E' felice quell'uomo che non conosce altro bene più grande di quello che lui stesso è in grado di procurarsi.
Seneca, De vita beata
John O'Keefe, 75 anni, e i coniugi May-Britt, 51 anni, ed Edvard Moser, 53 anni, per i loro studi sul cervello hanno ricevuto il Nobel per la Medicina 2014. Sono stati premiati per la scoperta del sistema di cellule che permette di orientarci, come una specie di 'Gps biologico'. L'individuazione di questo sistema di cellule nervose risale al 2005 e costituisce 'una rete' che permette al cervello di avere costantemente le coordinate spaziali del luogo in cui si trova. Le loro scoperte, fa sapere l'Assemblea dei Nobel del Karolinska Institute, hanno contribuito a spiegare come il cervello crea "una mappa dello spazio che ci circonda e come possiamo muoverci in un ambiente complesso". Un risultato che, ricorda l'Assemblea del Nobel, "ha contribuito a risolvere un "problema che ha tenuto occupati per secoli filosofi e scienziati".
I coniugi norvegesi sono la quinta coppia sposata a conquistare un Nobel. Prima di loro, solo per fare un esempio, Marie e Pierre Curie che vinsero il premio Nobel per la chimica nel 1903 "per i loro studi sulle radiazioni". May-Britt è l'undicesima donna a ricevere il premio, e ha avuto la notizia del Nobel mentre si trovava all'università di Trondheim, in Norvegia. Gli scienziati si dividono in 2 parti (la prima a O'Keefe, la seconda al marito e alla moglie) un riconoscimento pari a 8 milioni di corone svedesi (oltre 880 mila euro).
La ricerca svolta dai tre scienziati riguarda i meccanismi fondamentali che regolano l’organizzazione delle cellule nervose, ma ha già un sapore da fantascienza. «È la prima volta che viene fatta una correlazione così chiara tra la mente e il cervello», osserva il neurofisiologo Piergiorgio Strata. Le possibili ricadute, al momento lontanissime, potrebbero essere future generazioni di robot più autonomi e dotati della consapevolezza del luogo in cui si trovano. La stessa Fondazione Nobel riconosce nel Gps biologico che permette di orientarsi nello spazio «la prima dimostrazione delle basi cellulari per funzioni cognitive superiori». È un problema "del quale filosofi e scienziati si sono occupati per secoli, ma, soltanto negli ultimi decenni è stato possibile affrontare la questione in laboratorio, come ha cominciato a fare negli anni ’70 John O’Keefe
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O’Keefe, infatti, trovò nel lontano 1971 il primo componente di questo sistema scoprendo un tipo di cellula nervosa (l’ippocampo) che si attiva quando un organismo si trova in un certo posto e altre cellule che scattano quando ci si trova in altri punti. Tutte ‘cellule di posizionamento’ che tracciano una mappa dello spazio circostante.
Nel 2005 i due coniugi norvegesi trovarono un altro componente chiave: un gruppo di ‘cellule griglia’ che permettono un esatto posizionamento e percorso nello spazio. Un tassello determinante del puzzle. Le cellule di posizionamento insieme alle cellule griglia determinano una posizione e l’orientamento. Insieme formano il Gps biologico e sono localizzate soprattutto nella parte inferiore dell’ippocampo, la corteccia entorinale. Sono la mappa che ci fa muovere nello spazio e questa mappa vale tanto per gli esseri umani quanto per gli animali. Somiglia incredibilmente al Gps delle auto, secondo il genetista Edoardo Boncinelli.
Funzione dell'ippocampo.
L'ippocampo è parte del cervello, situato nel lobo temporale; inserito nel sistema limbico, svolge un ruolo importante nella memoria a lungo termine e nella navigazione spaziale. Gli esseri umani e gli altri mammiferi possiedono due ippocampi, uno in ogni emisfero del cervello. Nei roditori, animali in cui l'ippocampo è stato studiato in maniera approfondita, l'ippocampo ha all'incirca la forma di una banana. Nell'essere umano, ha una forma curva e convoluta, che ispirò ai primi anatomisti l'immagine di un cavalluccio marino. Il nome, infatti, deriva dal greco (hippos = cavallo, kàmpe = bruco).
Nella malattia di Alzheimer, l’ippocampo è una delle prime regioni del cervello a soffrire dei danni; deficit di memoria e disorientamento sono i primi sintomi che compaiono. Lesioni all’ippocampo possono occorrere anche come conseguenza di mancanza di ossigeno (anossia), encefalite o epilessia del lobo temporale.
La primissima ipotesi sulla funzione dell'ippocampo è stata quella che lo vedeva coinvolto nell’olfatto, ipotesi suggerita principalmente dalla sua localizzazione all’interno del cervello, vicino alla corteccia olfattiva. Continua a permanere un certo interesse per il coinvolgimento dell’ippocampo nelle funzioni olfattive, ma più nessuno crede che la funzione primaria dell’ippocampo sia l’olfatto.
Negli anni, in merito alla funzione dell’ippocampo si sono avute tre idee dominanti: l’inibizione, la memoria e lo spazio. La teoria dell’inibizione comportamentale (ironicamente definita da O'Keefe e Nadel “un piede sul freno!”) fu molto popolare fino agli anni ’60. Molta della sua forza traeva origine da due osservazioni: in primo luogo, gli animali il cui ippocampo era danneggiato tendevano ad essere iperattivi; la seconda, che gli animali con danni al tessuto ippocampale mostravano spesso difficoltà ad apprendere di inibire delle risposte che erano state loro insegnate prima. Jeffrey Gray sviluppò questa linea di pensiero in una teoria vera e propria sul ruolo dell’ippocampo negli stati d’ansia. La teoria dell’inibizione non è, oggi, molto popolare, dal momento che questa ed altre funzioni vengono attualmente attribuite all'amigdala, una struttura anatomicamente vicina all'ippocampo.
La seconda importante linea di pensiero associa la funzione dell'ippocampo alla memoria. Sebbene ci siano state precedenti teorie al riguardo, quella che riveste maggiore importanza si deve al celebre trattato di Scoville e Milner sulle conseguenze della distruzione chirurgica dell'ippocampo (nel tentativo di eliminare le crisi dovute all'epilessia), osservate in un paziente chiamato H.M. Inaspettatamente il paziente presentava una grave amnesia: H.M. non era in grado di ricordare cosa gli fosse accaduto dopo l'operazione o eventi accaduti in precedenza, anche in un lasso temporale di anni. Questo fatto destò un interesse tale che si può dire che H.M. sia il caso medico più studiato della storia. Negli anni seguenti, altri pazienti che presentavano simili disfunzioni mnemoniche legate a lesioni ippocampali (dovute a un incidente o malformazioni congenite) sono stati studiati con la stessa intensità, e sono stati effettuati letteralmente migliaia di esperimenti riguardanti la fisiologia della plasticità neurale nell'ippocampo. Oggi non vi sono quasi più divergenze di opinioni sull'importanza dell'ippocampo, considerato quasi universalmente come sede della memoria.
L'ippocampo mostra due principali "modalità" di attività, ciascuna delle quali associata a un distinto pattern di onde EEG (onde encefalografiche) e di attività di popolazione neurale. Queste modalità prendono il nome dai pattern encefalografici ad esse associate: theta e LIA (large irregular activity). Qui si trovano alcune delle loro maggiori caratteristiche nel ratto, l'animale più ampiamente studiato. L'ippocampo sembra avere un'importante posizione nell'apprendimento di natura spaziale. Nel ratto si è osservata la presenza di place cell che come per i campi recettivi sembrano attivarsi a seguito dell'occupazione di una determinata regione spaziale. L'ippocampo può essere considerato come uno "spazio di memoria" nel quale le informazioni multisensoriali collegate a una memoria dichiarativa (episodica) si integrerebbero per un breve periodo. Successivamente verranno inviate a regioni paraippocampali che dissociandole ne faranno una memoria più duratura.
Cellule a griglia.
Una cellula a griglia è un tipo di neurone, localizzato nella corteccia entorinale, che si attiva quando un animale si trova in una posizione particolare all'interno di un ambiente. Le cellule a griglia sono state scoperte nel 2005 ed è stato ipotizzato che una rete neurale formata da questo tipo di cellule possa costituire una mappa mentale dello spazio circostante.
Le cellule a griglia sono state individuate nella parte media dorsocaudale della corteccia entorinale dei ratti. Le cellule localizzate nella parte più ventrale, più distanti dal limite tra la corteccia entorinale e la corteccia postrinale (detta paraippocampica nei primati) hanno campi di attivazione più ampi e, coerentemente, presentano una maggiore distanza tra campi stessi.
Mentre cellule con questo tipo di attivazione si possono ritrovare in tutti gli strati della corteccia entorinale, lo strato II presenta cellule, simili al modello a griglia, che si attivano con modalità indipendente dall'orientamento della testa dell'animale. Procedendo verso gli strati più bassi aumenta il grado di dipendenza delle cellule griglia da questo orientamento (cioè sta a significare che ci sono cellule con struttura a griglia, negli strati III e V della corteccia entorinale, che si attivano solo quando l'animale è rivolto in una particolare direzione).
Si è ipotizzato che un codice di campo sia computato nella corteccia entorinale e trasmesso all'ippocampo, il quale è in grado di creare associazioni tra luogo ed eventi, procedimento necessario per la formazione delle tracce di memoria.
Al contrario delle cellule di posizione, una cellula a griglia ha molteplici campi di attivazione, disposti secondo una spaziatura regolare che suddivide l'ambiente in un mosaico di tasselli esagonali. Le proprietà peculiari delle cellule a griglia sono:
1. Presentano campi di attivazione che ricoprono l'intero ambiente (al contrario dei campi place, ristretti a regioni specifiche dell'ambiente)
2. I campi di applicazione sono organizzti in griglie esagonali
3. I campi di attivazione sono generalmente equidispersi nello spazio cosicché la distanza tra un campo di attivazione e l'altro è approssimativamente uguale rispetto a tutti e sei i campi adiacenti (tranne il caso in cui l'ambiente venga ridimensionato: in questo caso lo spazio tra un campo e l'altro può restringersi o espandersi secondo diverse direttive
4.I campi di attivazione sono posizionati reciprocamente a circa 60 gradi l'uno rispetto all'altro.
Le cellule a griglia sono ancorate a punti di riferimenti esterni ma persistenti all'oscurità, suggerendo che esse facciano parte di una mappa dell'ambiente spaziale basata sul movimento del soggetto stesso.
Eugenio Caruso
8 ottobre 2014
