Immagini in vivo di place cells dell’ippocampo durante l’esplorazione di uno spazio virtuale

 

 

NICOLE CARDON

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno VIII - 16 ottobre 2010.

Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). La sezione “note e notizie” presenta settimanalmente note di recensione di lavori neuroscientifici selezionati dallo staff dei recensori fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento rientra negli oggetti di studio dei soci afferenti alla Commissione Scientifica, e notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società Nazionale di Neuroscienze.

 

 

[Tipologia del testo: RECENSIONE]

 

La scoperta e lo studio delle place cells e delle altre popolazioni cellulari che compongono la griglia di orientamento e regolazione degli spostamenti nell’ambiente[1], ha consentito di fare progressi nella comprensione di vari aspetti del comportamento motorio dei mammiferi ed attualmente,  di frequente, la spatial navigation è impiegata come compito comportamentale nei roditori per lo studio dei circuiti neuronici alla base di vari processi cognitivi, di memoria e di apprendimento. In particolare, la combinazione di tecniche di microscopia in vivo con indicatori geneticamente codificati ha fornito un nuovo importante strumento per lo studio funzionale di piccoli circuiti neuronici. Nella pratica di laboratorio, però, l’applicazione di queste tecniche nell’animale in attività si è rivelata notevolmente difficoltosa. Dombeckt e i suoi collaboratori del Department of Molecular Biology and Princeton Neuroscience Institute, Princeton University e dell’Howard Hughes Medical Institute, Janelia Farm Research Campus, Ashburn (Virginia), hanno sviluppato metodi praticabili ed efficaci che hanno consentito di ottenere immagini funzionali delle place cells dell’ippocampo al livello cellulare e sub-cellulare durante compiti di “navigazione” (Daniel A. Dombeckt et al. Functional Imaging of hippocampal place cells at cellular resolution during virtual navigation. Nature Neuroscience [advance online publication doi: 10.1038/nn.2648], 2010).

Si da il nome di place cells ad una popolazione di neuroni scoperta nel 1971 da John O’Keefe e Jonathan Dostrovsky nella regione CA3 dell’ippocampo di ratto[2]. La particolarità fisiologica di queste cellule è costituita dal fatto che la frequenza di scarica di ciascuna di esse si accresce criticamente quando l’animale è in una specifica collocazione in un dato ambiente, così che ognuna ha un suo campo di scarica (place field) che corrisponde ad un’area dell’ambiente esterno nel quale si muove l’animale. Dopo la prima identificazione nei roditori, le place cells sono poi state scoperte in numerose specie, inclusa la nostra[3].

Nell’interessante sperimentazione, per il cui dettaglio si rimanda alla lettura del lavoro originale, i ricercatori hanno ottenuto immagini dell’attività di neuroni della regione CA1 dell’ippocampo di topi attivamente impegnati a percorrere lo spazio definito dalla prove sperimentali. Attraverso una finestra ippocampale cronica, sono state ottenute visualizzazioni delle cellule che esprimevano GCaMP3, un indicatore del calcio geneticamente codificato. Durante gli esperimenti i topi, monitorati attraverso la finestra cranica, eseguivano i loro compiti di spostamento nello spazio in un set di rilevazione combinante un sistema di realtà virtuale con un microscopio bifotonico (custom-built two photon microscope).

Su questa base Dombeckt e colleghi hanno identificato otticamente le popolazioni di place cells e hanno determinato la correlazione fra la localizzazione dei loro place-fields nell’ambiente virtuale e la loro posizione anatomica nel circuito locale.

La nitida chiarezza dei risultati e la praticabilità delle tecniche nei modi proposti da questi ricercatori, fa supporre che la combinazione di realtà virtuale ed imaging funzionale ad alta risoluzione darà luogo ad una nuova generazioni di studi dedicati all’indagine delle dinamiche dei circuiti neuronici durante il movimento che accompagna le attività fisiologiche quotidiane degli animali.

 

L’autrice della nota ringrazia la dottoressa Floriani per la correzione della bozza ed invita alla lettura degli scritti di argomento connesso che compaiono su questo sito.

 

Nicole Cardon

BM&L- 16 ottobre 2010

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

_____________________________________________________________________________________________________________________

 

La Società Nazionale di Neuroscienze BM&L-Italia, affiliata alla International Society of Neuroscience, è registrata presso l’Agenzia delle Entrate di Firenze, Ufficio Firenze 1, in data 16 gennaio 2003 con codice fiscale 94098840484, come organizzazione scientifica e culturale non-profit.

 

 

 

 



[1] Per place cells, head direction cells, grid cells e border cells si vedano Note e Notizie 10-03-07 Scoperta una nuova funzione delle place cells dell’ippocampo; Note e Notizie 06-10-07 Griglia esagonale e ippocampo; Note e Notizie 26-01-08 Neuroni che anticipano le scelte nell’ippocampo; Note e Notizie 05-04-08 Microanatomia dell’apprendimento; Note e Notizie 14-02-09 La scoperta delle border cells (al termine di questo scritto si trovano i riferimenti ad altre recensioni di lavori recenti con una breve illustrazione del contenuto ed il link per facilitarne la lettura); Note e Notizie 21-11-09 Grid e place cells in un ambiente compartimentato; si veda anche: Note e Notizie 18-10-08 La base ippocampale della rievocazione.

[2] Le place cells sono presenti in CA1 e CA3 dell’ippocampo, dove sono neuroni piramidali, mentre nel giro dentato le place cells hanno la morfologia dei granuli o cellule granulari.

[3] Gli studi degli anni seguenti indussero O’Keefe e Lynn Nadel a proporre l’ippocampo come sede di una mappa cognitiva dell’ambiente. Edvard Moser, May-Britt Moser e i loro colleghi della Norwegian University of Science and Technology, descrivendo in una serie di lavori un sistema di cellule conformate a griglia nella corteccia entorinale mediale, rovesciarono l’opinione prevalente, ponendo al centro della rete che elabora le informazioni di contesto, i neuroni di questa griglia. Per una ricostruzione delle tappe che portarono alla definizione del sistema di spatial navigation dei mammiferi e per i rapporti del sistema con le memorie ippocampali si veda Note e Notizie 06-10-07 Griglia esagonale e ippocampo, dove si riportano anche alcuni riferimenti bibliografici per approfondimenti.