Ricerche

Neuroscienziati della Columbia hanno identificato un meccanismo neurale specifico nel cervello umano che contrassegna le informazioni con associazioni emotive per arricchire la memoria.

Mentre i partecipanti codificavano in memoria parole emotive (es.: 'coltello'), aumentavano le oscillazioni cerebrali rapide nell'ippocampo e nell'amigdala. Tuttavia, quando non riuscivano a codificare le parole emotive o codificavano parole neutre (es.: 'sedia'), queste oscillazioni veloci erano minori.

La maggior parte delle persone ricorda molto chiaramente eventi emotivi, come il giorno del proprio matrimonio, ma i ricercatori non sono sicuri di come il cervello umano assegna la priorità agli eventi emotivi nella memoria.

Con uno studio pubblicato il 16 gennaio 2023 su Nature Human Behaviour, Joshua Jacobs, professore associato di ingegneria biomedica della Columbia University di New York, e il suo team, hanno identificato un meccanismo neurale specifico nel cervello umano che marca le informazioni con associazioni emotive per enfatizzare la memoria.

Il team ha dimostrato che le onde cerebrali ad alta frequenza nell'amigdala (un centro dei processi emotivi) e nell'ippocampo (un centro dei processi di memoria) sono fondamentali per migliorare il ricordo degli stimoli emotivi. La rottura di questo meccanismo neurale, causata dalla stimolazione cerebrale elettrica o dalla depressione, compromettono la memoria specifica degli stimoli emotivi.

Disturbi della memoria in crescita

La prevalenza crescente dei disturbi della memoria, come la demenza, ha messo in evidenza gli effetti dannosi che ha la perdita di memoria su individui e società. Anche i disturbi come la depressione, l'ansia e il disturbo post-traumatico da stress (PTSD) possono presentare processi di memoria squilibrati e si sono diffusi ancora di più durante la pandemia di Covid-19.

Comprendere come il cervello regola naturalmente quali informazioni sono prioritarie per essere conservate, e quali possono scomparire, potrebbe fornire informazioni critiche per lo sviluppo di nuovi approcci terapeutici che rafforzano la memoria di coloro che sono a rischio di perdita di memoria o per normalizzare i processi di memoria a rischio di disregolazione.

"È più facile ricordare eventi emotivi, come la nascita di un figlio, rispetto ad altri eventi dello stesso tempo", afferma Salman E. Qasim, primo autore dello studio, che ha iniziato questo progetto durante il suo corso di dottorato nel laboratorio di Jacobs alla Columbia. "Il cervello ha chiaramente un meccanismo naturale per rafforzare alcuni ricordi e volevamo identificarlo".

La difficoltà di studiare i meccanismi neurali nell'uomo

La maggior parte delle indagini sui meccanismi neurali si svolgono in animali come i ratti, poiché tali studi richiedono l'accesso al cervello per registrare l'attività cerebrale ed eseguire esperimenti che dimostrano causalità, come la distruzione dei circuiti neurali. Ma negli animali è difficile osservare o caratterizzare un fenomeno cognitivo complesso come l'enfatizzazione della memoria emotiva.

Per studiare questo processo direttamente negli umani, Qasim e Jacobs hanno analizzato i dati tratti da esperimenti di memoria condotti con pazienti con epilessia sottoposti a registrazione cerebrale intracranica diretta per localizzare e trattare le crisi epilettiche. Durante queste registrazioni, i pazienti con epilessia dovevano memorizzare elenchi di parole, mentre gli elettrodi collocati nell'ippocampo e nell'amigdala ne registravano l'attività elettrica.

Studiare modelli di onda cerebrale di parole emotive

Caratterizzando sistematicamente le associazioni emotive di ogni parola con punteggi collettivi delle emozioni, Qasim ha scoperto che i partecipanti ricordavano più le parole emotive, come 'cane' o 'coltello', e meno quelle neutre, come 'sedia'. Esaminando l'attività cerebrale associata, i ricercatori hanno notato che ogni volta che i partecipanti ricordavano con successo parole emotive, l'attività neurale ad alta frequenza (30-128 Hz) era più diffusa nel circuito amigdala-ippocampo.

Quando i partecipanti ricordavano parole più neutre o non ricordavano del tutto una parola, questo schema era assente. I ricercatori hanno analizzato questo modello su un insieme ampio di dati di 147 pazienti e hanno trovato un chiaro legame tra la memoria migliorata dei partecipanti per le parole emotive e la prevalenza nel cervello di onde cerebrali ad alta frequenza nel circuito amigdala-ippocampo.

"Trovare questo modello di attività cerebrale che collega le emozioni e la memoria è stato molto entusiasmante, perché ricerche precedenti avevano dimostrato quanto sia importante l'attività ad alta frequenza nell'ippocampo per la memoria non emotiva", ha affermato Jacobs. "Ci ha immediatamente suggerito di pensare alle implicazioni più generali e causali: se suscitiamo attività ad alta frequenza in questo circuito, con interventi terapeutici, saremo in grado di rafforzare a piacimento i ricordi?"

La stimolazione elettrica interrompe la memoria per le parole emotive

Per stabilire se questa attività ad alta frequenza riflette realmente un meccanismo causale, Jacobs e il suo team hanno formulato un approccio unico per replicare il tipo di interruzioni sperimentali che in genere si riserva alla ricerca sugli animali. Hanno iniziato analizzando un sottoinsieme di questi pazienti che avevano eseguito l'attività di memoria mentre la stimolazione elettrica diretta era applicata all'ippocampo, per metà delle parole che i partecipanti dovevano memorizzare.

Hanno scoperto che la stimolazione elettrica, che ha una storia controversa di benefici alla memoria o della sua diminuzione, a seconda del suo utilizzo, comprometteva chiaramente e costantemente la memoria, proprio per le parole emotive.

Uma Mohan, dottoranda nel laboratorio di Jacobs all'epoca dello studio e coautrice, ha osservato che questa stimolazione ha anche ridotto l'attività ad alta frequenza nell'ippocampo. Ciò ha fornito prove causali che, eliminando il modello di attività cerebrale correlato alla memoria emotiva, la stimolazione riduceva selettivamente la memoria emotiva.

La depressione agisce in modo simile alla stimolazione cerebrale

Qasim ha inoltre ipotizzato che la depressione, che può coinvolgere la memoria emotiva disregolata, potrebbe agire in modo simile alla stimolazione cerebrale. Ha analizzato la memoria emotiva dei pazienti in parallelo con le valutazioni dell'umore alle quali si erano sottoposti per caratterizzare il loro stato psichiatrico.

E, in effetti, nel sottoinsieme di pazienti con depressione, il team ha osservato una riduzione simultanea della memoria mediata dalle emozioni e dell'attività ad alta frequenza nell'ippocampo e nell'amigdala.

"Combinando la stimolazione, la registrazione e la valutazione psicometrica, abbiamo dimostrato la causalità a un livello che non si vede sempre negli studi con le registrazioni cerebrali umane", ha affermato Bradley Lega, neurochirurgo e scienziato dell'Università del Texas Southwestern Medical Center, non citato tra gli autori dello studio. "Sappiamo che l'attività ad alta frequenza è associata allo sparo neuronale, quindi questi risultati aprono nuove strade di ricerca su umani e animali per capire come alcuni stimoli coinvolgono i neuroni nei circuiti di memoria".

Prossimi passi

Qasim, che è attualmente ricercatore post-dottorato al Mount Sinai, sta ora perseguendo questa strada di ricerca, studiando come sparano singoli neuroni nel cervello umano durante i processi di memoria emotiva.

Qasim e Jacobs sperano che il loro lavoro possa anche ispirare la ricerca sugli animali per comprendere come questa attività ad alta frequenza è legata alla noradrenalina, un neurotrasmettitore collegato a processi attenzionali, che secondo loro, potrebbe essere dietro la memoria potenziata per gli stimoli emotivi.

Infine, essi sperano che ricerche future possano puntare l'attività ad alta frequenza nel circuito amigdala-ippocampo per rafforzare e proteggere la memoria, in particolare quella emotiva.

"I nostri ricordi emotivi sono uno degli aspetti più critici dell'esperienza umana, che informano tutto, dalle decisioni a tutta la nostra personalità", ha aggiunto Qasim. "Qualsiasi passo che possiamo fare per mitigare la loro perdita nei disturbi della memoria, o impedire che siano rubati nei disturbi psichiatrici, è estremamente entusiasmante".