Ti capita di interrompere quello che stai facendo per indossare un maglione perché senti freddo? Fai clic sul termostato di qualche grado in una giornata invernale? Appena arriva il caldo corri ai ripari con ventilatori e condizionatori? La tua automobile sembra il polo sud d’estate ed i tropici d’inverno? Se è così (e, ammettiamolo, lo è per molti), allora hai usato informazioni sensoriali sul tuo ambiente – la temperatura – per alterare il tuo comportamento. Ma esattamente come il cervello elabora tali informazioni è rimasto in gran parte un mistero. Per far luce su questo, un team di ricercatori dei laboratori di Florian Engert, si è rivolto a un soggetto improbabile ma sempre efficace: zebrafish. Usando tecniche di imaging dell’intero cervello, sono stati in grado di mostrare come i neuroni sensoriali che innervano il viso rilevano la temperatura ambientale e come questa informazione viene trasmessa al cervello posteriore del pesce, dove viene elaborata per produrre un comportamento. Lo studio è descritto in un articolo pubblicato in Neuron. A differenza di noi, i pesci zebra non possono regolare la loro temperatura corporea. Vivono in pozze abbastanza basse come risaie e piccoli stagni dove la temperatura può oscillare parecchio, quindi essere in grado di navigare quei gradienti di temperatura è importante. Il processo di rilevamento della temperatura in zebrafish inizia più o meno allo stesso modo che per gli esseri umani, con i neuroni somatosensoriali sul viso. I neuroni che rilevano i cambiamenti di temperatura sono cellule di una struttura chiamata ganglio trigeminale. Nell’uomo – e nel pesce zebra – questa struttura si trova da qualche parte tra gli occhi e le orecchie. Possiamo quindi osservare come il ganglio trigemino codifica la temperatura e cosa fanno quelle cellule quando la temperatura cambia. Quello che troviamo è che ci sono cellule che sono eccitate quando le temperature aumentano, mentre altre sparano di più quando le temperature sono basse. Quello che succede da lì è che queste cellule proiettano su un’area nel cervello posteriore del pesce. Mentre quell’informazione di temperatura è codificata nei tassi di fuoco dei neuroni, da sola non è abbastanza per alterare il comportamento del pesce. C’è un calcolo che sipuò fare per estrarre più informazioni. Nel cervello cerebrale troviamo anche cellule che usano questo segnale non solo per elaborare quanto è caldo, ma per calcolare la direzione del cambiamento, così il pesce può dire se sta diventando più caldo o più fresco. Mentre è necessario un ulteriore lavoro per comprendere appieno come i neuroni fanno quel calcolo, i ricercatori hanno una forte ipotesi. Il modo in cui pensano che funzioni è affidarsi all’adattamento dei neuroni. Ciò significa che se dai ai neuroni la stessa forza di input per molto tempo, quello che vedi inizialmente è una forte attivazione, ma l’attività alla fine cade. I ricercatori pensano che ci siano cellule nel cervello posteriore che sono collegate alle cellule del ganglio trigeminale e queste cellule del cervello posteriore saranno quasi in silenzio se la temperatura è costante. Ma non appena si verifica un cambiamento di temperatura, quelle cellule inizieranno ad attivarsi. Quello che abbiamo da questo studio è un modello che è abbastanza bravo a prendere gli stimoli e prevedere l’attività nel cervello e prevederne il comportamento. Ma è necessario capire meglio come connettività e proprietà cellulari modellano questo calcolo, perché il calcolo della direzione del cambiamento consente al pesce, o qualsiasi altro animale, di fare una semplice forma di predizione.

Daniele Corbo

Bibliografia: “A Brain-wide Circuit Model of Heat-Evoked Swimming Behavior in Larval Zebrafish” by Martin Haesemeyer, Drew N. Robson, Jennifer M. Li, Alexander F. Schier, and Florian Engert in Neuron. Published May 3 2018.