La neuroscienza per ritrovare le chiavi perse

La neuroscienza per ritrovare le chiavi perse

Gli scienziati del Salk scoprono come il cervello tiene traccia di ricordi simili ma distinti

LA JOLLA, CA—Ti è mai capitato di scervellarti il lunedì mattina per ricordare dove hai messo le chiavi della macchina?

Quando trovi quelle chiavi, puoi ringraziare l'ippocampo, una regione del cervello responsabile dell'immagazzinamento e del recupero dei ricordi di ambienti diversi, come quella stanza in cui le tue chiavi erano nascoste in un posto insolito.

Ora, gli scienziati hanno contribuito a spiegare come il cervello tenga traccia degli ambienti incredibilmente ricchi e complessi in cui le persone si muovono quotidianamente. Hanno scoperto come il giro dentato, una sottoregione dell'ippocampo, aiuti a mantenere separati i ricordi di eventi e ambienti simili, una scoperta che hanno reso pubblica il 20 marzo. eLifeI risultati, che chiariscono come il cervello immagazzina e distingue i ricordi, possono anche aiutare a identificare come le malattie neurodegenerative, come La malattia di Alzheimer, privano le persone di queste capacità.

I ricercatori del Salk hanno scoperto come il cervello tenga traccia di ricordi simili ma distinti. Questa immagine al microscopio mostra l'attività neurale nel giro dentato, una sottosezione dell'ippocampo in cui gruppi distinti di cellule erano attivi durante gli episodi di apprendimento (verde) e di recupero della memoria (rosso).

Per gentile concessione di Wei Deng, Salk Institute for Biological Studies

"Ogni giorno dobbiamo ricordare le sottili differenze tra come sono le cose oggi e come erano ieri, da dove abbiamo parcheggiato la macchina a dove abbiamo lasciato il cellulare", afferma Fred H.Gage, autore senior del documento e
Vi e John Adler, titolari della cattedra di ricerca sulle malattie neurodegenerative legate all'età al Salk. "Abbiamo scoperto come il cervello effettua queste distinzioni, memorizzando 'registrazioni' separate di ciascun ambiente nel giro dentato."

Il processo di acquisizione di ricordi complessi e conversione in rappresentazioni meno facilmente confondibili è noto come separazione di pattern. Modelli computazionali del funzionamento cerebrale suggeriscono che il giro dentato ci aiuti a separare i pattern dei ricordi attivando diversi gruppi di neuroni quando un animale si trova in ambienti diversi.

Tuttavia, precedenti studi di laboratorio hanno scoperto che in realtà le stesse popolazioni di neuroni nel giro dentato sono attive in ambienti diversi e che il modo in cui le cellule distinguono i nuovi ambienti è modificando la frequenza con cui inviano impulsi elettrici. Questa discrepanza tra previsioni teoriche e risultati di laboratorio ha lasciato perplessi i neuroscienziati e oscurato la nostra comprensione della formazione e del recupero della memoria.

Per esplorare più a fondo questo mistero, gli scienziati del Salk hanno confrontato il funzionamento del giro dentato del topo e di un'altra regione dell'ippocampo, nota come CA1, utilizzando tecniche di laboratorio per monitorare l'attività dei neuroni in più punti temporali.

Per prima cosa, i ricercatori hanno prelevato i topi dalla loro camera originale e li hanno posizionati in una nuova camera per apprendere informazioni su un nuovo ambiente (episodio 1). Nel frattempo, hanno registrato quali neuroni dell'ippocampo erano attivi mentre gli animali rispondevano al nuovo ambiente. Successivamente, i topi sono stati riportati nella stessa camera nuova per misurare la capacità di richiamo mnestico o in una camera leggermente modificata per misurare la capacità di discriminazione (episodio 2). I neuroni attivi nell'episodio 2 sono stati anche etichettati per determinare se i neuroni attivati nell'episodio 1 fossero utilizzati allo stesso modo per il richiamo mnestico e per la discriminazione di piccole differenze tra gli ambienti.

Confrontando l'attività neurale durante i due episodi, i ricercatori hanno scoperto che il giro dentato e le sottoregioni CA1 funzionavano in modo diverso. In CA1, gli stessi neuroni attivi durante l'episodio di apprendimento iniziale erano attivi anche quando i topi recuperavano i ricordi. Nel giro dentato, tuttavia, gruppi distinti di cellule erano attivi durante gli episodi di apprendimento e di recupero. Inoltre, esponendo i topi a due ambienti leggermente diversi si attivavano due gruppi distinti di cellule nel giro dentato.

"Questa scoperta supporta le previsioni dei modelli teorici secondo cui diversi gruppi di cellule vengono attivati durante l'esposizione ad ambienti simili, ma distinti", afferma Wei Deng, ricercatore post-dottorato del Salk e primo autore dello studio. "Ciò contrasta con i risultati di precedenti studi di laboratorio, probabilmente perché hanno esaminato diverse sottopopolazioni di neuroni nel giro dentato".

I risultati dei ricercatori del Salk suggeriscono che il richiamo di un ricordo, come la posizione di chiavi mancanti, non sempre comporta la riattivazione degli stessi neuroni che erano attivi durante la codifica. Ancora più importante, i risultati indicano che il giro dentato esegue la separazione dei pattern utilizzando popolazioni distinte di cellule per rappresentare ricordi simili ma non identici.

I risultati aiutano a chiarire i meccanismi alla base della formazione della memoria e a far luce sui sistemi compromessi da lesioni e malattie del sistema nervoso.

Mark Mayford, dello Scripps Institute Research Institute, ha contribuito alla ricerca. Lo studio è stato finanziato da Fondazione James S. McDonnell, il Fondo di ricerca, il Istituto Kavli per il cervello e la mente National Institutes of Health (Sovvenzioni: MH-090258, NS-050217, AG-020938).

Informazioni sul Salk Institute for Biological Studies:
Il Salk Institute for Biological Studies è uno dei più importanti istituti di ricerca di base al mondo, dove docenti di fama internazionale affrontano questioni fondamentali delle scienze della vita in un ambiente unico, collaborativo e creativo. Concentrati sia sulla scoperta che sulla formazione delle future generazioni di ricercatori, gli scienziati del Salk forniscono contributi innovativi alla nostra comprensione di cancro, invecchiamento, Alzheimer, diabete e malattie infettive, studiando neuroscienze, genetica, biologia cellulare e vegetale e discipline correlate.

I risultati conseguiti dal corpo docente sono stati riconosciuti con numerosi riconoscimenti, tra cui premi Nobel e l'iscrizione alla National Academy of Sciences. Fondato nel 1960 dal pioniere del vaccino contro la poliomielite Jonas Salk, l'Istituto è un'organizzazione indipendente senza scopo di lucro e un punto di riferimento architettonico.