Attraverso le registrazioni dirette del cervello umano, un gruppo di ricercatori della Drexel University, della University of Pennsylvania, dell'UCLA e della Thomas Jefferson University ha identificato un nuovo tipo di cellula del cervello che aiuta le persone a tenere traccia della loro posizione relativa, mentre procedono in un ambiente non familiare.
La "cellula di griglia", che deriva il nome dal modello di griglia triangolare in cui la cellula si attiva durante gli spostamenti, si distingue dalle altre cellule del cervello in quanto la sua attivazione rappresenta posizioni spaziali multiple. Questo è il modo in cui le cellule di griglia consentono al cervello di tenere traccia dei segnali della navigazione, come la distanza dal punto di partenza o l'ultimo cambio di direzione. Questo tipo di navigazione è chiamato "integrazione del percorso".
"E' fondamentale che questo modello di griglia sia così coerente perché mostra il modo in cui le persone possono tenere traccia della loro posizione anche in nuovi ambienti con disposizioni incoerenti", ha detto il dottor Joshua Jacobs, assistente professore alla Scuola di Ingegneria Biomedica, Scienza e Sistemi Sanitari della Drexel, il ricercatore principale del gruppo.
I ricercatori Jacobs e Dr. Michael Kahana della Penn e il dr. Itzhak Fried della UCLA sono riusciti a distinguere queste cellule perché hanno avuto la rara opportunità di studiare le registrazioni del cervello di pazienti epilettici, con elettrodi impiantati nel profondo il loro cervello, nell'ambito del loro trattamento. Il loro lavoro è stato pubblicato nell'ultima edizione di Nature Neuroscience.
Durante le registrazioni del cervello, i 14 partecipanti allo studio giocavano con un videogioco che li sfidava a spostarsi da un punto ad un altro per recuperare degli oggetti e poi ricordare come tornare al luogo dove si trovava ogni oggetto. I partecipanti usavano un joystick per guidare una bicicletta virtuale su un terreno completamente aperto, visualizzato su un computer portatile nel loro letto d'ospedale. Dopo che i partecipanti hanno eseguito percorsi di prova, dove ogni oggetto era visibile a distanza, sono stati rimessi al centro della mappa e gli oggetti sono stati resi invisibili fino a quando la bicicletta non era proprio di fronte a loro. I ricercatori hanno poi chiesto ai partecipanti di muoversi verso particolari oggetti in varie sequenze.
Il team ha studiato la relazione tra il modo di navigare nel videogioco e l'attività dei singoli neuroni. "Ogni cellula di griglia risponde a posizioni spaziali multiple che sono disposte in forma di griglia", ha detto Jacobs. "Questo modello di griglia triangolare risulta quindi uno schema del cervello che ha un ruolo fondamentale nella navigazione. Senza le cellule di griglia, è probabile che gli esseri umani si perdano spesso o debbano spostarsi solo basandosi su punti di riferimento. Le cellule di griglia sono quindi fondamentali per il mantenimento del senso di posizione in un ambiente".
Anche se queste cellule non sono uniche tra gli animali (in effetti sono state scoperte in precedenza nei ratti) e uno studio preliminare nel 2010 con imaging cerebrale non invasiva ha suggerito l'esistenza delle cellule negli esseri umani, questa è la prima identificazione positiva della versione umana di queste cellule. "L'attuale scoperta delle cellule di griglia nel cervello umano, insieme con la scoperta precedente delle "cellule di posizione" umane nell'ippocampo, che si attivano in posizioni singole, fornisce una prova convincente del sistema di navigazione e mappatura comune tra esseri umani ed animali inferiori", ha detto Kahana, neuroscienziato autore senior e professore di psicologia all'Università della Pennsylvania.
Le scoperte del team suggeriscono anche che questi schemi a griglia possono in realtà essere più frequenti nell'uomo che nei ratti, perché lo studio ha trovato cellule di griglia non solo nella corteccia entorinale - dove sono presenti nei ratti - ma anche in una zona molto diversa del cervello: la corteccia cingolata. "Le cellule di griglia sono presenti in una posizione cruciale del sistema della memoria umana chiamata corteccia entorinale", ha detto Fried, professore di neurochirurgia alla David Geffen School of Medicine dell'UCLA. "Questa scoperta getta nuova luce sulla regione del cervello colpita per prima dall'Alzheimer, con effetti devastanti sulla memoria".
La corteccia entorinale è la parte del cervello studiata nella ricerca sull'Alzheimer e, secondo Jacobs, capire le cellule di griglia potrebbe aiutare i ricercatori a capire perché le persone con la malattia perdono spesso l'orientamento e si perdono (il cosiddetto wandering o vagabondaggio). Potrebbe anche aiutare ad indicare il modo di migliorare il funzionamento del cervello nelle persone affette da Alzheimer.
Fonte: Drexel University, via Newswise.
Riferimento: Joshua Jacobs, Christoph T Weidemann, Jonathan F Miller, Alec Solway, John F Burke, Xue-Xin Wei, Nanthia Suthana, Michael R Sperling, Ashwini D Sharan, Itzhak Fried, Michael J Kahana. Direct recordings of grid-like neuronal activity in human spatial navigation. Nature Neuroscience, 2013; DOI: 10.1038/nn.3466
Pubblicato in Science Daily (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.
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