“Falsi Ricordi” indotti in alcuni uccelli

Un team di ricercatori del UT Southwestern Medical Center di Dallas ha inserito un falso ricordo in alcuni uccelli. Per capire la rilevanza dello studio, pubblicato su Science, bisogna però partire da lontano, in particolare dal canto dei diamantini.
In molti abbiamo avuto occasione di vedere e sentir cantare dei diamantini (Taeniopygia guttata), tenuti in casa in piccole gabbiette. In alcune specie di uccelli il canto ha una forte base genetica; in altre, invece, il canto viene appreso, per imitazione, da altri conspecifici. Nel caso dei diamantini entrambe le componenti sono importanti: un individuo tenuto isolato riesce a cantare senza aver mai sentito prima altri uccellini; tuttavia, se da giovane sente un esemplare adulto cantare, si innescano vari meccanismi di imitazione che faranno assomigliare il suo canto a quello del “tutor”. Ascoltare anche una sola volta un canto di corteggiamento può portare un giovane diamantino a modificare il proprio canto una volta cresciuto. Migliorare il canto con l’apprendimento può risultare fondamentale per garantire il successo riproduttivo in specie in cui i richiami di accoppiamento determinano la scelta femminile.
È difficile capire dove si sia depositato il ricordo di quel canto e come questo possa guidare successivamente l’apprendimento del canto modificato. Eppure le aree del cervello legate al canto degli uccelli sono ben conosciute dai neuroscienziati. La più famosa è l’area hyperstriatum ventrale, pars caudalis (HVc) che determina l’esecuzione motoria del canto. I ricercatori hanno ipotizzato, sulla base di studi precedenti, che l’informazione legata al ricordo del tutor derivasse da una seconda area, denominata nucleus interfacialis nidopalii (NIf). L’ipotesi avanzata dai ricercatori è che modificando l’azione dei neuroni che, dall’area NIf portano l’informazione all’area HVc, questo potrebbe costruire un falso ricordo in grado di modificare successivamente il canto. Ed è quello che è stato fatto.

 

Un neurone piramidale evidenziato con la colorazione di Golgi. Si può notare il corpo cellulare l’assone a destra e i dendriti a sinistra e in alto.

Per capire come sia possibile modificare l’azione di alcuni neuroni che da un’area del cervello vanno a un’altra è necessario prima introdurre l’optogenetica, una tecnica sperimentale che combina i progressi nel campo dell’ottica con quelli della genetica. La sua applicazione sta fornendo informazioni fondamentali sul ruolo funzionale di specifiche popolazioni cellulari del nostro cervello. Per poter comprendere l’impatto che questa tecnica ha avuto nel campo delle neuroscienze, è necessario fare una digressione e ricordare come è strutturato il sistema nervoso.
Un neurone è una cellula con una forma peculiare, ha un corpo cellulare simile a molte altre cellule e uno o più lunghi filamenti chiamati assoni o dendriti. Queste strutture cellulari sono cave e sulla superficie di questi “tubi” viaggia l’informazione che ci permette di muoverci, parlare, vedere e pensare. Assoni e dendriti possiedono proteine-canale sulla loro superficie che, all’occorrenza si possono aprire o chiudere determinando dei flussi di ioni. Ed è proprio il propagarsi di questi flussi di ioni, che sono di fatto “correnti elettriche” che permette la trasmissione dell’informazione da un neurone ad un altro. In altre parole, ogni nostro pensiero può essere ricondotto a miliardi di miliardi di molecole-canale che si aprono e si chiudono. Alcuni di questi canali si possono aprire grazie a piccoli cambiamenti del potenziale della membrana neuronale, ed è per questo che nel mondo delle neuroscienze alcune applicazioni sfruttano correnti elettriche o differenze di potenziale. È stata la scoperta di canali particolari presenti in alcune alghe verdi unicellulari agli inizi degli anni novanta che ha aperto delle porte prima impensabili. Le channelrhodopsin sono proteine-canale che, esposte alla luce, tendono ad aprirsi, permettendo un flusso di ioni che non è diverso da quelli che avvengono attraverso i canali degli assoni.
Immaginiamo di poter inserire in alcuni neuroni questi canali, che, se illuminati, potrebbero attivare o inibire i neuroni in cui sono stati inseriti. Probabilmente vi starete chiedendo: come si può inserire una proteina canale di un’alga in un neurone di uccello? E soprattutto, perché?

Una rappresentazione tridimensionale della channelrhodopsin.

Per inserire alcuni pezzi di informazione (sotto forma di DNA o RNA), come per esempio quelle necessarie a fabbricare le channelrhodopsin all’interno di un neurone, è necessario un vettore, ovvero qualcosa in grado di contenere e trasmettere l’informazione genetica. I biologi molecolari hanno vari vettori a disposizione ma in questi casi i più funzionali sono alcuni virus. Nello studio in questione, per esempio, sono utilizzati dei virus adeno-associati che, non sono nientemeno che virus che infettano varie specie, compresi noi umani, senza causare malattie. Un virus può quindi far entrare del DNA o dell’RNA nei neuroni e, senza danneggiarli, indurre la sintesi di channelrhodopsin. Ma non abbiamo risposto all’altra domanda: perché farlo?
Perché siamo molto bravi a manipolare e utilizzare la luce. Si possono creare dei piccoli fasci di luce e possiamo indirizzarli dove vogliamo e possiamo accenderli e spegnerli con la precisione di millesimi di secondo. In questo modo possiamo illuminare, e quindi attivare, singoli neuroni alla volta o gruppi di neuroni, secondo gli schemi spaziotemporali che vogliamo.

Ma torniamo ai nostri diamantini. Nel caso in questione, proprio con questa tecnica possiamo provare ad imitare gli stimoli nelle diverse aree cerebrali che un diamantino avrebbe se sentisse cantare un suo conspecifico. Ed è quello che è stato fatto: i ricercatori hanno esposto al virus contenente il gene per la channelrhodopsin i neuroni dei diamantini che dall’NIf portano l’informazione verso l’HVC e li hanno illuminati ripetutamente con impulsi di luce di 50 ms o 300 ms, cercando di ottenere un effetto molto simile a quello che sarebbe stato prodotto in un uccellino dopo aver ascoltato un altro individuo.
Il risultato è sorprendente: i giovani tenuti isolati che sono stati stimolati attraverso l’optogenetica hanno un canto che è significativamente diverso dal canto degli esemplari isolati e non stimolati, e hanno prestazioni più simili agli uccelli che hanno avuto un tutor.
I diamantini con un “opto-tutor” (come lo definisce lo studio) riescono anche ad attrarre le femmine al pari di maschi che hanno imparato a cantare tramite imitazione.

Questo tipo di risultati potrebbe spingere molti a pensare a esiti fantascientifici inattesi: chi ha visto Matrix potrebbe pensare allo scaricamento di dati necessari a conoscere il Kung Fu, guidare un elicottero o imparare un manuale di anatomia in pochi secondi. Invece, per chiunque provi a raccontare questo tipo di argomenti, è assolutamente necessario tenere i piedi per terra: questo tipo di risultati sono eccezionali ma si rifanno a schemi ben definiti all’interno del canto degli uccelli. Per quanto riguarda la memoria umana, soprattutto quella legata al pensiero astratto, siamo molto più distanti dalla comprensione dei meccanismi che la guidano, ed è impensabile riuscire ad inserire dei ricordi in questo modo. Oltretutto, in psicologia sono stati a lungo studiati i meccanismi per cui si possono inserire “falsi ricordi”, soprattutto nei bambini, senza necessità di virus e luci.

Quello di cui invece si può essere entusiasti è l’optogenetica, una tecnica che può aiutarci a comprendere i meccanismi cellulari che sono alla base delle funzioni del sistema nervoso degli animali e quindi anche del nostro. E lo può fare a tutto tondo, aiutandoci a capire come si parlano le diverse regioni del nostro cervello, come queste specifiche interazioni possano diventare difettose o eccessive e quindi generare patologie cerebrali come il Parkinson e l’Alzheimer o l’epilessia. L’optogenetica rappresenta certamente un punto di svolta nelle neuroscienze e il suo ulteriore sviluppo fornirà informazioni fondamentali per capire come funziona il nostro cervello.

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