Neuroscienze, osservato il funzionamento dei neuroni in risposta a uno stimolo colorato

Una tecnica di microscopia avanzata applicata allo studio di un sistema nervoso centrale semplice, quello del pesce zebra, ha permesso di osservare e misurare l’attività dei singoli neuroni in risposta a input visivi di colori diversi.
La visualizzazione del sistema nervoso centrale del pesce zebra che si attiva dopo aver ricevuto stimoli a lunghezze d’onda diversi

Immaginiamo di poter osservare un intero sistema nervoso in azione e di vedere direttamente come si attiva e come risponde a uno stimolo ogni singolo neurone.

Grazie all’esperimento condotto dai ricercatori del Dipartimenti di Biologia e del Laboratorio europeo di spettroscopie non lineari (LENS), coordinati da Francesco Vanzi, tale osservazione è stata possibile e ha permesso di ricostruire le reazioni di un organismo, il pesce zebra, e i circuiti coinvolti nella risposta suscitata da uno stimolo visivo. Lo spiega l’articolo che è stato pubblicato sulla rivista BMC Biology (“Colored visual stimuli evoke spectrally-tuned neuronal responses across the central nervous system of zebrafish larvae”).

“Il pesce zebra – spiega Vanzi – ha un sistema nervoso centrale semplice costituito da soli 100.000 neuroni, ma al contempo è capace di funzioni assai complesse, molte delle quali basate su input visivi. Ha anche un’altra peculiarità – prosegue il ricercatore -: allo stadio larvale è completamente trasparente e questo ci ha permesso di studiare il funzionamento dei suoi neuroni”.

Per farlo i ricercatori hanno impiegato larve che esprimono in tutti i neuroni un indicatore del calcio geneticamente codificato che emette un segnale di fluorescenza, visualizzabile grazie alla microscopia a due fotoni. “Abbiamo impartito stimoli a lunghezze d’onda corrispondenti a quattro colori diversi e misurato l’attività dell’intero sistema nervoso centrale – spiega Chiara Fornetto, dottoranda del LENS, che ha sviluppato l’esperimento –. E abbiamo osservato, per la prima volta, la risposta di ciascuno dei 100.000 neuroni a input controllati e la distribuzione delle cellule coinvolte nell’elaborazione dell’informazione cromatica da parte dell’organismo”.

“Le nostre osservazioni, sviluppate in collaborazione con Francesco Pavone, del LENS, mostrano che gli stimoli visivi colorati suscitano una reazione nervosa che si distribuisce ben oltre le regioni visive dell’animale e raggiunge anche il midollo spinale – commenta Vanzi -. Una scoperta che apre la strada alla comprensione dei circuiti responsabili di determinate risposte comportamentali dipendenti dalla distribuzione di lunghezze d’onda nell’ambiente naturale”.

“Pesce zebra è al momento l’unico modello di vertebrato in cui sia possibile un’analisi completa dell’attività che avviene nel cervello durante la ricezione di stimoli esterni, l’elaborazione e la produzione di una risposta neuronale e comportamentale – conclude il ricercatore – e rappresenta quindi uno strumento unico nelle neuroscienze, per affrontare la grande sfida della comprensione di come il sistema nervoso svolge le proprie mirabili funzioni e anche di come certe patologie compromettono alcune di queste”.


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