Apprendimento motorio senza cervello

Abbiamo bisogno di un cervello per l'apprendimento motorio? No, come sappiamo dall'inizio del XX secolo. Il midollo spinale integra le informazioni sensomotorie e adatta i movimenti in modo flessibile. È quindi in grado di apprendere e ha una memoria, indipendentemente dal cervello. Finora, però, non era chiaro come ciò fosse possibile. Scienziati giapponesi e belgi hanno ora decodificato gli esatti circuiti neuronali che consentono l'apprendimento motorio indipendente dal cervello. Hanno pubblicato i loro risultati su "Science".

Il team guidato da Aya Takeoka del RIKEN Centre for Brain Science di Hirosawa ha progettato un esperimento con topi il cui midollo spinale era stato reciso in modo da non ricevere input dal cervello. Ogni animale è stato sospeso con un'imbracatura in modo che le zampe posteriori penzolassero liberamente. I ricercatori hanno ripetutamente stimolato elettricamente le zampe dei roditori, facendole ritrarre di riflesso. Metà degli animali riceveva una lieve scossa elettrica ogni volta che lasciava penzolare troppo le estremità. Nel gruppo di controllo, invece, la stimolazione era casuale e non era correlata alla posizione delle zampe.

Dopo dieci minuti, gli esperti hanno osservato un effetto di apprendimento solo nei topi sperimentali: le loro gambe rimanevano sollevate ed evitavano qualsiasi stimolazione elettrica. Il midollo spinale è quindi in grado di associare uno stimolo esterno alla posizione della gamba e di regolare l'output motorio di conseguenza. Il giorno successivo, Takeoka e i suoi colleghi hanno ripetuto la prova, ma hanno scambiato i topi sperimentali con quelli di controllo. Gli animali del test originale continuavano a tenere le gambe alzate: Il midollo spinale aveva quindi creato una traccia di memoria che ostacolava il riapprendimento.

Il midollo spinale comprende diverse popolazioni di neuroni che si dividono funzionalmente in due categorie: i neuroni dorsali (rivolti verso la schiena), che ricevono e trasmettono informazioni sensoriali, e i neuroni ventrali (rivolti verso la pancia), che modulano l'output motorio. Per scoprire in che modo ciascuno di essi è coinvolto nell'apprendimento e nella memoria, il gruppo ha disattivato diversi geni nei topi sperimentali.

Speranza per le lesioni del midollo spinale

Dopo l'eliminazione delle cellule dorsali, le zampe dei topi non si sono più adattate alle scosse elettriche. Questo ha riguardato in particolare i neuroni che esprimono il gene Ptf1a. Al contrario, le cellule ventrali del midollo spinale sono risultate decisive per il riapprendimento il giorno successivo. Secondo i ricercatori, i risultati dimostrano che anche i circuiti spinali seguono il principio dell'apprendimento sensomotorio. Questi risultati potrebbero aiutare a sviluppare terapie che promuovano la funzione motoria dopo una lesione del midollo spinale.

Spettro della scienza

Siamo partner di Spektrum der Wissenschaft e vogliamo rendere più accessibili a te informazioni fondate. Segui Spektrum der Wissenschaft se ti piacciono gli articoli.