I ricercatori dell’ Università di Monaco e di Tubinga hanno mappato le prime elaborazioni visive tra la retina e il cervello.
In che modo le immagini proiettate sulla retina vengono ricomposte nel cervello?
I ricercatori hanno scoperto che l’elaborazione degli stimoli visivi avviene alla prima waystation sulla via della corteccia visiva, ma non tutti gli input sono trattati allo stesso modo.
Nell’uomo, il sistema visivo raccoglie fino all’80 percento di tutti i dati sensoriali ricevuti dall’ambiente. Per dare un senso a questo diluvio di informazioni ottiche, gli input visivi raccolti e convertiti in segnali elettrochimici dalle circa 130 milioni di cellule fotosensibili nella retina sono alimentati e processati da una complessa rete di cellule nervose nel cervello. Il modo in cui il cervello riesce a portare a termine questo compito non è ancora completamente compreso.
Un quadro più dettagliato dei passaggi coinvolti è, tuttavia, essenziale per l’ulteriore sviluppo di sistemi visivi artificiali. Ora, una squadra guidata dal neurobiologo Laura Busse della Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) a Monaco, in collaborazione con Thomas Euler e Philipp Berens, è riuscita a gettare nuova luce su una questione di lunga data e controversa in questo campo. In un articolo che appare in Neuron, i ricercatori dimostrano che i segnali in ingresso dalla retina sono sottoposti a trattamento selettivo e ponderazione alla prima waystation neuronale nel percorso funzionale che collega la retina alla corteccia visiva.
Nel topo, l’immagine visiva che colpisce la retina viene ricevuta da più di 30 tipi di cellule gangliari specializzate e funzionalmente distinte. Questi diversi tipi di cellule rispondono in modi diversi all’input dai fotorecettori. Ad esempio, alcuni reagiscono selettivamente ai contrasti scuri, mentre altri sono sensibili a particolari modelli spaziali. I flussi di informazioni che emanano da questa fase di elaborazione della retina vengono quindi convogliati in diversi canali paralleli al cervello.
“I primati sembrano possedere un insieme altrettanto diverso di cellule gangliari retiniche e questo probabilmente vale anche per gli umani”, dice Busse. “Usando il topo come sistema modello, ci siamo chiesti quali tipi di cellule gangliari si proiettano nel talamo visivo e se le informazioni che arrivano lì vengono semplicemente trasmesse o sottoposte a elaborazione e trasformazione”.
Il talamus visivo è la prima waystation sulla via della corteccia cerebrale e questo percorso di elaborazione è, tra le altre cose, responsabile della percezione e dell’analisi della forma e del riconoscimento dell’oggetto.
Entrambe le domande poste da Busse e dai suoi colleghi sono state al centro di dibattiti controversi. Da un lato, gli studi funzionali sembravano contestare il trattamento dell’input del ganglio nel talamo. Tuttavia, recenti studi anatomici hanno dimostrato che singole cellule nel talamo possono ricevere input da oltre 90 cellule gangliari retiniche, il che suggerisce fortemente che queste cellule talamiche hanno un ruolo di elaborazione selettivo e / o integrativo.
Lavorando a stretto contatto, i team di Monaco hanno indagato su cosa succede ai segnali in arrivo nel talamo visivo del topo. Hanno usato una serie di stimoli visivi controllati e progettati per evocare una serie di risposte – come passare dal buio alla luce o viceversa e alterazioni in contrasto o cambiamenti in un segnale tremolante – e hanno analizzato le reazioni sia della retina che del talamo. Hanno scoperto che la maggior parte dei tipi di cellule gangliari della retina trasmettono effettivamente informazioni al talamo visivo.
Hanno quindi utilizzato i risultati delle loro misurazioni elettrofisiologiche per costruire un modello computerizzato che consentisse loro di dedurre quali e quante di queste cellule contribuiscono alla risposta del talamo.
“Il modello ha indicato che la risposta di una singola cellula del talamo dipende da non più di cinque diversi tipi di cellule gangliari della retina “, afferma Busse.
È anche possibile che le ponderazioni relative dei segnali possano essere variate, per consentire ad esempio che diverse combinazioni di input vengano elaborate dinamicamente durante i processi di apprendimento. “In ogni caso, il talamo non è semplicemente una stazione di relè passiva tra la retina e il cervello, ma funge anche da sito di elaborazione del segnale e svolge un ruolo importante nella ponderazione relativa dei segnali in arrivo”.
Fonte, Neuron
