L’equilibrio del cervello: come vista e movimento si intrecciano nella mente

Ogni volta che guardiamo intorno a noi in una stanza, gli occhi, le orecchie e il cervello lavorano insieme in modi di cui non ci rendiamo conto. Il mondo sembra stabile, eppure la testa è costantemente in movimento. Come fa il cervello a impedire che tutto sembri girare? Un team internazionale di ricercatori ha studiato come il cervello mantenga stabile la rappresentazione visiva del mondo anche mentre ci muoviamo al suo interno.

Pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), l’articolo “Inter- and Intrahemispheric Sources of Vestibular Signals to V1” è stato scritto da Nicolas Brunel (professore di Neuroscienze computazionali presso il Dipartimento di Computing Sciences dell’Università Bocconi) e Alessandro Sanzeni (anch’egli del Dipartimento di Computing Sciences Bocconi), insieme a Guy Bouvier (Department of Physiology & HHMI, University of California, San Francisco; CNRS/Université Paris-Saclay), Elizabeth Hamada (Department of Neurology, University of California, San Francisco), and Massimo Scanziani (Department of Physiology & HHMI, University of California, San Francisco). Il team ha studiato le vie neurali nascoste che trasportano i segnali dal sistema vestibolare (il sensore di movimento dell’orecchio interno) alla corteccia visiva primaria (V1), la porta d’accesso del cervello alla vista.

“Abbiamo scoperto che due percorsi distinti trasmettono i segnali del movimento della testa alla corteccia visiva primaria: il nucleo pulvinare del talamo e la corteccia visiva controlaterale”, scrivono gli autori. Questi due percorsi, spiegano, forniscono informazioni direzionali complementari sui movimenti della testa, rivelando come il cervello combini gli input sensoriali per mantenere una visione stabile durante il movimento.

Vedere il movimento non solo con gli occhi

I ricercatori hanno registrato l’attività neurale nella corteccia visiva dei topi mentre le loro teste ruotavano in senso orario e antiorario nell’oscurità. Quello che hanno scoperto è stato sorprendente: anche senza input visivo, i neuroni nella V1 si attivavano con schemi che rispecchiavano i movimenti della testa degli animali. Gli strati più profondi della V1 trasportavano rappresentazioni particolarmente ricche di questi movimenti. Utilizzando tecniche di decodifica computazionale, il team ha dimostrato che la direzione e la velocità potevano essere previste con una precisione superiore al 99,5% dai modelli di attivazione di alcune centinaia di neuroni.

Per identificare la provenienza di questi segnali, gli scienziati hanno tracciato le connessioni attraverso il cervello. Hanno scoperto che una delle principali vie ha origine nel pulvinar, un centro talamico che riceve informazioni vestibolari dai nuclei cerebellari profondi (DCN). Mediante esperimenti che combinavano metodi farmacologici e optogenetici, i ricercatori hanno dimostrato che il silenziamento del pulvinar riduceva drasticamente le risposte della V1 al movimento della testa, in particolare per le rotazioni opposte all’emisfero silenziato. Come osserva l’articolo, “il silenziamento del pulvinar ha ridotto notevolmente le risposte V1 e alle rotazioni della testa contrarie rispetto all’emisfero silenziato” (p. 3). Ciò ha rivelato che il pulvinar ha un bias contraversivo, ad esempio i segnali di movimento in senso orario inviati al V1 sinistro.

Una seconda fonte di informazioni sul movimento, più sottile, proveniva dalla corteccia visiva opposta, trasmessa attraverso le connessioni callosali tra gli emisferi. Questo percorso interemisferico contribuiva con informazioni sulle rotazioni nella direzione opposta, bilanciando la codifica del movimento della testa da parte del sistema visivo.

La mappatura del codice di movimento del cervello

Combinando modelli matematici, registrazioni multi-neuronali e tracciamento virale, Brunel e colleghi hanno dimostrato che le dinamiche V1 riflettono non solo la direzione e la velocità, ma anche l’accelerazione e persino la memoria dei movimenti precedenti della durata di diversi secondi.

Nelle parole degli autori, “nel loro insieme, questi risultati mostrano che la V1 del topo, e in particolare i suoi strati più profondi, codifica una ricca rappresentazione del movimento della testa a cui è possibile accedere per decodificare simultaneamente con alta precisione sia i movimenti presenti che quelli passati.”

Un distacco dalle visioni tradizionali

Questa scoperta mette in discussione l’idea tradizionale della V1 come area puramente visiva. Al contrario, descrive la corteccia visiva primaria come un hub multimodale in cui convergono le informazioni sensoriali e motorie. Rivelando il codice interno del cervello per il movimento, la ricerca apre nuove prospettive sui disturbi dell’equilibrio, sull’adattamento alla realtà virtuale e persino sui sistemi di visione artificiale. Dopo tutto, per vedere chiaramente il mondo, il nostro cervello deve prima sapere dove ci stiamo muovendo al suo interno.