La formazione di un ricordo

Un microscopio su misura sta aiutando gli scienziati a scattare le prime istantanee di un cervello vivente che immagazzina ricordi. La straordinaria svolta offre la speranza di nuovi trattamenti per la sindrome da stress post-traumatico (PTSD).

 

I ricercatori dell'USC (Università della South Carolina) hanno detto che il processo potrebbe anche avere implicazioni per l'Alzheimer e altre malattie neurodegenerative. Il loro studio ha filmato con successo il processo di creazione della memoria nei giovani pesci zebra, mappando i cambiamenti nei loro cervelli mentre immagazzinano informazioni. I pesci zebra sono una creatura popolare negli esperimenti scientifici poiché sono molto simili agli umani a livello genetico e cellulare.

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Le loro cellule cerebrali «si sono illuminate come Times Square a Capodanno» durante l'esperimento. L'apprendimento ha causato la proliferazione o la scomparsa delle connessioni tra i neuroni (sinapsi). Le sinapsi trasmettono messaggi utilizzando sostanze chimiche chiamate neurotrasmettitori.

 

«Le nostre sonde possono etichettare le sinapsi in un cervello vivente senza alterarne la struttura o la funzione, cosa che non era possibile con gli strumenti precedenti», afferma l'autore principale, il professor Don Arnold in un comunicato universitario .

 

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La nuova procedura ha consentito ai ricercatori di esaminare dove si trovavano le sinapsi.

 

«Il microscopio che abbiamo costruito è stato creato su misura per risolvere questa sfida ed estrarre le conoscenze di cui avevamo bisogno», aggiunge il coautore Prof. Scott Fraser. «A volte cerchi di ottenere un'immagine così spettacolare da uccidere ciò che stai guardando. Per questo esperimento, abbiamo dovuto trovare il giusto equilibrio tra l'ottenere un'immagine che fosse abbastanza buona da ottenere risposte, ma non così spettacolare da uccidere i pesci con i fotoni».

 

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Perché alcuni ricordi ci restano impressi più di altri?

Lo studio, pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences, spiega anche perché alcuni ricordi sono più forti di altri. Ad esempio, le persone spesso ricordano il nome del loro migliore amico d'infanzia, ma a volte fanno fatica a ricordare il nome di una persona che hanno appena incontrato.

 

In precedenza, i confronti prima e dopo la formazione della memoria non erano fattibili. L'umile pesce zebra è abbastanza grande da avere un cervello che funziona come il nostro. È anche piccolo e trasparente, il che apre una finestra sui misteri dell'organo.

 

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Mantenendo in vita il pesce intatto, il Prof. Arnold e colleghi hanno confrontato le sinapsi nel tempo. I pesci di 12 giorni sono stati addestrati per la prima volta a collegare l'accensione di una luce ad un laser a infrarossi che riscaldava loro la testa. Il pesce ha cercato di evitarlo nuotando via. I pesci che si ricordavano di questa connessione agitavano la coda.

 

Cinque ore dopo, i ricercatori hanno osservato e registrato guadagni e perdite drammatici nelle giunzioni neuronali. Hanno anche alterato il DNA degli animali in modo che la loro forza e posizione fossero contrassegnate da una proteina fluorescente che brillava sotto un raggio.

 

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Questo esperimento ha fornito loro centinaia di immagini prima e dopo dello stesso animale. Gli esperimenti precedenti erano stati possibili solo su esemplari deceduti. Bisognava confrontare due cervelli diversi, uno condizionato e uno no.

 

«Questa è un'immagine ninja, ci intrufoliamo senza essere notati», afferma il prof. Fraser.

 

I ricordi 'rimodellano' le connessioni cerebrali

Algoritmi complicati hanno elaborato la grande quantità di dati, con i risultati che non hanno mostrato alterazioni nelle sinapsi esistenti. Invece, alcune sono stati distrutte e altre sono state create in un'altra regione del cervello.

 

«Negli ultimi 40 anni la saggezza comune era che si impara cambiando la forza delle sinapsi», spiega il coautore e informatico Prof. Carl Kesselman, «ma non è quello che abbiamo trovato in questo caso».

 

CAPACITA COGNITIVE ANZIANI

La rottura delle sinapsi legata all'età è un sintomo comune di demenza e altre malattie neurodegenerative.

 

«Questo è stato il miglior risultato possibile che avremmo potuto ottenere», dice Arnold, «perché abbiamo visto questo cambiamento drammatico nel numero di sinapsi: alcune scomparivano, altre si formavano e lo abbiamo visto in una parte molto distinta del cervello. Il dogma era che le sinapsi cambiassero la loro forza. Ma sono stato sorpreso di vedere un fenomeno push-pull e che non abbiamo visto un cambiamento nei punti di forza delle sinapsi».

 

cervello

I risultati suggeriscono cambiamenti nel numero di sinapsi che codificano i ricordi. Le nuove scoperte forniscono un indizio sul perché i brutti ricordi, come quelli che portano al disturbo da stress post-traumatico, sono così forti.

 

«Si è pensato che la formazione della memoria implichi principalmente il rimodellamento delle connessioni sinaptiche esistenti», conclude Arnold, «mentre in questo studio abbiamo trovato la formazione e l'eliminazione delle sinapsi, ma abbiamo visto solo piccoli cambiamenti casuali nella forza sinaptica delle sinapsi esistenti. Ciò può essere dovuto al fatto che questo studio si è concentrato sui ricordi associativi, che sono molto più robusti di altri ricordi e si formano in un punto diverso del cervello, l'amigdala, rispetto all'ippocampo per la maggior parte degli altri ricordi. Questo un giorno potrebbe avere rilevanza per il disturbo da stress post-traumatico, che si pensa sia mediato dalla formazione di memorie associative».