Skip to main content

Neural basis of natural navigation: Representation of goals, 3-D spaces and 1-km distances in the bat hippocampal formation – the role of experience

Article Category

Article available in the folowing languages:

I pipistrelli in volo svelano come il nostro cervello si orienta nello spazio

Il tracciamento dell’attività neurale dei pipistrelli ha svelato numerose informazioni sul modo in cui il nostro cervello elabora lo spazio intorno a noi. Questa ricerca fondamentale potrebbe avere implicazioni per il trattamento dei disturbi cerebrali e persino per l’apprendimento automatico.

Ricerca di base

I neuroscienziati sono da anni a conoscenza del fatto che la formazione dell’ippocampo nel cervello contiene neuroni direttamente relazionati con lo spazio e riveste un’importanza cruciale per la memoria, in particolare per quella spaziale. «Tra questi neuroni figurano le cellule di posizione, che ci indicano dove ci troviamo a livello spaziale», spiega Nachum Ulanovsky, coordinatore del progetto NATURAL_BAT_NAV e docente di ricerca sul cervello presso l’Istituto scientifico Weizmann in Israele. «Le cellule grid (cellule a griglia), d’altra parte, fungono da strumento di misurazione, consentendo all’animale di determinare le dimensioni dello spazio circostante». Esistono inoltre le head-direction cell, o cellule di direzione della testa, che funzionano come una sorta di bussola, e le border cell, o cellule di confine, che individuano i limiti di un dato spazio. Presi assieme, questi neuroni ci aiutano nel compito di elaborare lo spazio intorno a noi e di posizionarci nell’ambiente che ci circonda.

Un approccio naturalistico

I neuroscienziati stanno solamente iniziando a comprendere appieno l’effettiva modalità di funzionamento della capacità di navigazione spaziale della formazione dell’ippocampo. «Nel campo delle neuroscienze, gli esperimenti vengono solitamente effettuati in ambienti controllati di piccole dimensioni», afferma Ulanovsky. «Nel mondo naturale, tuttavia, l’orientamento avviene in modo diverso, per cui abbiamo voluto avviare un progetto aperto che si avvale di un approccio più naturalistico». A tal fine, Ulanovsky ha sostituito i tipici esperimenti laboratoriali, che utilizzano topi e labirinti, con un tunnel di 200 metri di lunghezza e un gruppo di pipistrelli. Questi animali volano in modo rapido e tridimensionale spostandosi su vaste aree, il che li rende perfetti per comprendere il ruolo svolto dall’ippocampo cerebrale nell’orientamento spaziale su lunghe distanze. Per acquisire e conservare dati, ai pipistrelli sono stati accuratamente fissati dei dispositivi neurofisiologici wireless. Successivamente, gli animali sono stati tracciati mediante un sistema di tipo GPS che ha offerto un’eccezionale precisione nella determinazione della posizione.

Tracciare la forza cerebrale

Ulanovsky è riuscito a dimostrare che i pipistrelli in volo verso i propri obiettivi di navigazione spaziale utilizzano neuroni che rappresentano sia la direzione, sia la distanza. Questo vettore, come viene chiamato, è stato ritrovato per la prima volta nell’ippocampo. «Siamo inoltre riusciti a dimostrare che nell’ippocampo di questi animali esistono neuroni specifici che rappresentano la posizione degli altri pipistrelli», aggiunge Ulanovsky. «Li abbiamo chiamati cellule di posizione sociale. Esse svolgono un ruolo di primaria importanza, ad esempio, nel modo in cui un giocatore di calcio è in grado di trovare i propri compagni di squadra con un passaggio». Il tracciamento dei pipistrelli ha inoltre aiutato Ulanovsky a individuare neuroni specifici che aiutano a realizzare la navigazione spaziale tridimensionale, nonché le modalità attraverso cui i pipistrelli si orientano sorvolando aree di grandi dimensioni. Ulanovsky e il suo team hanno scoperto che i pipistrelli si avvalgono di una sorta di codice di navigazione spaziale multiscala per rappresentare la propria posizione lungo il tunnel di 200 metri. «Ciò che si è rivelato interessante è che i pipistrelli nati in laboratorio, che non hanno mai visto spazi vasti, utilizzavano lo stesso codice di navigazione spaziale dei pipistrelli selvatici», osserva Ulanovsky. «Questo indizio suggerisce che tale codice multiscala non dipende dall’esperienza, ma è piuttosto solido e basilare. I progetti come questo, incentrati sul comportamento in natura, possono portare a risultati sorprendenti». In termini di applicazioni reali, Ulanovsky suggerisce che è troppo presto per identificare il possibile impatto di questa ricerca fondamentale sul trattamento delle patologie cerebrali. Indubbio è tuttavia che esista del potenziale, tenendo in conto il fatto che la formazione dell’ippocampo è la regione cerebrale dove si originano le nostre memorie, nonché la prima che mostra segni del morbo di Alzheimer. Un’altra area di grandi potenzialità è la scoperta del modo in cui i pipistrelli utilizzano una sorta di codice multiscala per orientarsi in zone ampie. I relativi risultati potrebbero incidere sullo sviluppo degli algoritmi di navigazione spaziale, tra cui quelli basati sull’apprendimento automatico.

Parole chiave

NATURAL_BAT_NAV, neurobiologia, cervello, pipistrelli, neuroni, ippocampo, navigazione spaziale, neuroscienze

Scopri altri articoli nello stesso settore di applicazione