La neuroetologia sta cambiando il modo di studiare il cervello animale, rendendo possibile osservare l’attività neuronale in condizioni sempre più naturali. Un nuovo progetto dell’Università di Parma integra le registrazioni cerebrali di macachi liberi di muoversi con l’uso di lenti a contatto capaci di tracciare con precisione lo sguardo. Permettendo così di integrare informazioni su comportamento, visione e attività cerebrale
E se si riuscisse a sapere cosa succede nel cervello correlandolo non solo a come un animale si comporta, ma anche a ciò che sta esattamente guardando? In effetti, è proprio ciò che si propone di fare il nuovo progetto guidato dal Laboratorio di Neuroetologia dei Primati non Umani dell’Università di Parma e recente vincitore di un grant ERC Proof of Concept.
Inserito nell’ambito di un più vasto filone di ricerca di cui abbiamo già raccontato qui, il progetto VisionMagTrack intende integrare le registrazioni neuronali di macachi che si muovono e interagiscono liberamente con l’ambiente circostante con quelle di particolari lenti a contatto, grazie alle quali è possibile capire con grande precisione cosa l’animale sta osservando. Ne abbiamo parlato con Luca Bonini, responsabile scientifico del Laboratorio di Neuroetologia dei Primati non Umani dell’Università di Parma e membro del consiglio direttivo della Società Italiana di Neuroscienze, soggetto aderente di Research4Life.
Cosa stai guardando?
«Nell’ambito del precedente progetto EMACTIVE abbiamo impiantato chirurgicamente nel cervello di alcuni macachi degli elettrodi che consentono di registrarne l’attività cerebrale. A differenza delle tecniche di studio classiche, questa strategia permette agli animali di muoversi in piena libertà, restituendo un dato molto più realistico di quello che si potrebbe ottenere con l’animale obbligato a stare fermo. Al contempo, ci permette di registrare un’enorme mole di informazioni in maniera continua», spiega Bonini. «Con questa nuova parte di progetto possiamo ampliare ulteriormente la prospettiva di analisi: oltre a correlare l’attività neuronale con il movimento del macaco, vogliamo associarla anche a ciò che sta guardando».
Non è un punto banale. Per i macachi, come per noi umani, la vista è il senso predominante, ma capire cosa l’animale guardi esattamente è complesso. «Magari ha di fronte un compagno e qualcosa da mangiare: noi però non possiamo sapere su cosa si stia concentrando il suo sguardo», commenta Bonini. Infatti studi di questo genere richiedono in genere procedure invasive e limitanti: è una delle ragioni per cui la neurofisiologia classica ha bisogno di tenere l’animale fermo sulla sedia con la testa bloccata e facendo fissare alla scimmia porzioni precise sullo schermo, mentre registra la posizione oculare con sistemi basati su telecamere.
«Quindi, in collaborazione con l’Università di Siena e con l’azienda CyNexto di Trieste, abbiamo proposto l’uso di particolari lenti a contatto che, attraverso specifici dispositivi e un doppio magnete ultrasottile (tale da essere integrato nella lente stessa), permettono di registrare la posizione della pupilla», spiega Bonini. Così sarà possibile capire con precisione ciò che il macaco sta guardando, e non solo il suo campo visivo.
«In pratica, avremo un filmato allineato di ciò che la scimmia vede “da dentro” allineato a tutti quelli che mostrano cosa fa “da fuori”», continua il ricercatore. «In questo modo possiamo studiare, senza la condizioni restrittive classiche, anche la parte di elaborazione visiva, interazione sociale, osservazione degli altri eccetera».
Anche nel sonno
Il nuovo progetto coinvolge otto macachi. I dispositivi che registrano l’attività neuronale sono appunto già stati impiantati in quattro di questi; l’inserimento delle lenti avviene in sedazione e, dalle prove preliminari (eseguite nel corso di anestesie eseguite per altri scopi) l’applicazione risulta molto semplice. «Tra i vari aspetti che si dovranno capire nel corso del progetto vi è non solo il tipo specifico di lente, ma anche per quanto tempo potranno essere tenute dal macaco. Molto probabilmente, alcuni di loro la toglieranno spontaneamente e in modo autonomo, lasciandoci giusto il tempo di registrare i dati», spiega Bonini.
D’altro canto, un risvolto particolarmente interessante del progetto è che proprio la raccolta dei dati può proseguire anche durante il sonno dell’animale. Oggi il gruppo di ricerca sta già conducendo studi sul sonno, grazie ai dati ottenuti con gli elettrodi cerebrali, e in particolare per lo staging, cioè la classificazione delle distinte fasi che si alternano quando si dorme. «Il metodo di riferimento in questo caso è la telemetria, che si basa sull’impianto di dispositivi che registrano l’attività dei muscoli che controllano il movimento oculare», spiega ancora Bonini. «Infatti, durante il sonno i movimenti degli occhi hanno un ruolo importante per indicare la frase precisa (basti pensare alla fase REM del sonno, che è caratterizzata proprio dai rapidi movimenti oculari). La telemetria, però, è relativamente invasiva e fornisce tutto sommato poche informazioni. L’uso delle lenti a contatto, invece, non è invasivo e ci dice non solo se l’occhio si muove, ma anche quanto, dove e come».
Neuroetologia e 3R
Come avevamo già riportato parlando del progetto EMACTIVE, gli studi di neuroetologia di questo tipo non solo offrono risultati più validi dal punto di vista ecologico, ma più in generale lasciano molta più libertà all’animale, in pieno rispetto del principio di refinement delle 3R, perché non richiedono alcun tipo di addestramento (che a sua volta può alterare i risultati) né tantomeno di costrizione fisica. E apre anche a numerose altre prospettive di ricerca, perché consente di indagare comportamenti che prima non potevano essere studiati.
Certo, si tratta di ricerca di base: non una ricerca con un riscontro applicativo immediato per la nostra specie. Ma pur sempre l’unica ricerca che può dirci come avvengono determinati fenomeni, come si sviluppano alcuni comportamenti, quali meccanismi genetici, molecolari, neuronali vi stanno alla base. L’unica, insomma, in grado di fornire il contesto da cui nascono e su cui si costruiscono anche le successive applicazioni.
Comprese quelle per l’essere umano. Perché, come conclude Bonini, «Già oggi stiamo iniziando a indagare anche la possibilità di usare la tecnologia delle lenti a contatto del progetto VisionMagTrack per registrare l’attività oculare umana, eventualmente correlandola all’attività neuronale. Una possibilità che potrebbe per esempio essere data dagli interventi chirurgici al cervello in cui il paziente è sveglio, quando è necessario mappare le funzioni cerebrali per evitare danni funzionali».