Alla scoperta delle basi neurologiche della memoria
Chi si ricorda di qualcosa che è accaduto prima del proprio terzo compleanno? La realtà è che la maggior parte delle persone non ha alcuna memoria al riguardo. Questa incapacità degli adulti di recuperare tali ricordi episodici precoci, legati a esperienze personali specifiche, è nota come amnesia infantile. Sebbene questo deficit sia ben noto, le ragioni che lo determinano sono tuttora poco chiare. «L’amnesia infantile è rimasta uno dei principali enigmi nella ricerca sulla memoria: sebbene, infatti, sia evidente che i bambini imparano rapidamente a conoscere il mondo, la maggior parte dei ricordi della prima infanzia non può essere successivamente richiamata alla memoria in modo consapevole», spiega Francesca Cacucci(si apre in una nuova finestra), docente di Neuroscienze presso l’University College di Londra(si apre in una nuova finestra). Lo studio dell’amnesia infantile è complesso, tra gli altri motivi, perché i bambini in età preverbale non sono in grado di descrivere in modo attendibile le proprie esperienze. Inoltre, fino a poco tempo fa gli scienziati non disponevano nemmeno degli strumenti necessari per studiare la formazione dei circuiti della memoria a livello neurale e, per di più, i processi legati alla memoria possono svilupparsi su scale temporali diverse. «Ciò significa che l’amnesia infantile potrebbe riflettere un processo di formazione della memoria ancora immaturo, un consolidamento insufficiente, meccanismi di recupero mutevoli o una discrepanza tra il modo in cui i ricordi si formano nei primi anni di vita e quello attraverso cui il cervello, una volta divenuto adulto, cerca in seguito di accedervi», afferma Cacucci. Nell’ambito del progetto DEVMEM, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), Cacucci e i suoi colleghi hanno affrontato tali questioni combinando esperimenti comportamentali sullo sviluppo, elettrofisiologia su larga scala e modellizzazione computazionale su modelli animali allo scopo di studiare le modalità di formazione iniziale dei circuiti della memoria.
Monitorare le reti della memoria a livello dell’intero cervello
I ricercatori hanno registrato l’attività neurale in ratti liberi di muoversi a loro piacimento in diverse fasi dello sviluppo, mentre gli animali esploravano gli ambienti in cui si trovavano o svolgevano compiti associati alla memoria. «Ci siamo concentrati in particolare sui neuroni dotati di selettività spaziale, come le cellule di posizione, le cellule grid e le cellule di confine, che si ritiene costituiscano la struttura neurale alla base della memoria episodica (“cosa-quando-dove”) e della navigazione», spiega Cacucci. La ricerca si è concentrata anche sul sonno, di particolare importanza per il consolidamento della memoria. DEVMEM ha fatto ricorso a registrazioni elettrofisiologiche ad alta densità, paradigmi comportamentali, ambienti di realtà virtuale e modelli computazionali con l’obiettivo di comprendere in che modo gli animali in fase di sviluppo apprendono dall’esperienza. «Questo ci ha permesso di studiare non solo le singole regioni cerebrali, ma anche le modalità attraverso cui reti più ampie incentrate sull’ippocampo maturano e iniziano a sostenere comportamenti stabili guidati dalla memoria», aggiunge Cacucci.
Svelare la fase di sviluppo iniziale della memoria
Una delle principali scoperte ha riguardato il fatto che molti sistemi neurali legati alla memoria si sviluppano in modo graduale e asincrono. «Ad esempio, i sistemi cerebrali coinvolti nella trasformazione delle informazioni tra i sistemi di riferimento egocentrico (“centrato su di sé”) e allocentrico (“centrato sul mondo”) maturano relativamente tardi», osserva Cacucci. «In base alle conoscenze attuali, essi aiuterebbero il cervello a trasformare le esperienze immediate e dirette in mappe mentali stabili di luoghi ed eventi». Tra le altre scoperte, il progetto ha inoltre messo in luce che i principali modelli di attività neurale legati al consolidamento della memoria durante il sonno emergono in modo altamente coordinato, a conferma dell’idea che la capacità del cervello di codificare, organizzare e stabilizzare le esperienze trasformandole in ricordi si sviluppi progressivamente nel corso della crescita.
Una comprensione più approfondita: dall’amnesia all’intelligenza artificiale
Questa ricerca dispone del potenziale per aiutarci a comprendere altre forme di amnesia, poiché molte patologie neurologiche e psichiatriche comportano alterazioni delle reti mnemoniche, del consolidamento della memoria legato al sonno o della comunicazione tra le diverse regioni cerebrali. «Comprendendo il modo in cu questi sistemi si sviluppano normalmente durante la crescita, potremmo cogliere in maniera più chiara cosa succede quando vengono compromessi più avanti nel corso della vita», osserva Cacucci. La modellizzazione computazionale ha altresì dimostrato che la sequenza e la struttura delle prime esperienze influenzano fortemente le rappresentazioni apprese dalle reti neurali artificiali, il che potrebbe plasmare il futuro addestramento dei sistemi solidi basati sull’intelligenza artificiale. «Un’altra possibile direzione consiste nel verificare se una migliore comprensione dei meccanismi alla base del consolidamento della memoria durante il sonno possa, alla fine, fornire spunti utili alla ricerca sui ricordi traumatici», conclude Cacucci.