Tra i neurotrasmettitori nel cervello, la dopamina ha acquisito uno status quasi mitico. Decenni di ricerca hanno stabilito il suo contributo a diverse funzioni cerebrali apparentemente non correlate tra cui apprendimento, motivazione e movimento, sollevando la questione di come un singolo neurotrasmettitore possa svolgere così tanti ruoli diversi. Districare le diverse funzioni della dopamina è stato impegnativo, in parte perché il cervello avanzato degli umani e di altri mammiferi contiene diversi tipi di neuroni dopaminergici, tutti incorporati in circuiti altamente complessi.
In un nuovo studio, dei ricercatori approfondiscono la questione osservando invece il cervello molto più semplice del moscerino della frutta, i cui neuroni e le loro connessioni sono stati mappati in dettaglio. Come negli esseri umani, i neuroni dopaminergici di una mosca forniscono un segnale per l’apprendimento, aiutandoli a collegare un particolare odore a un particolare risultato. Imparare che, ad esempio, l’aceto di mele contiene zucchero serve a modellare il comportamento futuro degli animali al loro prossimo incontro con quell’odore. 
Ma il gruppo di ricerca, che ha pubblicato i risultati su  Nature Neuroscience, ha scoperto che gli stessi neuroni dopaminergici sono anche fortemente correlati al comportamento in corso dell’animale. L’attività di questi neuroni dopaminergici non codifica semplicemente la meccanica del movimento, ma sembra piuttosto riflettere la motivazione o l’obiettivo alla base delle azioni della mosca in tempo reale. In altre parole, gli stessi neuroni dopaminergici che insegnano agli animali lezioni a lungo termine forniscono anche rinforzo momento per momento, incoraggiando le mosche a continuare con un’azione benefica. Sembra esserci un’intima connessione tra apprendimento e motivazione, due diversi aspetti di ciò che fa la dopamina.
Gli odori sono importanti per le mosche. Un centro cerebrale per l’apprendimento olfattivo, chiamato mushroom body, è responsabile dell’insegnamento che gli odori significano zucchero gustoso. Lì, tre tipi di neuroni si uniscono: le cellule Kenyon che rispondono agli odori, i neuroni di uscita che inviano segnali al resto del cervello e i neuroni che producono dopamina. Quando la mosca incontra un odore e poi riceve una ricompensa di zucchero, un rapido rilascio di dopamina altera la forza delle connessioni tra i neuroni del corpo del fungo, essenzialmente aiutando la mosca a creare nuove associazioni e cambiare la sua risposta futura a quell’odore.
Ma i ricercatori hanno notato segnali di dopamina in corso anche in assenza di ricompense. Gli stessi neuroni che aiutavano le mosche ad apprendere le associazioni si attivavano frequentemente mentre l’animale si muoveva. Ciò ha sollevato la domanda, questi neuroni rappresentano aspetti specifici del movimento, come il modo in cui l’animale muove le gambe, o sono correlati a qualcos’altro, come l’obiettivo dell’animale?
Per scoprirlo, il team ha sviluppato un sistema di realtà virtuale in cui i moscerini della frutta possono navigare in un ambiente olfattivo, camminando su una palla simile a un tapis roulant mentre la loro attività cerebrale è monitorata da un microscopio sopra la loro testa. Un flusso d’aria rilascia gli odori attraverso un tubicino. Quando la mosca sente l’odore di un odore attraente, come l’aceto di mele, si riorienta e inizia a muoversi di bolina, verso la sorgente. Utilizzando questo sistema, i ricercatori sono stati in grado di esaminare l’attività cerebrale della mosca in condizioni diverse. 
Hanno scoperto che l’attività dei neuroni della dopamina riflette da vicino i movimenti mentre stavano accadendo, ma solo quando le mosche si impegnano in un monitoraggio mirato, e non quando si limitano a vagare. Quando i ricercatori hanno soppresso l’attività dei neuroni della dopamina, gli animali hanno diminuito il loro rilevamento dell’odore, anche quando stavano morendo di fame e quindi avevano un maggiore interesse per gli odori legati al cibo. Al contrario, l’attivazione dei neuroni nelle mosche indifferenti al cibo e completamente nutrite, le ha spinte a perseguire attivamente l’odore.
Insieme, i risultati rivelano come un percorso della dopamina può svolgere due funzioni: trasmettere segnali motivazionali per modellare rapidamente i comportamenti in corso e allo stesso tempo fornire segnali istruttivi per guidare il comportamento futuro attraverso l’apprendimento. Ci dà una comprensione più profonda di come un singolo percorso può generare diverse forme di comportamento flessibile. Il passo successivo è capire come gli altri neuroni sanno cosa significa un’esplosione di dopamina in un dato momento. Una possibilità è che l’apprendimento sia un processo più continuo e dinamico di quanto spesso si pensi: in tempi brevi, gli animali valutano continuamente il loro comportamento ad ogni passo, imparando non solo le associazioni finali, ma anche le azioni che li conducono lì.

Daniele Corbo

Bibliografia: “Context-dependent representations of movement in Drosophila dopaminergic reinforcement pathways” by Vanessa Ruta et al. Nature Neuroscience

Immagine: Dopamine (molecola della Creatività) – (Maria elena buemi)