MICROANATOMIA DELL’APPRENDIMENTO

 

 

Lo studio clinico di pazienti e la sperimentazione su animali con lesioni cerebrali focali, ha fornito molti dati sul contributo delle singole regioni dell’encefalo alle funzioni cognitive, ma né le cause di patologia, né le procedure impiegate per procurare artificialmente danno, si sono rivelate selettive abbastanza da risolvere in sottocomponenti strutturali il sostrato neurale dell’apprendimento. Per questo motivo, lo sviluppo di nuove tecniche in grado di operare una sorta di dissezione microscopica che tende a circoscrivere il danno ad un singolo circuito, è oggi di grande attualità e nutre le speranze di molti ricercatori. Due lavori recenti, pubblicati rispettivamente su Neuron e Science, sembrano giustificare le speranze riposte in queste procedure selettive.

Le place cells dell’area CA1 dell’ippocampo codificano la posizione spaziale di un animale nel suo ambiente (si veda: Note e Notizie 26-01-08 Neuroni che anticipano le scelte nell’ippocampo; 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 15-01-05 Funzioni spaziali di CA1 e CA3 dell’Ippocampo). La continua modificazione dei place fields di CA1 è determinata dall’informazione proveniente dalla corteccia entorinale, che arriva sia direttamente sia mediante una rotta multisinaptica indiretta che include CA3 (schematicamente: CA1 = area con collegamento diretto; CA3 = area con collegamento multisinaptico).

Una sperimentazione precedente di Moser e colleghi del Kavli Institute della Norwegian University of Science and Technology, ha consentito di ipotizzare che la via diretta sostenga da sola la formazione dei place fields; in questo nuovo studio è stata esplorata la possibilità che questa via sia necessaria per la sintonia dei place fields.

A questo scopo è stata impiegata una neurotossina che agisce selettivamente sulla parte della corteccia entorinale che proietta all’area CA1 dell’ippocampo, producendo un danno in questo territorio (Brun V. H., et al. Impaired spatial representation in CA1 after lesion of direct input from enthorinal cortex. Neuron 54, 290-302, 2008).

Le registrazioni elettrofisiologiche delle place cells di CA1 hanno mostrato che la lesione riduce la sintonizzazione spaziale di questi neuroni durante l’esplorazione, tanto di ambienti familiari quanto di ambienti nuovi. Le registrazioni delle cellule di CA3 che proiettano a CA1 davano esiti normali, confermando che l’effetto delle lesioni era dovuto alla perdita dell’input diretto e, perciò, che tale via è richiesta per la sintonia delle rappresentazioni spaziali in CA1.

Sebbene Moser e i suoi collaboratori abbiano posto la massima cura per ottenere le lesioni più selettive possibili, si sarebbero avuti dati più discriminati e certi disponendo di un metodo ancora più selettivo, come quello descritto da Tonegawa e colleghi del Picower Institute for Learning and Memory del MIT, nel secondo dei due studi qui recensiti (Nakashiba T., et al. Transgenic inhibition of synaptic transmission reveals role of CA3 output in hippocampal learning. Science 319, 1260-1264, 2008).

I ricercatori hanno generato topi transgenici tripli, in cui l’espressione di una tossina che abolisce la trasmissione sinaptica era posta sotto il controllo di due promotori agenti specificamente sulle sinapsi della via indiretta e un promotore che poteva essere represso dal trattamento con doxiciclina.

Quattro settimane dopo la sospensione della doxiciclina, la trasmissione sinaptica nella via indiretta era significativamente compromessa, così da consentire ai ricercatori di valutarne l’importanza in vari paradigmi sperimentali per lo studio della memoria.

Non è emerso alcun deficit nella formazione o nel richiamo di apprendimenti di memoria spaziale in una prova basata sull’acquisizione lenta, suggerendo che la via diretta possa costituire da sola la base per questa funzione.

Si è rilevato, al contrario, nella formazione rapida di memorie di paura condizionata in singole prove, un deficit significativo, che è emerso anche negli esperimenti di richiamo basati sul completamento di schemi.

Inoltre, Nakashiba e gli altri collaboratori di Tonegawa, hanno rilevato una riduzione nella sintonizzazione spaziale delle place cells di CA1 sia in ambienti conosciuti sia nuovi (coerentemente con quanto registrato dal gruppo di Moser), potendo così concludere che la via indiretta è richiesta per la formazione rapida di rappresentazioni contestuali.

Sebbene questi due studi non ci diano risposte conclusive sul ruolo delle vie diretta ed indiretta nella memoria spaziale, costituiscono un notevole passo in avanti nel difficile progresso della conoscenza dei rapporti fra struttura e funzione nell’apprendimento e nella memoria; e si può anche osservare che gli ingegnosi metodi genetici adottati in questi studi potrebbero avere un’importante applicazione nella risoluzione dei non rari conflitti fra i risultati emergenti dalla ricerca farmacologica e gli esiti dello studio di lesioni.

Infine, la via tracciata da questo tipo di esperienza ci sembra cruciale, perché la comprensione del ruolo dei circuiti diretti e multisinaptici che legano la corteccia a specifiche forme di elaborazione ippocampica, contribuirà a definire un paragrafo importante nel nuovo capitolo delle neuroscienze dedicato alla microanatomia dell’apprendimento.

 

L’autrice della nota ringrazia la dottoressa Floriani per la correzione della bozza.

 

Diane Richmond

BM&L-Aprile 2008

www.brainmindlife.org