SCOPERTA NUOVA FUNZIONE
DELLE PLACE CELLS DELL’IPPOCAMPO
Le place cells dell’ippocampo sono neuroni la cui frequenza di scarica aumenta in modo impressionante quando un animale si situa in un posto specifico di uno spazio vitale. Questo posto è definito in base al campo al quale appartiene il gruppo di cellule considerato (place cell’s place field); in altre parole questi neuroni sembrano essere ripartiti in aree di competenza topografica.
Il ruolo fisiologico delle place cells non è stato ancora compreso e, dalla loro scoperta, l’interrogativo circa il significato della loro ordinata attivazione in gruppi corrispondenti a luoghi, è rimasto senza risposta.
Hok e i suoi collaboratori, indagando le risposte di questi neuroni ippocampali, ne hanno individuato una nuova funzione (Hok V. et al. Goal-related activity in hippocampal place cells. J. Neurosci. 27, 472-482, 2007).
I ricercatori hanno addestrato dei ratti all’esecuzione di compiti basati sulla conoscenza esplorativa di un luogo circoscritto (place navigation task) che, in questo caso, era costituito da una recinzione circolare.
Un erogatore collocato in alto rilasciava un piccolo bolo di cibo ogni volta che un ratto si fermava all’interno del recinto, per almeno due secondi, in un luogo legato a uno scopo predefinito: il bolo poteva cadere dovunque ma, in genere, fuori della “goal-zone”, per evitarne la diretta associazione con la ricompensa alimentare. E’ stata studiata l’attività dei neuroni dell’ippocampo mettendola in relazione con il comportamento nelle varie fasi di una place navigation task.
E’ risultato che ben l’84% delle place cells, il cui campo topografico (place
field) non corrispondeva alla “goal
zone”, si accendevano quando un ratto entrava in questa zona, mostrando di
possedere un secondo evocatore di risposta, oltre il place field, costituito dall’essere nella “goal zone”. E’ importante notare che l’attivazione
si verificava solo quando il ratto si trovava nella “goal zone” in attesa della
caduta dall’alto della pillola di cibo rilasciata dell’erogatore, e non quando
era nella stessa area cercando il bolo da mangiare. Questa evidenza indicava
che l’accensione dei neuroni dovuta alla collocazione dell’animale in una zona
associata ad uno scopo, non era legata alla ricerca di una ricompensa.
Molte place cells mostravano un graduale incremento di attività, con un primo picco dopo
1 – 1,2 secondi dall’entrata nella “goal zone”, ed un secondo picco in corrispondenza
del rilascio della pillola di cibo.
I ratti
eseguivano la place navigation
task in due diverse versioni, una
normale ed una facilitata. Nel primo caso la “goal zone” era invisibile ed il
ratto doveva determinare la sua posizione in rapporto ad un contrassegno presente
sulla parete della recinzione; nel secondo caso la “goal zone” era resa ben
evidente da un disco di metallo fissato sul pavimento dello spazio circolare.
In questa versione l’attività delle place
cells aumentava appena i ratti
raggiungevano la piastra di metallo. I ricercatori hanno interpretato questa
differenza ipotizzando che l’attivazione dei neuroni corrisponda al compimento
dell’aspettativa del ratto di trovarsi nel posto giusto.
Hok e i
suoi collaboratori hanno preso in considerazione un dubbio critico circa l’interpretazione
dei risultati ottenuti: l’attivazione in funzione di uno scopo di così tante
cellule associate al luogo, potrebbe riflettere un’accresciuta eccitabilità
complessiva di tutte le reti neuroniche dell’ippocampo e, perciò, non avere lo
specifico significato da loro attribuito. Per mettere alla prova questa ipotesi,
i ricercatori hanno confrontato il rilievo elettroencefalografico corrispondente
alla regione CA1 dell’ippocampo, con l’attività delle place cells durante le prove.
Il
risultato è apparso netto ed inequivocabile: le onde più acute e la più alta
frequenza dovute all’aumento di eccitabilità ippocampale, non avevano alcun rapporto
con la scarica delle place cells legata alla “goal zone”.
Hok e i
suoi colleghi conciliano le conoscenze pregresse con i risultati della loro
ricerca in questa sintesi: le place
cells segnalano che l’animale è
nel posto giusto in un determinato contesto.
Concludo
questa nota con una riflessione a proposito della sorpresa manifestata da
alcuni neurobiologi per la scoperta di una “seconda funzione” delle place cells.
Se si ha presente che la specializzazione funzionale di un gruppo neurale non è la conseguenza di un’istruzione come quella che possiamo impartire ad un programma di simulazione computerizzato, ma è il portato della selezione dovuta a numerosi fattori ambientali che agiscono contemporaneamente su un sistema complesso, non si avrà difficoltà ad ipotizzare più compiti per uno stesso insieme di cellule. D’altra parte, quelle che appaiono funzioni distinte secondo i criteri correntemente applicati dai ricercatori, potrebbero in realtà rappresentare aspetti di una stessa funzione nella logica del cervello. Si spera che l’insieme dei risultati di cui si disporrà al termine di questo periodo di intensi studi, potrà contribuire proprio alla comprensione della logica che lega il ruolo di singoli gruppi di neuroni alla fisiologia dei sistemi.
L’autrice
della nota ringrazia Giuseppe Perrella con il quale ha discusso ed elaborato l’argomento
trattato, ed Isabella Floriani per la correzione della bozza.