Una scoperta
sulle cellule griglia
ROBERTO COLONNA
NOTE E
NOTIZIE - Anno XXII – 20 settembre 2025.
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]
La path
integration o integrazione di percorso è
l’insieme dei processi cerebrali che consentono a un animale di integrare con
informazioni di distanza e direzione i dati necessari a percorrere in modo
orientato e finalizzato uno spazio-ambiente. Le cellule griglia (o grid cells), con i loro campi attivati
periodicamente, costituiscono unità fondamentali nelle reti di neuroni che
realizzano la path integration.
Secondo la visione corrente
in neurobiologia, le cellule griglia codificano il movimento in un singolo
quadro di riferimento globale. Jing-Jie Peng e colleghi di un gruppo di ricerca
coordinato da Kevin Allen e di cui fa parte Rocco Pizzarelli
hanno registrato l’attività di cellule griglia in topi che eseguivano un
compito di navigazione basato su self-motion,
e in tal modo hanno scoperto che tali neuroni, a dispetto della convinzione
generale, non presentano durante il compito uno stabile grid
pattern.
(Peng J-J. et
al., Grid cells accurately track movement during path integration-based
navigation despite switching reference frames. Nature
Neuroscience – Epub ahead of print doi: 10.1038/s41593-025-02054-6, 2025).
La provenienza degli autori è la seguente: EBRI, Roma (Italia); Medical
Faculty of Heidelberg University and German Cancer Research Center, Heidelberg (Germania).
Come abbiamo fatto in
precedenza[1], 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 del campo di studi che indaga le basi neurobiologiche della
guida cerebrale all’orientamento locomotorio nell’ambiente[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. Questo reticolo a pattern di esagoni 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].
Dopo questa breve introduzione, torniamo
allo studio condotto dal team di Kevin Allen.
Come si è già accennato, i ricercatori
che lavorano in questo campo ritengono che le cellule griglia codifichino il
movimento in un singolo quadro globale di riferimento, ma Jing-Jie Peng e colleghi hanno scoperto che, nelle condizioni
sperimentali di saggio, i topi non presentavano un pattern di griglia
stabile, ma mostravano un’attività mai descritta in precedenza. Infatti, i
neuroni griglia tracciavano il movimento dell’animale in numerosi e differenti
quadri di riferimento, all’interno dello stesso compito sperimentale.
In particolare, i
ricercatori hanno rilevato e dimostrato che queste cellule si
“ri-ancorano” a un oggetto rilevante per il compito
da eseguire, mediante una traslazione del grid
pattern. La rappresentazione interna della direzione del movimento nelle
cellule griglia variava in modo lieve e continuo (drift) durante la
locomozione esplorativa prevista dagli esperimenti (self-motion
navigation) e questo drift consentiva di
prevedere la direzione del topo nel ritornare “a casa”.
I risultati di questo studio
– che saranno sicuramente sottoposti a ulteriori verifiche e riflessioni
interpretative – indicano che l’insieme delle cellule griglia non opera come un
sistema di posizionamento globale, ma agisce stimando la posizione
dell’animale all’interno di numerosi quadri di riferimento locale.
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”).
Roberto Colonna
BM&L-20 settembre 2025
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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] Note e Notizie 12-10-24 Un modulo
nel nucleo accumbens per dirigersi a una meta.
[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. Su questo argomento si veda anche la nostra recente recensione
di uno studio molto interessante: Note e
Notizie 07-06-25 Una mappa
egocentrica dello spazio intorno al corpo.
[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 dei neuroni che indicano la
posizione della testa dell’animale, o cellule HD (head direction cells). In proposito si
raccomanda la lettura della recensione di una mia precedente recensione: 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.