Ricerche

Uno studio innovativo di mappatura dell'intero cervello mostra che gli 'engrammi', gli insiemi dei neuroni che codificano un ricordo, sono distribuiti ampiamente, anche tra regioni non comprese finora.

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Un nuovo studio eseguito da scienziati del Picower Institute for Learning and Memory del MIT di Boston fornisce le prove più complete e rigorose che il cervello dei mammiferi immagazzina un singolo ricordo in un complesso notevolmente distribuito e collegato in modo funzionale, che spazia su molte regioni cerebrali, piuttosto che in una o poche di esse.

Il pioniere della memoria Richard Semon aveva previsto un tale 'complesso unificato di engrammi' più di un secolo fa, ma acquisire la conferma della sua ipotesi da parte del nuovo studio ha richiesto l'applicazione di diverse tecnologie sviluppate solo di recente.

Nello studio, il team ha identificato e classificato dozzine di aree che non erano conosciute finora come coinvolte nella memoria e ha dimostrato che il richiamo della memoria diventa più potente in termini comportamentali quando vengono riattivate ​​più regioni di conservazione della memoria, piuttosto che una sola.

Il primo coautore Dheeraj Roy, che ha iniziato la ricerca come dottorando del laboratorio dell'autore senior Susumu Tonegawa, ha affermato:

"Quando si parla di immagazzinamento della memoria, di solito parliamo dell'ippocampo o della corteccia. Questo studio riflette la descrizione più completa delle cellule di codifica della memoria o degli engrammi di memoria, distribuiti in giro per il cervello, non solo nelle regioni note di memoria.

"Fondamentalmente fornisce la prima lista ordinata delle regioni ad alta probabilità di engramma. Questo elenco dovrebbe portare a molti studi futuri, dei quali siamo entusiasti, sia nei laboratori nostri che di altri gruppi".

Mappatura della memoria

Il team è stato in grado di mappare le regioni che partecipano a un complesso engramma conducendo un'analisi imparziale di oltre 247 regioni cerebrali nei topi che sono stati trasferiti dalla propria gabbia a un'altra, dove sentivano una scarica elettrica, piccola ma memorizzabile.

In un gruppo di topi i neuroni sono stati progettati per diventare fluorescenti quando esprimevano un gene richiesto per codificare la memoria. In un altro gruppo, venivano invece marcate da fluorescenza le cellule attivavate dal richiamo naturale del ricordo della scossa (es.: quando i topi tornavano alla scena della scarica).

Le cellule che erano attivate dalla codifica della memoria o dal suo richiamo potevano quindi essere visualizzate facilmente sotto un microscopio dopo che il cervello veniva conservato e liberato otticamente con la tecnologia SHIELD, sviluppata dal coautore senior prof. Kwanghun Chung. Usando un computer per contare le cellule fluorescenti in ciascun campione, il team ha prodotto mappe cerebrali delle regioni con codifica di memoria o attività di richiamo apparentemente significative.

Le mappe hanno evidenziato molte regioni previste per partecipare alla memoria, ma anche molte che non lo erano. Per aiutare a estrarre le regioni che potevano essere state attivate da attività non correlate al ricordo della scossa, il team ha confrontato ciò che hanno visto nei topi con codifica o richiamo della scossa, con ciò che hanno visto nel cervello dei controlli che erano stati semplicemente lasciati nella propria gabbia.

Ciò ha permesso di calcolare un 'indice di engramma' per classificare 117 regioni del cervello con una probabilità significativa di essere coinvolte nel complesso engramma di memoria. Hanno approfondito l'analisi progettando nuovi topi in cui i neuroni coinvolti nella codifica e nel richiamo della memoria potevano essere doppiamente marcati, rivelando così quali cellule avevano una sovrapposizione di tali attività.

Per essere davvero una cellula engramma, notano gli autori, un neurone dovrebbe essere attivato sia nella codifica che nel richiamo:

"Questi esperimenti non solo hanno rivelato una significativa riattivazione dell'engramma in regioni conosciute dell'ippocampo e dell'amigdala, ma hanno anche mostrato una riattivazione in molte strutture talamiche, corticali, del mesencefalo e del tronco encefalico.

"È importante notare che quando abbiamo confrontato le regioni cerebrali identificate dall'analisi dell'indice engramma con queste regioni riattivate, abbiamo osservato che ~60% delle regioni erano coerenti tra le analisi".

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Significato dello stoccaggio distribuito

Roy ha detto che, memorizzando un singolo ricordo in un complesso così diffuso, il cervello potrebbe rendere la memoria più efficiente e resiliente:

"Diversi engrammi di memoria possono consentirci di ricreare i ricordi in modo più efficiente quando stiamo cercando di ricordare un evento precedente (e lo stesso per la codifica iniziale in cui diversi engrammi possono contribuire con informazioni diverse dall'esperienza originale).

"In secondo luogo, negli stati di malattia, se alcune regioni sono compromesse, le memorie distribuite ci permetteranno di ricordare eventi precedenti e in qualche modo di essere più robuste rispetto ai danni regionali".

A lungo termine quella seconda idea potrebbe suggerire una strategia clinica per affrontare il deterioramento della memoria:

"Se alcune menomazioni di memoria dipendono da una disfunzione ippocampale o corticale, potremmo puntare le cellule engramma poco studiate in altre regioni e una tale manipolazione potrebbe ripristinare alcune funzioni della memoria?"

Questa è solo una delle tante nuove domande che i ricercatori possono affrontare ora che lo studio ha rivelato un elenco di posizioni dove cercare almeno un tipo di memoria nel cervello dei mammiferi.