Perché correre più velocemente accelerare l’apprendimento nel cervelletto?

Correre a una velocità più alta migliora l’apprendimento nel cervelletto attraverso le fibre muscose.

Cervelletto (in latino per “piccolo cervello” o “piccolo cervello”) in rosso. Cerebellar è la parola sorella per cerebrale e significa “relativo o localizzato nel cervelletto”.

Fonte: database di Lifesciences / Wikimedia Commons

Secondo un nuovo studio condotto da ricercatori del Centro Champalimaud per l’ignoto, le velocità di corsa del tapis roulant più veloci migliorano l’apprendimento associativo nel cervelletto dei topi. Questo articolo, “L’attività locomotoria modula l’apprendimento associativo in Mouse Cerebellum”, è stato pubblicato il 16 aprile sulla rivista Nature Neuroscience.

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“Il cervelletto è importante per l’apprendimento di movimenti qualificati. Calibra i movimenti di fronte a un ambiente che cambia per coordinarli in modo molto preciso “, ha detto in una dichiarazione l’autore principale, Megan Carey. Carey è il principale investigatore e capogruppo del Programma di Neuroscienze presso il Centro Champalimaud per l’Ignoto a Lisbona, in Portogallo.

Il principale suggerimento di questo studio è che i topi più veloci correvano su un tapis roulant, più velocemente e meglio il loro cervelletto apprendeva un compito associativo chiamato “ritardare il condizionamento”.

Gli autori descrivono il metodo della loro ultima ricerca: “Qui abbiamo studiato gli effetti dello stato comportamentale, e in particolare l’attività locomotoria, sul condizionamento ritardato del collirio, una forma di apprendimento associativo dipendente dal cervelletto. Con il condizionamento ritardato del collirio, gli animali imparano a chiudere l’occhio in risposta a uno stimolo condizionato inizialmente neutro (CS) che è predittivo in modo affidabile di uno stimolo avverso non condizionato (US), come una boccata d’aria negli occhi. ”

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Per ottenere una migliore comprensione dei cambiamenti cellulari che accompagnano l’apprendimento nel cervelletto, Carey e colleghi hanno sviluppato un compito di apprendimento condizionato di insegnare ai topi a battere gli occhi in risposta a un lampo di luce che è stato accoppiato con un soffio d’aria, mentre correndo a varie velocità su un tapis roulant. Il condizionamento oculare è un modo comune per testare la velocità e l’efficacia dell’apprendimento associativo nel cervelletto.

I topi in questo studio che avevano il tapis roulant regolato a una velocità più veloce impararono ad associare il lampo di luce (che normalmente non fa lampeggiare i topi) con un soffio d’aria più veloce. Quindi, anche se non c’era un soffio d’aria per accompagnare un lampo di luce, questi topi lampeggiavano automaticamente. Il rovescio della medaglia, ci è voluto molto più tempo per ritardare il condizionamento del collirio per essere codificato nel cervelletto di topi il cui tapis roulant era impostato a velocità inferiori.

In una dichiarazione, il primo autore di questo studio, Catarina Albergaria, ha riassunto: “La nostra scoperta principale era che avremmo potuto imparare a migliorare i topi facendoli correre più velocemente”.

In particolare, i ricercatori hanno anche scoperto che le successive prestazioni del collettore si sono giovate di velocità più elevate. “I topi si sono comportati meno bene quando abbiamo rallentato il tapis roulant, e questo è avvenuto su scale temporali di pochi secondi”, ha detto Albergaria.

Dopo aver identificato un nesso causale tra velocità di corsa e apprendimento associativo nel cervelletto, i ricercatori erano curiosi di individuare dove si stava verificando questo miglioramento all’interno del “piccolo cervello”.

Per questa fase del loro studio, il team di ricerca ha optato per l’optogenetica per stimolare specifici neuroni che proiettano al cervelletto chiamato “fibre muscose”. All’interno del cervelletto, le informazioni sensoriali sono trasmesse da fibre muscose a cellule di granuli in un modo che consente una singola fibra muscosa assone per influenzare un numero enorme di cellule di Purkinje.

È interessante notare che, quando i ricercatori hanno stimolato le fibre muschiose utilizzando optogenetica, hanno osservato un apprendimento migliorato alla pari con velocità di corsa più elevate. Pertanto, i ricercatori ipotizzano che trovare modi per stimolare direttamente l’attività della fibra muscosa possa avere gli stessi benefici dell’apprendimento associativo come in esecuzione. “Non ha necessariamente bisogno di essere locomozione; tutto ciò che guida un aumento dell’attività muschiosa delle fibre potrebbe fornire una modulazione equivalente dell’apprendimento “, ha detto Albergaria.

Nonostante queste scoperte pionieristiche sull’apprendimento associativo nel cervelletto, gli autori sono pronti a sottolineare che una maggiore velocità di esecuzione potrebbe non necessariamente migliorare la velocità di apprendimento in altre regioni del cervello. “Non sappiamo se questo è vero per altri tipi di apprendimento non cerebellari”, avverte Albergaria.

Le velocità di corsa più veloci migliorano l’apprendimento nel cervelletto umano?

Fonte: Wikipedia / Dominio Pubblico

Secondo Albergaria, “Il cervelletto è una struttura ben conservata attraverso le specie e ci sono circuiti che sono comuni tra le specie.” Lei ipotizza che la ricerca futura basata su questi risultati potrebbe aiutarci a capire meglio come la locomozione influenza l’apprendimento associativo nel cervelletto umano.

“Tendiamo a pensare che per manipolare la plasticità del cervello, in modo che le persone imparino più velocemente e gli studenti lenti migliorino, dobbiamo usare droghe. Ma qui, tutto ciò che dovevamo fare era controllare quanto velocemente i topi stessero correndo per ottenere un miglioramento. Sarebbe interessante vedere se questo vale per gli esseri umani, per le forme di apprendimento cerebellare e anche per altri tipi di apprendimento “, ha detto Carey in una dichiarazione.

Gli autori concludono: “I nostri risultati suggeriscono che l’attività locomotoria modula il ritardo del condizionamento del collirio attraverso un’aumentata attivazione della via della fibra muscosa all’interno del cervelletto. Presi insieme, questi risultati forniscono evidenza per un nuovo ruolo nella modulazione dello stato comportamentale nell’apprendimento associativo e suggeriscono un potenziale meccanismo attraverso il quale l’impegno nel movimento può migliorare la capacità di apprendimento di un individuo. ”

La ricerca futura nel Carey Lab cercherà di rispondere a domande più grandi, come il motivo per cui camminare e altri tipi di esercizi aerobici sembrano aiutarci a coordinare pensieri, organizzare idee e trovare soluzioni creative. Le prove anettali collegano anche l’attività fisica con i momenti “Aha!”. Ad esempio, Albert Einstein ha detto di E = mc ² , “ho pensato a questo mentre guidavo la mia bicicletta.” Lungo questa stessa linea, Manish Saggar della Stanford University ha trovato prove di imaging cerebrale fMRI che l’aumento della connettività del cervelletto aumenta la capacità creativa.

La ricerca sul cervelletto di Megan Carey a Lisbona si sposa perfettamente con la ricerca sul cervelletto condotto da Jeremy Schmahmann alla Harvard Medical School di Boston. L’ipotesi di “Dysmetria del Pensiero” di Schmahmann afferma che il cervelletto ci aiuta a coordinare i nostri pensieri più o meno nello stesso modo in cui ci aiuta a coordinare i nostri movimenti.

Per ulteriori informazioni, “Jeremy Schmahmann districa la perplessità del nostro cervelletto” e la Fondazione MINDlink: Connettere il cervelletto alle cure.

Riferimenti

Catarina Albergaria, N. Tatiana Silva, Dominique L. Pritchett e Megan R. Carey. “L’attività locomotoria modula l’apprendimento associativo nel cervelletto di topo.” Nature Neuroscience (Pubblicato online: 16 aprile 2018) DOI: 10.1038 / s41593-018-0129-x

Saggar, Manish, Eve-Marie Quintin, Nicholas T. Bott, Eliza Kienitz, Yin-hsuan Chien, Daniel WC Hong, Ning Liu, Adam Royalty, Grace Hawthorne e Allan L. Reiss. “Cambiamenti nell’attivazione cerebrale associati all’improvvisazione spontanea e alla creatività figurativa dopo un allenamento basato sul pensiero progettuale: uno studio longitudinale su fMRI.” Cerebral Cortex (2016) DOI: 10.1093 / cercor / bhw171

Schmahmann, Jeremy D. “Disordini del cervelletto: atassia, dismetria del pensiero e sindrome affettiva cognitiva cerebellare.” Journal of Neuropsychiatry and Clinical Neurosciences (2004) DOI: 10.1176 / jnp.16.3.367

Jeremy D. Schmahmann e Janet C. Sherman. “La sindrome affettiva cognitiva cerebellare.” Cervello: un diario di neurologia (1998) DOI: 10.1093 / cervello / 121.4.561

Schmahmann, Jeremy D. “Dysmetria del pensiero: conseguenze cliniche della disfunzione cerebellare sulla cognizione e l’affetto”. Tendenze nelle scienze cognitive (1998) DOI: 10.1016 / S1364-6613 (98) 01218-2