I neuroscienziati del Sainsbury Wellcome Center hanno identificato un circuito nella corteccia visiva primaria del cervello (V1) che integra i segnali del movimento della testa e i segnali di movimento visivo. Lo studio, pubblicato su Neuron, spiega alcuni meccanismi con cui gli input visivi e vestibolari del cervello si sommano per consentire risposte comportamentali appropriate.
Il movimento della testa e l’attivazione del cervello
Nella vita quotidiana si muove costantemente la testa per osservare l’ambiente circostante. Per dare un senso alle informazioni che rientrano nello sguardo, è necessario tracciare la posizione della testa; questo si realizza con informazioni che provengono dagli organi di senso vestibolari, che si trovano nell’orecchio interno.
Il team di ricerca ha identificato che nella corteccia visiva primaria (area V1) i segnali vestibolari e i segnali visivi convergono. I segnali vestibolari provengono dalla corteccia retrospleniale, un’area cerebrale pensata per codificare informazioni critiche per la navigazione spaziale nel mondo circostante.
Il direttore associato del Sainsbury Wellcome Centre e direttore del progetto, il professor Troy W. Margrie ha commentato: “Dagli anni ’50 ci siamo concentrati sulla comprensione di come la direzione e la velocità degli stimoli sensoriali siano rappresentati dalla corteccia sensoriale primaria, dimostrando che questo processo corticale dipende dal contesto e coinvolge stimoli interni che segnalano il movimento“.
Per identificare dapprima le aree all’interno della V1 che potrebbero avere accesso ai segnali di testa-movimento, i ricercatori hanno utilizzato sonde di neuropixel all’avanguardia nel cervello di topi, ruotati passivamente. Le registrazioni iniziali sono state effettuate in completa oscurità per garantire che non vi fosse alcun input visivo e i dati hanno mostrato che i neuroni V1 di livello 6 (L6) trasmettono informazioni sul movimento della testa durante la rotazione.
Come avviene l’integrazione dei segnali di testa e di movimento visivo
La seconda parte dello studio, utilizzando registrazioni intracellulari, si è concentrata su quali aspetti del movimento della testa potrebbero essere codificati da tale attività. Lesionando i canali vestibolari e ruotando gli animali a varie velocità, gli autori hanno mostrato che la stragrande maggioranza dei neuroni V1 L6 riceve input sinaptici la cui attività fornisce una stima affidabile della velocità della testa.
“Forse l’osservazione più sorprendente è stata la misura in cui questi segnali venivano rappresentati attraverso la rete locale. Anche se si è esplorata solo una piccola frazione dello spazio di stimolo vestibolare, quasi tutte le cellule hanno risposto“, ha osservato il professor Margrie.
Per studiare l’integrazione dei segnali di testa e di movimento visivo nelle singole cellule V1 L6, le registrazioni intracellulari sono state nuovamente ottenute attraverso i topi mentre questi venivano ruotati oltre uno stimolo visivo statico e poi confrontate con i dati delle rotazioni del topo al buio. È stato trovato che i neuroni L6 ricevono un insieme di input distinti da quelli che trasmettono le informazioni di movimento visivo e che questi segnali si sommano linearmente per distinguere il movimento interno da quello esterno e la loro combinazione.
La parte finale dello studio si è concentrata su una potenziale fonte dei segnali di movimento della testa. La corteccia retrospleniale (RSP), un’area del cervello coinvolta nella navigazione spaziale, è stata proposta come probabile candidata a causa della sua connettività monosinaptica con V1 L6 e della sua pertinenza funzionale. Per testare questa teoria, gli pseudovirus sono stati usati per indicare un segnale che permettesse la registrazione ottica degli stimoli di uscita dei neuroni RSP. I dati hanno mostrato che RSP fornisce un percorso plausibile per l’integrazione dei segnali di movimento della testa.
Il professor Margrie ha osservato in conclusione: “Dati i nostri precedenti risultati anatomici e il suo ruolo nell’elaborazione spaziale, l’RSP è stata la nostra prima regione candidata: questi nuovi dati aumentano la possibilità che possano essere trasmessi vari tipi di informazioni spaziali attraverso un locus per la modulazione dipendente dal contesto della segnalazione sensoriale nella corteccia“.
Questa ricerca è stata sostenuta dal British Medical Research Council, Wellcome Trust e The Gatsby Charitable Foundation.
