Ricerche

Lo spazio tra due neuroni è chiamato sinapsi. (Fonte: OpenStax CC BY)

Il cervello è responsabile del controllo della maggior parte delle attività del corpo; le sue capacità di elaborazione delle informazioni sono ciò che ti consente di apprendere ed è l'archivio centrale dei tuoi ricordi. Ma come si forma la memoria e dove si trova nel cervello?

Sebbene i neuroscienziati abbiano identificato diverse regioni del cervello in cui sono conservati i ricordi, come l'ippocampo nel mezzo del cervello, la neocorteccia nello strato superiore e il cervelletto alla base del cranio, non hanno ancora identificato le strutture molecolari specifiche all'interno delle aree coinvolte nella memoria e nell'apprendimento.

La ricerca del nostro team di biofisici, chimici fisici e scienziati dei materiali dell'Università del Tennessee suggerisce che la memoria potrebbe essere localizzata nelle membrane dei neuroni.

I neuroni sono le unità di lavoro fondamentali del cervello. Sono progettati per trasmettere informazioni ad altre cellule, consentendo al corpo di funzionare. La giunzione tra due neuroni, chiamata sinapsi, e la chimica che ha luogo tra le sinapsi, nello spazio chiamato 'spazio sinaptico' (synaptic cleft), sono responsabili dell'apprendimento e della memoria.

A un livello più fondamentale, la sinapsi è fatta di due membrane: una associata al neurone presinaptico che trasmette le informazioni e una associata al neurone postsinaptico che le riceve. Ogni membrana è costituita da un doppio strato lipidico contenente proteine e altre biomolecole.

I cambiamenti che avvengono tra queste due membrane, chiamati nell'insieme 'plasticità sinaptica', sono il meccanismo principale dell'apprendimento e della memoria. Questi cambiamenti includono modifiche alle quantità di diverse proteine nelle membrane, nonché alla struttura delle membrane stesse.

La plasticità sinaptica può essere classificata come a breve termine, che dura da millisecondi a pochi minuti, o a lungo termine, che dura da minuti a ore o più a lungo. I processi chimici che si verificano tra le membrane presinaptiche e postsinaptiche nella plasticità a breve termine, alla fine portano alla plasticità sinaptica a lungo termine.

Dal momento che gli scienziati pensano che il modo in cui il cervello elabora e memorizza le informazioni sia attraverso questi cambiamenti a lungo termine alle sinapsi, ci siamo chiesti se la memoria può essere immagazzinata nel doppio strato lipidico della membrana.

Abbiamo scoperto che l'esposizione di un modello di un semplice bistrato lipidico alla stimolazione elettrica, simile a quella usata negli studi sul cervello, può innescare cambiamenti a lungo termine. Ciò che ha reso unico questo risultato è stato che siamo riusciti a generare cambiamenti nel nostro semplice modello di membrana senza le proteine neuronali associate di solito. Inoltre, la plasticità a lungo termine è persistita nel nostro modello per quasi 24 ore senza ulteriore stimolazione elettrica. Ciò suggerisce che la membrana neuronale può essere responsabile dell'immagazzinamento della memoria.

I nostri risultati supportano l'uso del bistrato lipidico come modello per comprendere le basi molecolari della memoria biologica. Può anche fungere da piattaforma per il calcolo neuromorfico, in cui i componenti della memoria di un computer sono modellati sulla struttura e la funzione del cervello umano.

Infine, il bistrato lipidico può anche essere un potenziale bersaglio terapeutico per trattare diverse condizioni neurologiche. Individuare dove e come la memoria viene archiviata nel cervello non solo rivoluzionerà il modo in cui comprendiamo l'apprendimento e la memoria, ma può anche guidare lo sviluppo di nuove terapie per malattie come l'Alzheimer e il Parkinson.