All’origine dei movimenti volontari: su “Science” uno studio innovativo svela i meccanismi cerebrali che controllano le azioni naturali

Progetto di ricerca in collaborazione fra Università di Parma e Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa. Lo studio mette in discussione alcune delle idee classiche sul funzionamento del sistema motorio e apre a nuove possibili applicazioni in neuroriabilitazione e robotica

PARMA – Otto anni di lavoro. Una collaborazione tra il Laboratorio di Neuroetologia dei Primati non Umani del Dipartimento di Medicina e Chirurgia dell’Università di Parma, guidato dal docente di Psicobiologia Luca Bonini, e un team dell’Istituto di Biorobotica della Scuola Sant’Anna di Pisa, coordinato da Alberto Mazzoni, responsabile scientifico del Computational Neuroengineering Lab, con il contributo di Silvestro Micera, docente di Bioingegneria. Il supporto di ben tre progetti finanziati dal Consiglio Europeo della Ricerca (ERC) e altrettanti progetti PNRR, tra i quali i progetti MNESYS e BRIEF. Sono solo alcuni degli elementi caratterizzanti di uno studio innovativo pubblicato su Science, che svela nuovi meccanismi attraverso i quali il cervello controlla le azioni naturali, mettendo in discussione alcune delle idee classiche sul funzionamento del sistema motorio e aprendo a nuove possibili applicazioni in neuroriabilitazione e robotica.

Grazie a nuove tecnologie telemetriche, ricercatori e ricercatrici hanno registrato l’attività di centinaia di neuroni dalle regioni motorie del cervello di scimmie completamente libere di esprimere comportamenti spontanei, come camminare, arrampicarsi, o sbadigliare, filmandole simultaneamente con un sistema multi-telecamera. Un enorme passo avanti poiché, fino ad oggi, le tecnologie a disposizione costringevano a studiare cervelli immobili durante azioni apprese e stereotipate, mentre ora è possibile capire come il cervello orchestri i movimenti spontanei in situazioni naturali. “I nostri cervelli sono costantemente in movimento”, sottolinea Luca Bonini, responsabile del progetto di ricerca, “e questo nuovo approccio ha portato a modificare l’idea classica secondo la quale specifiche regioni cerebrali, o persino singole cellule neuronali, controllerebbero azioni finalizzate specifiche – come mordere, bere, o afferrare. In base ai nostri risultati, come i singoli tasti di un pianoforte possono comporre molteplici melodie diverse, allo stesso modo i neuroni delle aree motorie del nostro cervello si combinano in sinergie complesse, consentendo di organizzare la varietà di azioni spontanee che siamo in grado di compiere, alcune delle quali fino ad ora erano persino impossibili da studiare in laboratorio”.

La collaborazione con studiose e studiosi di bioingegneria della Scuola Sant’Anna di Pisa ha consentito di decifrare questa complessità e prevedere le azioni spontanee che gli animali stavano per compiere utilizzando soltanto i segnali generati dai neuroni. “I nostri risultati – dichiara Alberto Mazzoni – indicano che l’attività neuronale registrata durante il comportamento spontaneo è molto più informativa rispetto a quella ottenuta nei contesti classici di laboratorio, e ci consentono di capire come il cervello controlli la produzione di azioni volontarie in modo diverso a seconda del contesto”. Data l’elevata somiglianza a livello neurologico e comportamentale con gli esseri umani, ci si aspetta che questo risultato avrà rilevanti applicazioni cliniche. “I risultati ottenuti grazie a questa collaborazione interdisciplinare aprono nuove e importanti prospettive traslazionali per le neurotecnologie e la neuroriabilitazione”, aggiunge Silvestro Micera della Scuola Superiore Sant’Anna. “Inoltre, questo lavoro rappresenta un’ulteriore dimostrazione dell’impatto straordinario che i progetti PNRR hanno avuto sulla ricerca italiana, per cui speriamo sarà possibile continuare queste collaborazioni nel prossimo futuro grazie a nuove iniziative di finanziamento sostenute dal nostro Paese”.

“Ci auguriamo – concludono Francesca Lanzarini, Monica Maranesi, Elena Hilary Rondoni e Davide Albertini, co-primi autori e autrici del lavoro – che il nostro approccio possa contribuire alla transizione dalla neurofisiologia classica alla neuroetologia in molti studi sulla relazione tra cervello e comportamento”.