LA SCOPERTA DELLE
BORDER CELLS
Prevista sulla base di modelli computerizzati, l’esistenza di un tipo cellulare in grado di rilevare specificamente i confini dell’ambiente in cui è posto un animale è stata provata oltre ogni ragionevole dubbio nel laboratorio di Moser (Solstad T., Boccara C.N., Kropff E., Moser M. B. & Moser E. I. Representation of geometric borders in the entorhinal cortex. Science 322, 1865-1868, 2008).
Lo studio delle basi neurobiologiche di varie abilità connesse con la capacità degli animali di dominare uno spazio esplorandolo, orientandosi, ripartendolo in parti con significati diversi, gestendolo in funzione della propria posizione e di quella di elementi rilevanti, ha consentito di individuare un sistema con sede nella corteccia entorinale e nell’ippocampo che, attraverso la straordinaria organizzazione di place cells, grid cells e head direction cells, definisce la mappa cognitiva dell’ambiente e le operazioni di base per la gestione dei comportamenti adeguati allo spazio ed alla circostanza. Al mosaico della composizione cellulare di questo sistema si aggiunge una nuova tessera, costituita da queste “border cells” che divengono attive quando l’animale è prossimo al confine di un ambiente.
In ratti alle prese con l’esplorazione del proprio ambiente, Moser e i colleghi del Kavli Institute for Systems Neuroscience e del Centre for the Biology of Memory della Norwegian University of Science and Technology, hanno registrato simultaneamente l’attività di molte cellule della corteccia entorinale mediale, che ivia inputs all’ippocampo e ai neuroni adiacenti del parasubiculum. In tutti gli strati della corteccia entorinale mediale, circa il 10% delle cellule registrate si attivava specificamente quando il roditore si muoveva lungo le pareti che formavano la recinzione dello spazio definito per gli esperimenti. Questi neuroni si presentavano sparsi nei vari strati della corteccia e spesso interposti fra grid cells e head direction cells.
Per cercare di stabilire con precisione l’origine dell’attività di queste cellule e, in particolare, se questa dipendesse dalle pareti della recinzione o da altre tracce ambientali, i ricercatori hanno modificato in vario modo il formato delle pareti. Accrescendo la lunghezza del perimetro verso nord, sud, est od ovest, aumentavano le dimensioni del campo di scarica dei neuroni identificati, e i campi erano localizzati in corrispondenza della lunghezza delle pareti.
Allora Moser e colleghi hanno introdotto una nuova parete, parallela ad una del perimetro, nel mezzo dello spazio circoscritto a disposizione dei roditori. Questo nuovo limite spaziale ha prodotto la comparsa nelle “border cells” di un nuovo campo di scarica.
I risultati fin qui riportati non consentono di attribuire al comportamento di questi neuroni la definizione funzionale di “cellule del confine”, infatti potrebbero rispondere specificamente a strutture conformate come piani verticali, ossia muri, pareti o, in generale, ostacoli insormontabili. Per verificare questa possibilità, i ricercatori hanno rimosso le pareti e trasferito su un tavolo il riquadro costituente il territorio artificiale dei ratti: il rilievo dell’attività elettrica dei neuroni studiati ha conservato lo stesso profilo, indicando che le risposte non sono legate alla presenza di barriere verticali, ma a ciò che corrisponde al nostro concetto di limite spaziale.
Ulteriori verifiche hanno permesso di confermare il profilo fisiologico di questi neuroni. Infatti, spostando le pareti in altre camere o modificandone la configurazione da quadrangolare a circolare, non si rilevava un cambiamento nei campi di scarica e l’estensione di ciascun campo copriva un’area di proporzioni simili, indipendentemente dalla forma delle pareti.
I ricercatori, traendo le conclusioni dall’insieme dei risultati ottenuti, ipotizzano che i neuroni da loro scoperti possano avere un ruolo nel pianificare traiettorie e nell’ancorare i campi delle grid cells e delle place cells ad una cornice geometrica di riferimento.
E’ molto probabile che le border cells integrino le funzioni di place cells, grid cells e head direction cells nella costituzione della mappa cognitiva dell’ambiente, partecipando a quella straordinaria orchestrazione di automatismi che garantisce agli animali un comportamento efficace, adeguato ed intelligente negli ambienti nuovi come in quelli abituali. La prossima sfida per la ricerca sarà senz’altro riuscire a stabilire come l’informazione specializzata viene trasferita fra i vari tipi neuronici che partecipano alla costituzione di questo computer di bordo naturale posto fra la corteccia entorinale e l’ippocampo.
Per meglio inquadrare il valore della scoperta delle border cells si suggeriscono le letture seguenti:
- Note e Notizie
05-04-08 Microanatomia dell’apprendimento
(fa riferimento ad altri studi del gruppo di Moser e tratta dei rapporti fra place cells e apprendimento);
- Note e Notizie 06-10-07 Griglia esagonale e ippocampo
(la nota ripercorre le tappe della scoperta della mappa cognitiva dello spazio e illustra i ruoli delle grid cells della corteccia entorinale anche in rapporto alle place cells dell’ippocampo; le grid cells, che contribuiscono a fornire un costante aggiornamento della posizione di un individuo rispetto allo spazio che lo circonda, secondo un’interpretazione di vari risultati sperimentali sembra possano essere anche alla base della memoria episodica);
- Note e Notizie 10-03-07 Scoperta nuova funzione delle place cells dell’ippocampo
(recensisce l’individuazione di un nuovo ruolo funzionale delle place cells).
L’autrice
della nota, che ringrazia la dottoressa Floriani per la correzione della bozza,
invita a scorrere l’elenco delle “Note e Notizie” per altre recensioni di
argomento connesso.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]