Le “cellule del tempo” sono cruciali per l’apprendimento

I ricercatori dell’Università dello Utah Health hanno scoperto che le “cellule del tempo” nei topi sono cruciali per i compiti di apprendimento in cui il tempismo è fondamentale. Queste cellule cambiano i loro schemi di attivazione man mano che i topi imparano a distinguere tra eventi temporizzati, suggerendo un ruolo oltre la semplice misurazione del tempo. Questa scoperta potrebbe aiutare nella diagnosi precoce di malattie neurodegenerative come l'Alzheimer evidenziando l'importanza della corteccia entorinale mediale (MEC), che è tra le prime regioni del cervello colpite da tali malattie

I ricercatori dell’Università dello Utah Health hanno scoperto che le “cellule del tempo” nei topi si adattano all’apprendimento di compiti a tempo, una scoperta che potrebbe aiutare la diagnosi precoce dell’Alzheimer monitorando i cambiamenti in una regione chiave del cervello.

Cellule staminali, cellule del tempo

L’importanza delle cellule del tempo

La nostra percezione del tempo è fondamentale per la nostra interazione e comprensione del mondo che ci circonda. Sia che siamo impegnati in una conversazione o che guidiamo un’auto, dobbiamo ricordare e valutare la durata degli eventi: un calcolo complesso ma in gran parte inconscio che corre costantemente sotto la superficie dei nostri pensieri.

I ricercatori dell’Università dello Utah Health hanno scoperto che, nei topi, una popolazione specifica di “cellule del tempo” è essenziale per apprendere comportamenti complessi in cui il tempismo è fondamentale. Come la lancetta dei secondi di un orologio, le celle temporali si attivano in sequenza per mappare brevi periodi di tempo.

Il team di studiosi ha scoperto che le cellule del tempo però non sono solo un semplice orologio: man mano che gli animali imparano a distinguere tra eventi con tempi diversi, il modello di attività di queste cellule cambia per rappresentare ogni modello di eventi in modo diverso. La scoperta potrebbe infine aiutare nella diagnosi precoce delle malattie neurodegenerative, come l’Alzheimer, che influenzano il senso del tempo.

Il nuovo studio è stato pubblicato su Nature Neuroscience.

Lo studio

Combinando un complesso compito di apprendimento basato sul tempo con l’imaging cerebrale avanzato, i ricercatori sono stati in grado di osservare i modelli di attività delle cellule del tempo diventare più complessi man mano che i topi imparavano.

I ricercatori hanno inizialmente organizzato un esperimento in cui era fondamentale apprendere le differenze nella tempistica degli eventi. Per ottenere una ricompensa, i topi dovevano imparare a distinguere tra modelli di stimolo olfattivo che avevano tempi variabili, come se stessero imparando una forma molto semplice di codice Morse.

Prima e dopo che i topi avessero appreso, i ricercatori hanno utilizzato la microscopia all’avanguardia per osservare le singole cellule in questione attivarsi in tempo reale. Inizialmente, hanno risposto allo stesso modo a ogni modello di stimolo olfattivo. Ma man mano che hanno imparato i modelli di stimolo con tempi diversi, i topi hanno sviluppato diversi modelli di attività di queste particolari cellule per ciascun modello di eventi.

In particolare, durante le prove in cui i topi sbagliavano, i ricercatori hanno potuto vedere che le loro cellule temporali spesso si attivavano nell’ordine sbagliato, suggerendo che la giusta sequenza di attività delle cellule del tempo è fondamentale per eseguire compiti basati sul tempo.

Formina

Le cellule del tempo dovrebbero essere attive in momenti specifici durante lo studio“, ha detto Hyunwoo Lee, ricercatore post-dottorato in neurobiologia presso la Spencer Fox Eccles School of Medicine dell’Università dello Utah e co-primo autore dello studio: “Ma quando i topi commettevano errori, l’attività selettiva diventava disordinata”.

Sorprendentemente, le cellule del tempo svolgono un ruolo più complicato rispetto al semplice monitoraggio del tempo, ha affermato Erin Bigus, assistente di ricerca laureata in neurobiologia e co-primo autore dello studio.

Coloranti fluorescenti

Quando i ricercatori hanno bloccato temporaneamente l’attività della regione del cervello che contiene le cellule temporali, la corteccia entorinale mediale (MEC), i topi potevano ancora percepire e persino anticipare il momento degli eventi, ma non potevano imparare da zero compiti complessi legati al tempo.

Il MEC non si comporta come un semplice cronometro necessario per tenere traccia del tempo in qualsiasi circostanza semplice“, ha detto Bigus: “Il suo ruolo sembra essere quello di apprendere effettivamente queste relazioni temporali più complesse”.

Ricerche precedenti sul MEC hanno scoperto che è anche coinvolto nell’apprendimento di informazioni spaziali e nella costruzione di “mappe mentali”. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno notato che i modelli di attività cerebrale che si verificano durante l’apprendimento di compiti basati sul tempo mostrano alcune somiglianze con i modelli precedentemente osservati coinvolti nell’apprendimento spaziale, aspetti di entrambi i modelli persistono anche mentre un animale non sta imparando attivamente.

Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche, questi risultati hanno indicato che il cervello potrebbe elaborare lo spazio e il tempo in modi fondamentalmente simili: “Crediamo che la corteccia entorinale potrebbe avere un duplice scopo, agendo sia come contachilometri per tracciare la distanza sia come orologio per tenere traccia del tempo trascorso“, ha affermato James Heys, assistente professore di neurobiologia e autore senior dello studio.

Queste sono le prime aree del cervello ad essere colpite da malattie neurodegenerative come l’Alzheimer. Siamo interessati ad esplorare se complessi compiti comportamentali temporali potrebbero essere un modo utile per rilevare l’esordio precoce della malattia di Alzheimer”, ha aggiunto.

Conclusioni

Imparare come il cervello elabora il tempo potrebbe infine aiutare a individuare malattie neurodegenerative come l’Alzheimer, dicono i ricercatori. La MEC è una delle prime aree del cervello colpita dall’Alzheimer, suggerendo che complessi compiti di timing potrebbero potenzialmente essere un modo per catturare precocemente la malattia.

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