Ricerche

Le "place field maps" mostrano come un singolo neurone dell'ippocampo rappresenta la posizione del topo nel labirinto. (Fonte: Francesco Battaglia)E' stata ottenuta la prova preliminare che il cervello ha una 'manopola di sintonizzazione' che influenza realmente il comportamento.

I circuiti cerebrali possono entrare in sintonia con la frequenza delle altre parti del cervello interessate in quel momento. La rivista scientifica Neuron ha pubblicato il 22 gennaio i risultati dei ricercatori della Radboud University nei Paesi Bassi.

Gli animali, come gli esseri umani, hanno una mappa metallica dell'ambiente circostante, costituita dalle «cellule di posizione». Queste cellule corrispondono ai luoghi nello spazio fisico e «sparano» quando l'animale raggiunge il luogo o lo ricorda. La mappa mentale è alimentata da due tipi di informazioni: i ricordi di esperienze precedenti, e le informazioni sensoriali. Ma come fa la mappa mentale a caricare queste informazioni?

Misure dirette nel cervello di topi, che cercano la loro strada in un labirinto, mostrano che le informazioni sulla memoria vengono inviate alla mappa mentale con una frequenza diversa da quella delle informazioni sensoriali. L'area del cervello che rappresenta la mappa mentale si sincronizza con queste frequenze, come un ricevitore radio: si sintonizza solo sulle informazioni che sono importanti in un dato momento.

Questo è quanto dimostra un team internazionale di ricercatori guidato da Francesco Battaglia del Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour della Radboud University di Nijmegen. La ricerca chiarisce la questione intrigante di come le parti del cervello scelgono le informazioni rilevanti tra la diffusione costante dei neuroni che avviene nel cervello.

Trasferimento di informazioni all'interno del cervello
Con trapianti nel cervello dei topi, i neuroscienziati hanno trovato la prima prova diretta del modo in cui funziona la manopola di sintonizzazione nel cervello. I minuscoli elettrodi impiantati possono raccogliere e inviare informazioni su singole cellule cerebrali che sono al lavoro. Poiché i dispositivi - che pesano solo due grammi e non sembrano disturbare i roditori che girovagano liberi - misurano più cellule contemporaneamente, può essere seguita anche l'attività di rete, spiega Francesco Battaglia.

Micro intercettazioni
I ricercatori hanno usato un labirinto a forma di pentagono, con cinque corridoi che nascondevano o meno una ricompensa. I topi sono stati addestrati a cercare tale ricompensa da un punto di partenza fisso e iniziavano ad prendere abbastanza di routine la via più breve verso la ricompensa.

Per testare come gli animali sono in grado di girare verso la meta, i ricercatori li sfidavano facendoli partire, ogni tanto, da un braccio diverso del labirinto rispetto a quello di routine. Quindi i topi si dirigevano verso la consueta posizione della ricompensa, probabilmente usando punti di riferimento per orientarsi, ma altre volte facevano semplicemente affidamento sulla sequenza memorizzata di curve a destra e a sinistra e finivano nel braccio sbagliato del labirinto.

Difficoltà ad analizzare i dati
L'analisi meticolosa dei dati del cervello ha rivelato che quando i topi usavano la loro memoria le «cellule di posizione» oscillavano nella stessa frequenza delle celle di memoria (35 Hz), ma si sintonizzavano sulle vibrazioni delle cellule sensoriali quando sembrava che usassero i punti di riferimento (60 Hz).

Per chiarire ulteriormente i diversi ruoli della memoria e degli input sensoriali sulla mappa mentale, i ricercatori hanno ripetuto l'esperimento con topi ai quali era stato bloccato il gene che codifica per il recettore NMDA. Battaglia dice: "Sappiamo che l'NMDA è importante per il funzionamento normale delle sinapsi, e per le oscillazioni. Con nostra sorpresa, i topi knock out [senza NMDA] non sono riusciti per niente ad inviare informazioni dal loro sistema sensoriale alla mappa mentale".

Fonte: Radboud University Nijmegen.

Riferimenti:  Cabral et al. Oscillatory dynamics and place field maps reflect sequence and place memory processing in hippocampal ensembles under NMDA receptor control. Neuron, Volume 81, Issue 2, 402-415, 22 January 2014, Copyright © 2014 Elsevier Inc. All rights reserved. DOI: 10.1016/j.neuron.2013.11.010

Pubblicato in ru.nl (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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