La formazione della memoria a livello dei neuroni
Durante l'apprendimento, si ritiene che si verifichi la plasticità sinaptica, un fenomeno con il quale le cellule presinaptiche stimolano in modo ripetuto e persistente i neuroni postsinaptici. Ciò facilita la formazione della memoria e l'apprendimento, che si basa sulla generazione di nuovi contatti sinaptici, cioè di spine dendritiche su un neurone postsinaptico, o sul rafforzamento dei contatti esistenti. I ricercatori, tuttavia, non sono in grado di collegare in modo specifico la traccia di memoria di un'attività comportamentale o sensoriale alla formazione di una nuova spina. Il progetto HEBBIANNEWSPINES ("Visualizing the structural synaptic memory trace: Presynaptic partners of newly formed spines"), finanziato dall'UE, ha lavorato all'identificazione funzionale dei corrispondenti presinaptici delle sinapsi di spine appena formate, per riuscire a conoscere meglio i substrati neurali che portano alla formazione della memoria. I ricercatori hanno utilizzato sistemi di imaging a due fotoni e metodi di stimolazione optogenetica per condurre studi in vitro e in vivo. Hanno sviluppato indicatori di ioni di calcio (Ca2+) codificati geneticamente con marcatori di due colori per studiare la struttura dei singoli neuroni e la loro funzione durante l'attivazione delle singole sinapsi. La scelta è caduta sugli indicatori Ca2+, perché sia le spine dendritiche sia i bottoni presinaptici vengono influenzati dal Ca2+ durante l'attività sinaptica. Per gli studi in vitro, gli scienziati hanno sviluppato un robusto paradigma LTP (potenziamento sinaptico a lungo termine) completamente ottico, che utilizza la canal rodopsina-2 (ChR2) per l'attivazione selettiva dei bottoni presinaptici. L'LTP segue l'aumento prolungato della trasmissione del segnale tra due neuroni dopo una stimolazione ripetuta. I risultati di questo studio hanno rivelato la formazione di nuove spine persistenti in un periodo di cinque ore dall'applicazione dell'LTP completamente ottico. I componenti del progetto avevano dimostrato in precedenza la formazione e la stabilizzazione di nuove spine durante la deprivazione monoculare, che prevede la chiusura di un occhio durante la presentazione di uno stimolo visivo. Il team è riuscito a sviluppare un approccio virale combinatoriale per la trasfezione virale sparsa di sottoinsiemi selezionati di neuroni. In tal modo è ora possibile ottenere l'imaging delle proprietà delle singole spine e di grandi popolazioni di cellule. Grazie al paradigma della deprivazione monoculare, gli studiosi sono riusciti a differenziare tra la rappresentazione del segnale dell'occhio aperto e quella dell'occhio chiuso e a correlare la struttura alla funzione a livello sinaptico. Gli strumenti sviluppati durante questo progetto permetteranno di chiarire se la formazione della memoria a lungo termine si verifichi attraverso la formazione delle spine. Riuscire a comprendere la dinamica dell'apprendimento e della memoria potrà facilitare la riabilitazione delle persone che hanno subito danni a queste funzioni.
Parole chiave
Neuroni, memoria, formazione della memoria, apprendimento, plasticità sinaptica, presinaptico, post-sinaptico, spina dendritica, formazione della spina, substrati neurali, imaging a due fotoni, optogenetica, Ca2+, bottoni presinaptici, potenziamento sinap