Ricerche

Grafica: Christine Daniloff/MITI ricordi che sono stati "persi" a causa di un'amnesia possono essere richiamati attivando le cellule cerebrali con la luce.

In un articolo pubblicato sulla rivista Science, i ricercatori del MIT rivelano che sono stati in grado di riattivare ricordi che non avrebbero potuto altrimenti essere recuperati, con una tecnologia chiamata «optogenetica».

La scoperta risponde a una domanda ferocemente dibattuta nelle neuroscienze circa la natura dell'amnesia, secondo Susumu Tonegawa, professore del Dipartimento di Biologia del MIT e direttore del RIKEN-MIT Center del Picower Institute for Learning and Memory, che ha diretto la ricerca dei primi autori Tomas Ryan, Dheeraj Roy e Michelle Pignatelli.

I ricercatori di neuroscienze stanno dibattendo da molti anni se l'amnesia retrograda - derivante da infortuni traumatici, stress o malattie come l'Alzheimer - è causata da danni a specifiche cellule cerebrali (implicando che il ricordo non può essere memorizzato), o se è in qualche modo bloccato l'accesso a quel ricordo, impedendone il richiamo. "La maggior parte dei ricercatori sono per la teoria del [mancato] immagazzinamento, ma abbiamo dimostrato in questo lavoro che questa teoria maggioritaria probabilmente è sbagliata", spiega Tonegawa. "L'amnesia è un problema di deterioramento del recupero".

I ricercatori della memoria hanno già ipotizzato che da qualche parte nella rete del cervello ci sia una popolazione di neuroni che sono attivati ​​durante il processo di acquisizione di un ricordo, provocando cambiamenti fisici o chimici duraturi.

Se questi gruppi di neuroni sono riattivati in seguito da un innesco, come una particolare immagine o odore per esempio, viene richiamato l'intero ricordo. Questi neuroni sono conosciute come «cellule engram della memoria».

Fare luce

Nel 2012 il gruppo di Tonegawa ha usato l'optogenetica (aggiunta di proteine ​ai neuroni per consentire loro di essere attivati dalla luce) dimostrando per la prima volta che una tale popolazione di neuroni esiste realmente in un'area del cervello chiamata ippocampo.

Tuttavia, finora nessuno è riuscito a dimostrare che questi gruppi di neuroni subiscono cambiamenti chimici duraturi, il processo chiamato «consolidamento della memoria». Uno di questi cambiamenti, noto come «potenziamento a lungo termine» (LTP), coinvolge il rafforzamento delle sinapsi, le strutture che permettono a gruppi di neuroni di inviare segnali l'uno con l'altro, come risultato di apprendimento e di esperienza.

Per scoprire se questi cambiamenti chimici avvengono effettivamente, i ricercatori sono partiti identificando un gruppo di cellule engram nell'ippocampo che, quando è attivato con strumenti optogenetici, riescono ad esprimere un ricordo. Quando hanno poi registrato l'attività di questo particolare gruppo di cellule, hanno scoperto che le sinapsi che le collegano erano state rafforzate. "Siamo riusciti a dimostrare per la prima volta che queste cellule specifiche - un piccolo gruppo di cellule nell'ippocampo - avevano subito questo aumento della forza sinaptica", spiega Tonegawa.

I ricercatori hanno poi cercato di scoprire cosa accade ai ricordi senza questo processo di consolidamento: somministrando il composto anisomicina, che blocca la sintesi proteica all'interno dei neuroni, subito dopo che i topi avevano formato un nuovo ricordo, i ricercatori hanno potuto impedire alle sinapsi di rafforzarsi. Quando il giorno sopo hanno cercato di riattivare il ricordo con uno scatenante emotivo, non ne hanno trovato più alcuna traccia. "Perciò, anche se le cellule engram ci sono, senza sintesi proteica quelle sinapsi cellulari non sono rinforzate, e il ricordo si perde", spiega Tonegawa.

Ma è sorprendente che, quando i ricercatori hanno poi riattivato le cellule engram con sintesi proteica bloccata (usando strumenti optogenetici), hanno scoperto che i topi esibivano in pieno tutti i segni del richiamo del ricordo. "Se si prova a richiamare la memoria con inneschi di richiamo naturali in un animale trattato con anisomicina, diventerà amnesico, non si può indurre il richiamo del ricordo", spiega Tonegawa. "Ma se si va direttamente alle cellule putative di supporto engram e si attivano con la luce, è possibile ripristinare il ricordo, nonostante il fatto che non c'è stato alcun LTP".

"Ricerca innovativa"

Ulteriori studi svolti dal gruppo di Tonegawa hanno dimostrato che i ricordi non sono memorizzati nelle sinapsi rinforzate per sintesi proteica in cellule engram singole, ma in un circuito, o «percorso» di più gruppi di cellule engram e dalle connessioni tra di loro.

"Stiamo proponendo un nuovo concetto, in cui c'è un percorso di insieme di cellule engram, o circuito, per ogni ricordo", dice. "Questo circuito comprende diverse aree cerebrali e le formazioni cellulari engram in queste aree sono collegate specificamente a un particolare ricordo".

La ricerca dissocia i meccanismi usati nell'immagazzinamento della memoria da quelli del recupero della memoria, secondo Ryan. "Il rafforzamento delle sinapsi engram è cruciale per la capacità del cervello di accedere o recuperare i ricordi specifici, mentre i percorsi di connettività tra le cellule engram permettono la codifica e la memorizzazione delle informazioni della memoria stessa", dice.

I cambiamenti nella forza sinaptica e delle proprietà delle spine dendritiche sono stati a lungo associati con l'apprendimento e la memoria, secondo Alcino Silva, direttore del Centro Integrativo per l'apprendimento e la memoria dell'Università della California di Los Angeles. "Questo documento innovativo suggerisce che questi cambiamenti potrebbero non essere così critici per la memoria come si pensava, dato che, a determinate condizioni, sembra che sia possibile interrompere questi cambiamenti e conservare comunque la memoria", dice. "Invece, sembra che questi cambiamenti siano necessari per il recupero della memoria, un processo misterioso che ha finora eluso i neuroscienziati".

Fonte: Helen Knight in  Massachusetts Institute of Technology (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Tomás J. Ryan, Dheeraj S. Roy, Michele Pignatelli, Autumn Arons, and Susumu Tonegawa. Engram cells retain memory under retrograde amnesia. Science, 29 May 2015: 1007-1013 DOI: 10.1126/science.aaa5542

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