È così banale che è facile dimenticare quanto ogni gesto, per quanto semplice, sia incredibilmente complesso. Afferrare una bottiglia e portarla alla bocca per bere non è difficile, anche a occhi chiusi, e non stupisce nessuno. Eppure questo movimento controllato è possibile solo grazie a speciali sensori chiamati propriocettori, situati nei muscoli, nei tendini e nelle articolazioni. Questi sensori inviano al cervello informazioni sulla posizione istantanea di ciascun arto. La propriocezione è un sistema sensoriale largamente inesplorato, ma è fondamentale per percepire dove si trovano gli arti e come si muovono nello spazio", spiega Mario Prsa, professore assistente presso il Dipartimento di Neuroscienze e Scienze del Movimento dell’Università di Friburgo (UNIFR). Insieme ai suoi colleghi, ha cercato di scoprire quali segnali specifici vengono percepiti e codificati nel cervello quando il sistema propriocettivo viene attivato.
Il corpo serve come punto di riferimento per i movimenti degli arti
Per farlo, i neuroscienziati dell’UNIFR hanno studiato il comportamento di topi addestrati a svolgere un compito percettivo. Abbiamo sviluppato un sistema robotico per inviare stimoli propriocettivi ben quantificabili agli arti anteriori dei topi", spiega Irina Scheer, dottoranda del team del professor Prsa. Il team è stato anche in grado di dimostrare che i segnali propriocettivi nei topi risalgono dai muscoli delle masse degli arti anteriori fino alla corteccia e di identificare quali aree della corteccia elaborano gli stimoli propriocettivi percepiti consapevolmente.
Cosa codificano le cellule nervose?
In una seconda serie di esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato la microscopia a due fotoni per visualizzare l’attività di diverse centinaia di neuroni in aree corticali propriocettive precedentemente identificate. Abbiamo osservato che questi neuroni codificano la propriocezione degli arti in termini di direzione del movimento piuttosto che di posizione nello spazio o di postura", spiega Ignacio Alonso, dottorando e primo autore dello studio. Tuttavia, non tutte le direzioni sono rappresentate allo stesso modo e, sorprendentemente, questa rappresentazione incoerente non avviene lungo l’asse dell’arto, ma piuttosto in relazione all’asse del corpo". Questi risultati, pubblicati sulla rivista Nature Communications, suggeriscono quindi che i topi non percepiscono i propri arti come curvi o estesi, ma piuttosto come se si muovessero verso o lontano dal corpo.
Un modello di neuroprotesi bidirezionale
Per poter sostituire completamente gli arti paralizzati o amputati, le neuroprotesi devono essere in grado di inviare segnali sensoriali al cervello, imitando così la propriocezione. Ciò solleva la questione fondamentale di quali caratteristiche di movimento questi dispositivi di prossima generazione dovranno tenere in considerazione quando pianificano i parametri di stimolo. I nostri risultati suggeriscono che i paradigmi di stimolo dovrebbero basarsi sul modo in cui il braccio artificiale si muove verso un obiettivo specifico, come il proprio corpo", spiega Mario Prsa. Al di là di neuroprotesi bidirezionali più precise, questo campo di ricerca può contribuire a una migliore comprensione dei disturbi della propriocezione con le loro manifestazioni spesso strane e fornire indizi per nuovi approcci terapeutici".
> Alonso I., Scheer I., Palacio-Manzano M., Frézel-Jacob N., Philippides A., Prsa M.:
Codifica peripersonale della propriocezione degli arti anteriori nella corteccia somatosensoriale del topo.
