Negli ultimi 15 anni, grazie agli studi in pazienti cerebrolesi e alle piu' recenti tecniche di neuroimmagini, si e' riusciti a conoscere abbastanza riguardo ai meccanismi neurali coinvolti nelle funzioni cognitive fondamentali per le abilita' di orientamento. Per esempio, utilizzando la risonanza magnetica funzionale (fMRI), noi abbiamo trovato che l'utilizzo spontaneo della memoria procedurale coinvolge principalmente lo striato (i.e. il nucleo caudato), una regione sottocorticale che permette lo svolgimento in automatico di molti comportamenti complessi; invece, l'utilizzo spontaneo della memoria spaziale coinvolge principalmente l'ippocampo, una struttura situata nella regione mediale del lobo temporale (Figura 1).

In uno studio recente, abbiamo utlizzato un ambiete virtuale tridimesionale in combinazione con la risonanza funzionale per studiare i meccanismi neurali coinvolti nella specifica abilita' di formare ed utilizzare una mappa cognitiva. Abbiamo chiesto ai nostri soggetti di navigare nell'ambiente virtuale in modo da creare una rappresentazione mentale dell'ambiente, e cioe' una mappa cognitiva. Dopo aver creato una corretta mappa cognitiva, abbiamo chiesto a questi soggetti di utlizzare quella mappa in modo da raggiungere diversi posti nell'ambiente partendo da diversi punti. Abbiamo chiamato questo test "Cognitive Map Test" (CMT) (test della mappa cognitiva). Abbiamo analizzato, quindi, l'attivita' cerebrale dei soggetti mentre eseguivano i compiti, ed abbiamo trovato che il test coinvolge diverse regioni frontali e parietali, molto probabilmente coinvolti nei processi percettivi ed attentivi richiesti durante la navigazione nell'ambiente virtuale. In aggiunta a queste regioni cerebrali, comunque, abbiamo trovato che entrambe la formazione e l'utilizzo della mappa cognitiva coinvolgevano l'ippocampo. Questi risutati hanno confermato precedenti studi eseguiti nei roditori e dimostrato che l'ippocampo gioca un ruolo fondamentale nella formazione e utilizzo di mappe cognitive anche negli umani (Figura 2).

E' risaputo che le persone differiscono nelle loro abilita' di orientamento, una differenza dovuta principalmente alla preferenza nell'utilizzare diverse strategie di orientamento. Noi abbiamo voluto verificare se queste differenze di abilita' di orientamento continuano a manifestarsi anche quando si chiede ai soggetti di utilizzare la stessa strategia, in questo caso chiedendo di formare ed utilizzare mappe cogntive. Abbiamo quindi chiesto a un nuovo gruppo di soggetti di eseguire il CMT. Come ci aspettavamo, abbiamo trovato che alcuni soggetti erano capaci di formare la mappa cognitiva dell'ambiente in un paio di minuti al massimo, mentre altri soggetti hanno avuto bisogno di piu' di dieci minuti per formare la stessa mappa cognitiva. Una variabilita' simile e' stata trovata quando i soggetti hanno utilizzato la mappa cognitiva per orientarsi nell'ambiente. Alcuni soggetti sono stati capaci di raggiungere alcuni target (landmarks) in modo veramente veloce, mentre altri hanno avuto bisogno di piu' tempo. Per cercare di spiegare questa variabilita' nelle abilita' di orientamento in termini di meccanismi neurali, abbiamo utilizzato una recente tecnica di neuroimmagine, detta Diffusion Tensor Imaging (DTI), per analizzare l'organizzazione e la struttura molecolare dell'ippocampo di questi soggetti che hanno esibito diverse abilita' nel risolvere i compiti del CMT. Abbiamo trovato che una migliore organizzazione strutturale e molecolare dell'ippocampo coincide con una migliore esecuzione comportamentale dei compiti descritti sopra (formazione e utilizzo della mappa cognitiva). Questi risultati ci dicono che la variabilita' osservata nell'abilita' di formare ed utilizzare mappe cognitive e' fortemente correlata all'organizzazione strutturale e molecolare dell'ippocampo. Non siamo sicuri sul come ed il perche' l'organizzazione strutturale dell'ippocampo varierebbe tra gli individui, ma di certo questa proprieta' dell'ippocampo e' un fattore importante da considerare quando si valutano le abilita' di orientamento, e molto probabilmente e' responsabile per il manifestarsi di deficit di orientamento in soggetti sani (Figura 3).

Nel 2009 abbiamo pubblicato il primo caso nella letteratura scientifica di una paziente 43enne affetta da disorientamento topografico congenito. A dispetto di un normale funzionamento cognitivo, questa persona non e' mai stata capace di orientarsi. Circa dall'eta' di 6 anni in poi, lei si ricorda di attacchi di panico ogni volta che la mamma scompariva per un attimo dalla sua vista al supermercato. Le sue sorelle o i genitori la hanno dovuta accompagnare sempre a scuola, e lei non e' mai stata capace di uscire da casa da sola perdendosi ogni volta che ci provava. Nessuno dei suoi parenti presenta difficolta' di orientamento. Lei e' in grado di eseguire istruzioni specifiche e dettagliate in modo da arrivare al suo ufficio, dove lavora da 5 anni. Lei sa quale autobus prendere per andare li, riconosce una particolare piazza dove sa di dover scendere, ed da li e' in grado di seguire una strada dritta di circa 30 metri fino a quando non vede l'edificio in cui si trova il suo ufficio. E' in grado di eseguire lo stesso percorso per ritornare a casa la sera, anche se alcune volte si perde nel vicinato ed e' costretta a telefonare a casa per chiedere al padre di andarla a prendere sulla strada in cui si trova. A parte questo specifico percorso, lei non e' in grado di trovare la strada giusta per raggiungere altri posti come ad esempio il supermercato o il cinema, perdendosi ogni volta che ci prova. Dopo aver eseguito un dettagliato esame, abbiamo trovato che questa persona ha un problema specifico consistente nella incapacita' di formare mappe cognitive dell'ambiente. Uno studio di risonanza funzionale ha confermato attivita' neurale in diverse parti del cervello mentre lei cercava di formare una mappa cognitiva, tranne che nell'ippocampo, il quale invece e' risultato essere attivo quando lei provava ad utilizzare una semplice mappa cognitiva che aveva imparato dopo una lunghissima fase di appredimento. Questi risultati comportamentali e di neuroimmagini suggeriscono che la sua incapacita' di orientarsi e' principalmente dovuta alla sua mancaza di abilita' nel formare una mappa cognitiva dell'ambiente. Purtroppo non e' stato possibile eseguire uno studio DTI che ci avrebbe dato informazioni dettagliate riguardo all' organizzazione strutturale e molecolare dell'ippocampo in questa persona. Stiamo comunque creando un trattamento riabilitativo che dovrebbe permettere a questa persona di cominciare a sviluppare la capacita' di formare mappe cognitive dell'ambiente in cui vive e naviga quotidianamente.

Nel 2010 abbiamo replicato i risultati descritti nel primo caso in un gruppo di 120 nuovi casi di persone affette da questo disturbo. Attualmente abbiamo nel nostro archivio circa 700 persone con lo stesso disturbo di dsorientamento topografico congenito, un numero che aumenta giornalmente, a conferma del fatto che questo disturno e' presente in modo significativo nella popolazione.