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

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

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[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.