Perché la plasticità cerebrale è fondamentale per la memoria e la salute mentale
Siamo in grado di ricordare eventi specifici grazie a reti di neuroni che codificano informazioni su di essi e a un processo fondamentale chiamato «plasticità neuronale», che definisce ciò che poi ricordiamo. Tuttavia, secondo Pico Caroni, coordinatore del progetto MemoryDynamics finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, «molti processi passano inosservati e sono pochi gli elementi distinti misurabili che possono essere studiati dai ricercatori con tecniche come l’imaging in tempo reale». Avvalendosi di modelli murini, MemoryDynamics ha studiato i componenti cellulari coinvolti nel consolidamento a lungo termine dei ricordi e il modo in cui cambiano nel tempo. Il team ha scoperto che la plasticità neurale continuava anche 12 ore dopo un evento, ossia molto tempo dopo il consolidamento iniziale del ricordo. Ciò era evidenziato nella corteccia infralimbica mediante l’apprendimento inverso, dove le risposte a un determinato evento, ad esempio la paura, possono essere alterate nel momento in cui si ricorda tale evento. «È straordinario che le reti cerebrali possano essere reclutate o modificate durante il consolidamento della memoria a lungo termine; ciò suggerisce che i ricordi consolidati nel giorno in cui si verifica un evento di apprendimento possono essere cambiati in seguito», osserva Caroni del Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research, l’istituto che ospita il progetto. Si è scoperto che l’apprendimento è seguito da un periodo di 5-6 ore durante il quale l’esperienza successiva può essere associata all’evento di apprendimento iniziale, combinando efficacemente i ricordi: «forse per inserire i ricordi in un contesto esperienziale più ampio», aggiunge Caroni. Ciò è avvenuto anche durante le osservazioni in laboratorio, dove i fattori di trascrizione conosciuti come cFos, che controllano i geni, continuavano ad essere espressi nelle reti neuronali pertinenti: un buon indicatore della plasticità cellulare in corso.
Cosa succede ai ricordi nel tempo?
Da un punto di vista fisiologico, la plasticità cerebrale include la modifica strutturale delle sinapsi preesistenti per renderle più forti o più deboli, creandone di nuove e/o distruggendo quelle preesistenti. Alterare il modo in cui le reti neuronali si comportano significa che la memoria non riguarda solamente l’azione di «ricordare», ma anche la preparazione attiva delle risposte alle esperienze future. «La maggior parte di questi processi di consolidamento della memoria sono come cascate che durano per ore, o addirittura giorni, dopo l’evento iniziale di apprendimento», spiega Caroni. La plasticità della memoria a breve termine dura pochi secondi o minuti, quando i segnali vengono elaborati dalle sinapsi e dai canali ionici. A medio termine, nel corso di ore, il cervello riproduce gli stessi modelli di attività neuronale dell’evento originale, ma accelerati. Il consolidamento della memoria a più lungo termine, 12-15 ore dopo un evento, coinvolge generalmente un insieme di queste attività. I processi cellulari includono l’espressione dei geni all’interno delle reti neuronali che assicurano che i cambiamenti di segnalazione siano convertiti in cambiamenti cellulari duraturi, modificando a loro volta i ricordi. MemoryDynamics ha utilizzato strumenti di manipolazione genetica per influenzare la funzione dei neuroni in aree specifiche del cervello nei topi. Il team ha seguito i processi di consolidamento della memoria nelle suddivisioni dell’ippocampo, le aree corticali prefrontali, compresa la corteccia prelimbica e infralimbica, le aree corticali associate all’ippocampo, come la corteccia retrospleniale, e le reti importanti per l’apprendimento flessibile.
Implicazioni per la salute mentale
Una scoperta inaspettata ha riguardato i cambiamenti dell’espressione genica in neuroni speciali chiamati interneuroni PV+. Sebbene siano fondamentali per l’apprendimento, il team ha scoperto che i cambiamenti in questi neuroni si manifestano solo diverse ore dopo l’apprendimento, il che porta a pensare che vi sia un periodo in cui questi neuroni sono particolarmente malleabili.
Le implicazioni per la salute umana sono significative.
C’è una breve finestra di 10 giorni in cui il collegamento funzionale nel cervello tra l’ippocampo ventrale e la corteccia prelimbica è fondamentale per lo sviluppo prefrontale. Manipolando gli interneuroni PV+ nella tarda adolescenza per consolidare le connessioni lungo questo asse cerebrale, il team è stato in grado di prevenire i sintomi della schizofrenia in un topo geneticamente predisposto. Questa tecnica si è dimostrata promettente anche in un modello murino di autismo. «Non avevamo previsto che i meccanismi cerebrali associati al consolidamento della memoria a lungo termine avrebbero avuto un impatto così forte sulla funzionalità delle reti rilevanti per la salute mentale. D’ora in avanti questo sarà il nostro obiettivo», conclude Caroni.
Parole chiave
MemoryDynamics, neurone, cervello, plasticità, memoria, sinapsi, salute mentale, autismo, schizofrenia, genetico
