Neuroni usano più frequenze per svolgere diversi compiti

19 April 2014

Il cervello trasmette le informazioni sulla posizione attuale e i ricordi di luoghi del passato attraverso gli stessi percorsi neurali, usando diverse frequenze di una attività elettrica ritmica chiamata onde gamma.

La ricerca, effettuata da neuroscienziati dell'Università del Texas di Austin, e pubblicata sulla rivista Neuron il 17 aprile, potrebbe fornire conoscenze sul deterioramento cognitivo e della memoria tipico di malattie come la schizofrenia e l'Alzheimer, dove le onde gamma sono disturbate.

Precedenti ricerche avevano dimostrato che la stessa regione del cervello si attiva quando immagazziniamo ricordi di un nuovo posto o quando richiamiamo luoghi del passato dove siamo stati.

"Molti di noi lasciano ogni giorno l'auto in un garage. Ogni mattina, creiamo un ricordo di dove abbiamo parcheggiato la nostra auto, e lo recuperiamo la sera quando la riprendiamo", ha detto Laura Colgin, assistente professore di neuroscienze e membro del Center for Learning and Memory nel College of Natural Sciences dell'Università del Texas di Austin. "Come fa quindi il nostro cervello a distinguere tra la posizione attuale e la memoria di un luogo? I nostri nuovi risultati suggeriscono un meccanismo per distinguere queste rappresentazioni diverse".

La memoria che coinvolge la posizione viene memorizzata in un'area del cervello chiamata ippocampo. I neuroni nell'ippocampo che immagazzinano i ricordi spaziali (come la posizione dove si è parcheggiata l'auto) sono chiamate «cellule di posizione». Lo stesso insieme di cellule di posizione si attiva sia quando viene memorizzato un nuovo ricordo di un luogo, sia quando viene richiamato o recuperato più tardi il ricordo di quel luogo.

Quando l'ippocampo forma un nuovo ricordo spaziale, riceve informazioni sensoriali sulla posizione corrente da una regione del cervello chiamata corteccia entorinale. Quando l'ippocampo ricorda una posizione del passato, recupera il ricordo spaziale memorizzato in una subregione dell'ippocampo chiamata CA3. La corteccia entorinale e la CA3 trasmettono questi diversi tipi di informazione usando diverse frequenze di onde gamma. La corteccia entorinale usa onde gamma veloci, che hanno una frequenza di circa 80 Hz (circa la stessa frequenza della nota Mi bassa suonata al pianoforte). Al contrario la CA3 invia i suoi segnali su onde gamma lente, che hanno una frequenza di circa 40 Hz.

La Colgin ed i suoi colleghi hanno ipotizzato che le onde gamma veloci promuovano la codifica delle esperienze recenti, mentre le onde gamma lente sostengano il recupero dei ricordi. Essi hanno testato queste ipotesi su ratti che si muovevano in un ambiente semplice, registrando le onde gamma nell'ippocampo, insieme con i segnali elettrici provenienti dalle cellule di posizione.

Hanno scoperto che le cellule di posizione rappresentano la posizione corrente del ratto quando le cellule sono attive su onde gamma veloci. Quando le cellule sono attive sulle onde gamma lente, le cellule di posizione rappresentano i punti verso i quali si sta dirigendo il topo. "Questi risultati suggeriscono che le onde gamma veloci promuovono la codifica dei ricordi correnti, ad esempio il ricordo di dove abbiamo appena parcheggiato", ha detto la Colgin. "Tuttavia, quando abbiamo bisogno di ricordare dove stiamo andando, come quando dobbiamo ritrovare la nostra auto parcheggiata alla fine della giornata, l'ippocampo si sintonizza sulle onde gamma lente".

Può essere rilevante perché:

L'uso delle onde gamma per migliorare la memorizzazione dei ricordi correnti, potrebbe essere un metodo non farmacologico (e quindi teoricamente esente da effetti collaterali) per affrontare, rallentare o forse ridurre l'Alzheimer.

La malttia ha proprio nella memorizzazione impossibile delle esperienze correnti il sintomo più eclatante.

Poiché le onde gamma sono presenti in molte aree del cervello oltre all'ippocampo, le scoperte della Colgin possono essere generalizzate al di là della memoria spaziale. La possibilità dei neuroni di entrare in sintonia con diverse frequenze di onde gamma fornisce un modo al cervello di gestire il traffico di diversi tipi di informazioni attraverso gli stessi circuiti neuronali.

La Colgin ha detto che uno dei prossimi passi nella ricerca del suo team sarà di applicare delle tecnologie che inducono diversi tipi di onde gamma nei ratti a svolgere compiti di memoria. Lei ritiene di essere in grado di migliorare la codifica di nuovi ricordi inducendo le onde gamma veloci. Al contrario, si aspetta che l'induzione di onde gamma lente sarà dannosa per la codifica di nuovi ricordi. Le onde gamma lente dovrebbero far scattare vecchi ricordi, che potrebbero interferire con il nuovo apprendimento.

Il supporto per questa ricerca è arrivato dall'Esther A. and Joseph Klingenstein Fund, dalla Alfred P. Sloan Foundation e dall'Istituto Nazionale di Salute Mentale. Hanno collaborato Kevin Bieri, studente laureato, e l'assistente di ricerca Katelyn Bobbitt dell'Università del Texas di Austin.

Fonte: University of Texas at Austin (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Kevin Wood Bieri, Katelyn N. Bobbitt, Laura Lee Colgin. Slow and Fast Gamma Rhythms Coordinate Different Spatial Coding Modes in Hippocampal Place Cells. Neuron, 2014; DOI: 10.1016/j.neuron.2014.03.013

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