Per la prima volta in assoluto, gli scienziati ritengono di aver tracciato una mappa completa dell’attività cerebrale durante un compito decisionale, mostrando che il cervello tende ad illuminarsi come “un albero di Natale” quando un mammifero intraprende una scelta: è quanto emerge da due nuovi studi scientifici sottoposti a revisione paritaria, condotti da una collaborazione internazionale che riunisce dodici laboratori in Europa e negli Stati Uniti e pubblicati sulla rivista scientifica Nature. Gli autori sono riusciti a registrare simultaneamente l’attività di oltre 650.000 neuroni distribuiti in 279 aree, pari a circa il 95% del cervello del topo, mentre gli animali eseguivano un compito che richiedeva di scegliere la direzione corretta per ottenere una ricompensa. «Questa è la prima volta che qualcuno ha prodotto una mappa completa, a livello cerebrale, dell’attività dei singoli neuroni durante il processo decisionale», sottolinea Alexandre Pouget dell’Università di Ginevra, aggiungendo che la ricerca ribalterebbe la visione di un’elaborazione gerarchica confinata a poche aree mostrando che il cervello sarebbe più integrato e predittivo di quanto si pensasse.
I neuroni – le cellule che trasmettono i segnali elettrici – comunicano fra loro in reti vastissime; quando un animale vede, decide e agisce, milioni di neuroni “sparano” impulsi in sequenze temporali rapidissime. Registrare questa danza su scala cerebrale, quindi, era finora impossibile, in quanto le tecniche tradizionali misuravano poche aree alla volta, lasciando gran parte del cervello “in ombra”. Le sonde utilizzate chiamate Neuropixels – sottili elettrodi al silicio con centinaia di contatti – hanno permesso invece di monitorare simultaneamente l’attività di migliaia di neuroni in profondità e con risoluzione al singolo picco, con particolare attenzione alle regioni del talamo – il centro di smistamento che riceve segnali sensoriali dagli organi di senso – e la corteccia visiva, ovvero esempi di regioni considerate “precoci” perché elaborano informazioni già nei primi millisecondi dopo lo stimolo. Un altro concetto chiave su cui si sono basate le ricerche, spiegano gli autori, è quello di aspettativa o “prior”, ovvero la tendenza a prevedere ciò che accadrà in base all’esperienza recente, principio legato alla teoria bayesiana, secondo cui il cervello combina ciò che percepisce con ciò che “si aspetta”.
In particolare, è emerso che i segnali decisionali non sono confinati a una “cabina di regia” ma si estendono a quasi tutto il cervello. Il primo studio ha descritto registrazioni in 139 topi che, muovendo una rotella verso sinistra o destra per centrare un segnale visivo, ricevevano una ricompensa o un segnale acustico di errore. Le risposte legate allo stimolo visivo sono emerse nelle aree classiche della corteccia visiva e si sono propagate rapidamente al midollo e al cervelletto, mentre l’informazione sulla scelta e sulla ricompensa risultava “sparsa” in molte altre regioni. Il secondo lavoro, invece, ha mostrato che l’aspettativa formata dai tentativi precedenti è codificata non solo in aree cognitive, ma anche in regioni sensoriali e motorie come il talamo e la corteccia motoria. «L’ampiezza senza precedenti delle nostre registrazioni svela come l’intero cervello esegua l’arco completo di elaborazione sensoriale, decisione cognitiva e movimento. Comprendere come il cervello guida il comportamento ha richiesto una collaborazione internazionale su scala proporzionata alla sua complessità», commenta Ila Fiete del Massachussets Institute of Technology. Inoltre, tutti i dati utilizzati insieme a numerosi strumenti e protocolli, sono stati resi liberamente disponibili: una risorsa che, secondo il coautore Matteo Carandini, «è già stata sfruttata da numerosi scienziati e sta producendo scoperte inattese», segnando l’inizio di una neuroscienza “di squadra”, aperta e globale, che mira a chiarire come milioni di neuroni cooperino per trasformare stimoli in scelte.
Elettrodi? Sti Mengele mancati dovrebbero infilarli nel culo dei loro figlioletti gli elettrodi!