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.
[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.