Ricerche

Investigatori hanno identificato un gruppo di cellule che aiutano a coordinare le funzioni di messa a fuoco e conservazione del cervello che servono a trattenere le informazioni a breve termine.

Ecco come due tipi di onde cerebrali si allineano attraverso l'accoppiamento di ampiezza di fase (Fonte: Rutishauser Lab)

Investigatori del Cedars-Sinai di Los Angeles hanno scoperto come le cellule cerebrali responsabili della memoria di lavoro, il tipo di memoria necessario per ricordare un numero di telefono abbastanza lungo da comporlo, coordinano l'attenzione e la memorizzazione di informazioni a breve termine. Lo studio che descrive in dettaglio la loro scoperta è pubblicato su Nature.

"Abbiamo identificato per la prima volta un gruppo di neuroni, influenzati da due tipi di onde cerebrali, che coordinano il controllo cognitivo e la conservazione delle informazioni sensoriali nella memoria di lavoro", ha affermato Jonathan Daume PhD, post-dottorato del laboratorio di Rutishauser al Cedars-Sinai e primo autore dello studio. "Questi neuroni non contengono né archiviano informazioni, ma sono cruciali per la conservazione dei ricordi a breve termine".

La memoria di lavoro, che richiede al cervello di archiviare le informazioni solo per pochi secondi, è fragile e richiede che ci sia una messa a fuoco continua, ha affermato Ueli Rutishauser PhD, direttore del Center for Neural Science and Medicine del Cedars-Sinai e autore senior dello studio. Può essere influenzata da diverse malattie e condizioni.

"Nei disturbi come l'Alzheimer o il disturbo da deficit di attenzione/iperattività, spesso il problema non è la conservazione della memoria, ma piuttosto la capacità di concentrarsi e trattenere una memoria una volta formata", ha detto Rutishauser, professore di neurochirurgia, neurologia e scienze biomediche al Cedars-Sinai. "Riteniamo che comprendere l'aspetto di controllo della memoria di lavoro sarà fondamentale per sviluppare nuovi trattamenti per queste e altre condizioni neurologiche".

Per esplorare come funziona la memoria di lavoro, gli investigatori hanno registrato l'attività cerebrale di 36 pazienti ospedalizzati che avevano avuto l'impianto chirurgico di elettrodi nel cervello nell'ambito di una procedura per diagnosticare l'epilessia. Il team ha registrato l'attività di singole cellule e onde cerebrali mentre i pazienti svolgevano un compito che richiedeva l'uso della memoria di lavoro.

Sullo schermo di un computer, ai pazienti è stata mostrata una singola foto o una serie di tre foto di varie persone, animali, oggetti o paesaggi. Poi, lo schermo è diventato vuoto per poco meno di tre secondi, richiedendo ai pazienti di ricordare le foto che avevano appena visto. È stata quindi mostrata un'altra foto e dovevano decidere se era quella (o una delle tre) che avevano visto prima.

Quando i pazienti che eseguivano l'attività di memoria di lavoro sono stati in grado di rispondere in modo rapido e accurato, gli investigatori hanno notato lo sparo di due gruppi di neuroni: neuroni di 'categoria' che sparano in risposta a una delle categorie mostrate nelle foto, come gli animali, e neuroni di 'accoppiamento fase-ampiezza' (PAC, phase-amplitude coupling).

I neuroni PAC, appena identificati in questo studio, non trattengono alcun contenuto, ma usano un processo chiamato 'accoppiamento di fase-ampiezza' per garantire che i neuroni di 'categoria' si focalizzino e memorizzino il contenuto che hanno acquisito. I neuroni PAC sparano al ritmo delle onde theta del cervello (4-8 Hz), che sono associate alla messa a fuoco e al controllo, nonché alle onde gamma (30-100Hz), che sono collegate all'elaborazione delle informazioni.

Ciò consente loro di coordinare la propria attività con i neuroni di categoria, che sparano anch'essi al ritmo delle onde gamma del cervello, migliorando la capacità dei pazienti di ricordare informazioni conservate nella memoria di lavoro.

"Immagina che quando il paziente vede la foto di un cane, i suoi neuroni di categoria iniziano a sparare 'cane, cane, cane', mentre i neuroni PAC sparano 'focalizzati/ricorda' ", ha detto Rutishauser. "Attraverso l'accoppiamento fase-ampiezza, i due gruppi di neuroni creano un'armonia che sovrappone i loro messaggi, risultando in 'ricorda cane'. Il direttore dell'orchestra, proprio come i neuroni PAC, coordina i vari suonatori perché agiscano in armonia".

I neuroni PAC fanno questo lavoro nell'ippocampo, una parte del cervello conosciuta da lungo tempo per la sua importanza per la memoria a lungo termine. Questo studio offre la prima conferma che l'ippocampo ha un ruolo anche nel controllo della memoria di lavoro, ha affermato Rutishauser.

Questo studio è stato condotto nell'ambito della BRAIN Initiative, un consorzio multi-istituzionale finanziato dai National Institutes of Health, guidato dal Cedars-Sinai. I dati in questo studio, raggruppati attraverso il Cedars-Sinai, l'Università di Toronto e la Johns Hopkins University, sono statisticamente così potenti che una singola istituzione non avrebbe potuto ottenerli da sola data la difficoltà degli esperimenti.

"Uno degli obiettivi della BRAIN Initiative è scoprire - attraverso l'uso di tecnologie innovative - proprietà del cervello umano che finora sono state difficili, se non impossibili, da studiare", ha affermato il dott. John Ngai PhD, direttore della BRAIN Initiative dei NIH. "Qui, sfruttando opportunità insolite permesse dall'iniziativa per chiarire processi complessi nell'uomo, il laboratorio di Rutishauser sta facendo luce sul modo in cui certi neuroni supportano la conservazione dei ricordi nel cervello, un processo che è lontano dall'essere compreso in disturbi cerebrali devastanti come l'Alzheimer e le altre demenze".