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Ricerche

Allungando lo 'sparo' dei neuroni si migliora la memoria di lavoro

rat in maze

Facendo durare più a lungo un tipo specifico di modello [di azione dei neuroni] nel cervello si migliora la memoria a breve termine nei ratti, secondo un nuovo studio.


Pubblicato online il 14 giugno sulla rivista Science, lo studio affronta la 'memoria di lavoro', che formiamo, ad esempio, mentre visitiamo un nuovo quartiere e ricordiamo il modo in cui ci muoviamo in quel luogo più tardi.


Questa ricerca, guidata dai ricercatori della New York University, ha rilevato che i segnali creati dalle cellule cerebrali (neuroni), chiamate 'increspature ad onda acuta', sono più lunghi di decine di millisecondi e catturano più informazioni quando un animale sta esplorando un nuovo luogo rispetto a quando è in un ambiente familiare.


Quando il team di ricerca ha raddoppiato artificialmente la lunghezza dei segnali coinvolti nel ricordo del percorso migliore in un labirinto, i ratti con le increspature estese hanno avuto risultati migliori dal 10% al 15% nel trovare una ricompensa zuccherina rispetto ai ratti le cui onde acute non erano state manipolate.


"Il nostro studio è il primo nel campo ad apportare modifiche artificiali ai modelli neuronali intrinseci di 'sparo' nella regione del cervello chiamata ippocampo, che ha aumentato la capacità di apprendere, invece di interferire con esso come nei tentativi precedenti", dice György Buzsáki MD/PhD, professore del Dipartimento di Neuroscienze e Fisiologia della NYU. "Dopo decenni di studio, finalmente comprendiamo il cervello dei mammiferi abbastanza bene da alterare alcuni dei suoi meccanismi in modi che possono guidare la progettazione di trattamenti futuri per le malattie che influenzano la memoria".


I risultati dello studio ruotano intorno alle cellule nervose, che 'sparano' (provocano rapide oscillazioni nel bilanciamento della loro carica positiva e negativa) trasmettendo segnali elettrici che coordinano i ricordi. La squadra del dott. Buzsáki negli ultimi anni ha scoperto che gruppi di neuroni sparano a distanza di millisecondi l'uno dall'altro, in cicli ritmici, creando sequenze di segnali strettamente collegate che possono codificare informazioni complesse.


Questo schema, per cui le cellule ippocampali in diverse parti del circuito sparano brevemente insieme, crea onde con increspature acute. I modelli prendono il nome dalla loro forma grafica presa dall'elettroencefalografia (EEG), una tecnologia che registra l'attività cerebrale con elettrodi.


Il dott. Buzsáki afferma che le increspature rappresentano la 'ripetizione' e la combinazione di frammenti di informazioni apprese, parte del processo che le tesse nella memoria di un animale.

 

 

L'impatto delle onde con increspature acute sulla memoria

Nel presente studio, il team ha progettato esperimenti in modo tale che il percorso corretto per raggiungere dell'acqua zuccherata si alternasse tra il lato sinistro e quello destro di un labirinto, ogni volta che veniva inserito un ratto.


Per ottenere la loro ricompensa, i ratti dovevano usare la memoria di lavoro, ricordando che percorso avevano usato nel test precedente e scegliendo la strada opposta la volta successiva.


Studi condotti negli ultimi anni in molti laboratori hanno stabilito che le 'cellule di luogo' dell'ippocampo codificano ogni stanza, o ogni braccio di un labirinto, quando i topi entrano, e poi sparano di nuovo quando i ratti o gli umani ricordano di esserci andati, o vogliono tornarci.


Gli autori dello studio hanno registrato lo sparo delle cellule di luogo mentre un topo eseguiva il compito di memoria nel labirinto e predicevano il percorso preso come riflesso nella sequenza di sparo delle cellule rilevata a ogni onda con increspatura acuta.


Per raddoppiare artificialmente la durata delle sole increspature prodotte dalle cellule cerebrali del ratto durante la navigazione basata sulle attività, i ricercatori hanno modificato delle cellule ippocampali perché includessero canali sensibili alla luce. La luce che risplende attraverso minuscole fibre di vetro attivava i neuroni, aggiungendo più neuroni alla sequenza naturale, e quindi codificando più dettagli della rappresentazione del labirinto.


È importante sottolineare che lo studio ha anche scoperto che le increspature estese consentivano di reclutare neuroni a sparo più lento nelle loro sequenze. Gli studi precedenti degli autori avevano mostrato che questi neuroni lenti erano più bravi a cambiare le loro proprietà (la cosiddetta plasticità neuronale) quando veniva appreso qualcosa di nuovo.


Al contrario, i colleghi a sparo più veloce in un'increspatura tendevano ad avviare la sequenza indipendentemente da quale via prendesse il ratto. La squadra del dott. Buzsáki si è convinta che tali neuroni 'rigidi' hanno un comportamento uguale nelle varie esperienze, codificando gli aspetti familiari (anziché gli aspetti nuovi) di ogni nuova posizione incontrata.


"Il nostro prossimo passo sarà cercare di capire come le onde a increspatura acuta possano essere prolungate con mezzi non invasivi, fatto che, in caso di successo, avrebbe implicazioni per il trattamento dei disturbi della memoria", dice il primo autore Antonio Fernandez-Ruiz PhD, fellow postdottorato del laboratorio del dott. Buzsáki.

 

 

 


Fonte: New York University (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Antonio Fernández-Ruiz, Azahara Oliva, Eliezyer Fermino de Oliveira, Florbela Rocha-Almeida, David Tingley, György Buzsáki. Long-duration hippocampal sharp wave ripples improve memory. Science, 14 June 2019, DOI: 10.1126/science.aax0758

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