Tracce di memoria ricorrenti formano ricordi duraturi

06 December 2013

Mentre il cervello umano è in uno stato di riposo, possono riapparire spontaneamente schemi di attività neuronale che sono associati a ricordi specifici. Tali riapparizioni contribuiscono al consolidamento della memoria, cioè alla stabilizzazione del suo contenuto.

Gli scienziati del Centro tedesco per le Malattie Neurodegenerative (DZNE) e dell'Università di Bonn, hanno segnalato questi risultati nell'edizione attuale di "The Journal of Neuroscience".

I ricercatori guidati da Nikolai Axmacher hanno eseguito un test di memoria su una serie di persone, mentre ne monitoravano l'attività cerebrale con la risonanza magnetica funzionale (fMRI). L'organizzazione dell'esperimento comprendeva diversi stati di riposo, tra cui un pisolino all'interno di uno scanner di neuroimaging.

Lo studio indica che i periodi di riposo possono generalmente promuovere le prestazioni della memoria. A seconda del proprio stato d'animo e dell'attività, nel cervello umano si attivano diverse aree. Anche percezioni e pensieri influenzano questa condizione e ciò si traduce in uno schema di attività neuronale legato alla situazione sperimentata. Quando si ricorda, si riattivano modelli simili, che sono assopiti nel cervello. Come accada, è ancora in gran parte sconosciuto.

La teoria prevalente per la formazione della memoria assume che i ricordi siano memorizzati in modo graduale. In un primo momento, il cervello memorizza le nuove informazioni solo temporaneamente. Perchè i ricordi rimangano a lungo termine, è necessaria una ulteriore fase. "Che noi chiamiamo consolidamento", spiega il dottor Nikolai Axmacher, ricercatore del Dipartimento di Epilettologia dell'Università di Bonn e del sito di Bonn del DZNE. "Non sappiamo esattamente come questo accade. Tuttavia, gli studi suggeriscono che è molto importante un processo che chiamiamo riattivazione. Quando si verifica ciò, il cervello riproduce modelli di attività associati ad una particolare memoria. In linea di principio, questo è un concetto familiare. E' un fatto che le cose che sono ripetute e praticate attivamente sono memorizzate meglio. Tuttavia, supponiamo che una riattivazione del contenuto della memoria può anche accadere spontaneamente senza che vi sia uno scatenante esterno".

Un test di memoria all'interno dello scanner

Axmacher e il suo team ha testato questa ipotesi in un esperimento che ha coinvolto dieci partecipanti sani con un'età media di 24 anni. Essi hanno visto una serie di immagini, che comprendeva - tra le altre cose - rane, alberi, aerei e persone. Ognuna di queste immagini è stata associata come etichetta ad un quadrato bianco, in una posizione diversa. I soggetti sono stati invitati a memorizzare la posizione del quadro.

Alla fine dell'esperimento tutte le immagini sono state mostrate nuovamente, ma questa volta senza l'etichetta. I partecipanti allo studio sono stati poi invitati ad indicare con un cursore del mouse dove si trovava originariamente il contrassegno mancante. Le prestazioni della memoria sono state determinate come la distanza tra la posizione corretta e quella indicata.

"Questo è un compito associativo. Le percezioni visive e spaziali devono essere collegate tra loro", spiega il ricercatore. "Tali attività coinvolgono diverse regioni del cervello, compresa la corteccia visiva e l'ippocampo, che partecipa a numerosi processi di memoria". L'attività cerebrale è stata registrata dalla fMRI durante l'intero esperimento, durato diverse ore e comprendeva periodi di riposo e un pisolino all'interno dello scanner di neuroimaging.

Schemi cerebrali ricorrenti aumentano la precisione

Per il trattamento dei dati è stato meso a punto un algoritmo di riconoscimento degli schemi, per cercare le analogie tra i modelli neuronali osservati durante la codifica iniziale e i modelli che appaiono nelle occasioni successive. "Questo metodo è complesso, ma molto efficace", dice Axmacher. "L'analisi ha dimostrato che l'attività neuronale associata alle immagini mostrate inizialmente riappare durante i successivi periodi di riposo e nella fase di sonno".

Le prestazioni della memoria sono correlate alla riproduzione di modelli di attività neuronali. "Più spesso ricompare un modello, più accuratamente i partecipanti al test possono etichettare l'immagine corrispondente", Axmacher riassume i risultati. "Questi risultati supportano la nostra ipotesi che i modelli neurali possono riapparire spontaneamente e che promuovano la formazione del contenuto della memoria di lunga durata. C'era già una prova di questo negli studi su animali. Il nostro esperimento dimostra che questo fenomeno avviene anche negli esseri umani".

Vantaggi prestazionali alla memoria dai periodi di riposo

Lo studio indica che i periodi di riposo possono generalmente favorire le prestazioni della memoria. "Anche se i nostri dati non mostrano se dormire ha un effetto particolare. Ciò può essere dovuto all'organizzazione dell'esperimento, che ha permesso solo un sonnellino relativamente breve", riconosce Axmacher. "Per contro, il sonno notturno è considerato vantaggioso per il consolidamento del contenuto della memoria. Ma di solito ci vogliono molte ore e comprende molteplici transizioni tra le diverse fasi del sonno. Tuttavia, altri studi suggeriscono che anche brevi sonnellini possono influenzare positivamente il consolidamento della memoria".

Uno sguardo obiettivo al contenuto della memoria

E' lasciato alle ipotesi se gli schemi cerebrali ricorrenti attivano ricordi consci o se rimangono al di sotto della soglia di percezione. "Penso che sia ragionevole supporre che, durante i periodi di riposo, i partecipanti al test lasciano vagare la loro mente, e che ricordano le immagini che avevano appena visto prima. Ma questa è una questione di percezione soggettiva dei partecipanti al test. Questo è qualcosa che noi non esaminiamo perché non è essenziale per la nostra indagine", dice Axmacher. "La forza del nostro approccio sta piuttosto nel fatto che noi guardiamo al contenuto della memoria dall'esterno, in modo obiettivo. E che possiamo valutarlo riconoscendone lo schema. Questo apre la strada a molte materie di ricerca. Ad esempio, i modelli del cervello che si ripetono spontaneamente sono anche di interesse nel contesto della ricerca sperimentale sui sogni".

Fonte: Universität Bonn.

Riferimenti: L. Deuker, J. Olligs, J. Fell, T. A. Kranz, F. Mormann, C. Montag, M. Reuter, C. E. Elger, N. Axmacher. Memory Consolidation by Replay of Stimulus-Specific Neural Activity. Journal of Neuroscience, 2013; 33 (49): 19373 DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0414-13.2013

Pubblicato in uni-bonn.de (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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