Studiare evoca una codifica teta nel nostro ippocampo
ROBERTO COLONNA
NOTE E NOTIZIE - Anno XVIII – 13 marzo 2021.
Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org
della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia).
Oltre a notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società,
la sezione “note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici
selezionati fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste
e il cui argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
Le straordinarie acquisizioni degli ultimi decenni nella
conoscenza dei meccanismi molecolari e cellulari della memoria e dell’apprendimento,
oltre a costituire un progresso per tutta la biologia[1], rappresentano
una base irrinunciabile per la ricerca neuroscientifica. Il loro valore consiste
soprattutto nell’universalità dei processi che, quando non sono del tutto
identici da una specie all’altra, conservano un profilo di forte analogia, come
si può verificare leggendo la copiosa documentazione sperimentale in materia.
Tuttavia, queste nozioni che illuminano sulle basi
biologiche dei vari tipi di memoria implicita umana, non sono di aiuto quando
cerchiamo di dare risposte agli affascinanti interrogativi che ci pone l’apprendimento
volontario e deliberato[2], legato
alla formazione della memoria semantica, come quello dello studio scolastico,
universitario o adoperato dai professionisti della recitazione per imparare una
parte a memoria. Ad esempio, un quesito ancora insoluto è quale sia la differenza
fra l’apprendimento di un testo che vogliamo imparare e l’apprendimento non
intenzionale di contenuti che abbiamo letto distrattamente e ci capita di
ricordare.
Sappiamo per esperienza e prove sperimentali che nel
primo caso, ossia quando c’è volontà deliberata, si impara e si ricorda di più,
ma non sappiamo questa differenza a cosa realmente corrisponda nel cervello. Fin
da bambini abbiamo imparato per pratica che se si è attenti e concentrati su
quello che si studia si apprende di più e meglio, ma non ancora si conosce in
termini neurofisiologici a cosa corrispondano intenzione cosciente e vigile
attenzione; si suppone solo il reclutamento di un maggior numero di unità
neuroniche, sinaptiche e gliali.
Il problema è stato affrontato da Daniel Pacheco Estefan e colleghi in uno studio accettato per PNAS USA
da Michael S. Gazzaniga, il celebre scienziato cognitivo allievo di Roger
Sperry che fu pioniere nello studio dei pazienti con cervello diviso. L’analisi
elettrofisiologica ha consentito ai ricercatori di individuare un processo a
più livelli specifico dell’apprendimento attivo umano.
(Zhu X., et
al. Volitional learning promotes theta phase coding in the human
hippocampus. Proceedings of the National
Academy of Sciences USA 118 (10) e2021238118 – Epub ahead of print doi:
10.1073/pnas.2021238118, Feb 16, 2021).
La provenienza degli autori è la seguente: Laboratory
of Synthetic Perceptive, Emotive and Cognitive Systems, Institute for
Bioengineering of Catalonia, Barcelona Institute of Science and Technology,
Barcelona (Spagna); Department of Neuropsychology,
Institute of Cognitive Neuroscience, Faculty of Psychology, Ruhr University
Bochum, Bochum (Germania); Epilepsy Monitoring Unit, Department of Neurology, Hospital
del Mar, Barcelona (Spagna); Faculty of Health and
Life Sciences, University Pompeu Fabra,
Barcelona (Spagna).
Per orientarsi, al fine di trovare la rete o il sistema
neuronico del cervello umano su cui focalizzare l’attenzione, i ricercatori
hanno preso le mosse da evidenze emerse dagli studi sui roditori. In
particolare, la ricerca sulla locomozione orientata nello spazio (spatial navigation research) ha evidenziato nell’attività intenzionale un’importanza
elettiva delle oscillazioni teta dei neuroni dell’ippocampo. L’ipotesi
di ricerca è stata che questa attività dei neuroni ippocampali costituisca un
correlato dell’intenzionalità e, pertanto, potrebbe essere anche all’origine
della volizione cosciente umana nell’apprendimento. I due scopi principali del
protocollo di studio nell’uomo sono stati dunque la verifica della rilevanza
del ruolo dei neuroni ippocampali e, in caso di conferma, la ricerca di una
connessione positiva per l’apprendimento sostenuto dalla volizione del
soggetto. E, infatti, come vedremo più avanti, i correlati elettrofunzionali
consentono di dimostrare che l’attività teta aumenta durante l’apprendimento
volontario, promuovendo una segregazione dei segnali rappresentazionali
rilevanti per lo specifico compito e specifici per il contenuto semantico.
Ma, consideriamo in dettaglio le caratteristiche dello
studio.
Gli studi elettrofisiologici nei roditori mostrano
che la “navigazione attiva” cioè la perlustrazione intenzionale o la
percorrenza finalizzata nell’ambiente accresce nell’ippocampo le
oscillazioni nella banda teta, ossia di 4-12 Hz, che forniscono la
cornice temporale per i codici neurali associati allo stimolo. Daniel Pacheco Estefan e colleghi hanno dimostrato che nei volontari umani
l’apprendimento cosciente attivo promuove un simile regime di fase per la
codificazione, sebbene questo avvenga in un intervallo di frequenza più basso:
3-8 Hz.
Gli autori dello studio hanno analizzato i rilievi di
elettroencefalografia intracranica (iEEG)
ottenuti da un campione di pazienti affetti da epilessia, i quali hanno svolto dei
compiti sperimentali nel corso dei quali dovevano studiare delle immagini in
due tipi di prove: 1) in condizione di apprendimento attivo intenzionale;
2) in condizione di apprendimento passivo.
1) Apprendimento attivo intenzionale: questa
condizione determinava un significativo aumento delle prestazioni di memoria e
delle oscillazioni teta nell’ippocampo; promuoveva una più accurata
riattivazione dell’informazione specifica per lo stimolo durante la rievocazione
mnemonica. I segnali rappresentazionali erano raccolti alle fasi opposte
del ciclo teta durante la codificazione e la rievocazione.
Specificamente durante l’apprendimento attivo, la struttura temporale delle
riattivazioni intra-ciclo teta rifletteva la similarità semantica degli
stimoli, segregando concettualmente gli elementi simili in fasi teta più
distanti.
2) Apprendimento passivo: a differenza delle
prove di apprendimento cosciente e deliberato, la struttura temporale delle
riattivazioni intra-ciclo teta non era in rapporto con la somiglianza di
significato fra gli stimoli.
Presi insieme questi risultati indicano l’esistenza
di un meccanismo multilivello, mediante il quale l’apprendimento attivo
migliora la memoria grazie ad uno schema di condizionamento di fase
filogeneticamente molto antico.
L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella
Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura degli scritti di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del
sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).
Roberto Colonna
BM&L-13 marzo 2021
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Society of Neuroscience, è registrata presso l’Agenzia delle Entrate di Firenze,
Ufficio Firenze 1, in data 16 gennaio 2003 con codice fiscale 94098840484, come
organizzazione scientifica e culturale non-profit.
[1]
Si pensi ai paradigmi
molecolari conservati inalterati dagli invertebrati all’uomo, la cui scoperta è
valsa il Premio Nobel ad Eric Kandel nel 2000, o al ruolo dei prioni nella
memoria, oppure alla codifica elettrica dell’informazione da conservare.
[2] La memoria cosciente
direttamente accessibile al nostro pensiero simbolico, e perciò detta dichiarativa
o esplicita, è di due tipi principali: memoria episodica (memoria
autobiografica di quanto ci accade) e memoria semantica (memoria di dati,
nomi, concetti, nozioni dello studio scolastico). La memoria implicita o
non-dichiarativa non si forma come processo cosciente e può entrare indirettamente
nella coscienza o essere guidata indirettamente dalla coscienza, senza
appartenerle; se ne descrivono numerosi tipi: memoria procedurale (es.
le procedure psicomotorie per scrivere al computer, per suonare uno strumento,
per la tecnica sportiva, ecc.), abitudine, sensibilizzazione,
ecc.