NEURONI CHE ANTICIPANO LE SCELTE NELL’IPPOCAMPO

 

 

Oltre alla nota importanza per l’apprendimento e la memoria, l’ippocampo svolge un ruolo nei processi cognitivi che ci consentono di prefigurare situazioni, prevedere eventi ed anticipare andamenti o esiti. Simili abilità sono presenti nei roditori, sia pure ad un livello più basso di evoluzione che non include processi strutturati come l’immaginazione umana, e si ritiene che, anche in queste specie, siano possibili grazie all’attività di popolazioni neuroniche ippocampali. La previsione consiste spesso nell’utilizzo appropriato di un apprendimento in una determinata situazione, e consente decisioni che non sarebbero possibili col solo ausilio di un riscontro percettivo.

Johnson e Redish hanno cercato la base di queste funzioni nella regione CA3 dell’ippocampo di ratto (Johnson A. & Redish A. D. Neural ensembles in CA3 transiently encode paths forward of the animal at decision point. J. Neurosci. 27, 12176-12189, 2007).

I due ricercatori hanno studiato le place cells, una popolazione di neuroni ippocampali scoperta nel 1971 da John O’Keefe e Jonathan Dostrovsky, la cui frequenza di scarica si accresce criticamente quando un animale è in una specifica collocazione in un dato ambiente (place field), così che ciascuna cellula ha un suo campo di scarica che corrisponde ad un’area dell’ambiente esterno nel quale si muove l’animale (si veda anche: 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).

Accade talvolta che queste cellule scarichino fuori del campo di propria competenza, un fenomeno noto come extra-field spiking, il cui ruolo fisiologico è ancora oggetto di studio. E’ stata registrata l’attività di questi neuroni in ratti che percorrevano due tipi di labirinto, nei quali vi era una ricompensa in uno dei due bracci, ed un punto di scelta dove l’animale doveva decidere se girare a destra o a sinistra per trovarla.

Usando un nuovo algoritmo di decodifica per misurare le scariche al di fuori dei place fields in millisecondi, i ricercatori hanno individuato nell’area CA3 particolari place cells, attive quando il ratto era nel punto di scelta del labirinto. Analizzando le caratteristiche di questo funzionamento, si è rilevato che i place fields di queste cellule rappresentavano più le posizioni nelle due vie che il ratto poteva seguire dopo il bivio, che quelle delle vie già percorse (codifica anticipatoria temporanea); e si è anche rilevato che i neuroni con i place fields corrispondenti ad un lato, scaricavano tutti prima di quelli il cui campo di competenza era situato sul lato opposto.

Un extra-field spiking si verificava anche quando un ratto faceva una scelta “sbagliata”, ossia nella direzione del braccio privo di ricompensa: in questo caso le raffiche di scarica riguardavano sia le cellule corrispondenti alle posizioni precedenti il punto di scelta, sia quelle correlate alle posizioni successive.

Si è notato che, quando un ratto ha imparato in quale braccio del labirinto troverà la propria ricompensa, la pausa nel punto di scelta si riduce e le place cells corrispondenti alla direzione sbagliata non scaricano più. Un tale adattamento non si è verificato nella serie di esperimenti in cui il sito della ricompensa era imprevedibile.

L’analisi dei potenziali locali di campo (LFP) nei punti di scelta, ha riscontrato la presenza di onde theta e gamma e nessun picco acuto. Si è visto che, mentre i ratti recuperavano la ricompensa, si verificava extra-field spiking, ma in questo caso si rilevava un’attività oscillatoria ad onde acute. Questi rilievi sono importanti alla luce di un fenomeno ben noto in questo tipo di ricerche: nel punto in cui l’animale trova il cibo che costituisce la ricompensa, si ha riattivazione e ripetizione del profilo delle scariche del punto di scelta. In questo caso, invece, l’extra-field spiking nel recupero della ricompensa, era contraddistinto da un’attività diversa da quella manifestata nel punto di scelta.

In conclusione, le evidenze emergenti da questo studio individuano una popolazione di place cells dell’area CA3 dell’ippocampo di ratto, in grado di codificare temporaneamente i percorsi da seguire nell’immediato futuro. La ricerca che proseguirà nel solco tracciato da questo ed altri lavori simili, riuscirà certamente a dare un contributo significativo alla conoscenza delle basi biologiche della facoltà, massimamente espressa nella cognizione umana, di anticipare ed immaginare scelte, soluzioni e comportamenti adatti a casi specifici.

 

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

 

Diane Richmond

BM&L-Gennaio 2008

www.brainmindlife.org