Capire come il cervello ricorda potrà un giorno chiarire cosa è andato storto quando la memoria viene a mancare, come ad esempio nell'Alzheimer.

Con uno studio pubblicato su Nature Neuroscience, ricercatori del Baylor College of Medicine e della Rice University rivelano per la prima volta i modelli specifici di attività elettrica, nel cervello dei topi, che sono associati a ricordi specifici, in questo caso una esperienza di paura.

Hanno scoperto che, prima che i ratti evitino un posto in cui hanno avuto un'esperienza spaventosa, il cervello richiama i ricordi del luogo fisico in cui si è verificata l'esperienza.

"Richiamiamo ricordi per tutto il tempo", ha detto l'autore senior Dr Daoyun Ji, professore associato di biologia molecolare e cellulare del Baylor. "Per esempio, posso ricordare il percorso da casa al lavoro di ogni mattina, ma quali sono i segnali del cervello mentre tengo questo ricordo nella mente?"

E' difficile studiare il funzionamento del cervello nelle persone, così gli scienziati si sono rivolti ai ratti di laboratorio. Hanno capito che, quando l'animale è in un posto particolare, dei neuroni dell'ippocampo, opportunamente chiamati «cellule di posizione», generano impulsi di attività.

"Un certo numero di cellule di posizione genera attività elettrica chiamata 'modello di spiking' [di picco]", ha detto Ji. "Quando il ratto è in un certo luogo, un gruppo di neuroni genera un modello specifico di spiking, e quando si muove in un luogo diverso, un diverso gruppo di neuroni genera un altro modello di spiking. I modelli sono molto distinti. Possiamo prevedere dov'è l'animale, esaminando il suo modello di attività cerebrale".

Ma questi modelli di spiking sono coinvolti nella memoria?

Come sapere che cosa sta pensando un topo

"I topi di laboratorio non possono dirci cosa stanno ricordando in un determinato momento", ha detto Ji. "Per superare questo problema, abbiamo progettato un esperimento che ci permetteva di sapere cosa stava succedendo nel cervello dell'animale proprio prima di un determinato evento".

Nell'esperimento, condotto dal primo autore Chun-Ting Wu, ricercatore laureato del laboratorio di Ji, un topo camminava avanti e indietro lungo una pista. Dopo un periodo di riposo, il ratto ha fatto lo stesso percorso, ma quando l'animale si è avvicinato alla fine della pista, ha ricevuto una scossa delicata. Dopo che ha riposato ancora una volta, il topo è stato messo di nuovo sulla pista. Questa volta, tuttavia, quando si avvicinava alla fine della pista, dove prima aveva ricevuto lo shock delicato, il ratto si fermava e tornava indietro, evitando di attraversare il percorso temuto.

Dice Ji:

"Prima che il ratto percorresse il tragitto per la prima volta, abbiamo inserito piccole sonde nel suo ippocampo, per registrare i segnali elettrici generati da gruppi di neuroni attivi. Registrando questi segnali cerebrali mentre l'animale lo percorreva la prima volta, abbiamo potuto esaminare i modelli che emergevano nel suo cervello; abbiamo potuto vedere quali modelli erano associati a ogni posizione della pista, compresa la posizione in cui l'animale in seguito ha ricevuto la scossa".

"Poiché dopo le scosse il ratto si gira e evita di camminare alla fine della pista, possiamo ragionevolmente supporre che, nel preciso momento in cui si ferma di camminare e si allontana, l'animale sta pensando al luogo dove ha avuto la scossa. Le nostre osservazioni hanno confermato questa idea".

Quando i ricercatori, in collaborazione con il co-autore Dr Caleb Kemere della Rice University, hanno esaminato l'attività cerebrale dei neuroni di posizione in quel momento, hanno visto che sono ri-emersi i modelli di spiking corrispondenti alla posizione in cui il topo aveva ricevuto la scossa, anche se questa volta l'animale si era fermato, e pensava alla posizione.

"È interessante notare che, dall'attività cerebrale, possiamo dire che l'animale stava 'viaggiando mentalmente' dalla posizione corrente al punto della scossa. Questi modelli corrispondenti al punto di shock sono riemersi proprio nel momento in cui veniva richiamato un ricordo specifico", ha detto Ji.

Direzioni future

Il prossimo obiettivo dei ricercatori è indagare se il modello di spiking che hanno identificato era assolutamente necessario al comportamento tenuto dagli animali.

"Se distruggiamo il modello, l'animale riuscirà ancora a evitare di entrare nella zona che aveva imparato ad evitare?", ha detto Ji. "Siamo anche interessati a determinare come i modelli di spiking dei neuroni di posizione nell'ippocampo possono essere usati da altre parti del cervello, come ad esempio quelli coinvolti nel prendere decisioni".

Ji e i suoi colleghi hanno anche in programma di esplorare il ruolo dei modelli di spiking dell'ippocampo nelle malattie che comportano la perdita di memoria, come l'Alzheimer:

"Vogliamo capire se questo tipo di meccanismo è alterato nei modelli animali di Alzheimer. Alcune prove dimostrano che non è che gli animali non abbiano un ricordo, ma che in qualche modo non possono richiamarlo. Con il nostro sistema di leggere i modelli di spiking nel cervello di modelli animali della malattia, speriamo di determinare se esiste un modello specifico di spiking durante il richiamo della memoria. In caso contrario, esploreremo la possibilità che i circuiti cerebrali danneggiati impediscono all'animale di richiamare il ricordo e cercheremo i modi per permettere all'animale di richiamare ancora i modelli di attività specifiche, la memoria".