3

J

Che cos'è

In che modo le

papille poste

sulla lingua

percepiscono le

sensazioni

di dolce, salato, acido

e amaro?

I ricercatori stanno

scoprendo

il meccanismo

che permette

al cervello

di interpretare

questi segnali

sotto forma

di sapori diversi

Negli ultimi anni, sono stati compiutimolti progressi nel chiarire come funzio-na esattamente il senso del gusto. I neu-robiologi, fra cui uno di noi (Margol-skee), hanno identificato le proteine ne-cessarie alle cellule gustative per indivi-duare composti dolci e amari, e hannoscoperto che queste proteine sono moltosimili a quelle coinvolte nei processi vi-sivi. Altri scienziati, compreso il secondoautore (Smith), hanno dimostrato che lecellule nervose, o neuroni, del cervellopossono rispondere a più di un tipo disegnale gustativo, proprio come le cellu-

le che elaborano gli stimoli visivi prove-nienti dalla retina possono reagire a piùdi un colore. Queste scoperte stannochiarendo i meccanismi alla base diquello che, fra i cinque sensi, era uno deimeno compresi.

I recettori del gusto

Le cellule del gusto si trovano all'in-terno di strutture specializzate chiamategemme gustative (o calici), situate prin-cipalmente sulla lingua e sul palato mol-le. La maggior parte delle gemme gusta-

di David V. Smith e Robert E Margolskee

ffondate i denti in una soffice barretta di cioccolato: che sensazione

avete in bocca? Mmm... un po' untuosa, dolce, cremosa, con il ca-

ratteristico sapore leggermente amaro del cioccolato che vi per-

vade mentre chiudete le labbra per inghiottire e l'aroma risale

verso le cavità nasali. In effetti, l'odore è una componente im-

portante del gusto, come può confermare chiunque abbia una

forte infreddatura. Il gusto è una complessa miscela di segna-

li sensoriali formata dalla percezione gustativa, da quella olfattiva e dalla sen-

sazione tattile che il cibo trasmette via via che viene masticato, caratteristica

che viene definita spesso come «sensibilità orale». Sebbene comunemente si

usi la parola gusto per indicare «sapore», in senso stretto questo termine si do-

vrebbe impiegare solo per le sensazioni che provengono dalle cellule gustative

specializzate presenti nella bocca. Gli scienziati di solito descrivono le percezio-

ni gustative nell'uomo in termini di quattro qualità: salato, acido, dolce e amaro.

Alcuni hanno proposto che possano esistere anche altre categorie, la più im-

portante delle quali, chiamata umami, corrisponde alla sensazione suscitata

dal glutammato, uno dei 20 amminoacidi che compongono le proteine della car-

ne, del pesce e dei legumi. Il glutammato viene anche utilizzato come esaltato-

re di sapidità sotto forma di glutammato monosodico (MSG).

58 LE SCIENZE 395 / luglio 2001

Porogustativo

Epitelio

Microvilli

Cellulagustativa

Fibranervosa

Tessutoconnettivo

a

Papillefiliformi

Papillacircumvallata

Gemmegustative

Tessutoconnettivo

Ghiandolesalivari

Stratomuscolare

Papillacircumvallata

Gemmegustative

Papilla circumvallata

Gemma gustativa

Papillecircumvallate

Tonsillepalatine

Tonsillelinguali

Papillefoliate

Papillefungiformi

Papillefiliformi

Lingua

Come si misurano le preferenze dei neuroni gustativi

150 - Primo gruppo: neuroni che rispondono meglio allo stimolo dolce

Da

Lioo

CO

m

L'ANATOMIA DEL GUSTO è illustrata dai quattro tipi di papille presenti sulla superficie della lingua

umana, dalla struttura di una di esse, la papilla circumvallata, e dai dettagli delle gemme

gustative. (La papilla circumvallata e la gemma gustativa sono raffigurate sia come disegno sia

in microfotografia.) Solo le papille circumvallate, foliate e fungiformi contengono le gemme

gustative. Durante la masticazione, le sostanze chimiche contenute nei cibi penetrano nei pori

delle gemme gustative, dove interagiscono con altre molecole a livello delle espansioni filiformi o

microvilli, presenti sulla superficie di cellule gustative specializzate. Questa interazione provoca

cambiamenti elettrochimici nelle cellule gustative che si traducono in segnali. Questi vengono

trasmessi alle apposite aree cerebrali dove, sommandosi con gli stimoli odorosi e altre

percezioni sensoriali, vengono interpretati come gusti.

150 -

100 -

50 -

o

150 -

100 -

50 -

tive della lingua è situata nelle papille,minuscole protuberanze che conferisco-no a quest'organo il suo aspetto velluta-to. (Tuttavia le papille più numerose del-la lingua, quelle chiamate filiformi, so-no prive delle gemme gustative e sonocoinvolte nelle percezioni tattili.) Le pa-pille fungiformi, poste sulla parte ante-riore della lingua, sono le più evidenti econtengono una o più gemme gustative.Esse sono simili a puntini rosati distri-buiti lungo il bordo della lingua e diven-tano ben visibili se si beve un bicchieredi latte o si depone una goccia di colo-rante alimentare sulla punta della lin-gua. Nella regione posteriore della lin-gua ci sono circa 12 gemme gustativepiù ampie che contengono le cosiddettepapille circumvallate e che sono distri-buite a formare una sorta di V capovol-ta. Gemme gustative sono presenti an-che nelle papille foliate, piccoli solchiposti ai lati della lingua, nella regioneposteriore.

Le gemme gustative sono strutture aforma di cipolla composte da 50-100cellule gustative, ciascuna delle quali èdotata di proiezioni digitiformi chiamatemicrovilli, che spuntano attraverso un'a-pertura alla sommità della gemma, il co-siddetto poro gustativo. Sostanze chimi-

L'ATTIVITÀ ELETTRICA dei neuroni gustativi

dimostra la loro capacità di rispondere a diversi

tipi di stimoli gustativi, siano essi dolci, salati,

acidi o amari. Di solito, però, questi recettori

reagiscono con maggiore intensità a un certo

stimolo (lo stimolo amaro non è mostrato).

che presenti nel cibo si disciolgono nellasaliva e giungono in contano con le cel-lule gustative attraverso il poro gustati-vo. Qui esse interagiscono sia con pro-teine della superficie cellulare chiamaterecettori gustativi, sia con proteine simi-li a pori, i canali ionici.

Queste interazioni provocano cambia-menti elettrici nelle cellule gustative chesi tramutano in segnali chimici, i quali, aloro volta, vengono convertiti in impulsidiretti al cervello. I cambiamenti elettricinelle cellule gustative che generano i se-gnali per il cervello derivano da varia-zioni nella concentrazione di atomi do-tati di carica, o ioni. Come tutte le cellu-le nervose, le cellule gustative possiedo-no di solito una carica netta di valorenegativo al loro interno, e una positivaall'esterno. Le molecole contenute nei ci-bi modificano questo stato di cose fa-cendo aumentare in vari modi la con-centrazione di ioni positivi all'internodelle cellule gustative ed eliminando co-sì la differenza di carica (si vedano le il-lustrazioni nelle due pagine successive).Questa depolarizzazione induce la libe-

razione da parte delle cellule gustative diminuscoli «pacchetti» di neurotrasmetti-tori, che stimolano i neuroni collegatialle cellule stesse inducendoli a trasmet-tere segnali elettrici.

Tuttavia, studi effettuati sugli animalie sull'uomo dimostrano che non esistesempre una netta correlazione fra le ca-ratteristiche di un gusto e le diverse clas-si di sostanze chimiche, in particolarmodo per quanto riguarda quelle a cui siattribuiscono caratteristiche di amaro edi dolce. Per esempio, molti carboidratisono dolci, ma altri non lo sono. Per dipiù, tipi molto diversi di sostanze sonoin grado di evocare la stessa sensazionegustativa: il cloroformio e i dolcificantiartificiali come aspartame e saccarinasono classificati fra le sostanze dolci, an-che se la loro struttura chimica non hanulla in comune con lo zucchero. I com-posti che stimolano la percezione del sa-lato o dell'acido sono meno diversi fraloro e di solito sono ioni.

Le sostanze che danno la sensazionedi salato e di acido agiscono direttamen-te attraverso i canali ionici, mentre quel-

le responsabili del dolce e dell'amaro silegano ai recettori di superficie che ge-nerano un flusso di segnali verso l'inter-no della cellula, i quali infine provocanol'apertura e la chiusura dei canali ionici.Nel 1992 Margolskee e i suoi colleghiSusan K. McLaughlin e Peter J. McKin-non identificarono uno dei protagonistidi questo processo. Chiamarono la mole-cola «gustducina» a causa della sua so-miglianza con la transducina, una pro-teina presente nelle cellule della retinache aiuta a convertire i segnali luminosiche colpiscono la retina in impulsi elet-trici che compongono l'immagine.

La gustducina e la transducina fannoentrambe parte della famiglia delle pro-teine G, che si trovano fissate alla super-ficie inferiore di molti tipi diversi di re-cettori. (Il nome «proteine G» deriva dalfatto che la loro attività è regolata dalguanosintrifosfato, o GTP.) Quando unadeterminata molecola si lega a uno spe-cifico recettore cellulare gustativo, indu-ce le subunità della gustducina a divi-dersi e a portare avanti le reazioni bio-chimiche che aprono e chiudono i canaliionici e aumentano la carica positivainterna della cellula.

Nel 1996 Margolskee e i suoi colleghiGwendolyn T. Wong e Kimberley S.Gannon utilizzarono topi geneticamentemodificati in modo da non produrre unadelle tre subunità della gustducina. Inquesto modo dimostrarono che la pro-teina G è indispensabile per percepire lesostanze amare e dolci. A differenza deitopi normali, quelli modificati non mo-

Secondo gruppo: neuroni che rispondono meglio allo stimolo salato

li 1 Terzo gruppo: neuroni che rispondono meglio

agli acidi e ai sali non sodici

1E3

Sodici

Non sodici

Stimoli dolci

Sali

Acidi

60 LE SCIENZE 395/ luglio 2001

www.lescienze.it

6 i

CANALE IONICODEL POTASSIO

IONEPOSITIVO

2;°IONE

IDROGENO(W)

Na'

Cai-j4

RECETTORE ACCOPPIATOALLA PROTEINA G

ZUCCHERO ODOLCIFICANTE tì

COMPLESSODELLAPROTEINA G(GUSTDUCINA)

ENZIMA

PRECURSORE

SECONDOMESSAGGERO

CANALEDEL POTASSIO

Cat:t--4

ooooE

(r)

LE SCIENZE 395/luglio 2001

CHININOO ALTRO ',vSTIMOLO "-t,'

AMARO

COMPLESSO— DELLA

PROTEINA G

RECETTOREACCOPPIATOALLA PROTEINA G

ENZIMA

PRECURSORE

SECONDOMESSAGGERO

RETICOLOENDOPLASMATICO

(CONTIENEIONI Ca")

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o

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(7)•

ENZIMARECETTORE PERIL GLUTAMMATO

GLUTAMMATO "4311111122'...-->COMPLESSO

- DELLAPROTEINA G

La ECg

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oE 6E E

<*rn

- --------- - - - >

PRECURSORE

SECONDOMESSAGGERO

63

4;;)

Come viene percepitoun certo gusto

G

li stimoli che il cervello interpreta come gusti di base - il

salato, l'acido, il dolce, l'amaro e, forse, Fumami del

glutammato - sono registrati attraverso una serie di reazioni

chimiche che avvengono nelle cellule gustative situate nelle

gemme poste sulla superficie della lingua. Le cinque vie

biochimiche che intervengono nella percezione delle qualità

del gusto sono mostrate nelle illustrazioni come se si

verificassero in cellule gustative separate solo per ragioni di

chiarezza. In realtà, le singole cellule gustative non sono

programmate per rispondere a un solo tipo di stimolo

gustativo.

i SALI, come il cloruro di sodio (NaCI), attivano le cellule

gustative quando gli ioni sodio (Nal entrano attraverso

i canali ionici presenti sui microvilli alla sommità apicale

della cellula. (Gli ioni sodio possono anche entrare

attraverso canali disposti sulla superficie della cellula.)

L'accumulo di ioni sodio provoca un cambiamento

elettrochimico, la depolarizzazione, che favorisce l'ingresso

degli ioni calcio (Ca--) nella cellula. Il calcio, a sua volta,

induce la cellula a liberare le molecole di neurotrasmettitori

che normalmente sono contenute in vescicole. I neuroni

ricevono il messaggio portato dai neurotrasmettitori e

trasferiscono il segnale al cervello. Le cellule gustative

si ripolarizzano, cioè ritornano alla condizione iniziale,

in parte aprendo i canali ionici del potassio, in modo

da permettere a questo ione (K-) di uscire.

Gli ACIDI hanno un gusto particolare perché in soluzione

producono ioni idrogeno (H ), i quali agiscono sulle cellule

gustative in tre modi: entrando direttamente nella cellula;

bloccando i canali ionici del potassio (K-) sui microvilli;

legandosi ai canali presenti sui microvilli e aprendoli in modo

da permettere l'ingresso di altri ioni positivi. Il conseguente

accumulo di cariche positive depolarizza la cellula

e provoca la liberazione di neurotrasmettitore.

Gli STIMOLI DOLCI come quelli dello zucchero o dei

dolcificanti artificiali non entrano nelle cellule gustative, ma

provocano cambiamenti endocellulari legandosi ai recettori di

superficie di una cellula gustativa che sono accoppiati a

molecole chiamate proteine G. Ciò fa sì che le subunità (a, [3 e

y) delle proteine G si separino in a da una parte, e Pydall'altra,

e attivino un enzima che converte un precursore presente nella

cellula nel cosiddetto secondo messaggero; ciò provoca

indirettamente la chiusura dei canali del potassio.

Anche gli STIMOLI AMARI come il chinino agiscono

mediante recettori accoppiati alle proteine G e secondi

messaggeri. In tale caso, tuttavia, questi ultimi provocano la

liberazione di ioni calcio dal reticolo endoplasmatico. Il

conseguente accumulo di calcio endocellulare porta alla

depolarizzazione e al rilascio di neurotrasmettitore.

È noto che gli AMMINOACIDI come il glutammato - che

stimola il senso del gusto chiamato umami- si legano ai

recettori accoppiati alle proteine G e attivano i secondi

messaggeri. Tuttavia, le fasi intermedie fra i secondi

messaggeri e il rilascio dei « pacchetti» di neurotrasmettitore

sono ancora sconosciute.

Cellula gustativa

.—SALE (NaCI)

\..."")•

IONE SODIO CANALE

[Na)IONICO

MICROVILLI

D M'O m

cn2.• o

ZM m

Na'

IONEPOTASSIO

(Kl

IONE CALCIO--4(Ca")

NEURONE

------- ---------

MOLECOLE DINEUROTRASMETTITORE

NELLE VESCICOLE

SEGNALE DIRETTOAL CERVELLO

www.lescienze.it

• Al contrario di quanto riportano i libri di testo, le cellule

sensoriali che si trovano nelle papille della superficie della

lingua non sono specializzate per percepire un solo gusto,

ma rispondono a tutti gli stimoli gustativi, anche se

dimostrano alcune preferenze.

• I diversi gusti vengono percepiti come tali in quanto

stimolano recettori e neuromediatori diversi. Le sostanze

saline o acide agiscono sui canali ionici cellulari.

• La discriminazione di un gusto dipende dall'attività

complessiva di gruppi di neuroni. Bloccando con farmaci

alcuni di essi o utilizzando animali geneticamente

modificati si osserva l'incapacità di percepire le differenze

tra i sapori.

GLI AUTORI

DAVID V. SMITH e ROBERT F. MARGOLSKEE affrontano lo studio

del sistema gustativo da punti di vista complementari. La pre-

parazione di Smith include studi di psicobiologia e di neurofi-

siologia. È professore e vicedirettore del Dipartimento di ana-

tomia e neurobiologia alla University of Maryland School of Me-

dicine, dove lavora dal 1994. Ha ottenuto il dottorato all'Uni-

versità di Pittsburgh, specializzandosi poi alla Rockefeller Uni-

versity. Margolskee è esperto di neurobiologia molecolare e di

biochimica. E ricercatore associato dello Howard Hughes Me-

dical Institute e professore di fisiologia e biofisica e di farma-

cologia alla Mount Sinai School of Medicine, dove lavora dal

1996. Ha compiuto gli studi presso la Johns Hopkins School of

Medicine e la Stanford University. Ha anche fondato la società

di biotecnologie Linguagen a Paramus, nel NewJersey.

Perché un cibo ci sembra squisito o sgradevole?

LiI e informazioni sensoriali che

—provengono dalle cellule gustative

sono importanti perché ci aiutano a

reagire adeguatamente alle sostanze

nutritive di cui abbiamo bisogno: il gusto

dolce degli zuccheri, per esempio, è un

forte incentivo a mangiare carboidrati.

I segnali gustativi evocano anche

risposte fisiologiche, come la liberazione

di insulina, che preparano l'organismo a

utilizzare in maniera efficiente le

sostanze nutritive. L'uomo e alcuni

animali con una carenza di sodio

cercano alimenti contenenti questo sale;

alcuni elementi indicano inoltre che

persone e animali con carenze nella

dieta cercano di mangiare cibi ricchi di

particolari vitamine e minerali.

Ma evitare di ingerire sostanze nocive

non è meno importante che introdurre

nell'organismo i nutrienti più adatti.

L'atteggiamento diffuso di rifiuto nei

confronti di molecole fortemente amare

dimostra che fra il gusto e il disgusto c'è

un forte legame. I composti tossici come

la stricnina e altri comuni alcaloidi

vegetali possiedono spesso un gusto

molto amaro: infatti, molte piante hanno

evoluto questa strategia per proteggersi

dagli erbivori. Anche il gusto acido dei

cibi guasti ci aiuta a evitarli. Tutti gli

animali, uomo compreso, rifiutano le

sostanze acide e amare, tranne che a

basse concentrazioni.

Sembra che le reazioni intense di

piacere e disgusto evocate da sostanze

dolci e amare siano già presenti alla

nascita e che dipendano da connessioni

neurali all'interno della porzione

terminale del tronco cerebrale. Sia gli

animali in cui la parte anteriore del

cervello sia stata isolata

chirurgicamente, sia i bambini che

nascono privi di prosencefalo mostrano

la normale mimica facciale associata a

piacere o disgusto quando si dà loro

rispettivamente un alimento dolce

o uno amaro.

Il forte legame fra gusto e piacere - o

dispiacere - rappresenta la base

dell'apprendimento per evitamento

gustativo. Tutti gli animali, compreso

l'uomo, imparano presto a evitare un

cibo nuovo se la sua assunzione è

associata a un disturbo

gastrointestinale. L'apprendimento

naturale, o indotto per via sperimentale,

della reazione di evitamento può essere

la conseguenza anche di un solo

episodio in cui l'assunzione di un

determinato alimento ha provocato

un forte malessere, anche se fra i due

eventi sono trascorse diverse ore.

Uno degli effetti collaterali delle

radioterapie e chemioterapie

somministrate ai pazienti affetti da

tumore è la perdita dell'appetito: in gran

parte, questo fenomeno è provocato

da una reazione di evitamento

che è il risultato dei disturbi

gastrointestinali causati da queste

terapie. Questo stesso meccanismo

rende anche estremamente difficile

mettere a punto un veleno contro i ratti.

Questi animali sono infatti

particolarmente abili nell'associare

nuovi sapori alle loro conseguenze

fisiologiche.

La mappa del gusto: tutto da rifare

U

na delle «conoscenze» più discutibili sulU gusto - spesso riportata sui libri di testo - èla « mappa della lingua», che mostra ampie

differenze di sensibilità da zona a zona sulla

superficie della lingua umana. Queste mappe

indicano che il gusto dolce verrebbe individuato

dalle gemme gustative situate sulla punta della

lingua, l'acido da quelle poste sui lati, l'amaro

nella regione posteriore e il salato sui margini.

I ricercatori che si occupano del gusto sanno

da molti anni che questo tipo di mappe è

completamente erroneo. Simili rappresentazioni

sono sorte all'inizio del XX secolo in seguito a

un'erronea interpretazione di ricerche

pubblicate alla fine dell'Ottocento, ed è stato

pressoché impossibile eliminarle dalla

letteratura.

In realtà, tutti i diversi tipi di gusto possonoessere percepiti da tutte le regioni della lingua

che contengono gemme gustative. Al momento

non vi sono prove del fatto che un qualche tipo

di suddivisione spaziale della sensibilità

contribuisca alla rappresentazione neurale dei

diversi gusti, anche se ci sono alcune lievi

differenze nella sensibilità locale lungo la lingua

e il palato, soprattutto nei roditori.

~int-~giàiwatitelek

LE «MAPPE DELLA LINGUA» continuano a essere pubblicatesui libri di testo, nonostante siano basate su un'interpretazione errata diricerche compiute nel XIX secolo.

LE SCIENZE 395 / luglio 2001

stravano alcuna preferenza per il dolce,né evitavano le sostanze amare: non be-vevano avidamente acqua molto zuc-cherata, e viceversa assumevano solu-zioni di composti molto amari con lastessa tranquillità con cui bevevano l'ac-qua pura. Inoltre nei topi privi di gust-ducina i nervi fondamentali per il pro-cesso gustativo mostravano una ridottarisposta elettrica ai sapori dolci e amari,ma riuscivano a reagire correttamentealle sostanze salate e acide.

Lo scorso anno, due gruppi di scien-ziati - il primo coordinato da Charles S.Zuker dello Howard Hughes Medical In-stitute (HHMI) presso l'Università dellaCalifornia a San Diego e da Nicholas J.Ryba del National Institute of Dentaland Craniofacial Research, e il secondodalla ricercatrice dell'HHMI Linda B.Buck, della Harvard Medical School -identificarono nel topo e nell'uomo i re-cettori che si legano ai sapori amari e at-tivano la gustducina. Questi gruppi sco-prirono che i recettori T2R/TRB fannoparte di una famiglia di recettori correla-ti, che si ritiene sia composta da 40-80membri.

Il gruppo di Zuker e Ryba ha inserito igeni che codificano per due di questirecettori gustativi murini, mT2R5 e

mT2R8, in cellule coltivate in laborato-rio, e ha scoperto che le cellule modifi-cate si attivavano quando venivanoesposte a due sostanze amare. I ricerca-tori hanno osservato che, in particolariceppi di topo, una specifica versione delgene per mT2R5 tendeva a essere corre-lata alla capacità di percepire la sensa-zione di amaro data dall'antibiotico ci-cloesimide, a ulteriore conferma del fat-to che i recettori T2R sono i responsabilidella percezione delle sostanze amare.Ora si stanno cercando i recettori per icomposti dolci. Si sta anche studiandoun recettore che potrebbe essere respon-sabile della percezione di un gusto chegli scienziati giapponesi chiamano urna-mi, liberamente traducibile con «carna-ceo» o «saporito». Nel 1998 NirupaChaudhari e Stephen D. Roper dell'Uni-versità di Miami hanno isolato dai tessu-ti di ratto un recettore che si lega al glu-tammato e hanno proposto che a esso sidebba il gusto umami.

Altri ricercatori, tuttavia, sono ancorascettici sul fatto che l' umami costituiscaun quinto gustc principale, di importan-za pari a dolce, acido, salato e amaro.Sebbene il gusto del glutammato suscitiuna sensazione caratteristica, solo ingiapponese vi è una parola per indicarlo.

Ma il gusto è qualcosa che va moltooltre i semplici recettori per i quattro (ocinque) sapori principali e le interazio-ni biochimiche che essi attivano nellecellule gustative. Anche se tendiamoa pensare alle informazioni gustativein termini di salato, acido, dolce e ama-ro, il sistema gustativo identifica an-che altri attributi dello stimolo chimico.Noi siamo in grado di percepire l'inten-sità di un gusto e se esso sia piacevole,spiacevole o neutro. I neuroni nel cir-cuito del gusto registrano questi attribu-ti contemporaneamente, allo stesso mo-do in cui quelli del sistema visivo raffi-gurano la forma, la brillantezza, il colo-re e il movimento. I neuroni gustativi ri-spondono sovente anche al tatto e allatemperatura.

Il gusto nel cervelloGli scienziati hanno dibattuto lunga-

mente se i singoli neuroni siano sinto-nizzati a rispondere solo a un unico sti-molo come il salato o il dolce - e perciòsegnalino solo una qualità del gusto - ose invece l'attività in un dato neuronecontribuisca alla rappresentazione neu-rale di più di un gusto. Le ricerche diuno di noi (Smith) e di diversi altri col-

leghi mostrano che sia i neuroni gusta-tivi periferici sia quelli centrali rispon-dono solitamente a più di un tipo di sti-molo. Sebbene ciascun neurone reagi-sca più intensamente a un sapore, essodi solito genera una risposta anche auno o più altri stimoli con qualità di gu-sto diverse.

In che modo il cervello rappresenta lediverse qualità gustative se ciascunneurone risponde a molti stimoli di gu-sto differenti? Diversi ricercatori riten-gono che possa farlo solamente gene-rando schemi caratteristici di attivitàche interessano un ampio gruppo dineuroni.

Questa corrente di pensiero è un po'una sorta di «ritorno al futuro» tra colo-ro che studiano il gusto. I primissi-mi studi elettrofisiologici sui neuronigustativi, compiuti all'inizio degli an-ni quaranta da Carl Pfaffmann dellaBrown University, avevano dimostratoche i neuroni periferici non rispondonospecificamente a stimoli che rappresen-tano una singola qualità gustativa, maregistrano un'ampia gamma di gusti.Pfaffmann propose che la qualità delgusto potesse essere rappresentata dalloschema di attività che si rileva nell'in-sieme dei neuroni gustativi, dal mo-

www.lescienzeit

mento che l'attività di ognuno di essiera ambigua. Tuttavia, fra gli anni set-tanta e ottanta, diversi ricercatori inco-minciarono a raccogliere risultati cheindicavano come i singoli neuroni fos-sero sintonizzati principalmente su ungusto. Essi interpretarono questi daticome prova del fatto che l'attività in unparticolare tipo di cellule rappresentiuna qualità gustativa data: un'idea chechiamarono «ipotesi dell'etichetta». Inbase a essa, l'attività nei neuroni che ri-spondono meglio al dolce segnalerebbela qualità della «dolcezza», mentre l'atti-vità in quei neuroni che rispondonomeglio all'acido segnalerebbe «l'acidità»,e così via (si veda l'illustrazione a pagi-na 60 in basso).

Già nel 1983, Smith e i suoi colleghiRichard L. Van Buskirk, Joseph B. Tra-vers e Stephen L. Bieber dimostraronoche le stesse cellule che altri ricercatoriavevano interpretato come «etichette» inrealtà definivano le somiglianze e le dif-ferenze negli schemi di attività dell'in-sieme dei neuroni gustativi. Questo in-dicò che i neuroni in questione erano re-sponsabili della rappresentazione quali-tativa del gusto, sia che fossero conside-rati come etichette, sia che fossero intesicome parti importanti di uno schema so-

vraneuronale. Questi ricercatori chiariro-no inoltre che la distinzione neurale frastimoli di differente qualità dipendevadalla contemporanea attivazione di di-versi tipi cellulari, proprio come la visio-ne dei colori dipende dal confronto delleattività dell'insieme dei fotorecettori pre-senti nell'occhio. Queste e altre conside-razioni ci hanno indotti a propendereper l'idea che gli schemi di attività sianola chiave per codificare l'informazionegustativa.

Oggi sappiamo che cibi dal gusto si-mile evocano analoghi schemi di attivitàin gruppi di neuroni gustativi. Per dipiù, essi possono confrontare questischemi e utilizzare l'analisi statisticamultivariata per costruire un graficodelle somiglianze che i vari sapori deter-minano negli schemi di attivazione. So-no stati effettuati confronti sugli stimoligustativi a partire dalle risposte neuralidel criceto e del ratto. I risultati corri-spondono molto da vicino a grafici ana-loghi generati in esperimenti di compor-tamento, dai quali si deduce quali sti-moli hanno lo stesso gusto e quali inve-ce hanno gusti diversi per gli animali.Dati di questo genere dimostrano che glischemi di attività in insiemi di neuronicontengono un numero di informazio-

65

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L. Weiskrantz

COSCIENZA PERSA E RITROVATA

G. Fraser

ANTIMATERIA

H.C. HughesSENSORY EXOTICA

BIBLIOGRAFIA

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Paxinos, Academic Press, 1990.

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LE SCIENZE 395 / luglio 2001

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, GENI E COMPORTAMENTO

ni sufficiente per discriminare fra i gusti.Quando blocchiamo l'attività di certi

gruppi di neuroni, la discriminazionecomportamentale fra gli stimoli - peresempio quella fra il sale da cucina (clo-ruro di sodio) e suo il sostituto, clorurodi potassio - viene meno. Ciò può essereevidenziato direttamente dopo aver trat-tato la lingua con amiloride, un farmacodiuretico. Thomas P. Hettinger e MarionE. Frank dello University of ConnecticutHealth Sciences Center hanno dimostra-to che l'amiloride riduce le risposte di al-cuni tipi di neuroni gustativi periferici,ma non di altri. Questo farmaco blocca icanali del sodio situati sulle membraneapicali delle cellule dei recettori gustativi- le membrane che si trovano più vicineall'apertura del poro gustativo - ed eser-cita la sua influenza principalmente suineuroni che meglio rispondono al cloru-ro di sodio.

Smith e il suo collega Stephen J. St.John hanno recentemente dimostratoche, nei ratti, il trattamento con amilori-de elimina le differenze nello schema diattività transneuronale fra il cloruro disodio e il cloruro di potassio. L'amiloridecancella anche la capacità del ratto dimettere in atto risposte comportamenta-li diverse a questi stimoli, come hannodimostrato Alan C. Spector e colleghidell'Università della Florida. Anche la ri-duzione dell'attività in altri tipi cellulariannulla le differenze negli schemi tran-sneuronali evocati da questi due sali, main modo completamente diverso. Questistudi hanno dimostrato che la capacitàdi discriminazione gustativa non si devea uno specifico tipo di cellula, ma piut-tosto a un confronto dell'attività di mol-te cellule. Perciò la discriminazione gu-stativa dipende dall'attività relativa didifferenti tipi di neuroni, ciascuno deiquali deve contribuire allo schema com-plessivo di attività perché un individuosia in grado di distinguere fra diversi sti-moli gustativi.

Dato che i neuroni gustativi dannorisposte così ampie, i neurobiologi de-vono confrontare i livelli di attività diuna vasta gamma di cellule per avereun'idea di quale sensazione stiano regi-strando. Nessun tipo di neurone da solo

è in grado di discriminare fra stimolicon caratteristiche diverse, perché unadata cellula può rispondere nello stessomodo a stimoli differenti, a secondadella loro concentrazione relativa. Inquesto senso, il gusto è come la vista,nella quale tre tipi di fotorecettori ri-spondono alla luce in un ampio spettrodi lunghezze d'onda, permettendoci divedere la miriade di sfumature dell'ar-cobaleno. È ben noto che l'assenza diuno di questi pigmenti fotorecettori an-nulla la capacità di discriminare fra icolori, e che questo effetto non si limitacerto alle lunghezze d'onda alle qualiquel recettore è più sensibile. In altreparole, la capacità di distinzione fra unostimolo rosso e uno verde viene menoquando sono assenti o il fotopigmentorosso o quello verde.

Sebbene questa analogia con la visio-ne dei colori fornisca una spiegazioneragionevole per la codificazione neuraledel gusto, si continua a discutere se isingoli tipi di neuroni abbiano un ruolopiù significativo nella codificazione delgusto rispetto alla visione dei colori. Sidiscute anche se il gusto sia un sensoanalitico - nel quale cioè ogni qualitàgustativa sia separata dalle altre - o sin-tetico, come accade per la visione deicolori, dove le diverse combinazionicromatiche producono una particolarequalità. Una sfida alla comprensione deimeccanismi di codificazione neurale al-l'interno di questo sistema sarà quella dideterminare precisamente il rapporto fral'attività di questi neuroni ad ampiospettro e le sensazioni evocate da mi-scele di gusti.

I vari metodi sperimentali usati perstudiare il sistema gustativo - dall'isola-mento delle proteine delle cellule gusta-tive allo studio della rappresentazioneneurale dello stimolo gustativo e dellapercezione dei sapori da parte dell'uomo- stanno creando un quadro più com-pleto del funzionamento del sistema gu-stativo. Queste conoscenze, a loro volta,favoriranno la ricerca di nuovi dolcifi-canti artificiali e di migliori sostituti delsale e dei grassi: in breve, permetteran-no di avere cibi e bevande più sani, sen-za rinunciare a un gusto piacevole.