Ricerche

Quando si mostra a un topo un'immagine che oscilla da sinistra a destra, inizialmente non riesce a seguirla bene, ma dopo un addestramento, la ricerca diventa più accurata. (Fonte: ©Kanaya et al)

Ricercatori dell'Università di Tohoku (Giappone) hanno scoperto che ci sono due processi paralleli coinvolti nella formazione della memoria, quando un topo esegue un compito di apprendimento motorio. Un processo è presente durante la formazione e si chiama 'apprendimento online', mentre l'altro avviene durante il periodo di riposo e viene chiamato 'apprendimento offline'.

L'apprendimento online può essere potenziato o ridotto manipolando l'attività delle glia, ma l'apprendimento offline non è influenzato da queste manipolazioni. Comprendere i meccanismi cellulari alla base di questi processi paralleli e indipendenti di formazione della memoria può portare allo sviluppo di una riabilitazione efficiente post-ictus, al trattamento della demenza o a realizzare intelligenza estesa.

I risultati sono dettagliati su Glia dal 26 giugno 2023.

Siamo da tempo consapevoli che le prestazioni potrebbero non migliorare molto durante l'allenamento, ma aumentano il giorno successivo. In alternativa, eccellere durante l'allenamento potrebbe non mantenersi al giorno successivo. Qui, i ricercatori hanno dimostrato che l'apprendimento online e offline sono effettivamente processi paralleli separati regolati da meccanismi cellulari distinti.

Le cellule gliali nel cervello occupano quasi altrettanto volume dei neuroni; tuttavia, si pensava che colmassero semplicemente le lacune tra i neuroni. Di recente, le cellule gliali hanno dimostrato di essere coinvolte nell'elaborazione delle informazioni nel cervello, sebbene in modo abbastanza diverso da quello dei neuroni. Rilasciando gliotrasmettitori, come il glutammato, le cellule gliali possono modulare la facilità con cui si forma la memoria, un processo definito meta-plasticità.

I ricercatori hanno usato il paradigma orizzontale di risposta optocinetica per comprendere il ruolo delle cellule gliali nell'apprendimento online e offline. Quando ai topi appariva uno stimolo visivo oscillante orizzontalmente, i loro occhi seguivano lo schermo con un'ampiezza minore rispetto allo stimolo stesso.

Con una presentazione prolungata e ripetuta, l'ampiezza aumentava fino a quando i loro occhi non riuscivano a seguire perfettamente lo schermo. L'aumento delle prestazioni durante la presentazione di 15 minuti è stato definito apprendimento online e l'aumento durante il periodo di riposo di 1 ora, che i topi passavano al buio è stato definito apprendimento offline.

I ricercatori hanno espresso geneticamente specificamente nelle cellule gliali le proteine attivate dalla luce channelrhodopsin-2 (ChR2) o archaerhodopsin (ArchT), per controllare manualmente l'attività gliale.

Quando la foto-attivazione delle ChR2 ha facilitato il rilascio di glutammato dalle cellule gliali, è aumentato l'apprendimento online. Tuttavia, il beneficio della modulazione gliale è stato breve e le prestazioni del movimento degli occhi sono diventate presto indistinguibili dai topi di controllo.

Quando l'attività gliale è stata inibita con ArchT, l'apprendimento online è stato completamente soppresso. È interessante notare che l'apprendimento offline procedeva normalmente anche con la completa assenza di apprendimento online.

"I nostri dati mostrano che la formazione della memoria a breve e lungo termine non è un processo seriale, ma è piuttosto un processo parallelo e indipendente", afferma il professor Ko Matsui del Super-Network Brain Physiology Lab dell'Università di Tohoku, che ha guidato la ricerca. "Non è necessario agonizzare le prestazioni ottenute durante ogni sessione di allenamento o di studio, poiché il risultato di lunga durata dipende da un processo totalmente separato".

I meccanismi cellulari alla base della modulazione gliale dell'apprendimento online sono ora chiari, almeno in parte: i canali di conduzione di anioni espressi nelle cellule gliali mediano il rilascio di glutammato, che porta all'aumento della plasticità sinaptica.

Il processo di apprendimento offline è meno chiaro; tuttavia, i ricercatori hanno anche scoperto che la manipolazione optogenetica via ArchT dell'attività gliale durante il periodo di riposo potrebbe facilitare l'apprendimento offline.

"Apparentemente le cellule gliali controllano la probabilità che sia presente la plasticità nei circuiti neurali, durante il processo di apprendimento online o offline", afferma il primo autore dello studio, dott. Teppei Kanaya. "Scoprendo i dettagli del processo cellulare, potremmo essere in grado di controllare il nostro adattamento rapido ai cambiamenti nell'ambiente o facilitare i conseguimenti a lungo termine".