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Circuiti neuronali per elaborare dati colore provenienti dalla retina

Le misurazioni effettuate rivelano le computazioni che vengono effettuate in un circuito neurale al livello dei singoli neuroni

Grazie al confronto di input visivi chiaramente definiti con il segnale elettrico che esce dalla retina, i ricercatori del Salk Institute for Biological Studies sono riusciti a tracciare con precisione per la prima volta la rete di circuiti che connette i singoli fotorecettori con le cellule gangliari retiniche, i neuroni che trasportano i segnali dall’occhio al cervello.

Le misurazioni, pubblicate sull’ultimo numero della rivista Nature, non solo rivelano le computazioni che vengono effettuate in un circuito neurale al livello dei singoli neuroni, ma gettano anche luce sul codice neurale utilizzato dalla retina per comunicare al cervello l’informazione sul colore.

“Nessuno prima d’ora è riuscito a osservare l’intera trasformazione input-output compiuta dai circuiti completi nella retina con una risoluzione di una singola cellula”, ha spiegato E.J. Chichilnisky, professore associato dei Systems Neurobiology Laboratories e autore senior dello studio. “Riteniamo che questi dati possano permettere di comprendere in modo più profondo le computazioni neuronali nel sistema della visione e infine può consentire di costruire impianti retinici migliori”.

Cruciale per la ricerca è stato l’utilizzo di un sistema di registrazione unico, sviluppato dai fisici delle altee energie dell’Università della California a Santa Cruz, dell’AGH Università di Scienza e tecnologia di Cracovia, in Polonia, e dell’Università di Glasgow, nel Regno Unito.

Esso è in grado di registrare simultaneamente i deboli segnali elettrici generati da centinaia di neuroni retinici in uscita che trasmettono l’informazione sul mondo visivo esterno al cervello. Queste registrazioni vengono effettuate a una velocità estremamente alta (oltre 10 milioni di campionature al secondo) e con un dettaglio spaziale sufficiente a rivelare anche una popolazione locale completa delle minuscole e densamente impacchettate cellule denominate cellule gangliari retiniche “nane”.

In uno studio precedente, Chichilnisky e colleghi hanno trovato che ciascun tipo di cellule gangliari retiniche forma una sorta di reticolo che copre lo spazio visivo che trasmette un’immagine al cervello. In quest’ultima ricerca, si è risuciti a focalizzare lo sguardo allo schema di connessioni tra gli strati di cellule gangliari retiniche e l’interno reticolo di recettori della luce noti come coni.

I ricercatori del Salk sono così riusciti a registrare l’attività di centinaia di cellule gangliari retiniche e, sulla base della loro densità e della loro risposta alla luce, a identificare cinque tipi di cellule: cellule nane ON e OFF, cellule parasole ON e OFF e piccole cellule bi-stratificate, che complessivamente costituiscono il 75 per cento di tutte le cellule gangliari retiniche.

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