Annusare nel sonno

Un gruppo di ricercatori dell’Imperial College di Londra ha analizzato i processi con cui il moscerino della frutta, uno degli “animali modello” per la biologia, elabora preziose informazioni mentre dorme, in particolare quelle olfattive. I risultati dello studio sono appena stati pubblicati su Nature e aggiungono un tassello alla comprensione di come un cervello addormentato registra i segnali provenienti dalla realtà che lo circonda.

Il nostro cervello è pronto e in parte vigile anche quando dormiamo. In particolar modo è in grado di elaborare importanti informazioni che riguardano l’ambiente nel quale il soggetto si trova, tra cui quelle che riceve attraverso l’olfatto. È questa la conclusione alla quale è arrivato uno studio i cui risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Nature. Anche per questa ricerca, come per molti studi che riguardano la fisiologia animale, si è fatto ricorso al moscerino della frutta, che gli scienziati conoscono con il nome scientifico di Drosophila melanogaster. Si tratta di uno degli organismi modello più adoperati, perché ha molti tratti in comune con diversi altri animali, esseri umani compresi, per cui si può presumere che condivida con loro anche il funzionamento di alcuni meccanismi. Inoltre, è semplice da allevare e ha diverse altre caratteristiche che agevolano le indagini da parte degli scienziati.

L’importanza dell’olfatto

In questo specifico caso, gli autori dell’articolo pubblicato su Nature si sono concentrati sul senso dell’olfatto, la cui importanza è stata spesso trascurata in passato dagli scienziati. Solo negli ultimi decenni sono stati avviati diversi studi per indagarne i complessi meccanismi biochimici, con l’obiettivo di approfondire anche gli aspetti neuroscientifici della percezione degli odori. La pandemia da Covid-19 ha poi dato ulteriore impulso al filone di ricerca sull’olfatto, per via delle note possibili conseguenze dell’infezione da Sars-CoV-2 su questo senso.

L’olfatto dei moscerini

Il raffinato olfatto del moscerino della frutta era già stato nel recente passato oggetto di studi che hanno avuto una certa risonanza. Per esempio, nel 2004 un gruppo di ricercatori della Yale University aveva lavorato sul complesso sistema di elaborazione dei segnali olfattivi da parte del cervello delle drosofile, mettendo in luce la diversa attivazione dei recettori in rapporto agli odori.

Un altro studio, condotto dall’Università del Sussex, ha evidenziato invece la capacità dei moscerini della frutta di riconoscere in modo preciso sostanze esplosive e stupefacenti, per via della somiglianza del loro odore con quello della frutta marcescente (da cui questi insetti sono attratti). I ricercatori dell’ateneo inglese ipotizzarono anche che i risultati potessero fungere da base per lo sviluppo, per esempio, di un naso elettronico in grado di fare altrettanto.

Una ricerca ha posto poi l’accento sulla possibilità da parte delle drosofile di riconoscere segnali olfattivi associati alle lesioni tumorali, aprendo la strada a inedite possibilità di contribuire alla diagnosi di gravi malattie.

Il nuovo studio

Lo studio i cui risultati sono stati appena pubblicati su Nature ha permesso, invece, di comprendere meglio quello che avviene nel cervello delle drosofile mentre dormono, con particolare attenzione alla sua capacità di reagire agli stimoli olfattivi. Questo tipo di studi è più semplice da svolgere in un organismo modello come il moscerino della frutta, rispetto ad animali più complessi, anche perché di questa specie conosciamo con precisione il connettoma, cioè la mappa completa delle connessioni neurali cerebrali. Ciò ci permette di comprendere quali aree del cervello siano coinvolte nell’elaborazione di determinati stimoli.

Come ha fatto notare Alice French, prima autrice dello studio e docente del Dipartimento di scienze della vita dell’Imperial College di Londra, le ragioni del fenomeno osservato vanno ricondotte allo stato di vulnerabilità nel quale gli animali si trovano nel corso del sonno. Quando dormono, per la maggior parte gli animali si trovano in uno stato di disconnessione sensoriale rispetto all’ambiente circostante; questa disconnessione non è però completa – per ragioni legate alla sicurezza – grazie a meccanismi che si sono affermati nel corso dell’evoluzione. Un animale addormentato si trova infatti più esposto, per esempio, all’attacco dei predatori, dai quali non si può difendere. È perciò necessario che alcune parti del cervello si mantengano vigili, per essere in grado di reagire a potenziali situazioni di pericolo o che necessitano di attenzione. Gli stimoli capaci di suscitare una reazione possono essere quantitativamente rilevanti (come un forte suono), e non richiedere quindi un’elaborazione particolarmente complessa da parte del cervello, oppure essere percepiti come salienti, e decodificati attraverso un processo più raffinato.

Lo studio ha provato a mettere in evidenza il modo in cui il cervello dei moscerini elabora queste percezioni anche nel corso del sonno. In particolar modo, il gruppo di ricerca si è concentrato su uno specifico tipo di sensazioni percepibili dal moscerino addormentato, cioè quelle olfattive. Come gli scienziati hanno avuto modo di osservare, un’area cerebrale si mantiene vigile mentre il soggetto dorme, proprio per essere in grado di percepirle. Inoltre, gli odori percepiti come “ostili” hanno una maggiore probabilità di far svegliare l’animale addormentato rispetto a quelli avvertiti come gradevoli.

Dallo studio è poi emerso che la privazione di sonno, la fame e l’assunzione di alcol sono in grado di influenzare la risposta dei moscerini agli odori. Da un lato, avere sonno ed essere “inebriati” induceva i moscerini a una minore reattività agli stimoli, mentre, al contrario, la fame portava a una maggiore risposta a quelli collegati al cibo. Tutto ciò rappresenta un utile punto di partenza per comprendere meglio i meccanismi che regolano l’olfatto e le percezioni sensoriali nella fase del sonno anche negli altri animali e nella nostra specie.