L’attività della corteccia motoria durante i movimenti di sonno e veglia si affina nello sviluppo ma continua a rimanere in ritardo rispetto al nucleo rosso

Come i neonati imparano a muoversi

Chiunque abbia osservato un neonato addormentato avrà notato piccoli sussulti scattosi di zampe o dita. Questi movimenti apparentemente casuali si rivelano pratica cruciale per il cervello. Questo studio su giovani ratti pone una domanda semplice ma profonda: man mano che il cervello cresce, come si sposta il controllo del movimento dai centri profondi e primitivi verso lo strato esterno più sofisticato noto come corteccia? Seguendo l’attività cerebrale durante sonno e veglia, gli autori rivelano come avvenga questo passaggio — e perché le scosse del sonno potrebbero essere essenziali per apprendere movimenti fluidi.

Due centri del movimento in un cervello in crescita

Nei primi stadi di vita, la struttura principale che effettivamente guida i movimenti degli arti è un hub profondo chiamato nucleo rosso, mentre la corteccia motoria si trova “a monte”, non ancora al comando. Eppure la corteccia è piena di attività ogni volta che gli arti si muovono, specialmente durante le scosse del sonno REM. I ricercatori volevano sapere quali movimenti specifici fossero legati a questa attività, quanto precisamente la corteccia li segua nel tempo e se la corteccia talvolta si attivi prima dell’inizio del movimento — un segnale chiave che sta cominciando a inviare comandi anziché limitarsi ad ascoltare.

Per rispondere a queste domande hanno registrato l’attività elettrica di singole cellule cerebrali nell’area degli arti anteriori della corteccia motoria in cuccioli di ratto da 12 a 24 giorni di età. Gli animali avevano la testa fissata ma potevano camminare, pulirsi e dormire liberamente in una “Mobile HomeCage” galleggiante, mentre telecamere catturavano piccole scosse degli arti e movimenti più grandi durante la veglia. All’età più avanzata il gruppo ha registrato simultaneamente anche dal nucleo rosso, permettendo un confronto diretto tra questo motore sottocorticale e la corteccia ancora in sviluppo.

Che cosa sa la corteccia — e quando lo sa

In tutte le età osservate, più della metà dei neuroni della corteccia motoria registrati si attivava sia durante le scosse del sonno REM sia durante i movimenti volontari dell’arto anteriore in veglia. Sfruttando il fatto che le scosse sono brevi e spesso coinvolgono una sola parte del corpo, il team ha potuto testare quanto specificamente la corteccia risponda. Hanno scoperto che le cellule nell’area degli arti anteriori rispondevano con forza alle scosse degli arti anteriori ma non a quelle degli arti posteriori, dei baffi o della coda. Questa mappatura corporea precisa — essenzialmente, una “mappa della zampa” — era già presente al giorno 12 di vita.

Con la maturazione dei cuccioli, il timing delle risposte corticali è diventato più nitido. Gli scoppi di attività legati a ciascuna scossa si sono fatti più brevi e si sono spostati più vicino al momento del movimento, indicando un’elaborazione più raffinata. È importante che la frazione di spike corticali che si verificavano appena prima della scossa sia aumentata gradualmente fino a circa un quinto entro il giorno 20–24. Quella attività premovimento suggerisce che la corteccia stia iniziando a partecipare alla pianificazione o all’inizio del movimento, non solo a registrare il feedback sensoriale dopo il movimento dell’arto.

Il nucleo rosso guida ancora la danza

Quando i ricercatori hanno confrontato la corteccia motoria con il nucleo rosso al giorno 24 è emerso un quadro diverso. I neuroni del nucleo rosso si attivavano prima dei neuroni corticali sia attorno alle scosse del sonno sia ai movimenti in veglia, e una porzione molto più ampia della loro attività avveniva prima dell’inizio del movimento. L’attività del nucleo rosso tendeva anche a durare più a lungo, suggerendo un segnale di comando più forte e sostenuto. Alcuni neuroni del nucleo rosso erano altamente selettivi, attivandosi principalmente durante particolari comportamenti di veglia come movimenti di pulizia verso il viso, e modulando il loro firing sia in funzione della direzione sia dell’ampiezza del movimento. Al contrario, i neuroni corticali risultavano in genere meno schizzinosi: la maggior parte si attivava semplicemente di più quando i movimenti erano più grandi, indipendentemente dalla direzione precisa o dall’azione specifica.

Perché le scosse del sonno contano ancora

Interessante, sebbene la proporzione di cellule corticali guidate dalle scosse del sonno diminuisse con l’età, un sottoinsieme significativo restava reattivo alle scosse anche al giorno 24. Questo suggerisce che le scosse continuino a fornire informazioni preziose alla corteccia fino al periodo immediatamente precedente al suo acquisire il controllo diretto degli arti. Gli autori propongono che il nucleo rosso generi schemi di movimento strutturati, sia durante il sonno sia durante la veglia, che vengono poi “visti” dalla corteccia attraverso segnali sensoriali in arrivo. Nel tempo, questo accoppiamento ripetuto permette ai circuiti corticali di sintonizzarsi sulle cinetiche dettagliate degli arti.

Un cervello in allenamento, non ancora al comando

In termini pratici, questo lavoro mostra che nei giovani animali il nucleo rosso profondo agisce come un istruttore alla guida, mentre la corteccia motoria viaggia sul sedile del passeggero, osservando ogni svolta. Verso le tre settimane di età, la corteccia presta maggiore attenzione e occasionalmente cerca il volante — come si vede nella sua crescente attività premovimento — ma rimane comunque in ritardo rispetto al nucleo rosso in termini di tempistica e precisione. Il feedback continuo sia dalle scosse del sonno sia dai movimenti di veglia sembra addestrare la corteccia finché questa non potrà infine assumere gran parte della guida. Capire questo passaggio nello sviluppo aiuta a spiegare perché il sonno e i movimenti spontanei nelle prime fasi di vita sono così vitali per costruire il controllo cerebrale delle azioni abilità.

Citazione: Reid, M.R., Sattler, N.J. & Dooley, J.C. Motor cortex activity during sleep and wake movements sharpens across development but continues to lag the red nucleus. Sci Rep 16, 12872 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41754-2

Parole chiave: sviluppo della corteccia motoria, scosse del sonno, nucleo rosso, controllo motorio nei neonati, maturazione sensomotoria