Come il cervello coordina il movimento negli animali

Gli animali sono abbastanza bravi a usare i loro corpi per ottenere ciò che vogliono, come cibo o acqua. Devono coordinare tanti movimenti diversi nei loro corpi per raggiungere i loro obiettivi. Per esempio, quando roditori o scimmie vogliono mangiare qualcosa, allungano le braccia, afferrano il cibo e poi lo portano alla bocca. Tutto ciò avviene in una sequenza fluida, con i loro sensi che li aiutano lungo il percorso.

La maggior parte di noi sa che comportamenti come allungarsi e mangiare coinvolgono molto più che semplicemente agitare le braccia. Decenni fa, un tizio intelligente di nome Lashley ha fatto notare che i movimenti sono organizzati e avvengono in un ordine particolare. Ma come fa il cervello a far succedere tutto ciò? Questo rimane ancora un mistero.

#Come sono Controllati i Movimenti

Sappiamo che il cervello ha aree speciali che ci aiutano con queste azioni. Quando allunghi, afferri e lecche, diverse parti del tuo cervello stanno lavorando sodo. Sembra che questi movimenti non avvengano a caso; seguono un piano specifico. Il cervello integra segnali dal corpo con il feedback dai sensi per perfezionare ciò che stai facendo.

Un'area del cervello che aiuta a gestire i movimenti è la corteccia cerebrale. Questa area è composta da diverse parti che si occupano di compiti diversi. Alcune parti aiutano a pianificare i movimenti, mentre altre si collegano a parti inferiori del cervello che gestiscono azioni più basilari. La ricerca ha dimostrato che diverse parti della corteccia controllano azioni diverse come allungarsi o leccare. Ma come questi circuiti cerebrali lavorano insieme per coordinare comportamenti complessi è ancora qualcosa che gli scienziati stanno cercando di scoprire.

#Il Cervello e le Connessioni del Movimento

Nella corteccia, ci sono diversi tipi di Neuroni (o cellule cerebrali) con lavori unici. Alcuni neuroni aiutano a connettere le parti della corteccia tra loro, mentre altri inviano segnali a aree più profonde del cervello e del midollo spinale.

Tra i neuroni, spiccano due gruppi importanti: uno che invia informazioni in tutto il cervello e un altro che parla direttamente al Talamo, il centro di rilancio del cervello. Il talamo aiuta a mescolare diversi tipi di informazioni che provengono dai sensi e dallo stato del corpo. Gioca un ruolo cruciale nel modo in cui il cervello comprende e risponde a ciò che sta succedendo.

#La Ricerca e i Suoi Risultati

Per approfondire come sono coordinati i movimenti, gli scienziati hanno combinato strumenti come l'analisi del comportamento, l'imaging e l'ottogenetica (che è un modo per controllare i neuroni con la luce) per studiare un comportamento specifico: il compito di allungarsi e ritirarsi per bere (RWD). In questo compito, ai topi viene insegnato a usare il loro senso dell'olfatto e del tatto per trovare e bere acqua da un beccuccio posizionato in varie location.

Hanno trovato che la corteccia motoria secondaria (MOs-c) era un attore chiave nell'aiutare i topi a completare il compito RWD. MOs-c coordina la sequenza di movimenti necessari per allungarsi, ritirarsi e bere dal beccuccio. Sono stati identificati due tipi principali di neuroni come importanti: uno che aiuta con l'allungamento e un altro che supporta le fasi di ritiro e bevuta.

#Le Fasi del Bere

Scomponiamo il compito RWD nelle sue parti:

1. Allungarsi: Il topo solleva la mano con le dita arricciate e la muove verso il beccuccio dell'acqua.
2. Ritirarsi: Dopo aver afferrato l'acqua, il topo riporta la mano alla bocca.
3. Consumare: Infine, apre la bocca e usa la lingua per leccare l'acqua.

Curiosamente, il tempismo di questi movimenti varia ogni volta. I ricercatori hanno anche osservato quanto tempo ha impiegato ogni parte e hanno scoperto che i topi erano abbastanza veloci, adattando i loro movimenti a seconda di dove si trovava il beccuccio dell'acqua.

#Comprendere il Ruolo del Cervello

Gli scienziati hanno poi esaminato diverse parti della corteccia per vedere come contribuissero al compito RWD. Usando un metodo intelligente chiamato Imaging del Calcio, potevano vedere quali parti del cervello erano attive durante ogni fase del compito. Hanno scoperto che l'area MOs-c era molto coinvolta.

Quando hanno inibito quest'area, i topi faticavano a completare il compito RWD. Questo era un gran problema perché mostrava che MOs-c era fondamentale non solo per allungarsi ma anche per coordinare i movimenti della bocca e della mano.

#I Canali di Output del Cervello

I ricercatori hanno anche scoperto che l'area MOs-c usa diversi canali per comunicare con il resto del cervello. Un gruppo di neuroni aiuta a inviare istruzioni a aree cerebrali inferiori che controllano il movimento, mentre l'altro gruppo influenza il talamo e aiuta ad aggiustare le azioni.

In particolare, i neuroni corticotalamici (CTTle4) avevano un ruolo interessante. Continuavano a sparare a un ritmo costante durante le diverse fasi del compito di bevuta, mostrando che aiutavano a mantenere la coordinazione tra i movimenti di mano e bocca.

#Come Funzionano le Diverse Cellule Cerebrali

Per capire come funzionano i diversi tipi di neuroni in MOs-c, i ricercatori hanno contrassegnato specifici tipi di neuroni e registrato le loro attività durante il compito. Hanno notato che i neuroni del tratto piramidale (PTFezf2) avevano schemi di attivazione diversi rispetto ai neuroni corticotalamici. I neuroni PT erano più attivi durante la fase di allungamento, mentre i neuroni CTT aumentavano durante le fasi di ritiro e bevuta.

Questi risultati suggerivano che, mentre entrambi i tipi di neuroni erano importanti, avevano le loro specialità. Uno era più dedicato a eseguire l'allungamento, mentre l'altro supportava le azioni in corso durante il ritiro e la bevuta.

#L'Importanza del Talamo

Il talamo ha un compito speciale in tutto questo processo. Riceve input non solo dalla corteccia, ma anche da varie altre aree cerebrali. Questo significa che può mescolare diversi tipi di informazioni riguardanti movimento e percezione, aiutando la corteccia a prendere decisioni migliori su cosa fare dopo.

Quando i ricercatori hanno interferito con l'attività talamica durante il compito, hanno notato che i topi avevano difficoltà a completare la sequenza RWD. Questo era un forte indicativo che il talamo era vitale per il progresso e la coordinazione delle azioni durante il compito.

#Il Ciclo di Comunicazione

Lo studio ha rivelato un affascinante ciclo di comunicazione tra l'area MOs-c e il talamo. L'area MOs-c invia segnali al talamo, che riceve informazioni sensoriali e motorie da varie fonti. Queste informazioni talamiche poi ritornano alla corteccia, permettendo al cervello di perfezionare le azioni.

L'MOs-c invia input specifici al talamo, che a sua volta influenza la loro output verso altre aree corticali. Questa interazione continua permette una migliore coordinazione del movimento e integrazione sensoriale, aiutando i topi a portare a termine il compito RWD senza intoppi.

#Conclusione

In sintesi, lo studio ha mostrato che la corteccia motoria secondaria è essenziale per coordinare movimenti complessi, come allungarsi e bere. L'interazione tra i diversi tipi di neuroni, specialmente tra MOs-c e il talamo, aiuta gli animali a eseguire comportamenti abili. I risultati evidenziano quanto sia importante la comunicazione all'interno del cervello per le nostre azioni quotidiane e fanno luce sui meccanismi sottostanti che rendono possibili queste azioni.

Anche se abbiamo solo grattato la superficie, è chiaro che comprendere questi percorsi può offrire spunti sia sui movimenti normali che sui disturbi che influenzano la coordinazione motoria. E chissà? Forse un giorno capiremo perché i nostri animali domestici a volte ci guardano in modo strano quando cerchiamo di addestrarli. Fino ad allora, alziamo un bicchiere alle meraviglie del movimento animale!