Active gaze behavior organizes V1 activity in freely-moving marmosets

La visione è spesso considerata una finestra passiva attraverso la quale il mondo entra semplicemente nei nostri occhi, ma per i primati, inclusi gli esseri umani, vedere è un processo attivo. Non ci limitiamo a fissare una scena; muoviamo costantemente gli occhi per cogliere i dettagli, spostando l'attenzione da un punto all'altro con un modello rapido e ritmico. Questo comportamento, noto come sguardo (gaze), è il modo in cui costruiamo un'immagine nitida del nostro ambiente. Per decenni, gli scienziati hanno studiato come il cervello elabori queste immagini, ma quasi tutta quella ricerca è stata condotta su animali che stavano fermi con la testa bloccata in posizione. Sebbene questo metodo fornisca una visione controllata del cervello, esso elimina proprio quei movimenti che definiscono il nostro modo di vedere. La domanda che è rimasta senza risposta è come funzionino i centri visivi del cervello quando un animale è libero di muoversi, esplorare e guardarsi intorno come farebbe naturalmente.

Un team di ricercatori si è ora inserito in questo vuoto studiando i marmosetti, piccoli primati naturalmente attivi e curiosi. Per comprendere come funzioni il cervello in un contesto reale, hanno dotato questi animali di un sistema leggero montato sulla testa che traccia i movimenti oculari con alta precisione. Allo stesso tempo, hanno registrato l'attività elettrica di gruppi di singole cellule nervose nella corteccia visiva primaria, la parte del cervello che riceve e processa per prima le informazioni visive. Permettendo ai marmosetti di muoversi liberamente e monitorando contemporaneamente sia i loro movimenti oculari che la loro attività cerebrale, gli scienziati hanno potuto osservare come funziona la visione quando non è costretta in uno stato statico e artificiale.

I risultati mostrano che l'attività di queste cellule cerebrali è strettamente legata a ciò che l'animale vede, ma la tempistica di tale attività è organizzata dai movimenti oculari dell'animale stesso. Quando i marmosetti muovevano gli occhi, il cervello rispondeva in un modo che dipendeva interamente dalla presenza o meno di qualcosa da vedere. Se l'input visivo veniva rimosso, i pattern specifici di attività cerebrale legati al movimento degli occhi svanivano in gran parte. Ciò indica che il cervello non reagisce solo all'atto di muovere gli occhi; reagisce alla combinazione tra il movimento e il mondo visivo che quel movimento rivela.

Lo studio ha anche rivelato che diverse parti di un movimento oculare innescano risposte diverse nel cervello. Quando l'animale reindirizza rapidamente lo sguardo verso un nuovo punto, le cellule cerebrali mostrano un pattern distinto di attività ridotta, una sorta di soppressione. Immediatamente dopo questo rapido spostamento, quando l'animale stabilizza lo sguardo per osservare un oggetto specifico, l'attività cambia di nuovo, mostrando un chiaro potenziamento o un incremento della risposta. Questo aumento durante la fase di sguardo stabile è direttamente legato alle informazioni visive che entrano nell'occhio. Sembra che il cervello si prepari al momento successivo della visione regolando la propria sensibilità in base al movimento precedente.

Inoltre, la dimensione dei naturali spostamenti oculari che l'animale compie influenza il modo in cui il cervello organizza le informazioni visive ricevute durante il momento successivo di osservazione. I ricercatori hanno scoperto che l'entità di questi movimenti naturali modella il modo in cui il cervello potenzia la sua risposta quando l'animale fissa finalmente lo sguardo su qualcosa. Ciò suggerisce un sistema dinamico in cui l'atto di guardarsi intorno regola continuamente la capacità del cervello di elaborare ciò che vedrà successivamente. Stabilendo un metodo per studiare il sistema visivo nei primati in movimento libero, questo lavoro apre una nuova finestra per comprendere come la visione funzioni nella complessa e mutevole realtà della vita quotidiana, andando oltre i limiti della gabbia di laboratorio per raggiungere la vera natura del vedere.