In verde fluerescente i neuroni che fanno parte di una rete di memoria esistente nell'ippocampo di un topo. (Fonte: Brian Wiltgen / UC Davis)

Noi lo sappiamo, istintivamente, che le nostre esperienze influenzano il modo in cui apprendiamo. Se siamo bravi in un compito particolare, ad esempio cucinare, imparare una nuova ricetta è molto più facile di quando eravamo novizi.

Una nuova ricerca dell'Università della California di Davis, pubblicata online sulla rivista Neuropsychopharmacology, dimostra che l'esperienza cambia anche il modo in cui i nostri neuroni diventano plastici e formano nuovi ricordi.

"La nostra domanda principale era, in che modo l'esperienza modifica il modo in cui il cervello apprende?", dice Brian Wiltgen, professore associato del Dipartimento di Psicologia e Neuroscienze della UC Davis. "Se fai lo zoom fino al singolo neurone, l'esperienza cambia il modo in cui diventa plastico?"

Il laboratorio di Wiltgen usa i topi per capire i meccanismi cellulari e molecolari dell'apprendimento e della memoria in una struttura cerebrale chiamata ippocampo. A differenza dei loro cugini selvatici, i topi da laboratorio sono al sicuro dai predatori, caldi, ben nutriti e ben curati, ma non hanno la stessa varietà di esperienze di vita di un topo selvatico.

Decenni di ricerche con roditori da laboratorio hanno dimostrato che una proteina chiamata «recettore NMDA», presente alla connessione tra le cellule nervose, è essenziale per formare nuovi ricordi. Se alleni topi in un compito semplice, puoi impedire loro di apprenderlo, con un farmaco che blocca il recettore NMDA.

I dottorandi Ana Crestani e Jamie Krueger nel gruppo di Wiltgen hanno usato un procedimento di allenamento semplice, ma robusto, chiamato 'condizionamento della paura contestuale'. I topi sono stati collocati in un nuovo ambiente (dove non erano mai stati prima) e dopo pochi minuti hanno ricevuto un leggero shock ai piedi dalle griglie elettrificate sul pavimento. La sensazione è all'incirca come mettere la lingua su una batteria. Lo shock ha fatto sobbalzare i topi e, di conseguenza, hanno imparato ad aver paura del nuovo contesto. E' già stato dimostrato che, se si bloccano i recettori NMDA, il giorno seguente gli animali non mostrano alcun ricordo dell'esperienza.

Per vedere se gli animali esperti imparano allo stesso modo, i ricercatori hanno addestrato topi che avevano precedentemente subito il condizionamento della paura ma in un ambiente diverso. Quando questi animali venivano addestrati in un nuovo contesto, riuscivano a sviluppare una risposta anche quando i recettori NMDA venivano bloccati.

"Questo suggerisce che gli animali esperti formano ricordi usando meccanismi di plasticità diversi rispetto ai soggetti inesperti, anche se stanno imparando la stessa identica cosa", ha detto Wiltgen. In altre parole, il modo in cui i nostri neuroni formano nuove connessioni dipende dalla loro storia precedente, un fenomeno chiamato metaplasticità.

Riattivazione delle reti

Gli animali formano ricordi creando e rafforzando le connessioni tra reti di neuroni. L'ipotesi di Wiltgen era che se una rete esistente viene riattivata, può formare connessioni in modi nuovi: "Nei nostri esperimenti, abbiamo scoperto che i neuroni attivati in precedenza ​​erano più eccitabili dei loro vicini. Cioè, hanno innescato molti più potenziali d'azione quando stimolati", ha detto Wiltgen.

L'ipotesi era che lo stato eccitabile di questi neuroni potesse renderli capaci di diversi tipi di plasticità, come se la rete fosse ampliata e pronta per apprendere nuove informazioni. Per dimostrarlo, hanno lavorato con topi in cui i neuroni precedentemente attivati brillano di una proteina fluorescente verde (PFV).

Il coautore John Gray, assistente professore nel Dipartimento di neurologia e del Centro Neuroscienze, e il suo studente laureato, Eden Barragan, hanno misurato l'eccitabilità di queste cellule, scoprendo che le cellule PFV in reti precedentemente attivate erano effettivamente più eccitabili rispetto ad altri neuroni.

È importante sottolineare che, quando hanno addestrato topi esperti sul compito di condizionamento della paura contestuale, hanno scoperto che erano le cellule PFV ad attivarsi di preferenza, suggerendo che erano esse a formare il nuovo ricordo. È interessante notare che il modo in cui lo facevano era unico. Invece dei recettori NMDA, questi neuroni sembravano usare una molecola diversa, il «recettore del glutammato metabotropico».

"Quando gli animali imparano qualcosa di completamente nuovo, si attivano i recettori NMDA, che rafforzano le sinapsi e formano una nuova rete di memoria. Inoltre, le cellule attivate diventano più eccitabili, il che consente loro di codificare informazioni aggiuntive usando un recettore diverso", ha detto Wiltgen.

Queste scoperte forniscono informazioni sul modo in cui le nuove esperienze si integrano con i ricordi consolidati, una cosa che gli animali, compresi gli esseri umani, fanno ogni giorno.

Tuttavia Wiltgen dice che i suoi animali da laboratorio sono ancora molto inesperti rispetto ai loro parenti selvatici:"Un roditore selvaggio impara a conoscere centinaia di ambienti e se sono sicuri o pericolosi. I nostri animali ne hanno appreso solo due. Nondimeno, il nostro lavoro ci avvicina alla comprensione di come gli animali esperti imparano a conoscere il mondo, il che è molto diverso da quello che pensavamo finora".