Uno sguardo a come il nostro cervello organizza i ricordi nel tempo

La ricerca sull'organizzazione della nostra memoria è stata a lungo un argomento di fascino tra i neuroscienziati, dato che questo potrebbe portare a trattamenti per invertire i disturbi cognitivi. Qui, esaminiamo alcune recenti scoperte su come è organizzata la memoria che mostrano l'importanza di una "onda" coordinata di attività neuronale nella navigazione spaziale, e la natura temporale alla base del modo in cui i ricordi collegati sono codificati.

A tal fine, i risultati qui descritti evidenziano il ruolo cruciale e variabile dell'ippocampo - il centro della memoria del cervello - nella formazione e nel consolidamento dei nostri ricordi e, per estensione, del nostro senso di identità.

Condurre l '"orchestra" neuronale del cervello: mappe spaziali negli occhi della nostra mente

Per un topo, come viene aggiornata e prodotta una mappa dello spazio quando naviga nel suo ambiente? In un recente studio, gli scienziati riferiscono per la prima volta che l'area centrale dell'ippocampo CA1 nel cervello del topo è responsabile di questa mappa e che ciò avviene tramite l'input di onde neurali dalle regioni del cervello vicine. Per dimostrarlo, l'area dell'ippocampo CA3 situata vicino a CA1 è stata manipolata in modo tale che il suo ingresso fosse disattivato. In effetti, quando l'input è stato interrotto, si è verificata una significativa confusione tra le mappe aggiornate.

In questo studio, i topi sono stati ingegnerizzati geneticamente per esprimere una tossina in CA3 che interrompeva la funzione delle giunzioni sinaptiche che collegavano CA3 ad altre aree del cervello. Ciò non modifica l'attività neuronale ma rimuove la comunicazione tra le sinapsi e ha permesso agli scienziati di indagare su cosa accade alla mappa spaziale in CA1 quando l'input CA3 è stato eliminato.

Successivamente, la corrente elettrica dai singoli neuroni e la corrente elettrica totale da un gruppo più ampio di neuroni (chiamati potenziali di campo locale) sono state registrate mentre i topi correvano su una pista. Gli scienziati sarebbero quindi in grado di misurare ogni ciclo theta, o il tempo durante il quale la mappa spaziale neurale nell'ippocampo è stata aggiornata come determinato dall'attività dei topi.

Sebbene i topi transgenici non avessero difficoltà nello svolgere un'attività di navigazione e i segnali dei singoli neuroni potessero rappresentare accuratamente le informazioni spaziali, la scoperta chiave è stata che c'erano chiari errori nell'organizzazione di questi segnali neuronali a livello di popolazione globale. Una semplice analogia per illustrare ciò sarebbe che l'eliminazione dell'input da CA3 a CA1 non ha alterato la "musica" neurale, ma ha invece rimosso il "conduttore".

Questo studio è il primo a fare luce sui circuiti che collegano gli insiemi di cellule del luogo (un tipo di neurone ippocampale coinvolto nella navigazione spaziale) e su come si aggiornano. Più specificamente, la rimozione dell'input CA3 ostacolerebbe la capacità di prevedere la posizione spaziale. Ciò evidenzia l'importanza critica dei neuroni che si attivano in sequenza per garantire che possiamo organizzare i ricordi nel tempo.

Vediamo qui che "l'orchestra" neurale ha bisogno del "direttore" sotto forma di input CA3 e che i singoli neuroni nell'ippocampo non sono sufficienti per generare una mappa dello spazio funzionante. Ciò sottolinea l'interdipendenza delle strategie che determinano la codifica dei neuroni. In particolare, c'è stata una marcata riduzione delle oscillazioni neurali tipiche della comunicazione da CA3 a CA1. Dato che tali interruzioni sono state precedentemente collegate a malattie neurodegenerative come l'Alzheimer, il lavoro futuro nell'organizzazione del ritmo cerebrale potrebbe quindi migliorare la comprensione di come sono organizzati i circuiti del cervello in tali malattie.

Perdere le connessioni tra ricordi correlati con l'avanzare dell'età: può essere invertito?

In un altro studio, un gruppo di scienziati ha utilizzato un minuscolo microscopio (soprannominato Miniscope) per visualizzare il cervello attraverso una finestra in miniatura e indagare su come i ricordi nel cervello sono collegati nel tempo.Sebbene tali connessioni siano progressivamente indebolite con l'età, questi scienziati sono stati in grado di creare un modo per ricollegare memorie separate nel cervello di topo di mezza età. È importante sottolineare che questo ha un vasto potenziale per lo sviluppo in un trattamento per i pazienti con demenza legata all'età.

Il miniscopio montato sulla testa utilizzato in questo studio ha permesso agli scienziati di visualizzare i neuroni che si attivano nel cervello mentre i topi potevano muoversi liberamente. Per questo studio sono state utilizzate tre scatole uniche e la prima parte dello studio ha coinvolto giovani topi. Qui, ogni mouse è stato posizionato in tutti e tre per 10 minuti per sessione. Il posizionamento nella prima e nella seconda casella era separato da una settimana mentre quello nella seconda e terza casella era separato solo da cinque ore. Inoltre, il mouse ha ricevuto uno shock nella terza casella.

Dopo due giorni, ogni mouse è stato restituito a tutte e tre le caselle. Non sorprende che i topi si siano congelati dalla paura dopo aver riconosciuto le caratteristiche della terza scatola. Tuttavia, ciò che era intrigante era che il topo si bloccava anche quando veniva posizionato nella seconda scatola nonostante il fatto che non fosse stato somministrato uno shock in questa scatola in precedenza. Ciò ha suggerito che il ricordo dello shock fosse trasferito dalla terza casella all'esperienza nella seconda casella avvenuta cinque ore prima.

Un esperimento simile è stato successivamente condotto con topi di mezza età utilizzando due scatole, a cinque ore di distanza, e per cui è stata data una scarica nella seconda scatola. Si è riscontrato che questi topi più anziani si sono congelati solo nella seconda scatola in cui sono rimasti scioccati, e non nella prima scatola. A questo proposito, il Miniscope ha scoperto che le due memorie non erano collegate e avevano invece circuiti neurali codificati separatamente. Più sorprendentemente, questo indicava che l'invecchiamento indeboliva la capacità dei neuroni di essere eccitati e codificare un ricordo.

Forse la scoperta più emozionante di questo studio è stata che queste connessioni perse potevano essere effettivamente salvate. Nella seguente serie di esperimenti, gli scienziati hanno prima eccitato i neuroni in una regione dell'ippocampo prima di posizionare i topi nella prima scatola. I topi sono stati quindi introdotti nella prima e nella seconda scatola, dove è stato somministrato uno shock ai piedi dopo due giorni. Dopo la reintroduzione nella prima scatola, i topi si sono congelati mentre collegavano lo shock nella seconda scatola al primo, il che implica che una maggiore eccitabilità neuronale ha salvato il deterioramento correlato all'età nel collegamento della memoria.

È particolarmente pertinente notare che i ricordi non si verificano isolatamente nella vita reale, dato che le esperienze passate influenzano il modo in cui si formano nuovi ricordi e influenzano i nostri processi decisionali in futuro. Si spera che la ricerca in questo campo possa un giorno aiutare le persone con declino cognitivo correlato all'età in termini di miglioramento delle proprie capacità di connettersi e conservare i ricordi.

Riferimenti

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Questo articolo è apparso originariamente sul pluripremiato blog sulla salute e la scienza e sulla comunità a tema cervello, BrainBlogger: How Does the Brain Organize Memories Across Time?