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'Cellule di tempo' nel cervello sono fondamentali per l'apprendimento complesso

Un senso del tempo è fondamentale per comprendere, ricordare e interagire con il mondo. Compiti che vanno dal conversare a guidare un'auto ci richiedono di ricordare e percepire quanto durano le cose: un calcolo complesso ma in gran parte inconscio che avviene costantemente sotto la superficie dei nostri pensieri.


Ora, ricercatori dell'Università dello Utah di Salt Lake City, con uno studio pubblicato su Nature Neuroscience, hanno scoperto nei topi che una popolazione specifica di 'cellule di tempo' è essenziale per apprendere comportamenti complessi in cui i tempi sono fondamentali. Come la seconda lancetta di un orologio, le cellule di tempo sparano in sequenza per mappare brevi periodi di tempo.


Ma i ricercatori hanno scoperto che le cellule di tempo non sono solo un semplice orologio: come gli animali imparano a distinguere tra eventi a tempi diversi, il modello di attività delle cellule cambia per rappresentare ogni modello di eventi in modo differente. La scoperta potrebbe in definitiva aiutare la diagnosi precoce delle malattie neurodegenerative, come il morbo di Alzheimer (MA), che influenzano il senso del tempo.

 

Codice Morse per i topi

Combinando un compito complesso di apprendimento basato sul tempo con scansioni cerebrali avanzate, i ricercatori hanno osservato i modelli di attività delle cellulare di tempo che diventavano più complessi mentre i topi imparavano. I ricercatori hanno prima creato un esperimento in cui era fondamentale apprendere le differenze nei tempi degli eventi. Per ottenere una ricompensa, i topi dovevano imparare a distinguere tra i modelli di odori con tempi variabili, come se stessero imparando una forma molto semplice di codice Morse.


Prima e dopo l'apprendimento dei topi, i ricercatori hanno usato la microscopia per guardare in tempo reale singole cellule di tempo. Inizialmente, le loro cellule di tempo hanno risposto allo stesso modo a ogni modello di stimolo di odori. Ma mentre apprendevano i modelli diversi di stimolo, i topi hanno sviluppato modelli diversi di attività cellulare per ciascuno schema di eventi.


In particolare, durante i test che i topi hanno sbagliato, i ricercatori hanno notato che le loro cellule di tempo sparavano spesso nell'ordine sbagliato, suggerendo che la giusta sequenza di attività cellulare è fondamentale per eseguire compiti basati sul tempo.


"Si supponeva che le cellule di tempo fossero attive in momenti specifici durante lo studio", ha affermato Hyunwoo Lee PhD, post-dottorato in neurobiologia dell'Università dello Utah e primo coautore nello studio. "Ma quando i topi hanno commesso errori, quell'attività selettiva è diventata disordinata".

 

Non un semplice cronometro

È sorprendentemente che le cellule di tempo abbiano un ruolo più complicato rispetto al semplice monitoraggio del tempo, ha affermato Erin Bigus, neurobiologa assistente alla ricerca e prima coautrice dello studio. Quando i ricercatori hanno bloccato temporaneamente l'attività della regione del cervello che contiene cellule di tempo, la corteccia entorinale mediale (MEC), i topi potevano ancora percepire e persino anticipare i tempi degli eventi, ma non potevano imparare da zero compiti complessi legati al tempo.


"La MEC non si comporta come un semplice cronometro necessario per tracciare il tempo in qualsiasi semplice circostanza"
, ha detto la Bigus. "Il suo ruolo sembra essere apprendere queste relazioni temporali più complesse".


Curiosamente, la ricerca precedente sulla MEC aveva scoperto che è coinvolta anche nell'apprendere informazioni spaziali e nel costruire 'mappe mentali'. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno notato che i modelli di attività cerebrale presenti durante l'apprendimento di compiti basati sul tempo mostrano alcune somiglianze con i modelli precedentemente osservati coinvolti nell'apprendimento spaziale; gli aspetti di entrambi i modelli persistono anche mentre un animale non sta attivamente imparando.


Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche, questi risultati suggeriscono che il cervello potrebbe elaborare spazio e tempo in modo fondamentalmente simile, secondo i ricercatori. James Heys, PhD, assistente professore in neurobiologia e autore senior dello studio, ha affermato:

"Riteniamo che la corteccia entorinale possa avere un duplice scopo, agendo sia come contachilometri per tenere traccia della distanza sia come orologio per tenere traccia del tempo trascorso.

"Queste sono le prime aree del cervello ad essere colpite da malattie neurodegenerative come il MA. Siamo interessati a capire se le attività con comportamenti a temporizzazione complessa possono essere un modo utile per rilevare presto l'insorgenza del MA".

 

 

 


Fonte: University of Utah (> English) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: ER Bigus, [+3], JG Heys. Medial entorhinal cortex mediates learning of context-dependent interval timing behavior. Nature Neurosc., 2024, DOI

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Nota: L'articolo potrebbe riferire risultati di ricerche mediche, psicologiche, scientifiche o sportive che riflettono lo stato delle conoscenze raggiunte fino alla data della loro pubblicazione.


 

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