Un aspetto importante della memoria umana è la capacità di evocare momenti specifici dalla vasta gamma di esperienze che si sono verificate in un determinato ambiente. Ad esempio, se ti viene chiesto di consigliare un itinerario turistico per una città che hai visitato molte volte, il tuo cervello ti permette in qualche modo di richiamare in modo selettivo, e di distinguere, ricordi specifici dai diversi viaggi, per fornire una risposta.

Gli studi hanno dimostrato che la memoria dichiarativa (il tipo di memoria che richiami consapevolmente come il tuo indirizzo di casa o il nome di tua madre) si basa su strutture sane del lobo temporale mediale nel cervello, che comprendono l'ippocampo e la corteccia entorinale (EC). Queste regioni sono importanti anche per la cognizione spaziale, come dimostrato dalla scoperta (che ha ottenuto il premio Nobel) delle “cellule di luogo” e delle “cellule di griglia” in queste regioni: sono neuroni che si attivano per rappresentare posizioni specifiche dell'ambiente durante la navigazione (come un GPS).

Tuttavia, non era ancora chiaro se, e come, questa “mappa spaziale” nel cervello è collegata al ricordo di una persona di eventi accaduti in quei luoghi, e come l'attività neuronale in queste regioni ci permette di puntare un ricordo particolare per richiamarlo, tra le esperienze correlate.

Un team guidato da neuroingegneri della Columbia University ha trovato la prima prova che singoli neuroni del cervello umano puntano ricordi specifici durante il richiamo. Hanno studiato le registrazioni di pazienti di neurochirurgia che avevano avuto l'impianto di elettrodi nel cervello e hanno studiato come i segnali nel cervello dei pazienti corrispondevano al loro comportamento mentre eseguivano un compito di memoria per la localizzazione di oggetti in realtà virtuale (VR).

I ricercatori hanno identificato le “cellule di tracciamento dei ricordi” la cui attività si è sintonizzata in termini spaziali con la posizione in cui i soggetti ricordavano di aver incontrato oggetti specifici. Lo studio è pubblicato dall'11 novembre 2019 su Nature Neuroscience.

“Abbiamo trovato questi neuroni che tracciano la memoria soprattutto nella corteccia entorinale (EC), che è una delle prime regioni del cervello colpite da l'insorgenza del morbo di Alzheimer (MA)”, dice Joshua Jacobs, professore associato di ingegneria biomedica, che ha diretto lo studio. “Poiché l'attività di questi neuroni è strettamente legata a ciò che una persona sta cercando di ricordare, è possibile che la loro attività sia interrotta da malattie come il MA, portando a deficit di memoria. I nostri risultati dovrebbero aprire nuove linee di indagine sul modo in cui l'attività neurale nella corteccia entorinale e mediale del lobo temporale ci aiuta a puntare a eventi passati da richiamare, e più in generale come si sovrappongono spazio e memoria nel cervello”.

Il team è riuscito a misurare l'attività dei singoli neuroni, approfittando di una rara opportunità: la registrazione invasiva del cervello di 19 pazienti di neurochirurgia in diversi ospedali, compreso l'Irving  Medical Center della Columbia University. I pazienti avevano epilessia farmaco-resistente e perciò avevano già elettrodi di registrazione impiantati nel cervello per il trattamento clinico. I ricercatori hanno progettato esperimenti con giochi per computer con VR coinvolgente e immersiva, e i pazienti (costretti a letto) hanno usato computer portatili e controlli manuali per spostarsi negli ambienti virtuali.

Nello svolgimento del compito, i soggetti prima hanno navigato nell'ambiente per imparare le posizioni di quattro oggetti unici. Poi i ricercatori hanno rimosso gli oggetti e hanno chiesto ai pazienti di muoversi nell'ambiente e segnare la posizione di un oggetto specifico per ogni esperimento.

Mentre i pazienti si muovevano nell'ambiente il team ha misurato l'attività dei neuroni, e ha segnato dove puntava la loro memoria. Inizialmente, hanno identificato neuroni puramente sintonizzati nello spazio, come le “cellule di posizione" che si attivano sempre ​​quando qualcuno si muove in luoghi specifici, a prescindere dai ricordi che puntano i soggetti. “Questi neuroni sembravano semplicemente occuparsi della collocazione spaziale della persona, come un puro GPS”, dice Salman E. Qasim, dottorando e primo autore dello studio.

Ma i ricercatori hanno notato anche che altri neuroni si attivavano ​​solo in luoghi rilevanti per il ricordo che il paziente stava richiamando in quell'esperimento; ogni volta che ai pazienti veniva chiesto di puntare un ricordo diverso da richiamare, questi neuroni cambiavano la loro attività per corrispondere alla nuova posizione. Quello che ha entusiasmato particolarmente Jacobs e Qasim è che, in base all'attività di questi neuroni, essi potevano realmente decodificare la memoria specifica che il paziente puntava.

“Il nostro studio dimostra che i neuroni nel cervello umano monitorano le esperienze che stiamo volontariamente richiamando, e possono cambiare i loro modelli di attività per distinguere tra i vari ricordi. Sono proprio come gli spilli sulla mappa di Google che segnano le posizioni di eventi importanti che ricordi“, dice Qasim. “Questa scoperta potrebbe costituire un potenziale meccanismo della nostra capacità di richiamare selettivamente diverse esperienze del passato e mette in evidenza come questi ricordi possono influenzare la mappa spaziale del nostro cervello”.

Jacobs e Qasim programmano per il seguito di cercare prove che questi neuroni rappresentano ricordi in contesti non-spaziali per caratterizzare meglio il loro ruolo nella funzione della memoria. “Ora sappiamo che dei neuroni si occupano del luogo dove nascono i nostri ricordi e adesso vogliamo vedere se questi neuroni si occupano anche di altre caratteristiche di quei ricordi, come quando si sono verificati, ciò che è avvenuto, e così via”, scrive Qasim.