prestigiosa rivista scientifica Neuron ed è stato condotto da Stefano Panzeri, coordinatore del Centro di neuroscienze e scienze cognitive e responsabile del laboratorio Neural Computation dell’Iit, e da Tommaso Fellin, responsabile del laboratorio Optical approaches to brain function dell’Iit, insieme a colleghi di Harvard Medical School a Boston (Usa) e dell’University College di Londra (Uk).
La ricerca delinea una nuova strategia per risolvere uno dei quesiti principali delle neuroscienze: come le informazioni provenienti dal mondo esterno vengono codificate all’interno dei circuiti neuronali e come tali informazioni sono poi utilizzate per determinare il nostro comportamento.
Il gruppo di scienziati è coinvolto nei due grandi programmi di ricerca internazionali dedicati al cervello, lo Human brain project in Europa, che si occupa di realizzare un modello matematico del cervello, e la Brain initiative in Usa, che promuove lo sviluppo di nuove tecnologie per comprendere i meccanismi di funzionamento dei circuiti neuronali. Tommaso Fellin, inoltre, è titolare di un finanziamento dell’European research council (Erc) grazie al quale sta svolgendo un progetto di ricerca di frontiera dedicato proprio alla messa a punto di una nuova tecnologia che consenta di scrivere informazioni nel cervello tramite tecniche di optogenetica (la combinazione di approcci di tipo ottico e genetico).
Fellin e Panzeri hanno, così, unito le prospettive di ricerca della comunità internazionale, per focalizzarsi su un singolo problema, quello del funzionamento del nostro cervello quando entra in gioco il sistema sensoriale.
Come primo passo, i ricercatori dell’ Iit hanno utilizzato una nuova procedura matematica per l’analisi dell’attività cerebrale in grado di identificare i codici elettrici utilizzati dalle cellule del cervello per rappresentare gli stimoli in arrivo dai cinque sensi, e quindi l’hanno applicata all’individuazione dei codici usati dal cervello per prendere decisioni appropriate riguardo allo stimolo sensoriale, come ad esempio allontanarsi da un pericolo o avvicinarsi a una fonte di cibo. Una volta identificato il codice, i ricercatori hanno capito come creare un’immagine luminosa tridimensionale, una vera impronta olografica dell’attivazione sensoriale, che se proiettata sui circuiti cerebrali a riposo, potrà “scrivere” l’attività neurale e portare il soggetto a percepire sensazioni.
I ricercatori hanno infine affrontato come utilizzare tecniche di optogenetica, che rendono sensibili alla luce le aree cerebrali responsabili dell’analisi dell’informazione sensoriale, in modo da rendere possibile agli ologrammi di operare come un “interruttore” che spegne e accende le cellule in maniera appropriata.
Le ricadute di tale ricerca saranno sia nella comprensione di malattie neurodegenerative, quali la malattia di Alzheimer, l’autismo e la schizofrenia, sia nel campo delle interfacce cervello-macchina, ovvero il controllo del funzionamento di una macchina tramite impulsi elettrici generati dal cervello. In particolare, rispetto a tale campo, la “scrittura” di opportuni codici neuronali direttamente nel tessuto cerebrale pone le basi per recuperare la percezione dei sensi in presenza di una compromessa funzionalità degli organi sensoriali.
Per approfondire:
“Cracking the Neural Code for Sensory Perception by Combining Statistics, Intervention, and Behavior”, Neuron: www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(16)31009-1
