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'Dove sono le chiavi?' e altre scelte fondate sulla memoria, sondate nel cervello

areas of the brainFoto: iStock

La maggior parte di noi conosce quella sensazione di cercare di recuperare un ricordo, che però non arriva subito. Forse stai guardando una commedia romantica con quella famosa attrice caratterista che interpreta sempre la migliore amica e ti ritrovi incapace di ricordare il suo nome (è Judy Greer).


Anche se il recupero dei ricordi è stato oggetto di innumerevoli studi sugli animali e di altri lavori di neuroscansione negli esseri umani, è tuttora poco chiaro  come funziona esattamente, e come prendiamo decisioni basate sui ricordi.


In un nuovo studio pubblicato il 26 giugno dalla rivista Science, un team collaborativo di neuroscienziati del Caltech e del Cedars-Sinai Medical Center di Los Angeles ha identificato diversi insiemi di singoli neuroni responsabili del processo decisionale basato sulla memoria, un segno distintivo della flessibilità del cervello umano.


"Un aspetto essenziale della flessibilità cognitiva è la nostra capacità di cercare selettivamente le informazioni nella memoria quando ne abbiamo bisogno", dice l'autore senior Ueli Rutishauser PhD, associato in visita di biologia e bioingegneria al Caltech e professore di neuroscienze al Cedars-Sinai Medical Center. "Questa è la prima volta che sono descritti i neuroni nel cervello umano che segnalano decisioni basate sulla memoria. Inoltre, il nostro studio mostra che i ricordi vengono trasferiti selettivamente al lobo frontale, e solo quando necessario".


Lo studio, che ha implicazioni per il trattamento dei problemi della memoria associati all'Alzheimer, all'epilessia e alla schizofrenia, è stato eseguito su pazienti per i quali era già previsto un intervento chirurgico al cervello per trattare le crisi epilettiche. I volontari hanno guardato immagini su uno schermo, e hanno risposto a diversi tipi di domande su quelle immagini, mentre i ricercatori registravano l'attività di singoli neuroni nel cervello tramite elettrodi impiantati.


Ad esempio, un soggetto vedeva l'immagine di qualcuno che non aveva mai visto prima e gli veniva chiesto: "Hai visto questa faccia prima?" o "Questo è un volto?". Le due domande, rispettivamente, aiutavano i ricercatori a distinguere tra una decisione basata sulla memoria e una basata non sui ricordi, ma sulle categorie, come ad esempio le facce.


"Noi prendiamo continuamente decisioni basate sui ricordi richiamati", dice l'autore Juri Minxha PhD, post-dottorato del Cedars Sinai e visitatore di neuroscienze al Caltech. "«Da quale ristorante dovrei ordinare cibo stasera?» o «Dove devo cercare ora le mie chiavi?». In questo studio, abbiamo fatto domande con semplici risposte si/no progettate per indurre un volontario ad accedere alla sua memoria recente o alla sua conoscenza delle categorie".


La codifica e il richiamo dei ricordi avviene nella parte medio-bassa del cervello, nella regione 'mediale' del lobo temporale, che comprende l'ippocampo. I processi decisionali coinvolgono una regione nella parte anteriore del cervello, chiamata 'corteccia mediale frontale'.


"La capacità di coinvolgere e usare in modo flessibile i nostri ricordi per prendere decisioni dipende dalle interazioni tra i lobi frontali e temporali: il primo è il sito di controllo esecutivo e l'ultimo è quello in cui sono memorizzati i ricordi di questo tipo. Finora si sapeva poco di come avvengono le interazioni tra queste due parti del cervello umano", dice Rutishauser.


Nello studio, i ricercatori hanno monitorato singoli neuroni sia nel lobo temporale che in quello frontale di 13 soggetti. I risultati hanno rivelato i neuroni che codificano i ricordi nel lobo temporale, e i 'neuroni di scelta della memoria' nel lobo frontale; questi neuroni non memorizzano i ricordi, ma piuttosto aiutano a recuperarli.


"Sia il lobo temporale mediale che la corteccia frontale mediale diventano attivi quando la decisione richiede che il paziente ricordi qualcosa. L'interazione tra queste due strutture del cervello permette di riuscire a recuperare il ricordo", dice Minxha. "Quindi, se chiediamo a un paziente se ha visto una faccia prima, si attivano i neuroni in entrambe le regioni. Ma se gli mostriamo la stessa immagine e chiediamo 'Questo è un volto?', allora i 'neuroni di scelta della memoria' rimangono in silenzio. Al contrario, vediamo una seconda popolazione distinta di neuroni nel lobo frontale, che supportano l'obiettivo attuale del soggetto di categorizzare l'immagine".


Lo studio ha anche identificato un diverso insieme di 'neuroni del contesto' nel lobo frontale. Questi neuroni codificano le informazioni sulle istruzioni date a un soggetto per un determinato compito. Per esempio, ai soggetti è stato detto di premere un pulsante o di usare i movimenti oculari per collegare la propria risposta a una domanda; i 'neuroni del contesto' hanno segnalato quale di queste due azioni intraprendere, indipendente da quale era la risposta alla domanda.


"È interessante notare che abbiamo scoperto che la decisione era rappresentata dai 'neuroni di scelta della memoria' in modo astratto, così che gli stessi neuroni potrebbero segnalare queste informazioni in contesti diversi. Questo probabilmente rappresenta gran parte della flessibilità che vediamo nel processo decisionale umano", dice Ralph Adolphs, professore di psicologia, neuroscienze e biologia al Caltech; direttore del Caltech Brain Imaging Center e affiliato all'Istituto di Neuroscienze del Caltech.


La comunicazione tra i lobi temporale e frontale è stata osservata anche analizzando le onde theta, che sono comuni nel lobo temporale. I ricercatori hanno scoperto che i neuroni nel lobo frontale allineavano selettivamente la loro attività con le onde theta del lobo temporale solo quando i soggetti prendevano una decisione basata sulla memoria.


I ricercatori dicono che avrebbero anche potuto dire se un soggetto stava per identificare correttamente un volto semplicemente in base alla forza con cui i 'neuroni di scelta della memoria' nei lobi frontali coordinavano la loro attività con le onde theta nel lobo temporale.


"Nell'insieme, questo studio rivela diversi elementi chiave che rendono la cognizione umana così flessibile", dice Adolphs.

 

 

Ai volontari è stato chiesto di passare tra un lavoro che non richiede il recupero della memoria (un compito di categorizzazione) e uno che richiede il recupero. I ricercatori hanno osservato che l'attività neurale nel lobo frontale è organizzata da oscillazioni di onda theta nel lobo temporale solo durante il recupero della memoria.

 

 

 


Fonte: California Institute of Technology (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Juri Minxha, Ralph Adolphs, Stefano Fusi, Adam N. Mamelak, Ueli Rutishauser. Flexible recruitment of memory-based choice representations by the human medial frontal cortex. Science, 26 June 2020, DOI

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