Scoperto come sono coordinate
motilità grossa e fine per gli atti finalizzati
ROBERTO COLONNA
NOTE E NOTIZIE - Anno XVI – 15
giugno 2019.
Testi
pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di
Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia”
(BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a fatti ed eventi
rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta settimanalmente
lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in corso di
pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento è oggetto di studio dei
soci componenti lo staff dei
recensori della Commissione Scientifica
della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
Un aspetto
affascinante e per certi versi enigmatico del controllo motorio è la capacità
di coordinare il movimento di varie sezioni e segmenti corporei in un piano
complessivo, integrato, armonico e coerente, quale quello necessario
all’esecuzione di un’azione finalizzata. Ciascuno spostamento di ogni segmento
corporeo può essere addestrato indipendentemente e tutta l’azione può essere
soggetta a modulazione e apprendimento ma, indipendentemente da tutto ciò, la
sua esecuzione si avvale sempre dell’armonizzazione di tutte le componenti che
la costituiscono. Ad esempio, per raggiungere e afferrare un oggetto, deve
essere sviluppata ed espressa in una sola azione l’attività grossomotoria
della parte prossimale del braccio, alla quale contribuiscono i muscoli
anterolaterali della spalla, e i movimenti fini delle dita della mano, che
diventano particolarmente importanti se si deve prendere una preziosa e
delicata scultura o un francobollo da collezione e non un attrezzo da giardino.
Come il
sistema nervoso riesca a rendere omogenei, fluidi e continui i singoli eventi
di moto che compongono un’azione, non è ancora noto. La semplicità con la quale
compiamo le azioni di ogni giorno maschera la complessità dei processi di
controllo necessari alla loro esecuzione ordinaria; una complessità la cui
scomposizione in segmenti elementari costituisce la sfida principale per coloro
che sono impegnati nella realizzazione di macchine e protesi elettroniche che
simulino i movimenti umani. Oggi, infatti, i computer possono battere i grandi
maestri di scacchi, ma nessun computer è ancora in grado di consentire a un
robot di maneggiare un pezzo degli scacchi con la destrezza manuale di un
bambino di sei anni[1].
Come si
diceva più sopra, non si sa come faccia il sistema nervoso centrale a
coordinare attività grosso-motoria e motilità fine nella stessa azione[2]; pertanto, la ricerca indaga secondo due ipotesi di
lavoro: 1) una possibilità è che la pratica agisca come un esercizio durante il
quale i movimenti grossi e quelli fini siano co-ottimizzati per il fine di
produrre l’azione nel modo più efficiente possibile; 2) un’altra possibilità è
che le due classi di movimenti siano controllate in forma modulare e, in tal
modo, si specializzino per funzionare di concerto.
La
possibilità di dare una risposta definitiva per la nostra specie sembra essere
ancora molto lontana ma, intanto, Stefan M. Lemke e
colleghi hanno studiato il problema nel ratto, ottenendo risultati che non
danno adito a dubbi.
(Lemke S. M., et al. Emergent modular neural control drives coordinated motor actions. Nature Neuroscience – Epub ahead of print https://doi.org/10.1038/s41593-019-0407-2,
2019).
La provenienza degli autori è la seguente: Neuroscience
Graduate Program, Department of Neurology, University of California San
Francisco, CA (USA); Neurology Service, San Francisco Veterans Affairs Medical
Center, San Francisco, CA (USA); Mental Health Service, San Francisco Veterans Affairs
Medical Center, San Francisco, CA (USA); Department of Psychiatry, University
of California San Francisco, CA (USA); Mental Health Service, San Diego
Veterans Affairs Medical Center, San Diego, CA (USA).
Si può dire che lo scopo primario
dell’elaborazione percettiva, della formazione e dell’uso delle memorie, sia consentire
ad un organismo di agire in modo adeguato ed efficace nel proprio ambiente.
Nella realtà umana esiste una gamma indefinitamente estesa e variata di
comportamenti motori, inclusa l’esecutività linguistica, che sono governati
dalle azioni integrate dei vari sistemi neuronici motori del nostro sistema
nervoso centrale.
In tutti gli organismi studiati, il sistema
nervoso centrale per controllare le azioni impiega una sequenza di
trasformazioni sensomotorie che converte l’informazione sensoriale entrante in
uscita motoria. Il cervello usa modelli interni ad ogni stadio della
trasformazione sensomotoria. La variabilità in input e output in queste
trasformazioni e le imprecisioni nelle loro rappresentazioni sono all’origine
di errori e variabilità nel movimento, e portano al generale compromesso tra velocità e precisione.
I sistemi motori generano comandi
impiegando circuiti a feed-forward
o circuiti correttori degli errori mediante feedback;
è accertato che nella dinamica fisiologica della maggior parte delle azioni
intervengono entrambi i tipi di circuito. Un altro importante aspetto chiarito
dalla ricerca è che gli effetti negativi
determinati dai ritardi nel controllo
retroattivo sono ridotti mediante l’uso di processi
predittivi. Una nozione neurofisiologica importante è che i circuiti di
controllo motorio non sono statici ma vanno incontro a continue modificazioni e
ricalibrature durante tutta la vita di un individuo. L’apprendimento motorio migliora il controllo nelle situazioni nuove
e, per questo tipo di apprendimento, risultano di importanza vitale differenti categorie
di informazione sensoriale.
Tanto premesso, ritorniamo al
problema dell’integrazione delle componenti grosso-motorie con quelle di
motilità fine.
Per cercare di trovare la risposta
all’interrogativo relativo a quale tipologia di processo agisca nella realtà
fisiologica, i ricercatori hanno registrato, in ratti impegnati nel compito di
apprendimento dell’abilità di raggiungere
per afferrare, l’attività elettrica dei neuroni della corteccia motoria primaria e dello striato dorsolaterale. L’osservazione-chiave della ricerca è che,
durante l’apprendimento, il perfezionamento dei movimenti grosso-motori e di
motilità fine era dissociabile, sia
in termini neurali che comportamentali.
L’esperimento di disattivazione
della corteccia motoria primaria e
dello striato dorsolaterale ha
mostrato effetti definitamente differenti sulle abilità apprese relative alla
motilità fine e a quella grossa.
In sintesi, questo studio dimostra
che la coordinazione di movimenti appresi è raggiunta attraverso un emergente controllo neurale di tipo modulare.
È compito della ricerca futura
stabilire se qualcosa di simile, in un contesto enormemente più complesso,
accada nella realtà umana.
L’autore della nota ringrazia
la dottoressa Isabella Floriani per la correzione
della bozza e invita alla
lettura delle numerose recensioni di argomento connesso che appaiono
nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella
pagina “CERCA”).
Roberto Colonna
BM&L-15 giugno 2019
________________________________________________________________________________________________________________________________________________
La Società Nazionale di Neuroscienze
BM&L-Italia, affiliata alla International Society of Neuroscience,
è registrata presso l’Agenzia delle Entrate di Firenze, Ufficio Firenze 1, in
data 16 gennaio 2003 con codice fiscale 94098840484, come organizzazione
scientifica e culturale non-profit.
[1]
Wolpert D. M., Pearson K. G., Ghez C. P. J., The Organization and Planning of Movement,
in Principle of Neural Science
(Kandel, Schwartz, Jessell, Siegelbaum,
Hudspeth) 5th edition, p. 766, McGraw Hill 2013.
[2] Si pensi all’arpista, quando
trasla rapidamente le mani con movimenti delle braccia e pizzica le corde con
sequenze di movimenti finissimi e calibrati delle dita, che rendono l’esatto
valore di ogni nota dello spartito.