La struttura cerebrale che produce noradrenalina aiuta anche a controllare l’attenzione visiva

Il locus coeruleus (LC) è una piccola regione del tronco encefalico che produce noradrenalina, una sostanza chimica con potenti effetti sull’eccitazione e sulla veglia che svolge un ruolo importante nella risposta del corpo allo stress o al panico. Ora, una ricerca dell’Università di Chicago mostra che svolge un ruolo specifico anche nell’elaborazione sensoriale visiva.

 

 

 

Il locus coeruleus (LC) è una piccola regione del tronco encefalico che produce noradrenalina, una sostanza chimica con potenti effetti sull’eccitazione e sulla veglia che svolge un ruolo importante nella risposta del corpo allo stress o al panico.

Ora, una ricerca dell’Università di Chicago mostra che svolge un ruolo specifico anche nell’elaborazione sensoriale visiva.

In uno studio pubblicato su Neuron, i neuroscienziati hanno aumentato artificialmente l’attività neuronale nel LC facendo luce brevemente sui neuroni geneticamente modificati.

Hanno visto che questa manipolazione ha migliorato selettivamente le prestazioni nei primati non umani che eseguono un compito di attenzione visiva, sottolineando il ruolo cruciale che l’attenzione svolge nella percezione sensoriale.

“Vogliamo capire cosa cambia nel tuo cervello quando presti attenzione a qualcosa nell’ambiente, perché l’attenzione influisce notevolmente sulla tua capacità di discernere gli stimoli”, ha detto John Maunsell, Albert D. Lasker Distinguished Service Professor di Neurobiologia e Direttore del Neuroscience Institute presso l’Università di Chicago e co-autore dello studio.

“Ora abbiamo trovato una struttura cerebrale che ha forti segnali relativi al fatto che i soggetti stiano prestando attenzione a uno stimolo o meno, e vediamo grandi differenze nel modo in cui i suoi neuroni rispondono a seconda di dove è diretta l’attenzione”.

Maunsell e il co-autore Supriya Ghosh, un ricercatore post-dottorato, concentrano i loro studi su come i neuroni in diverse aree del cervello cambiano per rappresentare l’input sensoriale quando un soggetto presta attenzione a uno stimolo o meno.

Ad esempio, l’attività dei neuroni nella corteccia cerebrale può aumentare del 10-25% quando un soggetto presta attenzione agli stimoli che quei neuroni rappresentano.

Ricerche precedenti hanno dimostrato che l’attivazione del LC, insieme alla conseguente produzione di noradrenalina, potrebbe migliorare le prestazioni in compiti che richiedono attenzione per discernere tra gli stimoli visivi.

Ghosh, specializzato in strutture cerebrali sottocorticali, ha suggerito che il LC potrebbe essere un buon candidato per studiare questi effetti.

Il team ha addestrato due scimmie a svolgere un compito visivo in cui prestavano attenzione al lato sinistro o destro di uno schermo. Innanzitutto, un’immagine di esempio apparirebbe su entrambi i lati dello schermo.

Successivamente, dopo un certo ritardo, un’immagine di prova appariva su un lato dello schermo. La scimmia segnalava se l’immagine era orientata in modo diverso rispetto al campione mostrato in precedenza su quel lato dello schermo spostando gli occhi su uno dei due bersagli.

I ricercatori hanno registrato l’attività dei neuroni nel LC durante il compito e hanno visto che l’attività aumentava notevolmente – e solo – quando l’animale si occupava dell’immagine che appariva sul lato dello schermo monitorato da quei neuroni.

Per vedere se c’era una relazione causale tra questo aumento dell’attività e le prestazioni, hanno anche usato un metodo chiamato optogenetica per aumentare l’attività nel LC mentre gli animali stavano eseguendo il compito.

L’optogenetica consente ai ricercatori di controllare selettivamente l’attività delle cellule che esprimono noradrenalina attraverso la luce.

In primo luogo, introducono una modificazione genetica che induce i neuroni a produrre una proteina sensibile alla luce chiamata opsina, lo stesso tipo di proteina che i fotorecettori nell’occhio usano per rilevare la luce.

Quando illuminano con una luce speciale questi neuroni, l’opsina fa sì che i neuroni si attivino.

L’aumento optogenetico delle risposte dei neuroni ha migliorato drasticamente la capacità degli animali di differenziare le forme sulla metà corrispondente dello schermo, senza influenzare l’elaborazione motoria.

“Questo tipo di potenziamento artificiale di quell’attività non ha interferito nemmeno con altri fattori cognitivi, come le azioni motorie o le attività decisionali”, ha detto Ghosh.

“Quindi, potrebbe contribuire selettivamente alla sensibilità percettiva in un modo molto preciso”.

Distinguere gli effetti dell’attenzione da altri fattori, come il processo decisionale o i movimenti motori, è fondamentale, ha detto Ghosh.

Questi processi avvengono in altre parti del cervello e possono contribuire alle prestazioni in modo indipendente.

Capire come una struttura cerebrale relativamente piccola come il LC influisca su una funzione così importante come l’attenzione è anche un passo verso la risoluzione del puzzle generale del cervello.

“Ogni volta che otteniamo maggiori informazioni sul probabile contributo di una data struttura cerebrale, o su quanto ampia possa essere la gamma di funzioni di una data struttura, questo ci dà molto più potere per comprendere le relazioni tra di loro”, ha detto Maunsell. “Nessuna parte del cervello compie comportamenti interessanti da sola”.