La memoria e la plasticità cerebrale: “use it or lose it”

La memoria permette di rievocare sensazioni, sapori, odori e suoni passati spezzando le catene del tempo; ma in che modo ci riesce?

Nonostante spesso si pensi alla memoria come alla rievocazione di pensieri o esperienze precedenti positive. In realtà essa comprende prevalentemente ricordi di pensieri o esperienze negative. Il cervello viene continuamente inondato da informazioni sensoriali che affluiscono da tutti gli organi di senso. Se la mente cercasse di ricordarle tutte, la nostra capacità mnemonica verrebbe rapidamente saturata. Quindi uno dei meccanismi importanti attuati dal cervello è la distinzione delle informazioni ridondanti da quelle utili.

Le reti neurali

Nell’integrazione e nell’elaborazione delle informazioni giocano un ruolo importante le reti neurali, circuiti formati da neuroni che con i loro collegamenti formano un’intricata rete. Una rete neurale è composta da assoni, ovvero i collegamenti che dai neuroni portano i segnali nel resto del corpo e da effettori, ovvero le cellule che ricevono questi segnali e li “eseguono”, come le cellule muscolari o altri neuroni. Nelle prime fasi di vita nel sistema nervoso viene prodotto un numero ridondante di neuroni che emettono un numero enorme di assoni per collegarsi tra loro o a un effettore, creando una fitta rete di circuiti neurali. Se le connessioni non raggiungono la cellula bersaglio, gli assoni degenerano.

Use it or lose it

Per cui, dopo la nascita e per tutto il periodo della crescita, lo sviluppo della connettività neuronale è influenzato dal principio “use it or lose it” e la formazione di nuove connessioni è una forma di apprendimento. La locuzione “use it or lose it” è usata per fare riferimento al principio neurofunzionale per cui se un collegamento nervoso non è usato esso degenera. Fin a poco tempo fa si pensava che, nella vita adulta, le forme di apprendimento legate a modificazioni del numero di neuroni coinvolti nei circuiti neurali della memoria, fossero molto scarse. Oggi, invece, sulla base di nuove ricerche, si pensa che tali processi possano verificarsi, seppur entro certi limiti, anche durante la vita adulta.

Tipologie di memoria

Classicamente si distingue la memoria in tre tipi: 1) memoria a breve termine, relativa a elementi di informazione utili per un breve periodo di tempo; 2) memoria intermedia a lungo termine, che può durare per pochi minuti o settimane, a meno che non venga convertita in un’informazione permanente; 3) memoria a lungo termine, risultato di modificazioni strutturali della connessione tra neuroni.

Affinché un’informazione venga consolidata nella memoria a lungo termine, bisogna stimolare continuamente la memoria a breve termine, ripetendo più volte l’informazione acquisita, inducendo modificazioni strutturali a livello delle sinapsi neuronali.

 Plasticità sinaptica

Il cervello cambia morfologicamente, funzionalmente e chimicamente, man mano che si acquisisce un’abilità o un ricordo, creando nuovi collegamenti neuronali e intensificando quelli già esistenti. Uno degli aspetti più importanti del processo di consolidamento della memoria è rappresentato dal fatto che le informazioni apprese sono comparate con quelle preesistenti per individuare similarità e differenze. In seguito, le nuove memorie sono immagazzinate associate a quelle dello stesso tipo o di tipo diverso, garantendo un ordine che sarà fondamentale per la ricerca delle informazioni.

Glutammato, un importante neurotrasmettitore

Alla base dei fenomeni di plasticità sinaptica e di deposito delle informazioni nella memoria gioca un ruolo importante il glutammato. Esso è un neurotrasmettitore coinvolto in diverse funzioni cognitive il cui accumulo, però, può comportare danni neuronali da eccessiva eccitazione (eccitotossicità) tipici della malattia di Alzheimer. Il glutammato, prodotto dai neuroni quando essi sono attivati, può legare il recettore (una molecola in grado di attivare i neuroni previo legame con il neurotrasmettitore) di altri neuroni attivandoli. Analizzando il meccanismo molecolare coinvolto nella trasmissione degli impulsi nervosi tra i neuroni, si è scoperta l’esistenza di un recettore per il glutammato. Esso è chiamato NMDA (recettore dell’N-metil-D-aspartato) e se attivato dal legame con il neurotrasmettitore, porta memoria di questo evento e potrà essere attivato anche da concentrazioni di glutammato inferiori. Questo meccanismo comporta una maggior eccitabilità dei recettori coinvolti e quindi facilita l’insorgenza di uno stimolo nervoso.

Esperimento sui topi: Doogie

Effettuando un esperimento sui topi si è scoperto che i recettori-canale NMDA restano attivati più a lungo in seguito al legame con il glutammato in topi più giovani rispetto agli anziani, spiegando uno dei motivi del deterioramento della memoria con l’età. Inoltre, si è osservato che, con l’età, i recettori con maggior efficienza vengono sostituiti con recettori a più scarsa efficienza, quindi sarà più difficile che un neurone si attivi e la memoria sarà meno funzionale. Per questo motivo è stato creato un topo mutato in laboratorio, di nome Doogie, con molti più recettori efficaci che lo hanno reso un topo super-intelligente.

“Siamo agli albori di una rivoluzione, quella della neuroplasticità. È infatti ormai chiaro che la macchina cerebrale può essere costantemente riprogrammata e rivista nelle sue funzioni, per l’intero corso delle nostre vite e sotto il nostro diretto controllo” (Michael Merzenich, Neuroscienziato pioniere della plasticità cerebrale)

 Ippocampo (ma solo a me sa di ippopotamo?)

                                                                               In questa immagine potete ammirare l’ippocampo.

Lo studio dei disturbi della memoria è stato molto importante per descrivere il ruolo essenziale dell’ippocampo nel promuovere l’immagazzinamento di informazioni. L’ippocampo è una parte del cervello la cui funzione si pensava, tempi orsono, coinvolgesse l’olfatto, ma oggi si è a conoscenza della sua implicazione nella trasformazione della memoria a breve termine in memoria a lungo termine e nel deposito di informazioni a breve termine. Inizialmente, per curare l’epilessia si effettuava l’asportazione bilaterale dell’ippocampo. I pazienti sottoposti a questo intervento non presentavano un’importante amnesia retrograda riguardo eventi avvenuti molti anni prima. Infatti, ricordavano quasi perfettamente tutte le informazioni immagazzinate molto tempo prima dell’intervento, ma perdevano quasi del tutto la memoria a breve termine (riferita a eventi avvenuti poco prima dell’intervento) e la capacità di fissare le informazioni di tipo verbale o simbolico nella memoria a lungo termine.

Funzione dell’ippocampo

Perché l’ippocampo è tanto importante per l’immagazzinamento di nuove tracce di memoria? La risposta risiede nel ruolo di elaborazione ippocampale di segnali provenienti dalle “aree di gratificazione” e dalle “aree della punizione” del sistema limbico, un insieme di strutture cerebrali site nella parte più profonda dell’encefalo, filogeneticamente più antica e correlata a funzioni fondamentali per la conservazione della specie (quali emozioni, umore, memoria a breve termine e il senso di coscienza). Quindi, l’ippocampo determina quali delle nostre esperienze o attività psichiche siano, in termini di gratificazione o di punizione, così rilevanti da meritare di essere fissati nella memoria a lungo termine. In alcuni soggetti le lesioni ippocampali provocavano anche amnesia retrograda legata perlopiù a eventi relativamente recenti. Infatti, le informazioni di vecchia data sono state richiamate alla mente così tante volte al punto di essere molto profonde e site in aree cerebrali più ampie. Pazienti con lesioni talamiche presentano invece amnesia retrograda isolata poiché il talamo ha un ruolo nella ricerca e nell’estrazione delle informazioni dai depositi della memoria, grazie a segnali riverberanti che collegano il talamo a specifiche aree cerebrali.

Conclusione

Ulteriori progressi nella ricerca scientifica e nella programmazione di dispositivi neurali potrebbero ampliare la nostra capacità di memoria. Uno dei progetti portati avanti dall’imprenditore Elon Musk, Neuralink, potrebbe, tra le tante funzioni, implementare le capacità di apprendimento e migliorare la nostra memoria riducendo notevolmente le differenze uomo-macchina. Questa innovazione però potrebbe anche essere vista, in un’ottica più fantascientifica, come l’inizio dell’era Cyberpunk. Infatti, come nel noto videogioco, sarebbe possibile impiantare sistemi cibernetici che permettano, ad esempio, di comprendere nuove lingue o di evocare alla mente ricordi passati e rivivere sensazioni e immagini direttamente dalla mente di un’altra persona.

Ad oggi, però, siamo ben coscienti di quanto la memoria sia fondamentale per la vita. Il magazzino della memoria è usato per contenere informazioni riguardanti la quotidianità, ma anche per depositare tracce di eventi storici passati, che possano insegnarci e illustrarci vie da intraprendere nelle decisioni del nostro futuro. Un domani forse non dovremo preoccuparci dei ricordi che, probabilmente, saranno impiantati in una scheda di memoria e dovremo pensare solo ai suoi gigabyte liberi.

Fonte: Missione Scienza

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