Il Giornale dei Biologi - N. 2

INNOVAZIONE
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I neuroni Gps che conoscono il futuro
Nell’ippocampo il meccanismo che ci aiuta a orientarci nello spazio
Quale direzione prendere e soprattutto doverlo fare nel
più veloce tempo possibile. Per un animale in fuga dal
suo cacciatore, fare questo tipo di ragionamento è fondamentale
per la propria sopravvivenza. La salvezza è
legata anche alla capacità di poter immaginare scenari futuri, tra
loro alternativi, e valutare quale di essi sia in grado di garantire le
migliori chance di sopravvivenza.
Alla base di questo complesso processo mentale ci sono i cosiddetti
neuroni GPS, il sistema di navigazione del nostro cervello
che permettono sia a noi, che ad altri animali, di orientarci nello
spazio. Essi non solo tengono traccia della posizione passata e
presente del soggetto, ma immaginano anche la sua posizione
futura. Questa scoperta è stata fatta dal professor Loren Frank,
insieme ai suoi colleghi dell’Università della
California a San Francisco, autori di un articolo
apparso sulla famosissima rivista “Cell”.
Tutto è partito registrando l’attivazione
neuronale e studiando il comportamento di
alcuni topi collocati all’interno di un labirinto.
In una versione un po’ più moderna di
questo classico test da laboratorio, gli autori
hanno registrato nei roditori l’attivazione
delle cellule di posizione dell’ippocampo, così chiamate perché
tengono traccia della posizione del soggetto durante il movimento
nello spazio, funzionando come una sorta di navigatore neuronale
sempre attivo. I dati di maggior interesse emersi da questo
tipo di esperimento, si sono registrati quando i topi dovevano
affrontare una biforcazione all’interno del labirinto, un bivio sostanzialmente.
Si è potuto constatare infatti che in quella particolare
situazione si attivavano in sequenza, oscillando di circa otto
volte al secondo, le cellule GPS che rappresentavano la posizione
del topo davanti al bivio, e le due possibili alternative dell’eventuale
percorso futuro. Secondo lo studio dei ricercatori, questa è
La scoperta è stata fatta da
Loren Frank e dai colleghi
dell’Università della
California a San Francisco
la traccia neurale del fatto che l’animale si stava rappresentando
mentalmente le diverse possibilità o vie di fuga. Un particolare
importante da evidenziare è che i segnali oscillatori delle cellule
di posizione diventavano sempre più intensi man mano che l’animale
si avvicinava in prossimità del punto decisivo.
L’ipotesi più probabile è che l’ippocampo abbia la funzione di
poter generare una sorta di menù degli eventuali scenari possibili,
in base al quale altre parti del cervello possono poi decidere
quale opzione poter scegliere, tenendo però sempre conto di numerosi
altri fattori che possono condizionare la scelta, come ad
esempio la situazione di pericolo imminente, gli eventuali bisogni
dell’organismo, come gli stati di fame e di sete, o lo stato emotivo
del soggetto, come può essere lo stato di paura dettata dalla
particolare situazione. Un’altra importante
scoperta rilevata da questo studio è che
i neuroni GPS tengono anche traccia della
direzione in cui il soggetto si sposta. Quando
infatti il topo si muoveva lungo un tratto
del labirinto, si attivavano, alternativamente,
sia le cellule di posizione per la direzione intrapresa
sia quelle per la direzione opposta,
con un’oscillazione ad alta frequenza anche
in questo caso.
In sostanza è come se il topo durante il tragitto facesse questo
tipo di ragionamento: «Sto andando da questa parte, ma potrei
anche girarmi e andare nella direzione opposta. Riteniamo
che tutto questo dimostri che l’ippocampo non è solo responsabile
della registrazione degli eventi del passato e dell’elaborazione
del presente, ma anche dell’immaginazione del futuro», ha commentato
il professor Loren Frank. «La nostra ricerca è solo un
primo passo, ma ci apre nuove strade per studiare in che modo
gli scenari immaginati vengono generati e valutati nel cervello
mentre gli animali prendono le decisioni». (M. M.).
62 Il Giornale dei Biologi | Febbraio 2020