Dei neuroscienziati rivelano che la memoria di lavoro visiva nei topi è mantenuta tra regioni cerebrali interconnesse.

In che modo il cervello tiene a mente un numero di telefono prima di comporlo? La memoria di lavoro è una componente essenziale della cognizione, che consente al cervello di ricordare temporaneamente le informazioni e utilizzarle per guidare il comportamento futuro. Anche se molti studi precedenti hanno rivelato il coinvolgimento di diverse aree cerebrali, finora era rimasto poco chiaro come queste diverse regioni interagiscono per rappresentare e mantenere la memoria di lavoro.

In un nuovo studio, pubblicato su Nature, neuroscienziati del Sainsbury Wellcome Center alla University College London hanno studiato le interazioni reciproche tra due regioni cerebrali che rappresentano la memoria di lavoro visiva nei topi. Il team ha scoperto che la comunicazione tra questi due loci di memoria di lavoro, corteccia parietale e corteccia premotoria, era codipendente su una scala di tempo istantanea.

“Esistono molti tipi diversi di memoria di lavoro e negli ultimi 40 anni gli scienziati hanno cercato di capire come sono rappresentati nel cervello. La memoria di lavoro sensoriale in particolare è impegnativa da studiare, poiché durante i compiti standard di laboratorio sono presenti allo stesso tempo molti altri processi, come la tempistica, la preparazione motoria e l'aspettativa di ricompensa", ha affermato il dott. Ivan Voitov, ricercatore nel laboratorio Mrsic-Flogel e primo autore dello studio.

Per superare questa sfida, i ricercatori del SWC hanno confrontato un'attività dipendente dalla memoria di lavoro con un'attività più semplice indipendente dalla memoria di lavoro. Nell'attività della memoria di lavoro, ai topi è stato dato uno stimolo sensoriale seguito da una pausa e poi dovevano abbinare lo stimolo successivo a quello che hanno avuto prima della pausa.

Ciò implicava che durante la pausa i topi dovevano avere nella memoria di lavoro una rappresentazione del primo stimolo per avere successo nel compito e ricevere una ricompensa. Al contrario, nel compito indipendente dalla memoria di lavoro, la decisione presa dai topi sullo stimolo secondario non era correlata al primo stimolo.

Confrontando questi due compiti, i ricercatori sono riusciti a osservare la parte dell'attività neurale che dipendeva dalla memoria di lavoro rispetto all'attività naturale che era correlata solo all'ambiente delle attività. Hanno scoperto che la maggior parte dell'attività neurale era slegata dalla memoria di lavoro e, invece, le rappresentazioni della memoria di lavoro erano incorporate in modalità 'altamente-dimensionali' di attività, il che significa che solo le piccole fluttuazioni attorno allo 'sparo' medio delle singole cellule portavano insieme le informazioni sulla memoria di lavoro.

Per capire come queste rappresentazioni sono mantenute nel cervello, i neuroscienziati hanno usato una tecnica chiamata optogenetica per silenziare selettivamente parti del cervello durante il periodo di pausa e hanno osservato la distruzione di ciò che i topi stavano ricordando. È interessante notare che hanno scoperto che il silenziamento delle rappresentazioni della memoria di lavoro in una delle aree corticali parietali, o premotorie, portava a deficit simili nella capacità dei topi di ricordare lo stimolo precedente, il che implica che queste rappresentazioni codipendevano istantaneamente l'una dall'altra durante la pausa.

Per testare questa ipotesi, i ricercatori hanno interrotto un'area mentre registravano l'attività che veniva comunicata dall'altra. Quando hanno interrotto la corteccia parietale, l'attività che veniva comunicata dalla corteccia premotoria alla corteccia parietale era in gran parte invariata in termini di attività media. Tuttavia, la rappresentazione dell'attività della memoria di lavoro si interrompeva specificamente. Ciò era vero anche nell'esperimento inverso, quando hanno interrotto la corteccia premotoria e hanno esaminato la corteccia parietale, osservando ancora  l'interruzione specifica della memoria di lavoro della comunicazione corticale-corticale.

"Registrando e manipolando i circuiti a lungo raggio nella corteccia cerebrale, abbiamo scoperto che la memoria di lavoro risiede all'interno dei modelli di attività codipendenti in aree corticali interconnesse, mantenendo così la memoria di lavoro attraverso una comunicazione reciproca istantanea", ha detto il prof. Tom Mrsic-Flogel, direttore del Sainsbury Wellcome Center e coautore dello studio.

Il prossimo passo per i ricercatori è cercare modelli di attività condivisi tra queste aree. Hanno anche in programma di studiare compiti di memoria di lavoro più sofisticati che modulano le informazioni specifiche che vengono archiviate nella memoria di lavoro, in aggiunta alla sua forza.

Per questo, i neuroscienziati useranno distrattori interlacciati, che contengono informazioni sensoriali che distorcono ciò che il topo pensa sia il prossimo obiettivo. Tali esperimenti darà loro una comprensione più sfumata delle rappresentazioni di memoria di lavoro.