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17.09.2020 - 08:000

Scienziati decodificano il modo in cui il cervello distingue gli odori

Uno studio ha permesso di decodificare il linguaggio neurale degli odori riuscendo ad ingannare il cervello dei topi

ROMA - Il cervello dei mammiferi percepisce gli odori e li distingue da migliaia di altri odori diversi attraverso modalità che oggi sono state ulteriormente comprese e decodificate grazie a un team di scienziati della NYU Grossman School of Medicine e della NYU Langone Health, in collaborazione con i ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT). Gli scienziati, infatti, sono riusciti per la prima volta a trasmettere un odore artificiale direttamente alle cellule nervose del bulbo olfattivo, una delle zona del cervello dove viene elaborato il senso dell’olfatto.
Il gruppo di ricerca dell’IIT, guidato da Stefano Panzeri, coordinatore del Centro IIT di Neuroscienze e Scienze Cognitive di Rovereto e responsabile del laboratorio Neural Computation, grazie all’utilizzo di algoritmi di machine learning, ha sviluppato modelli matematici in grado di registrare e interpretare i complessi schemi di attività del bulbo olfattivo, in particolare delle strutture chiamate glomeruli, le cellule che rivestono il naso e che inviano segnali elettrici al bulbo olfattivo e ai neuroni cerebrali.
Una volta addestrato l’algoritmo, l’idea era di elaborare matematicamente un odore virtuale e di trasmetterlo a un cervello per verificare se venisse percepito come reale. La sperimentazione è avvenuta su alcuni topi di laboratorio della New York University, ingegnerizzati con tecniche di optogenetica, che permettono di attivare specifiche aree cerebrali con opportuni segnali di luce.
I topi sono stati addestrati a riconoscere un particolare segnale generato dall’attivazione optogenetica di sei glomeruli, consentendo loro di bere premendo una leva, ma solo quando percepivano un odore prestabilito. Se invece premevano la leva dopo l’attivazione di un diverso insieme di glomeruli, che simulavano un odore diverso, non ricevevano acqua. I ricercatori hanno cambiato l’insieme di glomeruli e la sequenza temporale con cui venivano attivati e in questo modo hanno scoperto che tali variazioni hanno portato a un calo del 30 per cento della capacità di un topo di percepire correttamente un segnale di odore e di ottenere l’acqua.
I dati così ottenuti hanno dimostrato che l’algoritmo consente di produrre caratteristiche neurali spaziali e temporali chiave che, se combinate, rappresentano una specie di codice di come il cervello converte gli input sensoriali nella percezione di un odore. «Il nostro gruppo ha fornito gli strumenti matematici per decodificare il codice neurale, generando una formula matematica che spiega come il cervello combina l’attività dei neuroni del sistema olfattivo per produrre le sensazioni», ha spiegato Panzieri.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Science, si rivela di fondamentale importanza in quanto, a differenza di altri sensi come la vista o l’udito, quello dell’olfatto presenta ancora diversi lati oscuri per quel che riguarda il discernimento che facciamo da un odore all’altro. Come ha infatti dichiarato Dmitry Rinberg, neurobiologo e autore senior della ricerca, «i nostri risultati identificano per la prima volta un codice per il modo in cui il cervello converte le informazioni sensoriali in percezione di qualcosa, in questo caso un odore. Questo ci avvicina a rispondere alla domanda di lunga data nel nostro campo di come il cervello estrae informazioni sensoriali per evocare il comportamento». Lo studio, in effetti, fornisce elementi basilari per la comprensione del linguaggio del cervello e apre la strada alle ricerche per il ripristino delle funzionalità di un sistema nervoso danneggiato.

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