Allucinare i topi con la luce / Hallucinating mice with light

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

In questi animali è sufficiente stimolare una ventina di neuroni della corteccia visiva per indurre percezioni che non hanno corrispondenza con la realtà.

Indurre allucinazioni in modo artificiale è possibile. Lo ha dimostrato uno studio su topi effettuato da Karl Deisseroth e colleghi della Stanford University e pubblicato su “Science”. Gli autori ci sono riusciti stimolando un numero di cellule cerebrali sorprendentemente limitato della corteccia visiva. Oltre a fare luce sul fenomeno percettivo delle allucinazioni, il risultato potrebbe avere una ricaduta nella comprensione dei disturbi psichiatrici negli esseri umani, come la schizofrenia, di cui le allucinazioni sono una manifestazione tipica, oppure nella progettazione di più avanzate interfacce neurali per protesi.

Deisseroth e colleghi hanno usato l’optogenetica, ovvero una tecnica in cui, grazie a un’opportuna manipolazione genetica, i neuroni possono essere attivati inviando loro impulsi di luce laser con determinate caratteristiche. E hanno sfruttato anche la tecnologia degli ologrammi, in modo che la luce potesse raggiungere solo specifici neuroni scelti dagli sperimentatori, localizzati in aree di un millimetro quadrato in due distinti strati della corteccia cerebrale dei topi.

Nel corso dell’esperimento vero e proprio, i roditori sono stati posti di fronte a uno schermo su cui comparivano barre bianche e nere, orizzontali o verticali, e sono stati addestrati a ricevere acqua solo quando vedevano le barre verticali. Gli autori hanno registrato l’attività della corteccia visiva, l’hanno decodificata e hanno usato i dati ottenuti per stimolare la stessa area con l’optogenetica. Una volta individuata la giusta popolazione di cellule – circa 20 neuroni o anche meno – grazie alla stimolazione sono riusciti a far percepire ai topi le barre verticali od orizzontali, pure in assenza di uno stimolo sensoriale naturale. Questo fatto era dedotto dal comportamento degli animali che si aspettavano o meno di ottenere l’acqua.

Il risultato fa sorgere alcune questioni fondamentali sui meccanismi che producono o che inibiscono le allucinazioni percettive.

“È notevole il fatto che la stimolazione specifica di pochi neuroni generi una percezione”, ha commentato Deisseroth. “Il nostro studio mostra che la corteccia cerebrale dei mammiferi è in qualche modo pronta a rispondere a un numero incredibilmente basso di cellule senza causare percezioni spurie in risposta al rumore dell’attività neuronale casuale”.

È naturale a questo punto fare un confronto con gli esseri umani.

“Un cervello di topo ha milioni di neuroni, un cervello umano ne ha molti miliardi: se solo una ventina di essi circa può creare una percezione, viene da chiedersi perché non abbiamo percezioni tutto il tempo, a causa di attività spurie casuali”, ha concluso Deisseroth.

ENGLISH

In these animals it is sufficient to stimulate about twenty neurons of the visual cortex to induce perceptions that do not correspond to reality.

Inducing hallucinations artificially is possible. This was demonstrated by a study on mice carried out by Karl Deisseroth and colleagues from Stanford University and published in "Science". The authors succeeded by stimulating a surprisingly limited number of brain cells in the visual cortex. In addition to shedding light on the perceptual phenomenon of hallucinations, the result could have an impact on the understanding of psychiatric disorders in humans, such as schizophrenia, of which hallucinations are a typical manifestation, or in the design of more advanced neural interfaces for prostheses.

Deisseroth and colleagues used optogenetics, a technique in which, thanks to appropriate genetic manipulation, neurons can be activated by sending them pulses of laser light with specific characteristics. And they also exploited the technology of holograms, so that light could reach only specific neurons chosen by the experimenters, located in areas of one square millimeter in two distinct layers of the cerebral cortex of mice.

During the actual experiment, the rodents were placed in front of a screen on which black and white bars appeared, horizontal or vertical, and were trained to receive water only when they saw vertical bars. The authors recorded the activity of the visual cortex, decoded it and used the data obtained to stimulate the same area with optogenetics. Once the right population of cells has been identified - about 20 neurons or even less - thanks to the stimulation they succeeded in making the mice perceive the vertical or horizontal bars, even in the absence of a natural sensory stimulus. This fact was deduced from the behavior of the animals that expected or not to obtain the water.

The result raises some fundamental questions about the mechanisms that produce or inhibit perceptual hallucinations.

"It is remarkable that the specific stimulation of a few neurons generates a perception," Deisseroth commented. "Our study shows that the mammalian cerebral cortex is somehow ready to respond to an incredibly low number of cells without causing spurious perceptions in response to noise from random neuronal activity."

It is natural at this point to make a comparison with human beings.

"A mouse brain has millions of neurons, a human brain has many billions of them: if only about twenty of them can create a perception, one wonders why we have no perceptions all the time, due to random spurious activities," he said. concluded Deisseroth.

Da:

https://www.lescienze.it/mind/2019/07/19/news/allucinazioni_artificiali_topi-4485321/