Ricerche
Produrre nuovi ricordi è un atto di equilibrio per il cervello
Quelli di noi che non possono resistere ai souvenir turistici sono grandi fan delle valigie con uno scomparto espandibile. Ora, si scopre che anche la capacità del cervello di immagazzinare nuovi ricordi è espandibile, con delle limitazioni.
Scienziati e collaboratori del Salk Institute dell'Università del Texas di Austin e dell'Università di Otago in Nuova Zelanda, hanno scoperto che le connessioni nel cervello non solo si espandono in base alle esigenze di apprendimento o quando si sperimentano cose nuove, ma che altre si restringono di conseguenza.
Il lavoro, che potrebbe far luce sulle condizioni in cui è compromessa la formazione della memoria, come la depressione o l'Alzheimer, è apparso in Proceedings of National Academy of Sciences il 20 febbraio 2018.
"Il cervello ha la capacità di immagazzinare un'infinità di informazioni nelle sinapsi tra le cellule nervose", dice il professor Terrence Sejnowski, che è a capo del Laboratorio di neurobiologia computazionale del Salk e autore senior della nuova ricerca. "Quindi, anche se sapevamo già dove sono memorizzati i ricordi, questo lavoro aiuta a chiarire come vengono memorizzati".
Ogni volta che guardi qualcosa di nuovo, o hai un nuovo pensiero, milioni di cellule cerebrali comunicano quell'informazione tra loro, sotto forma di segnali elettrici e chimici attraverso minuscoli spazi chiamati sinapsi. Sappiamo già che le sinapsi possono diventare più grandi, vale a dire che hanno maggiori probabilità di rilasciare sostanze chimiche (o rilasciarne di più) per trasmettere meglio le informazioni ai neuroni riceventi.
Tuttavia, si sa poco della funzione normale e delle interruzioni nella comunicazione sinaptica, l'ultima delle quali è un segno distintivo di molte condizioni neuropsichiatriche e dei disturbi della memoria (tipo l'Alzheimer).
In precedenza, Sejnowski aveva usato ricostruzioni e modelli 3D su computer per scoprire che la capacità di memoria del cervello è 10 volte maggiore di quanto si pensasse. Nel nuovo lavoro, con i suoi collaboratori in Texas e in Nuova Zelanda, ha deciso di approfondire la funzione cerebrale, stimolando una regione nel cervello dei roditori importante per la memoria, chiamata ippocampo.
Ciò ha permesso ai ricercatori di imitare, in condizioni molto controllate, l'effetto che una nuova esperienza avrebbe avuto su una regione del cervello comune ai mammiferi.
I ricercatori hanno fotografato i campioni di cervello dell'ippocampo usando la microscopia elettronica e analizzando i dati risultanti. Si aspettavano di vedere le sinapsi diventare più grandi, cosa che sapevano accadere in un processo di apprendimento noto come 'potenziamento a lungo termine'. Quello che non si aspettavano - ma che hanno visto - era che, mentre alcune sinapsi diventavano più grandi, altre si rimpicciolivano.
"È un'idea intuitiva che, quando impariamo qualcosa di nuovo, le sinapsi si rafforzano e diventano più grandi", afferma Sejnowski. "Questo dimostra che c'è un equilibrio: alcune diventano più forti, altre si indeboliscono".
Sejnowski dice che i risultati hanno senso perché, se le sinapsi diventano più grandi, raggiungono un limite e non possono essere archiviate nuove informazioni, ma questa è la prima volta che viene dimostrata la connessione.
Il lavoro rivela anche che, aumentando la gamma di dimensioni sinaptiche, sale la capacità di memorizzazione complessiva: è possibile avere più sinapsi, grandi e piccole.
È interessante notare che, quando il team ha stimato quantitativamente il numero di informazioni sinaptiche memorizzate in due diverse aree dell'ippocampo (giro dentato e CA1), le quantità variavano in modo drastico, il che può essere correlato alle differenze nelle loro funzioni.
"Speriamo di esaminare molte altre domande, ad esempio se l'aumento nell'archiviazione delle informazioni è accompagnato da una riduzione compensativa della capacità di memorizzazione delle informazioni in strati adiacenti e per quanto tempo dura l'aumento temporaneo della capacità di memorizzazione in particolari sinapsi", afferma Cailey Bromer, ricercatrice associata del Salk e prima autrice dello studio.
Fonte: The Salk Institute For Biological Studies (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Cailey Bromer, Thomas M. Bartol, Jared B. Bowden, Dusten D. Hubbard, Dakota C. Hanka, Paola V. Gonzalez, Masaaki Kuwajima, John M. Mendenhall, Patrick H. Parker, Wickliffe C. Abraham, Terrence J. Sejnowski and Kristen M. Harris. Long-term potentiation expands information content of hippocampal dentate gyrus synapses. Proceedings of the National Academy of Sciences, 6 Mar 2018, 115 (10) E2410-E2418; DOI: 10.1073/pnas.1716189115
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