L’evoluzione della codifica neurale Agenzia di stampa scientifica

In Essere umano nervoso, Jean-Pierre Changux ha riportato un esperimento condotto su scimmie (specie non specificata). Gli elettrodi registravano l’attività spontanea del nervo vestibolare di un animale seduto su una sedia ruotata. In assenza di movimento, gli elettrodi registravano una serie di 20 impulsi al secondo provenienti da questi neuroni. Se la sedia veniva ruotata in una direzione, la frequenza diminuiva a 10 battiti al secondo, mentre se veniva ruotata nella direzione opposta aumentava a 30 battiti al secondo.¹È chiaro che siamo di fronte ad una forma di codifica da parte di un gruppo di neuroni. A questo proposito possiamo fare la seguente osservazione. Innanzitutto, questo metodo di codifica delle informazioni utilizza l’attività spontanea di un gruppo di neuroni che emettono continuamente impulsi. Pertanto, è una forma di codifica che richiede molta energia. Soprattutto, questi neuroni vestibolari possono codificare solo due informazioni in questo modo. È una codifica binaria. Questo è in realtà il tipo di codifica più semplice immaginabile. Possiamo pensare in questo caso che ciò accada quando la scimmia gira la testa a destra o a sinistra.

L’informazione è interessante, perché possiamo immaginare che il cervello di un primate come quello di una scimmia debba includere altre forme più sofisticate di codifica neurale. Possiamo quindi chiederci se il cervello degli organismi viventi utilizzerà sempre più tipi di codifica man mano che l’evoluzione progredisce. A meno che non si tratti piuttosto del tipo di codifica neurale che si svilupperà nel tempo. Forse altre esperienze ci aiuteranno a vedere le cose più chiaramente.

Nel 2016, È stato condotto un esperimento Cercare di scoprire se la mente umana è in grado di rilevare cambiamenti nel campo magnetico la cui intensità è vicina all’intensità del campo magnetico terrestre. Una persona è stata posta all’interno di una gabbia di Faraday per eliminare tutte le influenze magnetiche esterne, consentendo agli sperimentatori di utilizzare e modificare il campo magnetico come desideravano. La persona era seduta al buio senza alcuna stimolazione sensoriale. L’unico aggiustamento era la direzione o l’inclinazione del campo magnetico utilizzato durante l’esperimento. Il risultato: l’ampiezza delle onde alfa diminuiva quando gli sperimentatori ruotavano la direzione del campo magnetico, ma solo quando ruotava in senso antiorario. In direzione opposta non si sono registrate variazioni. Lo stesso tipo di esperimento fu ripetuto tre anni dopo Con risultati simili. Va inoltre notato che in entrambi gli esperimenti è stata registrata una modulazione delle onde alfa anche quando il campo magnetico ha subito una variazione di inclinazione, ma solo quando era inclinato verso il basso. Cosa ne pensi di questi risultati? Anche qui avremo l’opportunità di imbatterci in una codifica di tipo binario quando solo una delle sue due componenti sembra essere chiara. È possibile che questo tipo di codifica, almeno in questo caso, abbia rifiutato di conservare solo una delle due componenti prima di scomparire del tutto, magari in futuro. Ci sono due prove che possono portarci a questo suggerimento. Da un lato gli autori hanno avuto cura di specificare che i soggetti del test non avevano consapevolezza di alcun cambiamento durante l’esperimento. Poi, e soprattutto, nell’esperimento del 2019 con 34 partecipanti, i ricercatori hanno osservato una variazione molto evidente tra i soggetti del test: se, per alcuni di loro, l’ampiezza delle onde alfa poteva differire della metà, tra gli altri, non c’era quasi una differenza, indipendentemente dalla direzione di rotazione del campo magnetico.

È quindi possibile che la codifica binaria del genere tenda a svanire negli esseri umani e alla fine scompaia. A questo proposito sarebbe interessante conoscere l’esito dell’esperimento descritto da Changeux sulla scimmia qui citata, per la nostra specie. Sarebbe interessante anche riprodurre gli esperimenti del 2016 e del 2019 su diverse specie di scimmie. La scoperta che queste diverse specie mantengono questo tipo di codifica binaria registrando il cambiamento delle loro onde cerebrali quando il campo magnetico ruota in una direzione o nell’altra ci darebbe un’indicazione sull’evoluzione di questo tipo di codifica neurale.

Naturalmente l’apparato vestibolare dell’orecchio interno della scimmia è una struttura troppo complessa per essere concepita come punto di partenza dei più primitivi sistemi di codifica del sistema nervoso. Possiamo invece concentrarci sulla magnetorecezione studiata negli esperimenti del 2016 e del 2019. Il fatto è che i magnetorecettori sono stati scoperti negli organismi più primitivi: i batteri. Lì sono state osservate catene di cristalli di magnetite ed è stata dimostrata l’azione direzionale di questi batteri in presenza di un campo magnetico.². Tuttavia, questa capacità di rilevare il campo magnetico terrestre sarebbe condivisa da molte specie in tutto il regno animale: vermi, pesci (salmone), lumache, gamberi, rane e salamandre.²insetti (Farfalla monarca) Senza dimenticare gli uccelli di specie specifiche su cui sono stati condotti studi. Lo troveremo Anche nelle piante. Dovrebbero essere incluse anche alcune specie di mammiferi: le arvicole selvatiche e le talpe utilizzeranno questa capacità per localizzare i loro nidi.². Pertanto la rilevazione del campo magnetico da parte degli organismi biologici sarebbe molto antica. Potrebbe essere questo il primo senso ad apparire nel mondo biologico? La magnetorecezione ha come minimo il vantaggio di poter essere utilizzata in qualsiasi ambiente, a qualsiasi ora e in assenza di luce, da qui il fatto che è presente anche nei batteri.

Tornando alla codifica neurale, l’esempio citato di Jean-Pierre Changux ha il vantaggio di permetterci di immaginare quale potrebbe essere la fase successiva di questo sviluppo. A partire dalla codifica binaria iniziale (aumento o diminuzione della frequenza degli impulsi provenienti da un gruppo di neuroni), il sistema nervoso primitivo potrebbe essere passato a una forma di codifica più precisa rispetto ai cambiamenti di direzione. Ad esempio, per una rotazione del corpo di un organismo di 20 gradi verso sinistra, si verificherà un aumento della frequenza da 10 Hz a 15 Hz. per 30 gradi, a 20 Hz e così via in un senso o nell’altro. La ricerca consentirà di trovare un tipo di codifica così primitivo che sarà ancora efficace in alcune specie?