Quando ero bambino mi sedevo nella bottega di mio nonno, giocando con i trucioli di legno. Il legno appena raschiato ha un odore di felicità dell'infanzia, e ogni volta che ricevo un soffio di quel profumo il mio cervello evoca immediatamente immagini di mio nonno al suo banco di lavoro, il calore del camino e il cane accanto ad esso.

I ricercatori del Kavli Institute for Systems Neuroscience hanno recentemente scoperto il processo alla base di questo fenomeno. Il cervello, si scopre, connette gli odori ai ricordi attraverso un processo associativo in cui le reti neurali sono collegate attraverso onde cerebrali sincronizzate di 20-40 Hz.

"Sappiamo tutti che l'odore è collegato ai ricordi", spiega Kei Igarashi l'autore principale. Sappiamo che i neuroni in diverse regioni il cervello devono oscillare in sincronia perchè queste regioni possano parlarsi efficacemente tra loro. Eppure, il rapporto tra accoppiamento inter-regione e la formazione di tracce di memoria è rimasto finora poco conosciuto. Così abbiamo progettato un compito per indagare come la rappresentazione dell'odore di un posto si è evoluta nella regione entorinale e nell'ippocampo, per capire se l'apprendimento dipende dall'accoppiamento delle reti oscillatorie.

L'dore guida nel labirinto

I ricercatori hanno progettato un labirinto per topi, in cui un ratto poteva vedere un buco e ficcarci dentro il naso. Quando lo metteva nel foro, il ratto poteva percepire uno tra due odori alternativi. Un odore diceva al ratto che poteva trovare il cibo nella tazza a sinistra dietro di lui. L'altro odore diceva che c'era cibo nella tazza a destra. Il ratto avrebbe presto capito dall'odore dov'era la ricompensa. Dopo tre settimane di allenamento, i ratti hanno scelto correttamente per oltre l'85% dei casi.

Per vedere cosa succede all'interno del cervello durante l'acquisizione, sono stati inseriti nell'ippocampo e in diverse aree della corteccia entorinale 16-20 coppie di elettrodi. Dopo che l'associazione tra odore e posto era ben fissata, i ricercatori hanno esaminato un modello di attività delle onde cerebrali (il segnale elettrico da un gran numero di neuroni) durante il recupero.

Subito dopo che il ratto percepisce l'odore c'è un'esplosione di attività delle onde a 20-40 Hz in una specifica connessione tra una zona della corteccia entorinale, della corteccia entorinale laterale (LEC), e un'area nell'ippocampo, la CA1 distale (DCA1), mentre una risposta così forte non è osservata in altre connessioni, spiega Igarashi.

Questa coerenza delle attività a 20-40 Hz nel LEC e nel DCA1 si evolve in parallelo con l'apprendimento, mentre c'è poca coerenza tra queste aree prima dell'inizio dell'allenamento. Nel momento in cui era terminato il periodo di apprendimento, le cellule erano agganciate alla fase di oscillazione e una gran parte delle cellule rispondeva specificamente a una o all'altra delle coppie odore-traccia.

Comunicazione a lunga distanza nel cervello mediata dalle onde

Questa non è la prima volta che osserviamo che il cervello utilizza una attività delle onde sincronizzata per stabilire connessioni di rete, dice Edvard Moser, direttore del Kavli Institute for Systems Neuroscience. Sia durante la codifica che il recupero dei ricordi dichiarativi c'è una interazione tra queste aree mediate dalle oscillazioni gamma e theta.

Tuttavia, questo è il primo studio a correlare lo sviluppo di una specifica banda di oscillazioni alle prestazioni della memoria nell'ippocampo. Nell'insieme si stanno accumulando prove che puntano alle oscillazioni corticali come a un meccanismo generale per mediare le interazioni tra i neuroni funzionalmente specializzati nei circuiti cerebrali distribuiti.

Quindi ecco qui: i segnali provenienti dal naso si traducono in, e si connettono ai, ricordi in una sinfonia orchestrata di segnali nella nostra testa. Ognuno di questi ricordi si connette a un luogo, individuato sulla mappa interiore. Così, quando si sente un'ondata di reminiscenza innescata da un profumo, pensiamo a come le onde hanno creato inizialmente questa connessione.

Fonte:  Norwegian University of Science and Technology  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  Kei M. Igarashi, Li Lu, Laura L. Colgin, May-Britt Moser, Edvard I. Moser. Coordination of entorhinal–hippocampal ensemble activity during associative learning. Nature, 2014; DOI: 10.1038/nature13162

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