Un breve aggiornamento sulla memoria
GIOVANNI
ROSSI
NOTE E NOTIZIE - Anno XVIII – 10 aprile
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: BREVE AGGIORNAMENTO]
Il numero
di studi pubblicati nel mondo ogni mese, che direttamente o indirettamente
riguardano le neuroscienze della memoria, è veramente esorbitante, al punto che
un aggiornamento esaustivo in questo campo richiederebbe alcuni mesi di lavoro di
più team di specialisti per realizzare uno “stato dell’arte”, cioè fare
il punto delle conoscenze attuali dal livello molecolare e cellulare a quello della
neurofisiologia dei sistemi fino al comportamento di aree encefaliche e reti,
osservate con le metodiche di neuroimmagine funzionale.
Una tale
difficoltà non giustifica un’imperdonabile rinuncia e ci suggerisce di
procedere con aggiornamenti circoscritti alle aree della ricerca sulla memoria
costantemente monitorate dai nostri soci[1]. L’oggetto di questo articolo è costituito proprio
dalla comunicazione di nuove acquisizioni ottenute in alcune di tali aree.
Anche se
non vi sono state singole scoperte che abbiano rivoluzionato il modo di
intendere le basi neurobiologiche delle facoltà di registrare e riutilizzare,
negli ultimi dieci anni si è andata accumulando una grande quantità di dati che
ha consentito di approdare a nuove nozioni: si pensi al ruolo della conduzione
invertita per il rinforzo delle memorie nel sonno[2], alla modulazione della memoria da parte degli
astrociti[3], a come le poliammine possono ridurre la perdita di
efficienza mnemonica[4], alle nuove vie di consolidamento[5], ai marker delle memorie formate[6], per citarne solo alcune.
Oggi
accade che la ricerca non si limiti più ad approfondire la conoscenza
molecolare e bioelettrica di processi concepiti e definiti dalla neurofisiologia
classica, ma sta progressivamente ridefinendo i processi stessi alla base delle
capacità di conservare e riutilizzare le esperienze.
Da tre
aree sono emersi in questi giorni elementi nuovi:
1) Le
memorie cognitive sono assicurate dal funzionamento di reti neuroniche
distribuite di connessione ippocampo-talamo-corteccia, ma vari studi hanno
rilevato che le regioni che prendono parte a queste reti possono variare nel
tempo, ossia con l’età della memoria. Questa riorganizzazione sinaptica
è considerata parte del processo definito “consolidamento dei sistemi”, ma recentemente
si sono scoperti nuovi aspetti di questo fenomeno di aggiustamento della base
neurobiologica delle memorie pregresse.
2) Un
altro aspetto di grande attualità nella ricerca riguarda il modo in cui si
formano i codici interni delle esperienze esterne, ad esempio si
indaga in che rapporto siano eventi come l’attività contemporanea di molti
neuroni con la frequenza di scarica della singola cellula nervosa, per cercare
di comprendere se la risposta associata di molti neuroni abbia un ruolo iniziale
e diretto nella codifica dell’informazione o ruoli secondari nel supportare i
codici dei singoli neuroni.
3) Di notevole
impegno attuale sono anche gli studi volti ad agire sul consolidamento di
memorie patologiche, allo scopo di indebolire o neutralizzare i sintomi dei
disturbi da stress traumatico e delle altre sindromi caratterizzate
dalla rievocazione frequente di precedenti esperienze spaventose,
raccapriccianti o destabilizzanti.
1. Nella
prima delle tre aree, ossia quella dei lievi cambiamenti nel tempo delle reti mnemoniche
ippocampo-talamo-corteccia, Gisella Vetere e colleghi hanno fornito un
rilevante contributo.
(Vetere G. et al., An
inhibitory hippocampal-thalamic pathway modulates remote memory retrieval. Nature Neuroscience – Epub ahead
of print doi: 10.1038/s41593-021-00819-3,
2021).
La provenienza degli autori è la seguente: Program in
Neurosciences & Mental Health, Hospital for Sick Children, Toronto, Ontario
(Canada); Team Cerebral Codes and Circuits Connectivity (C4), CNRS, PLS University,
Paris (Francia); Department of Physiology, University of Toronto, Toronto, Ontario
(Canada); Department of Psychology, University of Toronto, Toronto, Ontario
(Canada); Department of Medical Sciences, University of Toronto, Toronto, Ontario
(Canada); Brain, Mind & Consciousness Program, Canadian Institute for
Advanced Research, Toronto, Ontario (Canada).
Studi
precedenti hanno esaminato la relazione tra l’attivazione di differenti aree
appartenenti all’ippocampo, al talamo e alla corteccia cerebrale e l’età delle
memorie al momento della rievocazione, ossia il tempo trascorso dalla loro
prima formazione. Queste osservazioni hanno fatto registrare l’incremento di
attivazione di alcune aree del cervello col passare del tempo e la parallela riduzione
di attività di altre aree. Gisella Vetere e colleghi hanno dimostrato nel topo
che l’attivo disimpegno di una di queste aree, cioè il nucleo anterodorsale
del talamo, è necessario per il richiamo di memorie formate in punti
temporali lontani. I ricercatori hanno anche individuato le proiezioni
inibitorie responsabili di questo effetto.
In
particolare, Vetere e colleghi hanno identificato una proiezione inibitoria diffusa
proveniente dalla regione CA3 dell’ippocampo e diretta al nucleo
anterodorsale del talamo che diviene più attiva durante il processo di
consolidamento dei sistemi, così da consentire l’intervento di questo nucleo
che appare necessario per la rievocazione di memorie di paura contestuale molto
tempo dopo la loro formazione, ma non è implicato per il richiamo di paure
recenti.
2. Nell’area
di studi del modo in cui si formano i codici interni delle esperienze
esterne, Mohamady El-Gaby e colleghi coordinati
da David Dupret hanno ottenuti risultati significativi.
(El-Gaby M. et al., An emergent neural coactivity code for
dynamic memory. Nature
Neuroscience – Epub ahead of print doi: 10.1038/s41593-021-00820-w, 2021).
La provenienza degli autori è la seguente: Nuffield Department
of Clinical Neurosciences, University of Oxford, Oxford (Regno Unito); Department of Pharmacology, University of Oxford,
Oxford (Regno Unito); University of Cambridge,
Cambridge (Regno Unito).
I
correlati neurali di variabili esterne forniscono potenziali codici interni che
guidano il comportamento di un animale. Gli elementi del primo ordine o
livello dell’attività neurale, quali la frequenza di attivazione e scarica
di un singolo neurone, si ritiene siano implicati nella codifica dell’informazione,
ma non si conosce l’estensione alla quale gli elementi di ordine o livello
superiore, quali l’attivazione simultanea di molte cellule nervose,
giochino ruoli primari nella codifica dell’informazione o ruoli secondari a
supporto della formazione di codici dei singoli neuroni. Il team di
David Dupret ha dimostrato che la co-attivazione nella scala
temporale dei millisecondi fra i neuroni della regione CA1 dell’ippocampo discrimina
distinte contingenze comportamentali di breve durata. Questa distinzione di
contingenze è risultata non essere correlata con la sintonizzazione di singoli
neuroni, ma appariva invece come una proprietà emergente della loro co-attivazione.
I pattern
di discriminazione della contingenza erano riattivati offline dopo l’apprendimento,
e il loro ristabilirsi prediceva prova dopo prova la prestazione di memoria.
La soppressione
optogenetica degli input dal flusso a monte proveniente dalla regione
CA3 durante l’apprendimento, alterava l’informazione contingente basata sulla
co-attività nella regione CA1 dell’ippocampo e la successiva dinamica di
rievocazione della memoria.
Questi
risultati definiscono ed identificano la co-attività nella scala temporale
dei millisecondi quale elemento primario dell’accensione neurale che
codifica variabili rilevanti in termini comportamentali e supporta il richiamo
delle memorie.
3. A proposito
della terza area menzionata, ossia quella volta alla comprensione dei
meccanismi di consolidamento delle memorie patologiche allo scopo di trovare
strategie terapeutiche per il disturbo post-traumatico da stress (PTSD)
e altre condizioni psicopatologiche in cui compaiono ricordi ricorrenti e
disturbanti, Reed L. Ressler e colleghi hanno
pubblicato un nuovo studio degno di nota.
(Ressler R. L. et al., Covert capture and attenuation of a
hippocampus-dependent fear memory. Nature
Neuroscience – Epub ahead of print doi: 10.1038/s41593-021-00825-5, 2021).
La provenienza degli autori è la seguente: Department
of Psychological and Brain Sciences and Institute for Neuroscience, Texas
A&M University, College Station, Texas (USA).
In clinica,
rievocatori incidentali o costituiti da immagini sono impiegati per la
rievocazione non disturbante di memorie traumatiche di esperienze verificatesi
altrove, ma non è noto se memorie traumatiche richiamate indirettamente siano
vulnerabili e suscettibili di distruzione. Ressler e
colleghi hanno usato, in ratti maschi, una procedura di condizionamento
retroattivo (BW, da backward) per
recuperare indirettamente e manipolare engrammi di paura contestuale dipendenti
dall’ippocampo.
I
ricercatori hanno dimostrato (1) che una risposta misurabile, come l’arresto (freezing) condizionato causato da uno stimolo
condizionato BW, è mediata dalla paura al contesto condizionante, (2) che tale risposta
attiva schiere di neuroni ippocampali che possono essere catturate e chemogeneticamente
attivate per generare paura, e (3) tali fenomeni sono alterati dall’inibizione post-rievocazione
della sintesi delle proteine.
Questi
risultati rivelano che memorie di paura contestuale, indirettamente rievocate,
riattivano estesi insiemi di neuroni dell’ippocampo e vanno incontro a un nuovo
consolidamento dipendente dalla sintesi proteica.
Gli
interventi clinici che si basano sul recupero indiretto di memorie traumatiche,
quali l’esposizione ad immagini, possono dunque aprire una finestra per la
rielaborazione o la cancellazione di rappresentazioni neurali che portano all’espressione
di paura patologica.
Concludendo
questo breve aggiornamento, tratto da studi proposti in questi giorni in versioni
online prima delle stesure definitive a stampa per Nature Neuroscience,
osserviamo che, sia pure a piccoli passi, la ricerca procede e richiede che ci
si tenga al passo con le nuove acquisizioni altrimenti si rischia che il
costituirsi di scenari del tutto nuovi dal sommarsi di tante piccole novità risulti
difficile da comprendere per chi sia rimasto indietro, sottovalutando la grande
messe di dati che non fa scalpore.
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”).
Giovanni Rossi
BM&L-10 aprile 2021
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BM&L-Italia, affiliata alla International 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] Recentemente, introducendo uno
studio sul consolidamento nel sonno di memorie deboli (Note e Notizie
27-03-21 Fusi del sonno e consolidamento di memorie deboli), abbiamo
ricordato due nostri aggiornamenti passati dal
titolo “Sonno e Memoria” e “Memoria e Sonno”, presentati da due saggi
introduttivi pubblicati nella sezione “Aggiornamenti” del sito, nei quali si dà
conto di quanto fosse già allora vasta l’attività sperimentale nel campo della
memoria.
[2] Note e Notizie 05-10-13 È la
conduzione invertita a rinforzare le memorie nel sonno.
[3] Note e Notizie 30-01-21 Come
gli astrociti modulano la memoria.
[4] Note e Notizie 05-10-13 La perdita
di memorie per l’età è ridotta da poliammine.
[5] Note e Notizie 23-03-13 Nuova
via per consolidare la memoria fa sperare in nuove terapie.
[6] Note e Notizie 09-03-13 È possibile
sapere se si è formata una memoria della paura provata.