La capacità di ricordare e conservare i ricordi per alcuni giorni o per tutta la vita è una caratteristica importante
Capire come il cervello memorizza le informazioni eregola quali ricordi rimarranno a lungo e quali scompariranno, aiuterà a sviluppare metodi per rafforzare la memoria in coloro che sono a rischio di sviluppare disturbi legati all'età e ripristinare la normale funzione cerebrale dopo un infortunio.
Come funziona la memoria?
Vengono creati e archiviati vari tipi di memoriain modo diverso e in diverse aree del cervello. I neuroscienziati non comprendono ancora appieno le complessità di tutti i processi, continuano a perfezionare i dettagli e scoprire nuove funzioni cerebrali. Tuttavia, è noto che i ricordi autobiografici - ricordi di eventi vissuti personalmente - iniziano a prendere forma in una parte del cervello chiamata ippocampo nelle ore e nei giorni successivi all'evento.
I neuroni sono le cellule del sistema nervoso che comunicano tra loro.un altro attraverso le sinapsi. Queste sono aree in cui due cellule si connettono e si scambiano "informazioni" attraverso un minuscolo spazio utilizzando messaggi chimici (neurotrasmettitori). Ogni neurone può essere connesso tramite sinapsi a migliaia di altri.
Interazione dei neuroni al microscopio. Video: Università di Berkeley
Una delle proprietà chiave dei neuroni è sinapticaplastica. Questo è il nome dato alla capacità delle sinapsi di rafforzarsi o indebolirsi nel tempo in risposta a un aumento oa una diminuzione dell'attività di interazione. Si ritiene che i cambiamenti a lungo termine nell'efficienza delle sinapsi, a seconda della frequenza di "uso", siano importanti per l'apprendimento, la formazione della memoria e lo sviluppo neuronale.
I neuroni producono costantemente nuove proteine perrimodellamento di parti della sinapsi, come i recettori per alcuni neurotrasmettitori. Ciò consente alle cellule nervose di rafforzare selettivamente le loro connessioni reciproche. Di conseguenza, si forma una rete che codifica la memoria. Più spesso un ricordo viene “attivato”, più forte diventa la sua rete neurale. Tali strutture vanno oltre l'ippocampo e formano la memoria a lungo termine in varie parti del cervello.
Riesci a vedere i ricordi?
Alla fine del XIX secolo, gli scienziati hanno creato il primoi microscopi sono abbastanza potenti da identificare i singoli neuroni. Entro la metà del secolo successivo, i microscopi elettronici mostrarono strutture sinaptiche larghe solo poche decine di nanometri e successivamente, utilizzando microscopi a due fotoni, i ricercatori osservarono come le connessioni sinaptiche si formano in tempo reale durante il processo di apprendimento.
Uno dei modelli utilizzati dai neuroscienziatiper lavorare con la memoria è un engram. Questo è il nome dato alla traccia fisica (rete neurale) di un particolare ricordo nel cervello. Le cellule engramiche sono popolazioni di neuroni la cui riattivazione porta al recupero della memoria individuale.
Numerose ricerche nel campo della geneticarese possibile visualizzare tali engram. Ad esempio, gli scienziati hanno utilizzato i virus per iniettare una proteina fluorescente verde trovata nelle meduse nel cervello dei topi, facendo brillare i neuroni mentre imparano. E introducendo la proteina fotosensibile delle alghe, la canalrodopsina (ChR2), è possibile attivare artificialmente certi neuroni, “spegnere” o “avviare” certi engram.
Ad esempio, i ricercatori del MIT hanno identificatoun engramma che si è formato nel cervello dei topi durante il processo di apprendimento della paura. L'attivazione artificiale ripetuta di questa rete di neuroni utilizzando la luce blu ha causato il "congelamento" degli animali, una reazione caratteristica al pericolo.
Un altro metodo per visualizzare i ricordi èrisonanza magnetica funzionale (fMRI). Questa tecnologia si basa sulla connessione dell'attività neuronale con i cambiamenti nel flusso sanguigno nel cervello. Osservando come cambia l'emodinamica (movimento del sangue), i ricercatori determinano quali aree del cervello sono attive in un momento o nell'altro.
Con questa tecnologia, ad esempio,I ricercatori dell’Università dell’Oregon hanno addestrato l’intelligenza artificiale a riconoscere e ricostruire le immagini facciali che compaiono nella memoria umana. Durante il processo di formazione, ai partecipanti sono state mostrate fotografie di volti di diverse persone e un computer ha elaborato i dati fMRI e ha generato modelli di attività cerebrale caratteristici di ciascuna fotografia.
Successivamente, quando ai partecipanti è stato mostrato un nuovofoto AI sconosciuta, basata sull'attività cerebrale, il computer ha cercato di ricostruire il volto nella foto. Sebbene fosse ben lungi dall'essere completamente simile all'immagine finita, la rete neurale artificiale identificava e ricreava accuratamente alcune caratteristiche e rifletteva anche la percezione soggettiva di determinate caratteristiche da parte di una persona, ad esempio il colore della pelle.
Schema dell'esperimento: addestramento (in alto) e ricostruzione di un'immagine sconosciuta (in basso). Illustrazione: Hongmi Lee, Brice A. Kuhl, Journal of Neuroscience
I ricordi possono essere manipolati?
Uno dei modi per formare "falsericordi” nei topi è stato dimostrato quasi un decennio fa dai ricercatori del Massachusetts Institute of Technology. L'approccio proposto dagli scienziati si basa sull'identificazione degli engrammi associati a determinati eventi e sulla loro attivazione utilizzando l'optogenetica (controllo dei neuroni con l'aiuto della luce).
Schema dell'esperimento per creare falsoricordi. Gli scienziati hanno letto lo schema corrispondente all'ambiente A. Hanno spostato gli animali nell'ambiente B, hanno acceso la corrente e parallelamente con l'aiuto della luce hanno attivato i neuroni dell'engramma corrispondente all'ambiente A. Quando sono stati nuovamente collocati nel contesto A , hanno mostrato un falso ricordo di paura per A (il congelamento è indicato da linee ondulate), dove non sono mai stati fulminati. Allo stesso tempo, non ci sono stati cambiamenti nel comportamento nell'ambiente neutro C. Immagine: Steve Ramirez et al., Frontiers in Behavioral Neuroscience
Gli scienziati hanno geneticamente modificato i topi perper introdurre nei neuroni il gene che codifica per la proteina canalrodopsina (ChR2). È una proteina fotosensibile che funge da fotorecettore nelle alghe verdi unicellulari. Il gene è stato modificato per innescare l'espressione di una proteina fluorescente quando il neurone viene attivato. Questa modifica ha permesso agli scienziati di tenere traccia di quali neuroni sono attivi (fluorescenza) durante il processo di apprendimento, nonché di riattivarli utilizzando la luce.
Durante l'esperimento, gli scienziati hanno posizionatotopi da laboratorio nella prima “stanza” e leggevano l'engramma (rete neurale) che corrispondeva ai ricordi di questo ambiente. Successivamente, gli animali sono stati spostati nel secondo ambiente, i neuroni associati alla prima “stanza” sono stati attivati e sono rimasti scioccati.
Ulteriori analisi lo hanno dimostrato negli animalisi è formato un falso ricordo legato alla paura dell'ambiente originario (la prima “stanza”). Anche se i topi non sono mai stati scioccati lì, quando sono stati collocati in questo ambiente sono rimasti congelati dalla paura.
Comportamento normale di un topo “addestrato” prima dell'attivazione della luce e paura dopo l'attivazione di un engram associato ad una paura passata. Video: Liu, X. et al., Natura
Anche se questo lavoro è soloun esperimento primitivo e il cervello umano è molto più complesso di un topo, lo studio mostra con quanta facilità i ricordi vengono modificati sotto l'influenza di influenze esterne. Numerosi studi sulla formazione di falsi ricordi nelle persone nella vita di tutti i giorni confermano questa plasticità.
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