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Visualizing the structural synaptic memory trace: presynaptic partners of newly formed spines

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La formazione della memoria a livello dei neuroni

La formazione delle memorie a lungo termine è un processo complesso, le cui implicazioni a livello dei singoli neuroni non sono ancora ben conosciute. Un progetto di ricerca finanziato dall'UE ha lavorato per raccogliere maggiori informazioni in questo settore.

Salute

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

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