Come fa il cervello ad elaborare informazioni che ci aiutano a modificare le nostre azioni, in base al contesto?

di Ruggiero Corcella Uno studio coordinato dall’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa investiga i meccanismi alla base della codifica delle informazioni contestuali nell’ippocampo, una regione del cervello fondamentale per l’orientamento spaziale e per la formazione di nuove memorie Come vengono elaborate le informazioni contestuali dal cervello? Uno studio coordinato da Eleonora Russo ricercatrice dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa investiga i meccanismi alla base della codifica delle informazioni contestuali nell’ippocampo, una regione del cervello fondamentale per l’orientamento spaziale e per la formazione di nuove memorie. Pubblicato su Nature Communications e realizzato in collaborazione con l’Università di Bristol e il Central Institute of Mental Health di Mannheim, lo studio «costituisce un passo avanti nel comprendere come il nostro cervello integri informazioni contestuali, permettendoci di adottare comportamenti differenti in base al contesto e di formare memorie distinte per ciascun episodio» dichiara la dottoressa Russo. L’ippocampo, il nostro GPS interno Ci sono luoghi fisici che nel corso del tempo ci hanno visto protagonisti di azioni diverse, in contesti diversi. Prendiamo come esempio una piazza: possiamo esserci stati a un concerto o una manifestazione ma anche, in un altro momento, per prendere un caffè con gli amici. Per capire come il cervello distingua questi eventi, Russo e colleghi hanno studiato l’ippocampo, una regione del lobo temporale del cervello, nodo di integrazione di informazioni multisensoriali. L’ippocampo funziona come una sorta di GPS, fornendoci costantemente informazioni sulla nostra posizione nello spazio. Oltre a codificare informazioni spaziali, l’ippocampo riceve anche informazioni provenienti da vari domini sensoriali – come la vista, l’udito, l’olfatto – che vengono qui integrate per formare memorie complesse e sfaccettate. In questo modo l’ippocampo crea delle mappe personalizzate dell'ambiente, arricchite dai vari elementi sensoriali e contestuali associati alle nostre esperienze fatte in quei luoghi. Le sequenze theta Una delle modalità di comunicazione dell’ippocampo con il resto del cervello avviene attraverso le sequenze theta, pacchetti di attività in cui i neuroni si attivano in successione ordinata e rapida. Le sequenze theta comprimono le informazioni spaziali e contestuali in pochi millisecondi. Proprio questa compressione temporale è stata dimostrata essere fondamentale per il consolidamento delle esperienze, durante il sonno, in memorie a lungo termine. Le novità rispetto agli studi precedenti «Negli ultimi anni è stato osservato come le sequenze theta dell'ippocampo codifichino non solo informazioni spaziali, ma anche informazioni relative alle intenzioni che abbiamo quando attraversiamo questi luoghi - spiega la dottoressa Russo -. La produzione di queste sequenze è legata alla capacità dei neuroni dell'ippocampo di attivarsi in fasi specifiche delle oscillazioni theta. In questo studio, mostriamo come questa capacità di modulazione di fase di attivazione sia molto più ampia di quanto non si pensasse in precedenza e come uno stesso neurone possa attivarsi in fasi diverse del ciclo theta a seconda della nostra posizione nello spazio e/o del contesto specifico in cui ci troviamo». Che aggiunge: «Nello studio proponiamo un possibile meccanismo che spieghi come i neuroni ippocampali possano ottenere questa modulazione di fase e, attraverso un modello matematico di dinamica neuronale, testiamo l'ipotesi formulata, riscontrando che il nostro modello formulato genera pattern di attività simili a quelli osservati sperimentalmente. Il meccanismo identificato, spiega dunque i dati sperimentali osservati ma anche altre osservazioni fatte da altri ricercatori nello stesso ambito. Ad esempio, spiega come si possano formare in modo flessibile e veloce sequenze theta che riflettano i nostri obiettivi quando navighiamo nello spazio». Lo studio condotto da Eleonora Russo in collaborazione con Matt Jones, professore in Neuroscienze presso l’Università di Bristol, e Daniel Durstewitz, professore in Neuroscienze presso il Central Institute of Mental Health in Mannheim e l’Università di Heidelberg, ha combinato nuovi dati sperimentali con modelli matematici per mostrare come i neuroni dell’ippocampo possano flessibilmente modificare l’ordine della loro attivazione all’interno delle sequenze theta in funzione delle informazioni contestuali che elaborano. «Questa osservazione, non solo ci aiuta a capire meglio come le informazioni contestuali possano essere usate per guidare il nostro comportamento, ma ci suggerisce delle potenziali strategie utilizzate dal nostro cervello per immagazzinare memorie episodiche» conclude la dottoressa Russo.