GRIGLIA ESAGONALE E IPPOCAMPO
Una griglia di neuroni, detti “grid cells” (cellule griglia), popola aree della corteccia cerebrale prossime all’ippocampo, elaborando dati spaziali che contribuiscono alla formazione ed alla conservazione di memorie autobiografiche. La scoperta di questo sistema ha cambiato la visione delle basi neurobiologiche di funzioni cognitive importanti per l’identità e richiama l’attenzione su possibili futuri sviluppi della ricerca (James J. Knierim, The Matrix in Your Head. Sci. Am. MIND 18 (3): 42-49, 2007; si veda anche A. David Redish, A Window into Cognition, ibidem, p. 47).
Studi recenti hanno dimostrato che la mappa cognitiva dell’ambiente non nasce esclusivamente nell’ippocampo, ma richiede l’intervento delle grid cells della corteccia entorinale, che contribuiscono anche a fornire un costante aggiornamento della posizione di un individuo rispetto allo spazio che lo circonda.
Ripercorriamo in sintesi le tappe che hanno preceduto l’identificazione delle grid cells.
Il ruolo dell’ippocampo nella formazione di nuove memorie è noto fin dal 1953, quando la rimozione terapeutica di gran parte di questa formazione del sistema limbico precluse la possibilità al paziente H. M. di riconoscere la dottoressa Milner, pur continuando ad incontrarla regolarmente.
L’identificazione di un ruolo dell’ippocampo nella memoria spaziale, si fa risalire al 1971, quando John O’Keefe e Jonathan Dostrovsky scoprirono le place cells, ossia neuroni ippocampali, ciascuno dei quali si attiva quando un ratto occupa una specifica posizione nella gabbia e rimane silente quando l’animale è in qualsiasi altro posto.
Negli anni successivi si ebbe conferma dell’esistenza di simili cellule in altre specie, inclusa la nostra.
Gli studi degli anni seguenti indussero O’Keefe e Lynn Nadel a proporre l’ippocampo come sede di una mappa cognitiva dell’ambiente. Nel tempo si era fatta strada l’idea che le place cells contribuissero ad organizzare le esperienze nello spazio, fornendo il quadro di contesto per la codifica delle relazioni fra gli eventi. Sebbene questa ipotesi sia stata oggetto di dibattito per oltre due decenni, ha finito per essere accettata dalla maggior parte dei ricercatori, sia pure con modifiche o riserve.
Una notevole mole di dati sperimentali sembrava concordare sull’importanza dei neuroni ippocampali nel fornire un adeguato contesto ai ricordi e, perciò, si è attribuito loro un ruolo nella memoria episodica. Rimanevano, tuttavia, da scoprire i meccanismi mediante i quali si creano tali rappresentazioni di contesto; un problema che si presentava di non facile soluzione, perché non si riusciva a stabilire l’origine delle informazioni necessarie all’ippocampo per le sue elaborazioni.
Il procedere degli studi evidenziò che la corteccia entorinale sembrava in grado di codificare informazioni spaziali, anche se con minore precisione. A lungo si è ritenuto che questa regione corticale prossima al lobo limbico avesse un ruolo accessorio nella codifica di dati relativi allo spazio, e molti ricercatori sostengono ancora questa tesi.
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, hanno rovesciato l’opinione prevalente, ponendo al centro della rete che elabora le informazioni di contesto, i neuroni di questa griglia.
A differenza delle place cells, che scaricano quando un ratto occupa una singola e specifica posizione, le grid cells rispondono quando l’animale è in una delle varie posizioni possibili di una griglia perfettamente esagonale, come se ogni cellula corrispondente a una posizione fosse collegata da un preciso reticolo geometrico a un certo numero di punti di allarme che la fanno accendere. Infatti, le localizzazioni che attivano ogni data grid cell hanno precisa corrispondenza in una rete funzionale costituita da maglie scomponibili in due triangoli equilateri giustapposti.
Nulla di simile era stato rilevato e descritto in passato.
Per avere un’idea del rapporto fra la rete della corteccia entorinale mediale e lo spazio fisico occupato da un animale, si immagini un tavolo sul quale si dispongano dei piatti accostati con regolare precisione, in modo da ricoprirne tutta la superficie. Questa immagine può rappresentare il pattern di attivazione dei neuroni griglia: ogni volta che un animale si avvicina al centro di un piatto, si accende una di queste cellule. Le grid cells sono associate a schemi-griglia che si sovrappongono fra loro; le griglie di neuroni vicini sono di dimensioni simili, ma si presentano come lievemente sfasate l’una rispetto all’altra.
L’insieme di queste reti esagonali sembra aggiornare costantemente il senso di localizzazione di un ratto, anche in assenza di inputs sensoriali. Si ritiene che questo sistema di orientamento straordinariamente preciso, possa costituire il contesto in base al quale le place cells dell’ippocampo possono funzionare.
La scoperta delle grid cells è senz’altro la più rilevante fra quelle ottenute mediante il metodo del single-unit recordings e, insieme con altre, sta contribuendo a modificare la visione classica della neurofisiologia cerebrale.
A nostro avviso, tuttavia, c’è ancora molta strada da percorrere per definire le basi biologiche della memoria episodica. Sarà necessario, ad esempio, conoscere molto più profondamente l’organizzazione funzionale dell’ippocampo e i suoi rapporti con la corteccia; in particolare, si dovrà chiarire il ruolo delle afferenze da una delle aree più importanti fra quelle direttamente connesse, ossia la corteccia entorinale laterale.
Riferimenti
bibliografici essenziali:
Una trattazione
introduttiva ormai classica:
A. David Redish, Beyond the Cognitive Map. MIT Press, 1999.
(Disponibile su www.mitpress.mit.edu).
Due lavori
fondamentali:
Torkel Hafting, Marianne Fyhn, Sturla Molden, May-Britt
Moser and Edvard I. Moser, Microstructure of a Spatial Map in the Entorhinal
Cortex. Nature 436, 801-806, 2005.
Francesca Sargolini, Marianne Fyhn, Torkel Hafting, Bruce
L. McNaughton, Menno P. Witter, May-Britt Moser and Edvard I. Moser,
Conjunctive Representation of Position, Direction, and Velocity in Entorhinal
Cortex. Science 312, 758-762, 2006.
L’autrice della nota ringrazia i soci che hanno
condiviso lo studio dell’argomento e corretto la bozza.