Rappresentazione artistica di una sinapsi, il punto di contatto tra due neuroni (Fonte: Creations/Shutterstock)Un team di scienziati ha applicato le conoscenze di microscopia a una vecchia teoria delle neuroscienze: se le connessioni cerebrali chiamate sinapsi immagazzinano i ricordi, quelle sinapsi dovrebbero durare almeno quanto i ricordi stessi.

Si scopre che è così, come è stato in grado di dimostrare Mark Schnitzer.

I nostri ricordi sono fugaci come le strutture cerebrali che li memorizzano, o almeno così dice la teoria. Quando si rompono le connessioni (sinapsi) tra i neuroni, si ritiene che i ricordi che trattengono evaporino insieme a loro.

L'idea sembrava buona, ma è stata finora difficile da testare. Ora un team della Stanford ha accettato la sfida, studiando una regione del cervello chiamata ippocampo, che memorizza ricordi "episodici". Questi sono i ricordi di eventi o conversazioni che potrebbero essere dimenticati nel tempo se non vengono usati.

La difficoltà a studiare le sinapsi in questa area è che l'ippocampo è così in profondità e le connessioni stipate così densamente che nessun microscopio ha potuto monitorare facilmente la longevità delle sinapsi.

Ora Mark Schnitzer, professore associato di biologia e fisica applicata, ha sfruttato gli strumenti di microscopia sviluppati nel suo laboratorio e, per la prima volta, è riuscito a monitorare le sinapsi nei neuroni dell'ippocampo e confermare ciò che i neuroscienziati pensavano che succedesse. Nei topi che lui e il suo team hanno studiato, le connessioni tra i neuroni sono durate circa 30 giorni, più o meno il tempo che, si ritiene, i ricordi episodici rimangono nell'ippocampo del topo. Il lavoro è stato pubblicato il 22 giugno su Nature.

"Solo perché la comunità ha una idea da molto tempo, non è necessariamente giusta", ha detto Schnitzer. Ora che l'idea è stata convalidata, ha detto, la tecnica potrebbe aprire nuovi campi di ricerca nella memoria: "Si apre la porta per la prossima serie di studi, come l'immagazzinamento dei ricordi in modelli di stress o di malattia".

Ricordi mobili

Quando i topi sperimentano un nuovo episodio, o imparano un nuovo compito che richiede la navigazione spaziale, il ricordo viene memorizzato per circa un mese in una struttura al centro del cervello chiamata ippocampo (leggermente più a lungo nelle persone).

Se i topi subiscono una chirurgia che distrugge l'ippocampo entro un mese dalla formazione del ricordo (es.: l'incontro in gabbia con un nuovo compagno o la navigazione in un labirinto) quel ricordo si perde. Se l'interruzione avviene dopo più di un mese, allora il topo conserva la memoria del nuovo amico o la posizione del cibo. Questo perché il ricordo era stato trasferito in una diversa regione del cervello, la neocorteccia, e non è più soggetto a interruzioni nell'ippocampo.

"L'idea è che i ricordi sono gradualmente spostati nel cervello", ha detto Schnitzer, che è anche un membro dello Stanford Bio-X e dello Stanford Neurosciences Institute. "La neocorteccia è un deposito a lungo termine, mentre evidenze notevoli indicano che i ricordi rimangono nell'ippocampo del topo solo per circa un mese".

In passato, gli scienziati del Cold Spring Harbor Laboratory di New York, e altri, avevano monitorato le connessioni tra i neuroni nella neocorteccia, più vicina alla superficie del cervello e quindi visibile con poca distruzione del cervello. Non hanno guardato le connessioni stesse, ma le proiezioni bulbose chiamate «spine» che formano le connessioni alle loro punte. Guardare le spine che vanno e vengono è come sapere quando vengono create e rotte le connessioni eccitatorie tra i neuroni.

Gli scienziati hanno scoperto che circa la metà delle spine nella neocorteccia sono permanenti e il resto gira circa ogni 5/15 giorni. "L'interpretazione è che circa la metà delle spine nella neocorteccia sono depositi a lungo termine di ricordi, mentre le altre si mantengono malleabili per nuovi ricordi o per dimenticare", ha detto Schnitzer.

Profondo e denso

Se la stessa linea di pensiero della neocorteccia valesse anche per l'ippocampo, le spine dell'ippocampo dovrebbero girare circa ogni 30 giorni insieme con i ricordi in loro possesso. La verifica del quell'idea è stata difficile, tuttavia, perché l'ippocampo è sepolto in profondità nel cervello e le spine in quella regione sono stipate così densamente che più spine possono apparire come fuse in una sola.

Schnitzer ha detto che ci sono stati tre componenti nella capacità del suo team di monitorare le spine nell'ippocampo. La prima era una tecnica che ha annunciato nel 2011 che permette agli scienziati di visualizzare stabilmente un singolo neurone in un topo vivente per lunghi periodi di tempo. La successiva è un ago ottico, chiamato microendoscopio, che offre immagini ad alta risoluzione delle strutture in profondità all'interno del cervello.

Anche con il modo stabile e ad alta risoluzione di visualizzare i neuroni dell'ippocampo nel tempo, il team ha comunque avuto di fronte la difficoltà di distinguere il momento in cui le spine vengono acquisite e perse, perchè non potevano vedere la differenza tra una spina singola e diverse unite insieme. "La capacità di scomporre le spine nell'ippocampo è proprio al limite della nostra capacità tecnologica", ha detto Schnitzer. Il team ha superato questo problema con un modello matematico che ha tenuto conto dei limiti della risoluzione ottica e come questo incide sulle serie di dati di immagini raffiguranti le apparizioni e sparizioni di spine.

Schnitzer e il suo team hanno trovato in questa analisi che la regione dell'ippocampo che memorizza i ricordi episodici contiene tutte spine con un ricambio di 3-6 settimane, approssimativamente la durata della memoria episodica nei topi.

Schnitzer ha detto che il lavoro ha confermato una vecchia idea sulla memorizzazione dei ricordi del cervello. Con le stesse tecniche, gli scienziati possono ora sondare ulteriori aspetti della nascita, richiamo ed eventuale perdita dei ricordi, a livello delle singole connessioni tra i neuroni.

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