La corteccia dei primati nella memoria temporale

 

 

GIOVANNI ROSSI

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XV – 09 dicembre 2017.

Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.

 

 

[Tipologia del testo: RECENSIONE]

 

Il ruolo principale attribuito alla corteccia prefrontale nel suo insieme dalla ricerca degli ultimi due decenni consiste nell’organizzazione temporale dell’azione; in particolare, è stato accertato che in questa regione cerebrale hanno luogo le dinamiche associate di processi che garantiscono l’organizzazione di sequenze dirette ad uno scopo nel comportamento, nel ragionamento e nel parlare. Lo studio di questo ruolo, basato sull’analisi della gestalt temporale, costituita dal fine che si vuol raggiungere insieme con le relazioni tra i sottoprocessi, e sul ciclo percezione-azione, rappresenta uno dei settori più seguiti della ricerca fisiologica sulla corteccia prefrontale. La rappresentazione del tempo, intesa soprattutto come memoria della sequenza di eventi o successione di elementi, ha un’importante sede di elaborazione nel lobo temporale mediale, incluso l’ippocampo, struttura cardine per vari processi di memoria. I progressi compiuti negli anni recenti hanno fornito una notevole quantità di dati e nozioni sulle basi neurofunzionali di questi processi mentali; tuttavia, il contributo specifico e rispettivo delle regioni prefrontali e temporali del cervello non è stato ancora chiarito. Appare perciò interessante uno studio condotto a questo scopo sul macaco, una scimmia che è da tempo il primate preferito dalla ricerca sulla corteccia cerebrale per la notevole similarità morfo-funzionale della sua struttura corticale con quella umana.

Naya e colleghi, durante la fase di codifica di un compito di memorizzazione dell’ordine temporale di eventi, hanno comparato i patterns di attività neurale dei neuroni della corteccia prefrontale laterale con quelli delle cellule nervose appartenenti a tre diverse aree dei lobi temporali mediali e all’area visiva TE. I ricercatori hanno rilevato che, mentre molte cellule in queste regioni segnalavano l’informazione relativa all’identità degli elementi, all’ordine nel tempo e alla combinazione di queste due caratteristiche, altri neuroni in queste regioni impiegavano strategie di codifica specifiche e bene distinte.

La corteccia prefrontale segnalava l’informazione circa la congiunzione fra l’elemento e l’ordine temporale, così come il ritardo di attività selettivo per lo stimolo che è bene definito per le azione pianificate. In contrasto, le aree corticali del lobo temporale mediale mostravano segnali basati sull’elemento, modulati dall’ordine nel tempo, così come rilevanti segnali di temporizzazione incrementale, che sono bene definiti per la memoria episodica.

(Naya Y., et al., Contributions of primate prefrontal cortex and medial temporal lobe to temporal-order memory. Proceedings of the National Academy of Sciences USA – Epub ahead of print doi: 10.1073/pnas.1712711114, 2017).

La provenienza degli autori è la seguente: School of Psychological and Cognitive Sciences, Center for Life Sciences, International Data Group (IDG) McGovern Institute for Brain Research Beijing Key Laboratory of Behavior and Mental Health, Peking University, Beijin (Cina); Interdisciplinary Institute of Neuroscience and Technology, Zhejiang University, Hangzhou (Cina); Center for Neural Science, New York University, New York, NY (USA).

[Edited by Larry Squire, Veterans Affairs San Diego Healthcare System, San Diego, CA (USA)].

In precedenza si è accennato circa l’attività complessiva della corteccia prefrontale, si può osservare che, nella realtà della nostra esperienza quotidiana e della vita naturale delle scimmie, raramente le funzioni individuate sperimentalmente operano isolatamente, agendo in genere sinergicamente per ottenere l’organizzazione temporale dell’azione, ossia l’ordinata sequenza di atti discreti finalizzati ad uno scopo. Questo compito sopra-ordinato dell’organizzazione temporale dei processi, che consiste nell’elaborazione collegata di tutte le componenti cognitive ed emozionali della fisiologia della corteccia prefrontale, sembra essere di assoluta importanza non solo nell’esecuzione materiale e motoria delle azioni della vita quotidiana, ma anche nell’organizzazione del ragionamento e dell’espressione verbale del pensiero.

Le dinamiche neurali dell’organizzazione temporale nella corteccia prefrontale sono ordinariamente interpretate secondo il paradigma del ciclo percezione-azione. Con questa denominazione si intende il “flusso cibernetico circolare di elaborazione dell’informazione tra l’organismo e l’ambiente in una sequenza di azioni dirette ad uno scopo”[1]. Infatti, un’azione dell’organismo causa un cambiamento ambientale, che sarà elaborato dai sistemi sensoriali, che produrranno segnali per informare l’azione seguente, e così via. Questo ciclo è di primaria importanza per il successo adattativo di una gestalt di adattamento temporalmente estesa, nella quale ciascuna azione è conseguente agli effetti della precedente. Il ciclo opera a tutti i livelli del sistema nervoso centrale: i comportamenti semplici, automatici e bene sperimentati impegnano soltanto i livelli più bassi, dove l’integrazione senso-motoria avviene nel midollo spinale e nelle formazioni sottocorticali; i comportamenti complessi, nuovi ed estesi nel tempo impegnano la neocorteccia e le connessioni fra corteccia di associazione prefrontale e posteriore. Si ritiene che la corteccia prefrontale sia posta al livello più alto del ciclo percezione-azione con la funzione di integrare nel tempo atti e percetti per i fini di volta in volta attuali[2].

Seguendo Fuster, l’integrazione temporale è il fondamento dell’organizzazione nel tempo, con la corteccia prefrontale che svolge il ruolo cruciale di integrare le contingenze temporali. Tale ruolo assume un’importanza particolare nella neurofisiologia della comunicazione verbale, in quanto si assume che la corteccia prefrontale - particolarmente quella dell’emisfero sinistro che nella maggior parte delle persone controlla recezione ed esecuzione del linguaggio - sia essenziale per la strutturazione e la decodifica dei messaggi verbali prodotti e ricevuti sulla base di una logica temporale rappresentata dalla sintassi della lingua, considerata un caso speciale della “sintassi dell’azione”[3].

Gli studi neurofisiologici e neuropsicologici hanno dimostrato ed enfatizzato il ruolo della corteccia prefrontale nel mantenere l’informazione relativa all’ordine temporale degli eventi o degli elementi relativi alle azioni imminenti (prossime); d’altra parte, il lobo temporale mediale è stato considerato di importanza critica per legare i singoli eventi o elementi al loro contesto temporale nella memoria episodica.

Huji Naya e colleghi hanno caratterizzato nel macaco i contributi di queste aree cerebrali, comparando l’attività di singole regioni dorsali e ventrali della corteccia prefrontale laterale del macaco con l’attività nelle aree del lobo temporale mediale, inclusa la corteccia entorinale, l’ippocampo, la corteccia peririnale e l’area TE, durante la fase di codifica di un compito di memorizzazione dell’ordine temporale.

Le cellule nervose della corteccia prefrontale laterale ventrale segnalavano specifici elementi (items) in particolari periodi di tempo della prova. Invece, i neuroni corticali del lobo temporale mediale segnalavano specifici elementi attraverso vari periodi temporali e distinguevano gli elementi tra i periodi di tempo mediante la modulazione della loro frequenza di scarica. L’analisi delle dinamiche temporali di questi segnali ha mostrato che i segnali congiunti di informazioni relative all’elemento e al suo ordine temporale, si sviluppavano nella corteccia peririnale prima di quelli rilevati nella corteccia prefrontale laterale ventrale del macaco.

Durante l’intervallo di ritardo tra i due stimoli, mentre la corteccia prefrontale laterale ventrale forniva una marcata attività ritardata selettiva per lo stimolo, le aree della corteccia del lobo temporale mediale non mostravano nulla di simile. Sia le regioni della corteccia prefrontale che l’ippocampo presentavano un segnale temporale incrementale che sembra rappresentare il continuo passare del tempo durante la fase di codifica; tale segnale temporale progressivo, nell’ippocampo era molto più evidente dell’equivalente registrato nella corteccia prefrontale.

Questi dati, che sintetizzano tutto quanto emerso dalla sperimentazione, per il cui dettaglio si rimanda alla lettura integrale del testo del lavoro originale, suggeriscono che la corteccia prefrontale e il lobo temporale mediale contribuiscono in modo diverso a codificare l’integrazione di elementi e l’informazione temporale.

 

L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Giovanni Rossi

BM&L-09 dicembre 2017

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

_____________________________________________________________________________________________________________________

 

La Società Nazionale di Neuroscienze BM&L-Italia, affiliata alla International Society of Neuroscience, è registrata presso l’Agenzia delle Entrate di Firenze, Ufficio Firenze 1, in data 16 gennaio 2003 con codice fiscale 94098840484, come organizzazione scientifica e culturale non-profit.

 

 

 

 

 

 

 

 

 



[1] Fuster J. M., The Prefrontal Cortex, p. 382, Elsevier, Academic Press 2008.

[2] Fuster J. M., op. cit., ibidem.

[3] Fuster J. M., op. cit., ibidem.