memoria

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Meccanismi cellulari e molecolari

La formazione e il consolidamento di tracce di memoria a lungo termine (MLT) dipendono dalla capacità dei circuiti neurali di modificarsi in maniera duratura, funzionalmente e morfologicamente, in risposta all’attività elettrica che l’esperienza induce nei circuiti stessi. Questa capacità prende il nome di plasticità neurale (➔) a lungo termine. La modifica avviene a livello delle sinapsi, la cui efficacia può essere potenziata, e allora si parla di potenziamento a lungo termine (LTP, Long Term Potentiation), o ridotta, e allora si parla di depressione a lungo termine (LTD, Long Term Depression). Le prime evidenze in questo senso sono state ottenute in un mollusco marino, Aplysia, da Eric Kandel. La semplicità dei circuiti neurali interessati dall’apprendimento in Aplysia ha favorito il raggiungimento di relazioni causali fra la modificazione dell’efficacia sinaptica e la formazione e la durata di tracce di memoria.

Cellule di posizione nella MLT spaziale

Si ritiene che nella MLT spaziale siano coinvolte cellule specializzate dell’ippocampo e della corteccia entorinale, le cosiddette cellule di posizione e le cellule griglia (grid cells). Le cellule di posizione si attivano nel momento in cui il soggetto si trova in una zona precisa all’interno di un ambiente, detta campo di posizione (CDP). Esse formano i loro CDP in seguito all’esperienza di esplorazione dell’ambiente compiuta dall’animale, determinando la formazione di una mappa spaziale. I CDP rimangono stabili nel tempo, in corrispondenza con la capacità dell’animale di navigare nell’ambiente anche a distanza di tempo dalla prima esplorazione: l’esperienza ha causato un cambiamento a lungo termine nei circuiti dell’ippocampo e tale cambiamento si correla con la formazione di una traccia di MLT spaziale. Se si previene la plasticità sinaptica di tipo LTP nell’ippocampo, per es. interferendo con uno dei fattori necessari perché essa venga indotta, i CDP non rimangono stabili, l’animale non forma una mappa stabile dell’ambiente, e non sarà capace in seguito di navigare al suo interno: il blocco della plasticità sinaptica previene il cambiamento nei circuiti dell’ippocampo e la formazione di una traccia di MLT dipendente dall’ippocampo. Evidenze correlative di questo tipo sono state ottenute interferendo con l’induzione o il mantenimento di LTP in strutture appartenenti ad altri sistemi di memoria e studiando la formazione delle corrispondenti tracce di MLT.

Modificazioni neuronali nell’apprendimento motorio

Un gruppo di esperimenti interessanti è stato realizzato in relazione all’apprendimento motorio. Nell’uomo, l’esercizio in un compito di destrezza manuale determina un cambiamento nella corteccia motoria primaria (M1): l’estensione della zona attivata dalla sequenza motoria esercitata diventa maggiore di quella attivata da una sequenza per la quale non è stata fatta pratica. Questo suggerisce che si sia verificato un cambiamento nell’efficacia sinaptica di un gruppo di connessioni: neuroni che non venivano reclutati per eseguire tale sequenza ora lo sono. È stato proposto che le connessioni interessate dal fenomeno di potenziamento siano un gruppo di connessioni, orizzontali, le quali uniscono neuroni reclutati per l’esecuzione di movimenti differenti, in questo caso delle dita. Questa ipotesi è stata verificata nel roditore. È stato dimostrato che l’apprendimento motorio determina il potenziamento della trasmissione sinaptica nelle connessioni orizzontali della corteccia motoria nella zona di rappresentazione dell’arto esercitato e che tale potenziamento indotto dall’apprendimento occlude l’LTP indotto attraverso la stimolazione elettrica. Questa è una evidenza molto forte a favore del fatto che l’esperienza determina l’acquisizione di nuove abilità motorie, modificando l’efficacia sinaptica in specifici circuiti motori attraverso fenomeni di plasticità sinaptica di tipo LTP.

Cambiamenti a lungo termine nelle strutture neurali

Anche per memorie acquisite con condizionamento classico o con condizionamento operante nel primo decennio del 21° secolo è stato dimostrato che l’apprendimento determina il potenziamento della trasmissione sinaptica nelle strutture neurali coinvolte nell’apprendimento stesso, e che tale potenziamento occlude LTP indotto elettricamente. Possiamo quindi affermare che l’induzione e il mantenimento di plasticità sinaptica a lungo termine indotta dall’esperienza in precisi circuiti neurali sembrano essere l’evento causato dall’apprendimento, necessario per la formazione di tracce di MLT. Per ogni tipo di memoria, i cambiamenti plastici avvengono nelle specifiche strutture neurali che fanno parte del sistema di memoria corrispondente. Questa è una importante conclusione a cui solo in tempi più recenti è stato possibile giungere grazie alla migliore conoscenza dei sistemi di memoria, all’avanzamento delle metodologie utilizzate negli esperimenti e all’uso di approcci causali. I passi che conducono a cambiamenti a lungo termine nei circuiti neurali in risposta all’esperienza coinvolgono numerosi fattori. Alcuni di questi agiscono a livello dell’induzione della plasticità, e la loro mancanza impedisce la formazione di una traccia di memoria; altri agiscono a livello del consolidamento del cambio plastico, quali i fattori che conducono alla sintesi di nuove proteine o alla trascrizione genica, entrambe necessarie affinché il cambio di efficacia sinaptica si mantenga stabile nel tempo, e la loro mancanza determina il rapido decadimento della traccia (mancanza di consolidamento). Alcuni di questi fattori risultano mutati nelle sindromi di ritardo mentale o di deficit cognitivi nell’uomo; questo ha condotto alla creazione di modelli animali specifici per deficit cognitivi umani su base genetica su cui sperimentare nuove strategie terapeutiche.