Misurazioni dell'elettroencefalografia in uistitì svegli che ascoltano vocalizzazioni conspecifiche

I primati usano vocalizzazioni specie-specifiche per trasmettere informazioni biologicamente importanti, come lo stato emotivo del chiamante o l’intenzione di mantenere legami sociali, la presenza di predatori o altre situazioni pericolose. L’indagine sui meccanismi neurali alla base della percezione della vocalizzazione nei primati non umani ricchi di voce può fornirci indizi critici per comprendere meglio le origini evolutive del linguaggio umano.

Gli uistitì comuni sono piccoli primati originari del Sud America. Negli ultimi anni, gli uistitì sono stati sempre più utilizzati come animali modello, insieme ai macachi, a causa della loro elevata riproduttività, della facilità d’uso dovuta alle loro piccole dimensioni e dello sviluppo di utili tecniche transgeniche ^1,2,3. Oltre alla loro utilità come modelli di malattia, la ricca comunicazione vocale all’interno dei gruppi è un’altra caratteristica unica di questa specie 4,5,6,7. Gli uistitì si scambiano abitualmente segnali vocali per comunicare con i conspecifici invisibili nella foresta. Esaminando l’attività cerebrale coinvolta nella percezione e nella produzione vocale negli uistitì, possiamo determinare come elaborano le informazioni uditive dei loro richiami o conspecifici nel cervello e identificare quali circuiti neurali sono coinvolti. Studi precedenti hanno dimostrato l’attività neurale nella corteccia uditiva primaria 8,9,10,11,12 e nella corteccia frontale^13,14 coinvolta nella produzione vocale negli uistitì. Inoltre, queste risposte neuronali eccitate e soppresse sono state modulate dalle interazioni uditivo-vocali nella corteccia uditiva primaria ^8,10. Questi studi hanno fornito dati dettagliati sull’attività neurale a livello di singolo neurone utilizzando metodi di registrazione invasivi. Numerosi studi hanno ulteriormente esaminato l’attività neurale coinvolta nella produzione vocale dell’uistitì; Tuttavia, la percezione vocale rimane poco compresa ^15,16.

Diversi studi di imaging cerebrale non invasivi hanno chiarito i meccanismi neurali dell’elaborazione vocale negli uistitì 17,18,19; La loro elevata risoluzione spaziale è un vantaggio, tuttavia, mantenere gli animali in stato di veglia durante la scansione richiede tecniche avanzate. Tuttavia, più recentemente, Jafari et al. hanno identificato le regioni frontotemporali coinvolte nella percezione vocale negli uistitì svegli utilizzando la risonanza magnetica funzionale (fMRI)¹⁹. Quasi tutti gli esperimenti per chiarire le funzioni cerebrali coinvolte nella percezione e nella produzione vocale negli esseri umani sono stati condotti utilizzando metodi non invasivi, come l’elettroencefalografia del cuoio capelluto (EEG), la magnetoencefalografia (MEG)^20,21 e la fMRI 22,23,24. Numerosi studi sull’uomo hanno studiato l’attività cerebrale correlata alla percezione vocale utilizzando l’EEG. La maggior parte di questi studi si è concentrata sulle informazioni emotive 25,26,27 e sulla salienza delle parole emotive ²⁸, con i risultati che rivelano cambiamenti nei potenziali correlati agli eventi durante la percezione vocale²⁹. L’elettrocorticografia (ECoG) e le registrazioni di singoli neuroni utilizzando elettrodi impiantati per via intracranica nell’uomo sono state condotte solo in un numero limitato di esperimenti in pazienti sottoposti a trattamento neurochirurgico^30,31.

Una prospettiva evolutiva che confronta gli esseri umani con le scimmie è importante per comprendere i meccanismi neurali unici alla base della percezione e della produzione vocale che si sono sviluppati negli esseri umani. Per confrontare direttamente i meccanismi neurali coinvolti nella percezione del parlato e nella vocalizzazione nei primati non umani ricchi di voce, come l’uistitì, con gli esseri umani, è importante confrontare i dati tra le due specie utilizzando lo stesso metodo. La risonanza magnetica funzionale consente l’imaging dell’intero cervello e ha un’alta risoluzione spaziale. Ha il vantaggio di registrare l’attività perpendicolarmente al cranio o in regioni profonde che sono difficili da registrare con EEG o MEG. Tuttavia, la macchina per la risonanza magnetica è costosa da installare e mantenere e ci sono molte restrizioni sugli stimoli che possono essere presentati a causa della natura del dispositivo. In confronto, l’EEG, i potenziali evento-correlati (ERP) e il MEG hanno un’alta risoluzione temporale, il che li rende utili per analizzare l’elaborazione vocale delle serie temporali. In particolare, l’EEG presenta i vantaggi di un’elevata mobilità e della capacità di essere utilizzato in una varietà di contesti sperimentali, di un costo relativamente basso e della necessità di un solo operatore.

Poiché una grande quantità di dati EEG è già stata ottenuta nell’uomo, per i primati non umani sono necessari metodi di misurazione EEG che utilizzano paradigmi non invasivi. Il nostro gruppo di ricerca ha sviluppato un metodo di registrazione EEG non invasivo unico nel suo genere utilizzando i tubi³² per macachi e uistitì. Qui, riportiamo diverse nuove scoperte riguardanti l’elaborazione uditiva nei primati non umani 33,34,35,36,37. Per caratterizzare l’attività cerebrale in risposta alle vocalizzazioni specie-specifiche negli uistitì, abbiamo costruito un sistema sperimentale per registrare in modo non invasivo l’attività cerebrale utilizzando elettrodi posizionati sul cuoio capelluto. In questo studio, descriviamo il metodo di misurazione EEG per gli uistitì.