I neurobiologi dell'Università Ludwig Maximilian di Monaco di Baviera presentano una nuova teoria per l'origine delle cellule della griglia necessarie per l'orientamento spaziale nel cervello dei mammiferi, che assegna un ruolo vitale alla tempistica dei treni di segnali che ricevono dai neuroni chiamati cellule luogo.

Le cellule nervose del cervello note come cellule di posizione e cellule della griglia, rispettivamente, svolgono un ruolo cruciale nella navigazione spaziale nei mammiferi. Le singole cellule del luogo nell'ippocampo rispondono solo a poche posizioni spaziali. Le cellule della griglia nel complesso entorinale, d'altra parte, fuoco in più punti dell'ambiente, tale che insiemi specifici vengono attivati ​​consecutivamente mentre un animale attraversa il suo habitat. Questi modelli di attivazione danno origine a una mappa virtuale, costituito da una disposizione esagonale di celle della griglia che riflettono le distanze relative tra particolari punti di riferimento nel mondo reale. Il cervello è quindi in grado di costruire una mappa virtuale che codifica la propria posizione nello spazio.

Il Premio Nobel per la Medicina e Fisiologia 2015 è andato agli scopritori di questo sistema, che è stato indicato come il GPS del cervello. Però, la relazione evolutiva tra le celle del luogo e le celle della griglia, così come il meccanismo di origine delle celle della griglia e la loro disposizione in reticoli esagonali rimangono poco chiari. Ora i neurobiologi della LMU, il professor Christian Leibold e il suo collega Mauro Miguel Monsalve Mercado, hanno proposto un nuovo modello teorico, che per la prima volta fornisce un modello plausibile basato su processi biologici noti. Il modello implica che lo sviluppo delle celle della griglia e dei loro campi di risposta dipendono dall'input sinaptico delle celle di posizione. Le nuove scoperte sono descritte nella rivista Lettere di revisione fisica .

Gli autori del nuovo articolo assegnano un ruolo centrale nel loro modello alle correlazioni nella tempistica delle sequenze di risposta neuronale generate da cellule di luogo diverso. I membri di questi gruppi diventano attivi quando l'animale raggiunge determinate posizioni nello spazio, e trasmettono impulsi nervosi in sequenze temporali precisamente coordinate, che seguono un particolare schema ritmico, e quindi codificare distanze spaziali relative. Leibold e Monsalve Mercado hanno usato una classica regola di apprendimento neuronale, nota come regola di Hebb, analizzare le correlazioni temporali tra i modelli di attivazione delle celle di luogo e l'organizzazione delle celle della griglia. La regola di Hebb afferma che l'attivazione ripetuta di due neuroni funzionalmente accoppiati in rapida successione aumenta progressivamente l'efficienza della trasmissione sinaptica tra di loro. Applicando questo concetto di plasticità sinaptica attività-dipendente ai modelli di scarica temporale correlati delle cellule luogo, gli autori possono spiegare la formazione delle disposizioni esagonali delle celle della griglia osservate nei mammiferi che si muovono liberamente.

"I modelli finora proposti per spiegare lo sviluppo delle celle della griglia sulla base dell'input delle celle di posizione non erano specifici riguardo ai precisi meccanismi biologici sottostanti. Ora abbiamo, per la prima volta, è stato in grado di costruire un modello coerente per l'origine delle celle della griglia che si avvale di meccanismi biologici noti, " afferma Christian Leibold. Il nuovo modello implica che le cellule della griglia siano generate da un processo di apprendimento neuronale. Questo processo sfrutta la plasticità sinaptica per trasformare la segnalazione temporale coordinata tra le cellule di posizione nei modelli esagonali delle risposte delle cellule della griglia osservate nel complesso entorinale. Il modello predice quindi che le cellule della griglia dovrebbero prima sorgere negli strati profondi della corteccia entorinale.