I meccanismi della memoria

Due nuove scoperte sulla memoria: 

• i ricordi vengono creati quando le cellule dell'ippocampo formano ammassi discreti, ciò suggerisce che la formazione della memoria richiede che le cellule siano organizzate in una disposizione spaziale specifica. Inoltre, la ricerca indica che il sonno è fondamentale per la stabilizzazione di questi gruppi cellulari.

• Il cervello adulto contiene milioni di “sinapsi silenziose” - connessioni immature tra i neuroni che rimangono inattive fino a quando non vengono reclutate per formare nuovi ricordi. Circa il 30% di tutte le sinapsi nella corteccia cerebrale sono silenziose. Ciò consente al cervello di creare nuovi ricordi senza sovrascrivere i ricordi immagazzinati nelle sinapsi mature.

Le cellule che codificano la memoria devono essere disposte in un modo specifico e il sonno è vitale per la stabilizzazione di questi gruppi cellulari.

Sebbene sappiamo che i gruppi di cellule che lavorano insieme in una specifica regione del cervello - l'ippocampo - sono vitali per creare, immagazzinare e recuperare molti tipi di ricordi, non abbiamo ancora un'idea chiara di come queste cellule siano organizzate. 

I ricercatori hanno recentemente identificato un pezzo importante di questo puzzle; si è visto che, nei ratti, i ricordi sono stati creati quando le cellule dell'ippocampo si sono disposte in ammassi discreti, suggerendo che la formazione della memoria richiede che le cellule siano organizzate in una disposizione specifica. 

Il recente studio indica anche che il sonno è importante per la stabilità di questi gruppi cellulari.

I risultati sono stati ottenuti grazie ad una nuova tecnica, chiamata “immediate early gene imaging”, tecnica che ha permesso di visualizzare le cellule che erano attive in un momento specifico all'interno dell'intero ippocampo. 

Questa tecnica ha permesso di vedere che, quando si stavano formando i ricordi, gruppi di cellule attive erano organizzati in raggruppamenti piccoli e compatti.

Questa ricerca suggerisce che le cellule che codificano la memoria nell'ippocampo devono essere organizzate in un modo specifico per poter formare i ricordi.

Poiché il sonno è vitale per la formazione della memoria, il team di ricerca ha quindi deciso di esaminare se il sonno avesse effetti sull'organizzazione dei cluster. 

Quando ai topi veniva permesso di dormire avevano ricordi molto più forti e c’erano anche più gruppi di cellule attive nei loro ippocampi.

Questi risultati dimostrano che l'organizzazione dei cluster cellulari nell'ippocampo è importante per la formazione della memoria e suggeriscono che il sonno aiuta a stabilizzare i cluster cellulari per migliorare la memoria. 

Il cervello adulto contiene milioni di “sinapsi silenziose”, connessioni immature tra i neuroni, che rimangono inattive fino a quando non vengono reclutate per formare nuovi ricordi.

Fino ad ora, si credeva che le sinapsi silenziose fossero presenti solo durante lo sviluppo iniziale, quando il cervello deve apprendere le informazioni a cui è esposto all'inizio della vita. Nei topi, si credeva che queste sinapsi scomparissero intorno ai 12 giorni di età (equivalenti ai primi mesi di vita umana).

Tuttavia, il nuovo studio del MIT ha rivelato che nei topi adulti circa il 30% di tutte le sinapsi nella corteccia cerebrale sono silenziose.

L'esistenza di queste sinapsi silenziose può aiutare a spiegare come il cervello adulto sia in grado di formare continuamente nuovi ricordi e apprendere nuove cose senza dover modificare le sinapsi già pre esistenti.

Le sinapsi silenziose sono alla ricerca di nuove connessioni e quando vengono presentati nuovi stimoli, le connessioni tra i neuroni vengono rafforzate. Ciò consente al cervello di creare nuovi ricordi senza sovrascrivere i ricordi importanti immagazzinati nelle sinapsi mature che, tra l’altro, sono più difficili da modificare.

I neuroni devono mostrare un'ampia gamma di meccanismi di plasticità per consentire al cervello di apprendere in modo efficiente nuove cose e conservarle nella memoria a lungo termine. 

Alcune sinapsi devono essere stabilite o modificate facilmente, per formare i nuovi ricordi, mentre altre devono rimanere molto più stabili, per preservare i ricordi a lungo termine.

Per condurre lo studio i ricercatori hanno usato una tecnica chiamata eMAP (epitope-preserving Magnified Analysis of the Proteome). Utilizzando questa tecnica, i ricercatori possono espandere fisicamente un campione di tessuto e quindi etichettare le proteine ​​specifiche nel campione, rendendo possibile ottenere immagini ad altissima risoluzione.

Mentre stavano utilizzando questa metodologia hanno fatto una scoperta sorprendente, c’erano filopodi ovunque! I filopodi sono sottili sporgenze di membrana che si estendono dai dendriti.

Dopo aver fatto questa osservazione, il team di ricerca ha cercato di trovare filopodi in altre parti del cervello adulto. Con sorpresa, hanno trovato filopodi  nella corteccia visiva del topo e in altre parti del cervello, ad un livello 10 volte superiore a quello visto in precedenti studi. 

Hanno anche scoperto che  i filopodi avevano recettori per i neurotrasmettitori chiamati recettori NMDA, ma nessun recettore AMPA.

Una tipica sinapsi attiva ha entrambi questi tipi di recettori, che legano il neurotrasmettitore glutammato. I recettori NMDA normalmente richiedono la cooperazione con i recettori AMPA per trasmettere i segnali.

Pertanto, quando i recettori AMPA non sono presenti, le sinapsi che hanno solo recettori NMDA non possono far passare una corrente elettrica e sono chiamate “silenziose”. I filopodi rappresentano quindi sinapsi silenziose all'interno del cervello.

I ricercatori hanno anche scoperto che convertire le sinapsi silenziose in sinapsi attive era molto più facile (richiede stimolazioni meno intense) che riutilizzare le sinapsi già consolidate.

I risultati offrono supporto alla teoria secondo cui il cervello adulto include sinapsi altamente plastiche che possono essere reclutate per formare nuovi ricordi.

I filopodi consentono ad un sistema di memoria di essere sia flessibile che robusto. C’è bisogno di flessibilità per acquisire nuove informazioni, ma anche di stabilità per conservare le informazioni importanti.

I ricercatori stanno ora cercando prove di queste sinapsi silenziose nel tessuto cerebrale umano. Sperano anche di capire se il numero o la funzionalità di queste sinapsi sia influenzata da fattori come l'invecchiamento o le malattie neurodegenerative. Questi risultati ci avvicinano di un passo alla comprensione di come funziona esattamente la memoria.