GANGLIA

Funzioni motorie e cognitive dei circuiti cortico-ganglio basali nella scimmia: dal laboratorio alle interazioni sociali libere

Progetto finanziato dal MIUR (Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca), Programma di finanziamento “FARE”, numero R16PWSFBPL, 8 Gennaio 2018 – 7 Gennaio 2023, 239.840 €.

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Gli studi neuroscientifici degli ultimi trent’anni hanno dimostrato che le aree motorie corticali svolgono un ruolo fondamentale non soltanto nel controllo del movimento, ma anche in una vasta gamma di funzioni percettive, cognitive e sociali. La loro attività è però fortemente modulata dai gangli della base (GdB), un complesso nucleare localizzato nella profondità dei lobi cerebrali che intrattiene una connettività anatomo-funzionale strettissima con tutte le aree del sistema motorio corticale. La centralità del sistema cortico-GdB nel controllo motorio è resa drammaticamente evidente dagli effetti di patologie, come il morbo di Parkinson, che causano un deterioramento progressivo della funzionalità dei GdB. Al contrario, il loro contributo alle funzioni percettive e cognitive tipicamente corticali – come la rappresentazione dello spazio peripersonale, degli oggetti, e delle azioni degli altri – resta ancora virtualmente ignoto.

Il progetto si propone di indagare questi aspetti a livello di singolo neurone, focalizzandosi sul nucleo del putamen – la principale stazione di ritrasmissione di informazioni corticali ai GdB. L’impostazione e la metodologia utilizzate ricalcheranno quelle descritte nel progetto ERCstg WIRELESS, con 3 obiettivi principali specifici: 1) la mappatura delle proprietà funzionali dei neuroni del putamen in termini di risposte all’esecuzione di azioni, rappresentazione di oggetti e azioni degli altri; 2) lo studio delle interazioni funzionali tra corteccia premotoria ventrale e putamen mediante registrazioni croniche simultanee dalle due regioni; 3) lo studio delle dinamiche causali alla base di tali interazioni mediante manipolazione chimica dell’attività dei neuroni del putamen durante registrazione cronica in corteccia. L’aspetto cruciale del progetto consiste nell’applicazione della metodologia “doppio-step” alla base di WIRELESS: tutte le proprietà ascrivibili ai singoli neuroni studiate in condizioni controllate di laboratorio con restrizione delle possibilità di movimento  verranno studiate anche, nella stessa sessione sperimentale, durante il comportamento libero dell’animale mediante tecniche telemetriche e attraverso un monitoraggio del comportamento con un sistema multi-telecamera senza marker basato su modelli virtuali.

Questo progetto consentirà di verificare per la prima volta non soltanto il mutuo contributo di GdB e corteccia a funzioni percettive e socio-cognitive basate sul motorio, ma anche di verificare direttamente il ruolo del sistema cortico-GdB in comportamenti naturali (come cammino, arrampicata, interazione sociale, ecc.) non studiabili nella situazione classica di laboratorio.

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Il sistema specchio esteso. (A) Il sistema specchio corticale comprende un insieme di aree in cui è stata dimostrata direttamente la presenza di singoli neuroni con proprietà specchio in diversi studi (giallo) e di altre regioni (le aree prefrontali ventrolaterali 12 e 46) in cui la presenza di questi neuroni è probabile ma meno estesamente dimostrata (blu). Le frecce rappresentano le principali connessioni tra queste aree. (B) Territori dei gangli della base che ricevono proiezioni dalle aree appartenenti alla sistema specchio corticale, vale a dire PMv (settore con bordi rossi), IPL (bordi blu) o VLPF (bordi verdi). Le sfumature arancione chiaro e scuro evidenziano i settori dei GdB in cui si sovrappongono due o anche tutte queste tre distinte fonti di proiezioni cortico-striatali. Le coordinate (−7 e +1.2) indicate nella ricostruzione nella parte in alto a destra del pannello mostrano le posizioni antero-posteriori delle due sezioni dei GdB mostrate a sinistra.