Ricerche

Nel test della memoria, l'attività cerebrale associata alla memoria di lavoro si accende nel cervello di un ventenne (a sinistra), ma rimane dormiente in quello di un 70enne (al centro). Dopo l'elettrostimolazione (a destra), l'attività cerebrale del 70enne imita quella del 20enne. Fonte: Reinhart lab / Boston University

Mentre leggi le parole di questa pagina, il tuo cervello sta facendo qualcosa di magnifico. Ogni frase rimane nella tua mente per un attimo fugace, le lettere si fondono in una sinfonia di segnali neurali. Questi intricati ritmi elettrici formano il linguaggio del cervello, un linguaggio che abbiamo iniziato a comprendere solo negli ultimi cento anni.

Rob Reinhart, assistente professore di scienze psicologiche e cerebrali della Boston University, dice che siamo arrivati a un punto in cui non solo comprendiamo questo linguaggio, ma possiamo parlarlo e sfruttarlo per migliorare il funzionamento della mente.

In uno studio innovativo pubblicato l'8 aprile 2019 da Nature Neuroscience, Reinhart e il dottorando di ricerca della BU John Nguyen dimostrano che l'elettrostimolazione può migliorare la memoria di lavoro delle persone di 70 anni in modo che le loro prestazioni nei compiti di memoria siano indistinguibili da quelle di 20 anni.

La ricerca di Reinhart e Nguyen punta la memoria di lavoro: la parte della mente in cui vive la coscienza, la parte che è attiva ogni volta che prendiamo decisioni, ragioniamo, richiamiamo la lista della spesa e (si spera) ricordiamo dove abbiamo lasciato le chiavi.

La memoria di lavoro inizia a declinare verso i 30 anni, spiega Reinhart, poiché alcune aree del cervello diventano gradualmente disconnesse e non coordinate. Nel momento in cui raggiungiamo i 60 e i 70, questi circuiti neurali si sono deteriorati abbastanza da far sperimentare a molti di noi notevoli difficoltà cognitive, anche in assenza di demenze come il morbo di Alzheimer (MA).

Ma il duo ha scoperto qualcosa di incredibile: usando le correnti elettriche per stimolare in modo non invasivo le aree del cervello che hanno perso il ritmo, possiamo migliorare drasticamente le prestazioni della memoria di lavoro.

Durante lo studio, che è stato supportato da una sovvenzione dei National Institutes of Health, hanno chiesto a un gruppo di 20enni e a un gruppo di 60/70enni di eseguire una serie di compiti di memoria che richiedevano loro di visualizzare un'immagine, e poi, dopo una breve pausa, di specificare se una seconda immagine era leggermente diversa dalla prima.

Al basale, i giovani adulti erano molto più precisi in questo, superando significativamente il gruppo più anziano. Tuttavia, quando gli anziani hanno ricevuto 25 minuti di lieve stimolazione erogata da elettrodi posizionati nel cuoio capelluto, e personalizzata sui loro circuiti cerebrali individuali, la differenza tra i due gruppi è svanita.

Ancora più incoraggiante? Quel potenziamento della memoria è durato almeno fino alla fine della finestra temporale di 50 minuti dopo la stimolazione, il punto in cui è terminato l'esperimento.

Per capire perché questa tecnica è così efficace, dobbiamo dare un'occhiata ai due meccanismi che consentono alla memoria di lavoro di funzionare correttamente: accoppiamento e sincronizzazione.

• L'accoppiamento avviene quando diversi tipi di ritmi cerebrali si coordinano tra loro, e ci aiuta a elaborare e memorizzare i ricordi di lavoro. Ritmi lenti, a bassa frequenza (ritmi theta) danzano nella parte anteriore del cervello, comportandosi come direttori d'orchestra. Raggiungono i ritmi più veloci e ad alta frequenza (ritmi gamma) che vengono generati nella regione del cervello che elabora il mondo intorno a noi.
  Proprio come un'orchestra musicale contiene flauti, oboi e violini, anche ognuno dei ritmi gamma che risiedono nel tuo cervello contribuisce in maniera unica all'orchestra di elettricità che crea i tuoi ricordi. Ad esempio, un ritmo gamma può elaborare il colore di un oggetto che stai trattenendo nella mente, mentre un altro cattura la sua forma, un altro il suo orientamento e un altro il suo suono.
  Ma quando i direttori fanno volteggiare le loro bacchette - quando i ritmi theta perdono la capacità di connettersi con quei ritmi gamma per monitorarli, mantenerli e istruirli - le melodie all'interno del cervello cominciano a disintegrarsi e i nostri ricordi perdono nitidezza.
• Nel frattempo, la sincronizzazione (tra gli stessi ritmi di diverse aree del cervello) consente alle aree cerebrali separate di comunicare tra loro. Questo processo serve da collante per un ricordo, combinando i singoli dettagli sensoriali per creare un ricordo coerente. Invecchiando, i nostri ritmi theta diventano meno sincronizzati e la trama dei nostri ricordi inizia a sfilacciarsi.

Lo studio di Reinhart e Nguyen suggerisce che con la stimolazione elettrica possiamo ristabilire questi percorsi che tendono a rovinarsi quando invecchiamo, migliorando la capacità di ricordare le esperienze attraverso il ripristino del flusso di informazioni all'interno del cervello.

E non sono solo gli anziani a trarre beneficio da questa tecnica: è promettente anche per i più giovani. Nello studio, 14 giovani adulti sono andati male nei compiti di memoria nonostante la loro età, così sono stati richiamati per stimolare anche il loro cervello.

"Abbiamo dimostrato che anche i giovani da 20 a 30 anni (che avevano ottenuto risultati scadenti) potevano beneficiare dello stesso tipo di stimolazione", afferma Reinhart. "Siamo riusciti ad aumentare la loro memoria di lavoro anche se non avevano 60/70 anni. Accoppiamento e sincronizzazione esistono in un continuum: non è che ci siano persone che non hanno e che hanno accoppiamento".

A un'estremità dello spettro, una persona con una memoria incredibile può essere eccellente sia a sincronizzare che ad accoppiare, mentre un paziente con MA probabilmente si troverebbe a lottare significativamente con entrambi. Altri si trovano tra questi due estremi: ad esempio, potresti essere un accoppiatore debole ma un sincronizzatore forte o viceversa.

E quando usiamo questa stimolazione per alterare le sinfonie neurali, non stiamo facendo solo un piccolo ritocco, sottolinea Reinhart. "È comportamentalmente rilevante. Ora, [le persone] eseguono compiti in modo diverso, ricordano meglio le cose, percepicono meglio, imparano più velocemente. È davvero straordinario".

Guardando al futuro, egli prevede varie applicazioni per il suo lavoro: "Si sta aprendo una nuova strada di potenziali opzioni di ricerca e trattamento e ne siamo davvero entusiasti". Reinhart vorrebbe studiare gli effetti dell'elettrostimolazione sulle singole cellule cerebrali applicandola a modelli animali, ed è curioso di sapere come dosi ripetute di stimolazione potrebbero ulteriormente migliorare i circuiti cerebrali negli esseri umani.

Soprattutto, però, spera che la sua scoperta possa un giorno portare a un trattamento per i milioni di persone in tutto il mondo che vivono con disabilità cognitive, in particolare quelle con MA.

Egli ama la sua linea di lavoro come neuroscienziato, specialmente quando conduce a scoperte come questa. "È eccitante", aggiunge, con un sorriso. "È eccitante pensare che possiamo puntare l'elettricità di un circuito cerebrale allo stesso modo in cui potremmo puntare un neurotrasmettitore chimico nel cervello".