Ricerche

Gli scienziati della New York University hanno studiato l'Aplysia Californica, la lumaca di mare della California, per far luce sulla natura dei ricordi a lungo termine. Foto: Natalie Ruffing/Getty Images

I ricordi a lungo termine si basano sia sulla ripetizione degli eventi sia su un intricato processo di apprendimento neurologico per far durare questi ricordi. Queste le scoperte del nuovo studio di un team di neuroscienziati che ci fanno capire più in dettaglio come si formano questi tipi di ricordi, e ci informano su ciò che può interrompere la loro creazione.

Nikolay Kukushkin della New York University, il primo autore dello studio, apparso su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), spiega:

"La ripetizione è un innesco ben documentato della formazione della memoria: più volte si ripete qualcosa, meglio si ricorda. Tuttavia, il macchinario del cervello è più complicato di così.

"La nostra ricerca mostra che gli effetti dei singoli eventi ripetuti interagiscono in modo più sfumato e hanno ruoli distinti nella formazione dei ricordi a lungo termine: i neuroni possono percepire non solo la ripetizione, ma anche l'ordine di esperienze ripetute e possono usare tali informazioni per discriminare diversi schemi di questi eventi nella costruzione dei ricordi".

"Ad esempio, i neuroni possono vedere la differenza tra due eventi in ordine crescente di intensità e quegli stessi due eventi nell'ordine opposto, formando un ricordo solo se l'intensità aumenta nel tempo".

I ricercatori, che includevano anche Thomas Carew, professore del Center for Neural Science della NYU e Tasnim Tabassum, ricercatore della NYU, hanno cercato di capire meglio cosa si nasconde dietro un processo neurologico ben documentato, nello specifico che eventi ripetuti inducono memoria a lungo termine laddove i singoli eventi non riescono a farlo. Ciò che non era chiaro è come gli eventi ripetuti interagiscono tra loro per formare una memoria.

Per rispondere a questa domanda, gli scienziati hanno studiato l'Aplysia Californica, la lumaca di mare della California. L'Aplysia è un organismo modello per questo tipo di ricerca, perché i suoi semplici ricordi sono ben compresi a livello molecolare e cellulare. I neuroni che li controllano possono essere isolati e studiati in una piastra di Petri, come hanno fatto gli autori di questo studio, riproducendo tutti i componenti essenziali della formazione della memoria.

I ricercatori hanno 'addestrato' questi neuroni applicando ripetuti impulsi chimici che replicavano le risposte dell'Aplysia agli stimoli, come le lievi scosse elettriche usate di solito negli esperimenti. Hanno quindi monitorato il rafforzamento a lungo termine delle connessioni tra i neuroni, imitando così e poi osservando la formazione di una memoria a lungo termine.

"L'apprendimento a due processi è una tecnica con cui l'Aplysia, o addirittura il singolo neurone di Aplysia, può formare una memoria a lungo termine dopo due esperienze", spiega Kukushkin, ricercatore del Center for Neural Science e assistente professore clinico di Liberal Studies alla NYU. "I tentativi singoli non hanno alcun effetto, ma due tentativi, se sono adeguatamente distanziati nel tempo, lo hanno".

Nell'ambito di questi esperimenti, i ricercatori hanno esaminato specificamente l'attività risultante della proteina ERK, che è necessaria per la memoria. In precedenza, gli scienziati avevano pensato che l'attivazione dell'ERK dovesse accumularsi durante il processo di apprendimento. Ma nello studio su PNAS, i ricercatori hanno trovato una dinamica più complicata: un 'tiro alla fune' tra molecole che attivano ERK (e quindi favoriscono la memoria) e quelle che la disattivano (e quindi si oppongono alla memoria).

Dopo un singolo tentativo, notano, il lato disattivante del 'tiro alla fune' prevaleva e l'attività dell'ERK si arrestava, impedendo la formazione della memoria. Al contrario, un secondo tentativo  preveniva la diminuzione dell'attività ERK, consentendo così ai ricordi di formarsi.

Gli scienziati hanno usato diverse variazioni della procedura di addestramento, alterazioni che hanno influenzato in modo differenziato la memoria a seconda del modello di stimolazione. Hanno modificato l'«intensità» degli singoli eventi di allenamento, variando la concentrazione di sostanze chimiche usate per imitare le scosse elettriche. Quando l'allenamento a due fasi includeva eventi di diversa intensità, solo il modello di allenamento 'debole' produceva memoria a lungo termine, mentre la sequenza inversa 'forte-debole' non riusciva a farlo.

In altre parole, la stessa combinazione di tentativi ha avuto un effetto solo se aumentava di intensità, ma non se la diminuiva nel tempo. Gli scienziati suggeriscono che ciò potrebbe rappresentare un adattamento evolutivo per dare la priorità alla memoria di stimoli crescenti, poiché gli eventi che aumentano di intensità hanno più potere predittivo di quelli che diminuiscono di intensità.

"La formazione di memoria a lungo termine, quindi, dipende da quale dei due lati del tiro alla fune in competizione dell'ERK vince nel tempo", spiega Kukushkin. “Ma forse ancora più significativo è che il lavoro dimostra che gli effetti di eventi ripetuti non si accumulano semplicemente. In effetti, hanno ruoli distinti, come per iniziare e confermare l'impegno delle informazioni sulla memoria a lungo termine. I neuroni possono percepire non solo la ripetizione, ma l'ordine degli stimoli, e usano tali informazioni per discriminare tra diversi modelli di esperienza".