Neuroni entorinali
codificano un valore di senso relativo al tempo
DIANE
RICHMOND
NOTE E NOTIZIE - Anno XXI – 10 febbraio
2024.
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]
Negli esperimenti impiegati ordinariamente per
studiare le basi neurali della formazione delle memorie episodiche, si
allestiscono delle condizioni di saggio in cui i roditori di laboratorio devono
compiere attività di perlustrazione alla ricerca della ricompensa, che li
attrae in un luogo e li guida nel comportamento. I progressi compiuti negli ultimi
decenni nella conoscenza dell’organizzazione e dei ruoli dell’ippocampo
e della corteccia entorinale in questi comportamenti, hanno sempre più
affinato i piani di indagine e reso sempre più specifici i quesiti sottoposti a
vaglio sperimentale dai ricercatori: dalla scoperta delle cellule di luogo dell’ippocampo
e delle cellule griglia della corteccia entorinale a oggi, il cammino è
stato lungo, e si è passati dall’individuazione delle basi del “progetto
funzionale biologico” al tentativo di comprendere come l’insieme di queste
unità funzionali, cui si sono dati nomi suggestivi (la “bussola” della
corteccia entorinale la “memoria spaziale” dell’ippocampo) si integrano nel
guidare il comportamento.
Durante la locomozione orientata da un fine, l’informazione
relativa al “cosa” (what), che descrive le
esperienze nei periodi precedenti e seguenti la ricompensa, può essere
combinata con l’informazione riguardante il “dove” (where),
nella guida del comportamento e nella conseguente formazione delle memorie episodiche.
Si ritiene probabile che questo processo di integrazione delle
informazioni relative al what e al where si verifichi nell’ippocampo, che riceve
informazioni spaziali (where) dalla corteccia
entorinale mediale. Ma, in realtà la fonte dell’informazione relativa al “cosa”,
al what, non è stata ancora individuata.
Nel 2007, in un nostro articolo dal titolo Griglia
esagonale e ippocampo, avevamo indicato con diciassette anni di anticipo la
direzione in cui indagare; infatti, si legge: “…in particolare, si dovrà
chiarire il ruolo delle afferenze da una delle aree più importanti fra quelle
direttamente connesse, ossia la corteccia entorinale laterale”[1]. John B.
Issa e colleghi, proprio indagando la regione entorinale laterale, hanno
identificato sub-popolazioni che codificano un valore di senso relativo al
tempo, che integra le informazioni spaziali.
(Issa J. B. et al., Lateral entorhinal cortex
subpopulations represent experiential epochs surrounding reward. Nature Neuroscience – Epub ahead
of print doi: 10.1038/s41593-023-01557-4,
2024).
La provenienza
degli autori è la seguente: Department of Neurobiology,
Northwestern University, Evanston,
IL (USA).
Forniamo
alcuni spunti di neurofisiologia dei sistemi entorinali in rapporto con quelli
ippocampali, per consentire al lettore di collocare lo studio qui recensito nel
più ampio quadro di questo campo di studi[2].
L’intuizione
dell’esistenza nel cervello di una mappa cognitiva dell’ambiente da parte di
Edward Tolman è citata da Siegelbaum, Kandel e vari altri
autori, quale primo antecedente documentato dell’ipotesi di lavoro che portò
nel 1971 John O’Keefe e John Dostrovsky a scoprire
nell’ippocampo di ratto una speciale mappa cognitiva dello spazio vissuto
dall’animale.
Grazie
al lavoro di John O’Keefe, oggi possiamo dire che la familiarità di un animale
con un particolare ambiente è rappresentata nell’ippocampo da uno speciale
schema di attività nelle regioni CA3 e CA1 di una popolazione di neuroni
piramidali detti cellule di luogo
o place cells. Ciascuna di queste
cellule si attiva quando un animale entra nella zona di spazio corrispondente
all’area di competenza della cellula, il “campo di luogo” o place field.
Quando un animale entra in un nuovo ambiente, nel giro di pochi minuti si
formano nel suo ippocampo nuovi campi di
luogo, che rimangono stabili per settimane o mesi. Per queste proprietà, se
si registra l’attività elettrica di un numero adeguato di place cells, è possibile ricavarne l’informazione relativa a dove
si trovi esattamente l’animale in quel momento. In tal modo si ritiene che
l’ippocampo costituisca una mappa dinamica dello spazio circostante. La
dimostrazione da parte di O’Keefe della funzione delle cellule di luogo ha fornito la prima evidenza di una rappresentazione
cerebrale dell’ambiente che consente all’animale un’agevole ed efficace
traduzione delle intenzioni locomotorie in atti appropriati alle
caratteristiche dello spazio. Questa mappa
cognitiva non è organizzata secondo un criterio anatomico topografico o egocentrico, come la somatotopica del
tatto sulla superficie della corteccia cerebrale, ma è una rappresentazione che
si può definire allocentrica, essendo
fissata ogni volta rispetto ad un punto del mondo esterno. In altri termini, è
una rappresentazione dello spazio-ambiente relativa al punto in cui si trova
l’animale.
La
mappa cognitiva ippocampale dello spazio rappresentata nelle cellule di luogo, nei trent’anni
seguenti, ha ottenuto numerose conferme sperimentali ma, sebbene la sua
esistenza fosse diventata una nozione consolidata nella didattica, rimaneva un
mistero come facesse questa popolazione cellulare a conoscere le informazioni
spaziali necessarie alla sua funzione. In altri termini, non si riusciva a
capire in che modo la mappa si costituisse, quale tipo di informazioni spaziali
e in quale modo giungessero a queste regioni dell’ippocampo.
Nonostante
l’impegno di molti ricercatori, si continuò a brancolare nel buio fino al 2005,
quando Edvard I. Moser, May-Britt Moser e colleghi
accesero una luce straordinaria con la scoperta di un nuovo sistema cellulare organizzato
come una griglia che mappa lo spazio
nella corteccia entorinale mediale secondo un criterio del tutto diverso[3]. I neuroni scoperti dai coniugi
Moser, detti cellule griglia
o grid cells, compongono con i loro assoni la via perforante diretta all’ippocampo, e,
a differenza delle cellule di luogo ippocampali
che si attivano solo quando l’animale è in una singola e specifica
localizzazione, scaricano ogniqualvolta l’animale è in una di varie posizioni
regolarmente spaziate a formare una griglia
o grata a maglie esagonali.
Questa grata consente al cervello di
localizzare il corpo cui appartiene all’interno di un sistema di coordinate
cartesiane proiettate sul suolo dell’ambiente circostante, ma indipendenti dal
contesto, da elementi distintivi di un territorio o contrassegni caratterizzanti
un luogo[4].
Le
informazioni spaziali codificate dalle grid cells, secondo
il criterio della griglia nella corteccia entorinale mediale, sono poi
convogliate all’ippocampo dove sono elaborate nella chiave di singole
rappresentazioni spaziali corrispondenti all’attivazione delle cellule di luogo.
Un
filone recente e affascinante di indagini è quello che, con numerosi lavori, ha
affrontato il problema dei rapporti fra la struttura funzionale delle mappe
spaziali ippocampali e le basi neurali della memoria esplicita o dichiarativa[5].
Tanto
premesso, ritorniamo al lavoro di John B. Issa e collaboratori.
La corteccia entorinale laterale, come hanno
dimostrato gli autori dello studio qui recensito, rappresenta i tempi-chiave
dell’esperienza (epochs) durante compiti di
percorrenza guidati dalla ricompensa.
John B. Issa e colleghi hanno scoperto 3 distinte
popolazioni di neuroni: 1) popolazione che segnala l’approccio allo scopo;
2) popolazione che segnala la partenza dallo scopo; 3) popolazione
che segnala il consumo della ricompensa.
La sperimentazione ha evidenziato che, quando la
ricompensa veniva spostata, queste tre popolazioni immediatamente modificavano
le proprie rappresentazioni (shift) di ciascun tempo dell’esperienza in
rapporto alla ricompensa. L’esperimento mediante inibizione optogenetica della corteccia
entorinale laterale ha dimostrato che, eliminando l’attività delle tre
popolazioni individuate da Issa e colleghi, si precludeva la possibilità di
apprendere le nuove localizzazioni della ricompensa, confermando l’importanza
anche per la ritenzione mnemonica del ruolo di questi neuroni.
L’insieme di quanto è emerso da questo studio indica
che la corteccia entorinale laterale contiene un codice stabile
dei momenti dell’esperienza in rapporto allo scopo, incluso il
consumo della ricompensa, fornendo un’informazione centrata sul fine, per
contestualizzare rispetto a un senso relativo alla fase dell’esperienza, l’informazione
spaziale veicolata dalla corteccia entorinale mediale.
L’autrice 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”).
Diane
Richmond
BM&L-10 febbraio 2024
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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]
Note e Notizie 06-10-07 Griglia esagonale e ippocampo.
[2] Le nozioni qui proposte in estrema sintesi sono tratte da Note e Notizie 28-11-15 Una lezione sulla memoria dai coniugi Moser insigniti del Nobel nel 2014.
[3] V. Note e Notizie 24-06-06 Neuroni entorinali aiutano ad esplorare l’ambiente; Note e Notizie 06-10-07 Griglia esagonale e ippocampo (riporta in calce l’indicazione bibliografica per esteso dei due lavori che hanno comunicato la scoperta da parte dei Moser, oltre al riferimento al volume classico di introduzione all’argomento). Numerose altre recensioni si trovano scorrendo l’elenco delle “NOTE E NOTIZIE” (dall’11-03-2003 al 10-07-2010 sono rubricate come “ARCHIVIO NOTE E NOTIZIE” cui si accede dal fondo della pagina “NOTE E NOTIZIE”).
[4] Gli studi sulle grid cells sono proseguiti ed è stato dimostrato che la loro attività richiede il segnale neuroni che indicano la posizione della testa dell’animale, o cellule HD (head direction cells). In proposito si raccomanda la lettura della recensione della professoressa Richmond: Note e Notizie 14-02-15 Le cellule griglia hanno bisogno del segnale delle cellule HD.
[5] La memoria esplicita è costituita dalla memoria episodica e dalla memoria semantica.