La nuova ricerca condotta da Tzvetan Popov dell’Università di Heidelberg in Germania e Paul Szyszka, presso il Dipartimento di Zoologia dell’Università di Otago in Nuova Zelanda, ha scoperto che sia il cervello delle api del miele sia quello umano generano oscillazioni alfa (i modelli ciclici dei neuroni dell’attività elettrica generati, noti anche come “onde”) con simile inaspettata proprietà.
I risultati potrebbero aiutare a comprendere meglio le funzioni cerebrali come attenzione, memoria e coscienza e indicare un nuovo modo di studiare il cervello umano. Il documento “Le oscillazioni alfa regolano il coordinamento temporale del picco interemisferico nel cervello delle api mellifere” è stato pubblicato nella rivista Proceedings of the Royal Society B.
Oscillazioni alfa
Hans Berger nel 1929 scoprì le oscillazioni alfa: prominenti, continue oscillazioni intorno ai 10 Hz nell’elettroencefalogramma del cervello umano, queste oscillazioni alfa sono tra i segnali cerebrali più studiati, legati a fenomeni cognitivi come attenzione, memoria e coscienza. Tuttavia, i meccanismi con cui le oscillazioni alfa influenzano la cognizione umana attendono dimostrazioni.
Lo studio indica il cervello delle api da miele come un sistema modello sperimentalmente più accessibile per studiare il ruolo funzionale delle oscillazioni alfa. I ricercatori hanno trovato un’importante oscillazione spontanea intorno a 18 Hz che è ridotta in ampiezza dopo stimolazione olfattiva. Simile alle oscillazioni alfa nei primati, la fase di questa oscillazione ha influenzato sia la temporizzazione dei picchi neuronali sia l’ampiezza dell’attività gamma ad alta frequenza (40–450 Hz).
Il cervello codifica le informazioni in base alla velocità e alla tempistica dei potenziali d’azione (picchi) tra i neuroni. L’importanza del tempismo è già stata sottolineata nel 1929 da Hans Berger che scoprì le oscillazioni alfa: l’oscillazione ritmica più forte misurabile dall’elettroencefalogramma del cuoio capelluto umano (EEG) ad una frequenza di 10 Hz. Adrian Wells e Gerald Matthews nel 1934 confermarono questa osservazione e conclusero che l’oscillazione alfa deriva “da un’area dei lobi occipitali connessa con la visione e non dall’intera corteccia”.
Oggi, le oscillazioni alfa sono tra i segnali psicofisiologici più studiati, sono stati collegati a funzioni cognitive come l’attenzione e la memoria nell’uomo e in altri vertebrati. La modulazione di ampiezza delle oscillazioni alfa è ipotizzata per regolare l’eccitabilità neuronale in tutta la corteccia e la fase delle oscillazioni alfa determina il tasso di picco neuronale all’interno e attraverso le aree corticali. L’elaborazione neurale su una scala più ampia, è funzionalmente organizzata in flussi feed-forward (dal basso verso l’alto) e feedback (dall’alto verso il basso). I flussi di feedback sono stati collegati alle oscillazioni alfa e flussi di feed-forward alle oscillazioni di frequenza più elevate oltre 30 Hz (oscillazioni gamma). Tuttavia, i meccanismi attraverso i quali le oscillazioni alfa e gamma influenzano l’elaborazione neurale e si manifestano nel comportamento sono ancora nell’attesa di dimostrazione. I progressi nella rivelazione dei meccanismi e delle funzioni dell’attività cerebrale oscillatoria, sono ostacolati dalla difficoltà di correlare l’attività cerebrale oscillatoria all’attività di addensamento dei neuroni identificati nel comportamento degli animali.
Cervello delle api
Paul Szyszka, ha detto:
«Gli esperimenti sugli esseri umani sono costosi, logisticamente difficili e richiedono molto tempo. Inoltre, non è possibile registrare da singoli neuroni identificati nel cervello umano. Studiando il cervello delle api possiamo superare questi limiti e applicare quella conoscenza alla ricerca, e forse anche al trattamento, dei cervelli umani».
Paul Szyszka ha collaborato con Tzvetan Popov dell’Università di Heidelberg in Germania, per studiare il cervello delle api mellifere normali che vivono all’aperto. Il duo ha preso le api in laboratorio, ha impiantato elettrodi microscopici nel loro cervello per registrare schemi di attività neurale, e poi ha iniziato a stimolarle con vari odori. Hanno nutrito queste api, mentre erano esposte a certi odori con una soluzione di saccarosio (acqua zuccherata) erogata da una pipetta.
I due ricercatori hanno scoperto che le api possono imparare ad associare gli odori al cibo in modo simile agli esseri umani e ad altri primati, inoltre hanno constatato che il processo ha provocato simili cambiamenti nelle onde alfa nel cervello delle api, com’è stato osservato in condizioni simili negli esseri umani e in altri primati.
I risultati “suggeriscono un ruolo comune delle oscillazioni alfa attraverso la fisica, forniscono un nuovo luogo senza precedenti per gli studi di causalità sulla relazione tra picchi neuronali, oscillazioni cerebrali e cognizioni”.
Paul Szyszka in conclusione ha detto:
«Adesso quello che vogliamo fare è esaminare come cambiano queste oscillazioni alfa in situazioni diverse. Essendo un neuroetologo, sono interessato a come cambiano le oscillazioni alfa delle api durante i comportamenti naturali, ad esempio, quando un’ape cerca cibo o dorme».
Paul Szyszka sta cercando studenti di zoologia o di neuroscienze con cui collaborare per continuare questa ricerca. È particolarmente interessato a studiare il rapporto tra onde cerebrali, apprendimento e memoria.
