Le onde viaggianti dell’ippocampo

Le onde viaggianti dell'ippocampo.Le oscillazioni theta sono un tipo di ritmo cerebrale prominente che orchestra l’attività neuronale nell’ippocampo, un’area del cervello critica per la formazione di nuove memorie. Per molto tempo si è creduto che tali oscillazioni fossero sincronizzate dall’ippocampo, quale temporizzatore della scarica dei neuroni, a mo’ di pacemaker centrale. Uno studio del California Institute of Technology (Caltech), pubblicato su Nature rivede questo assunto, suggerendo che, anziché sincronizzate, le oscillazioni theta si muoverebbero nell’ippocampo come “onde viaggianti” (Lubenov EV, Siapas A, Hippocampal theta oscillations are travelling waves, Nature 2009).

“Si credeva che l’attività nell’ippocampo fosse del tutto sincronizzata, ma quando abbiamo osservato simultaneamente diverse porzioni dell’ippocampo, abbiamo scoperto un ritardo sistematico nell’attività neuronale punto a punto: invece di una oscillazione globale, abbiamo rilevato diverse onde viaggianti propagantesi lungo l’ippocampo in direzione lineare”, ha dichiarato in una nota Evgueniy Lubenov del Center for Biological Circuit Design del Caltech.

“In altri termini, l’ippocampo mostra una serie zone temporali locali, alla stregua di quelle che abbiamo sul pianeta” aggiunge Athanassios Siapas, docente di computazione e sistemi neurali al Caltech. Si è ritenuto per molto tempo che l’ippocampo fosse cruciale per la formazione e il mantenimento delle memorie episodiche – ad esempio le memorie delle esperienze. Nel topo, i neuroni dell’ippocampo scaricano solo quando l’animale si trova in un luogo particolare del proprio ambiente. Lubenov e Siapas iniziarono ad analizzare le oscillazioni theta generate quando il topo si muoveva per esplorare ciò che lo circondava. Essi hanno osservato come e quando i neuroni del topo scaricavano in relazione alla sua posizione e alla fase delle oscillazioni theta. I ricercatori hanno utilizzato nello studio dei tetrodi multipli, elettrodi con quattro punti di registrazione, che hanno consentito di isolare simultaneamente il potenziale d’azione di molti neuroni singoli. “Ognuno di questi neuroni scarica solo in uno spazio ristretto”, ha affermato Lubenov. “Inoltre, gli spikes non si verificano ogni volta, va prestata attenzione alle oscillazioni theta in corso. Se si riesce ad accedere alla fase in cui il neurone scarica, si possono avere informazioni aggiuntive sul luogo in cui il topo si trova nello spazio”.

Combinando i dati relativi alla scarica neuronale, alla fase di oscillazione e alla posizione del topo i ricercatori sono stati in grado di mostrare che l’attività neuronale “guizza” letteralmente attraverso l’ippocampo, con un picco che appare in una regione, poi in un’altra, poi in un’altra, anziché colpire l’intero ippocampo in un impulso sincronizzato. “Questo cambia la nostra nozione di come l’informazione spaziale è rappresentata nel cervello del topo” nota Lubenov. “Si pensava che la scarica dei neuroni nell’ippocampo codificasse la posizione fisica del topo nel suo ambiente, cioè un punto di spazio fisico. Le nostre scoperte indicano invece che ciò che in realtà viene codificato è una porzione della traiettoria dell’animale, cioè un segmento di spazio fisico”.

“Questi segmenti potrebbero essere l’unità elementare della computazione ippocampica” aggiunge Siapas. “Assumiamo che la strada percorsa da un topo in uno spazio sia rappresentata e immagazzinata come una sequenza di punti-luogo. Se il topo visita lo stesso punto più di una volta, la rappresentazione diventa ambigua. Rappresentare la traiettoria del topo come una sequenza di segmenti orientati nello spazio risolve tali ambiguità”.

Queste scoperte possono avere implicazioni significative anche nella comprensione di come le informazioni vengono trasmesse  dall’ippocampo alle altre aree del cervello. “Porzioni diverse dell’ippocampo sono connesse a diverse aree in altre parti del cervello. Il fatto che l’attività dell’ippocampo formi un’onda viaggiante significa che queste aree bersaglio ricevono input dall’ippocampo in una sequenza specifica piuttosto che tutti in una volta” spiega Siapas, aggiungendo che “è improbabile che questo accada solo nel cervello dei topi; dopo tutto, le oscillazioni theta sono presenti nel cervello di tutti i mammiferi. Mi aspetterei che la natura viaggiante delle oscillazioni theta sia una scoperta generale, applicabile anche agli esseri umani”.

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