Lo studio sui ratti trova la riproduzione mentale delle esperienze passate fondamentali per l'apprendimento

Ripetere mentalmente le esperienze passate mentre si è svegli è essenziale per fare scelte informate, suggerisce un nuovo studio che utilizza i ratti.

Finanziati dal National Institutes of Health, i ricercatori hanno bloccato l'apprendimento e l'azione sulle esperienze passate sopprimendo selettivamente la riproduzione, codificata come esplosioni di una frazione di secondo di attività neuronale nei centri di memoria dei ratti che eseguono un compito labirinto.

"Sembra che siano queste esplosioni simili a increspature nell'attività elettrica nell'ippocampo che ci consentono di pensare alle possibilità future sulla base delle esperienze passate e decidere cosa fare", ha detto Loren Frank, Ph.D., dell'Università della California, San Francisco, che ha osservato che "modelli simili di attività dell'ippocampo sono stati rilevati negli esseri umani in situazioni simili".

Frank e i suoi colleghi avevano scoperto in studi precedenti che l'attività ritmica simile a un'increspatura nell'ippocampo coincideva con la riproduzione mentale di esperienze passate durante le pause dell'attività dei topi. Lo stesso segnale durante il sonno è noto per aiutare a consolidare i ricordi, quindi i ricercatori hanno ipotizzato che questi stati di ondulazione svegli siano necessari per il processo decisionale guidato dalla memoria.

Per testare questo nel presente studio, hanno soppresso selettivamente l'attività di ondulazione senza disturbare altre funzioni, monitorando gli eventuali effetti sulle prestazioni degli animali in un'attività labirintica.

I ricercatori hanno scoperto che i singoli neuroni in alcune aree dell'ippocampo vengono associati a un luogo particolare. Queste cellule del luogo si attivano quando l'animale è in quel luogo o - si scopre - sta semplicemente ripetendo mentalmente l'esperienza di essere in quel luogo.

Nell'ultimo esperimento, il topo doveva ricordare quale dei due bracci esterni di un labirinto a forma di W aveva visitato in precedenza e alternarsi tra loro, visitando il braccio opposto dopo aver visitato prima il braccio centrale, per guadagnare una ricompensa. L'attività di ondulazione si verifica quando i ratti sono inattivi durante le pause tra le prove, hanno detto i ricercatori.

Posiziona le cellule associate al fuoco del labirinto in rapida successione e in sincronia con altri neuroni nelle vicinanze. Lo stesso luogo in cui le cellule sparano nella stessa sequenza di quando il topo ha attraversato per la prima volta il labirinto, suggerendo che il topo sta ripetendo mentalmente l'esperienza precedente, ma su una scala temporale molto più veloce, hanno detto i ricercatori.

Un sistema di feedback automatico spegneva l'attivazione delle cellule del luogo, tramite una leggera stimolazione elettrica, ogni volta che rilevava un'attività di ondulazione, che impediva anche la riproduzione della memoria del labirinto. Senza il beneficio del replay mentale, le prestazioni dei ratti nel compito del labirinto si sono deteriorate, riferiscono i ricercatori.

La menomazione era nella memoria di lavoro spaziale degli animali: la loro capacità di collegare esperienze passate immediate e precedenti alla ricompensa. Questa capacità era necessaria per decidere correttamente quale braccio esterno visitare dopo essere usciti dal braccio centrale durante le prove in uscita, ha spiegato Frank.

I ricercatori propongono che il replay sveglio nell'ippocampo fornisca informazioni sulle posizioni passate e sulle opzioni future al fulcro esecutivo del cervello, la corteccia prefrontale, che apprende la regola di alternanza e la applica per guidare il comportamento.

Anche se la riproduzione nei ratti dura solo una frazione di secondo, Frank ha notato che non sono dissimili dalla nostra esperienza dei ricordi, che tendono a comprimere eventi spesso lunghi nei momenti salienti di ciò che ci è accaduto.

"Pensiamo che il cervello stia usando queste stesse esplosioni simili a ondulazioni per molte cose", ha detto. "Li sta usando per recuperare ricordi, esplorare possibilità - sognare ad occhi aperti - e rafforzare i ricordi."

Fonte: National Institutes of Health