I neuroscienziati scoprono anche i circuiti neurali la cui attività è correlata a particolari emozioni.
I ricercatori hanno utilizzato un algoritmo di apprendimento automatico per decifrare le espressioni facciali apparentemente imperscrutabili dei topi di laboratorio. Il lavoro potrebbe avere implicazioni per individuare i neuroni nel cervello umano che codificano espressioni particolari.
Questo studio “è un primo passo importante” per comprendere alcuni degli aspetti misteriosi delle emozioni e come si manifestano nel cervello, afferma il neuroscienziato David Anderson del California Institute of Technology di Pasadena.
Quasi 150 anni fa, Charles Darwin propose che le espressioni facciali negli animali potessero fornire una finestra sulle loro emozioni, come fanno negli umani. Ma i ricercatori hanno acquisito solo di recente gli strumenti – come potenti microscopi, macchine fotografiche e tecniche genetiche – per catturare e analizzare in modo affidabile il movimento del viso e indagare su come sorgono le emozioni nel cervello.
“Sono stata affascinata dal fatto che noi umani abbiamo stati emotivi che proviamo come sentimenti“, afferma la neuroscienziata Nadine Gogolla al Max Planck Institute of Neurobiology di Martinsried, in Germania, che ha guidato questo studio durato tre anni. “Volevo vedere se potessimo scoprire come questi stati emergono nel cervello dagli studi sugli animali”. Il lavoro è pubblicato su Science.
Gogolla si è ispirata a una pubblicazione su Cell del 2014 firmata da Anderson e Ralph Adolphs, entrambi del California Institute of Technology. Nello studio, avevano teorizzato che “gli stati del cervello” come le emozioni dovrebbero mostrare caratteristiche particolari – dovrebbero essere persistenti, per esempio, durare per qualche tempo dopo che lo stimolo che li ha evocati è scomparso. E dovrebbero ridimensionarsi con la forza dello stimolo.
Il team di Gogolla ha fornito ai topi diversi stimoli sensoriali volti a scatenare particolari emozioni e ha filmato i musi degli animali. Ad esempio, i ricercatori hanno posto fluidi dolci o amari sulle loro labbra per evocare piacere o disgusto. Hanno anche dato ai topi piccole ma dolorose scosse elettriche alla coda o iniettato agli animali cloruro di litio per indurre malessere.
Gli scienziati sapevano che un topo può cambiare la sua espressione muovendo le orecchie, le guance, il naso e la parte superiore degli occhi, ma non erano mai stati in grado di assegnare in modo affidabile le espressioni a particolari emozioni.
Così hanno suddiviso i video dei movimenti del muscolo facciale in migliaia di micro-istantanee mentre gli animali rispondevano ai diversi stimoli. Gli algoritmi di apprendimento automatico hanno poi riconosciuto espressioni distinte, create dal movimento di particolari gruppi di muscoli facciali. Queste espressioni erano correlate agli stati emotivi evocati, come piacere, disgusto o paura. Per esempio, un topo che prova piacere tira il naso verso la bocca e tira avanti le orecchie e la mascella.
Al contrario, quando prova malessere, tira indietro le orecchie e contrae le guance, talvolta mostra strabismi. Le espressioni facciali avevano le caratteristiche proposte da Anderson e Adolphs: per esempio, erano persistenti e la loro forza era correlata all’intensità dello stimolo. “Questo modo di guardare l’espressione facciale è un grande vantaggio perché evita qualsiasi pregiudizio dello sperimentatore”, afferma Camilla Bellone dell’Università di Ginevra in Svizzera, che studia i disturbi neuropsichiatrici.
Gli scienziati hanno quindi cercato le cellule cerebrali che potrebbero codificare queste emozioni nel cervello. Usando una tecnica chiamata optogenetica, hanno preso di mira i singoli circuiti neuronali nei topi che hanno dimostrato di innescare particolari emozioni nell’uomo e in altri animali. Quando gli autori hanno stimolato direttamente questi circuiti, i topi hanno assunto le espressioni facciali pertinenti.
Infine, il team ha utilizzato una sofisticata tecnica di imaging dal vivo per identificare i singoli neuroni nel cervello del topo che si attivavano solo quando venivano evocate particolari emozioni e particolari espressioni facciali. “Possono rappresentare parte di un codice per le emozioni nel cervello”, ipotizza Gogolla. “Pensiamo che la codifica per l’emozione possa essere effetto dell’evoluzione, quindi la codifica negli umani e nei topi può condividere alcune caratteristiche comuni”.
