Il navigatore del pipistrello e quello del ratto.

Due ricerche hanno dimostrato che il cervello dei pipistrelli elabora le informazioni dello spazio in cui si muove in modo diverso del cervello di ratti. Per i pipistrelli lo spazio tridimensionale non ha direzioni privilegiate, come invece avviene nei ratti che di fatto si spostano in uno spazio a due dimensioni. Inoltre, nei pipistrelli sembrano assenti le onde cerebrali teta, che secondo precedenti studi sarebbero associate all'orientazione spaziale in tutti i mammiferi.

Per il cervello orientarsi in tre dimensioni non è lo stesso che orientarsi in due. Lo hanno dimostrato due nuove ricerche pubblicate su “Science” che hanno scoperto differenze significative nel sistema di navigazione cerebrale di topi e pipistrelli, smentendo l’idea che i mammiferi condividano uno stesso sistema cerebrale con questo compito.
La capacità di orientarsi è già da diverso tempo al centro dell'attenzione dei ricercatori. Nel campo delle neuroscienze, la scoperta fondamentale riguarda l'esistenza delle cellule di posizione, una classe di neuroni dell'ippocampo che si attivano quando un animale occupa una certa posizione dello spazio e che tutte insieme generano una rappresentazione completa dell'ambiente in cui l’animale si trova.

In passato però gli esperimenti erano stati effettuati con animali terrestri, che si muovonoquindi su una superficie di fatto bidimensionale. 
Per poter verificare se la terza dimensione spaziale porti a una differente rappresentazione dell'ambiente nel cervello dei mammiferi, nel primo studio, Michael Yartsev e Nachum Ulanovsky, del Dipartimento di neurobiologia del Weizmann Institute of Science di Rehovot, in Israele, hanno pensato di studiare l'unico mammifero volante, il pipistrello, e in particolare il rossetto egiziano (Rousettus aegyptiacus). 
Si tratta di una specie molto diffusa nel paese mediorientale, con dimensioni sufficientemente ampie da consentire l’impianto di strumenti miniaturizzati per la misurazione e per la trasmissione wireless dell'attività dei neuroni ippocampali dell’animale senza intralciarne il movimento.

Yartsev e Ulanovsky hanno scoperto che la navigazione del pipistrello nello spazio tridimensionale è simile a quella in due dimensioni, così come emerge dagli studi sugli altri mammiferi. Ciascuna cellula di posizione di R. aegyptiacus è responsabile dell'identificazione di una particolare “cella” in cui è diviso idealmente lo spazio dove sta volando, e si attiva quando l’animale si trova proprio in quella cella. 

Tutte insieme, le cellule di posizione forniscono una mappatura una completa dello spazio tridimensionale.
I risultati dei due scienziati israeliani inoltre hanno dimostrato che in ciascuna cellula di posizione del pipistrello, tutti e tre gli assi spaziali sono codificati con la stessa risoluzione. In altre parole, per il rossetto egiziano lo spazio tridimensionale è isotropo, e non ci sono direzioni privilegiate. 

Proprio questa circostanza segna la distanza con i mammiferi che si muovono con le quattro zampe su una superficie essenzialmente bidimensionale e che percepiscono l'asse z (la direzione alto-basso) con una risoluzione inferiore, come ha scoperto una ricerca recente sui ratti.

Ma il dato sperimentale che consente un confronto tra pipistrelli e roditori sono le onde teta, ovvero modulazioni dell'attivazioni dei neuroni dotate di una frequenza caratteristica che, secondo alcuni studi, sono generate quando i roditori si muovono nello spazio. In effetti, Yartsev e Nachum Ulanovsky hanno osservato che le onde teta sono assenti negli schemi di attivazione delle cellule di posizione dei pipistrelli, confermando uno studio pubblicato nel 2011 dallo stesso Yartsev, in cui però l'accuratezza sperimentale non consentiva di arrivare a risultati definitivi.
A ulteriore riprova dell'assenza di onde teta nel cervello dei pipistrelli ci sono le conclusioni del secondo studio pubblicato su "Science", firmato da James Heys del Center for Memory and Brain della Boston University e colleghi di altri istituti statunitensi. 

Questi ricercatori hanno analizzato in vitro l'attivazione di specifiche cellule del cervello di pipistrelli (oltre a R. aegyptiacus sono stati usati neuroni anche di Eptesicus fuscus) e ratti che si trovano nella regione cerebrale denominata corteccia entorinale mediale. 

Questa regione è considerata una sorta di "stazione di smistamento" di comunicazioni neurali per la navigazione e per la memoria.
Precedenti studi avevano mostrato che le cellule cerebrali della corteccia entorinale mediale si attivano in modo continuo e con segnali elettrici dotati di una frequenza caratteristica durante il movimento dei ratti. Il confronto diretto dei neuroni di ratto e di pipistrello in vitro ha però confermato l'assenza di onde teta nei pipistrelli.
Considerando i risultati dei due studi non resta che concludere che nonostante l'analogia negli schemi di attivazione ippocampali di codifica delle informazioni spaziali, i neuroni di roditori e pipistrelli differiscono proprio per le onde teta, che non possono essere considerate un meccanismo comune a tutti i mammiferi.
Secondo Katrina MacLeod, che ha partecipato allo studio, questa differenza mette in dubbio proprio il ruolo di queste onde cerebrali attribuito da alcune teorie che si occupano dell'orientamento nello spazio degli animali.

“Per capire il cervello, incluso il nostro, dobbiamo realmente studiare l'attività neurale in un'ampia gamma di specie animali”.In termini evoluzionistici, infatti, le differenze nella mappatura della terza dimensione e nella modulazione delle onde teta, probabilmente hanno giocato un ruolo rilevante anche nell'evoluzione della nostra specie, dato che i nostri antenati lontani erano prevalentemente arboricoli ed effettuavano quindi anche continui spostamenti in direzione verticale.