Gennaio 11, 2021
geometria del cervello

La Geometria dell’ambiente cambia la Geometria del Cervello

Qualche anno fa, il premio Nobel per la medicina è andato a tre ricercatori, per aver scoperto il sistema “brain GPS”, che ci consente di orientarci. Ora, una nuova ricerca ha rivelato che i modelli che compongono le cellule nervose che compongono questo GPS non sono stabili, ma piuttosto allineati con la geometria dell’ambiente circostante. La scoperta implica che la geometria del cervello può essere modificata dalla geometria dell’ambiente, in modo da percepire le distanze in modo diverso, a seconda del contesto.

Nel 1971, lo scienziato britannico-americano John O´Keefe scoprì il primo componente del sistema cerebrale che ci consente di localizzarci e orientarci: un tipo di cellula nervosa presente in un’area del cervello chiamata ippocampo.

Nel 2005, il matrimonio degli scienziati norvegesi di May Britt ed Edvard I. Moser ha terminato la ricerca trovando celle di rete o “celle di griglia” che consentono al cervello di generare mappe dello spazio e che possiamo orientarci in qualsiasi ambiente. O’Keefe, Britt e Moser hanno ricevuto il premio Nobel 2014 per la medicina per questi risultati.

Ora, una nuova ricerca sul GPS del cervello rivela una domanda sorprendente: i modelli creati dalle celle della griglia, che ci guidano nello spazio, sono influenzati dalla forma dell’ambiente. In altre parole, potrebbero non essere una misura universale, ma possono dipendere dall’esterno. La scoperta è stata fatta dagli scienziati dell’University College di Londra; ed è spiegato in una dichiarazione di Eurekalert! e sulla rivista Nature.

Sincronizzazione del cervello con l’ambiente

In termini generali, e come hanno scoperto Britt e Moser nel 2005, le celle di rete generano un sistema coordinato che consente il posizionamento preciso e la ricerca del percorso. È una mappa cerebrale interna interna di ogni ambiente locale. Lo fanno emettendo segnali, periodicamente.

Fino ad ora, si riteneva che una simile mappa fosse composta da schemi esagonali distribuiti uniformemente (schemi a griglia), attraverso i quali si potevano misurare le distanze. La nuova ricerca, tuttavia, sfida questa teoria, dimostrando che questi schemi non sono sempre gli stessi. In effetti, si allineano con la geometria degli ambienti, modificando le distanze tra le regioni di “spaziatura uniforme” sopra menzionate.

Julija Krupic, direttrice dello studio, spiega che il modello formato dalle celle di rete non è, quindi, una regola di misurazione della distanza per il nostro cervello, ma piuttosto “si flette e si allunga a seconda della geometria del nostro ambiente Esterno”. “I modelli di rete cambiano radicalmente tra gli ambienti in modi diversi e persino all’interno dello stesso ambiente”, afferma Krupic.

L’impatto della geometria sul cervello

Il controllo di questo punto è stato effettuato con 41 ratti. Sono stati analizzati i modelli netti della corteccia entorinale di questi animali, mentre i ratti hanno cercato cibo in ambienti circolari, quadrati o trapezoidali. La corteccia entorinale si trova nel lobo temporale medio e svolge un ruolo chiave nella memoria spaziale e nell’orientamento.

Pertanto, è stato scoperto che, quando si posizionavano i topi in un ambiente di forma trapezoidale, i motivi di rete esagonale che costituivano le celle della griglia di quella regione del loro cervello venivano spezzati, per allinearsi con la forma delle pareti di contesto. Più specificamente, i modelli sono stati trovati per allinearsi con l’angolo di 8,8 ° delle pareti.

Il team ha quindi studiato se i cambiamenti fossero stati causati da stimoli esterni come punti di riferimento visivi, trame e odori o alterazioni della velocità dei ratti o del movimento direzionale. Hanno scoperto che l’influenza principale era stata l’impatto della geometria del contesto.

Percepire in base al contesto

Secondo un altro degli autori del ritrovamento, Marius Bauza. “Siamo rimasti sorpresi di vedere fino a che punto i confini degli ambienti cambiano in modo permanente i modelli di rete e in che misura l’attività delle celle della griglia è locale”.

Ora, i ricercatori hanno in programma di utilizzare queste nuove informazioni per perfezionare i modelli matematici che avevano sviluppato per cercare di capire il comportamento di queste cellule e come si formano i modelli di rete.

“Sappiamo che altre cellule coinvolte nel GPS del cervello, come le celle di posizionamento o le celle di posizionamento o le celle di confine sono influenzate dalla geometria dell’ambiente, e ora abbiamo visto la stessa cosa in celle di rete. È possibile che i modelli di griglia non vengano utilizzati dal cervello come guida e stiano facendo qualcosa di diverso “.

Ed è che, sebbene vengano utilizzate per misurare le distanze, la loro distorsione in ambienti con una geometria polarizzata getta l’idea interessante che “i nostri cervelli possono percepire le distanze in modo diverso in questo tipo di contesto”, conclude Bauza.

Il prossimo passo che il gruppo UCL farà sarà cercare di scoprire perché i modelli di rete cambiano in base all’ambiente e cosa questo significa per le celle della griglia, grazie alle quali ci orientiamo e formiamo memorie spaziali.

Marta Lorenzo

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