A memoria d'uomo. I ricordi gettano l'ancora


    Uno studio complesso e appassionante, pubblicato sulla rivista "The Journal of Neuroscience", ha scoperto le proteine salva-memoria.

    Esse impedirebbero ai ricordi e al significato che rivestono nella vita di tutti noi di venire inghiottiti dal caos della frenetica attività  cerebrale.

    Queste proteine di ancoraggio sono presenti nelle sinapsi e strappano all'oblio le informazioni che apprendiamo, nonostante il moto perpetuo delle molecole.

    Le sinapsi sono zone di traffico intenso, sono il punto d'incontro tra i neuroni e subiscono cambiamenti continui, si dice che le sinapsi vengono rimodellate.

    In questo spazio piccolissimo avviene lo scambio dei neurotrasmettitori tra il neurone pre-sinaptico e il neurone post-sinaptico, in un incessante passaggio di messaggi chimici, sull'onda dei quali viaggiano anche i nostri ricordi.

    I ricercatori concordano sul fatto che le sinapsi sono rimodellate attraverso due processi complementari: long-term potentiation (LTP), incremento dell'ampiezza dei potenziali eccitatori post-sinaptici prodotto da uno stimolo breve ad alta frequenza e long-term depression (LTD), riduzione del potenziamento sinaptico generata da uno stimolo lento a bassa frequenza.

    Questi processi, definiti nella loro complessità con il termine di plasticità sinaptica, creano nuovi network nervosi che costruiscono la nostra memoria, permettendoci di apprendere e di conservare i ricordi nel tempo. Non altrettanto condivise sono le metodologie utilizzate per dimostrare ciò che realmente accade.

    "Disponiamo di numerosissimi dati che indicano i cambiamenti di una sinapsi durante i fenomeni di LTP e LTD", afferma Paul Bressloff, matematico dell'Università  dello Utah e coordinatore della ricerca, "tuttavia siamo sprovvisti di modelli quantitativi che li dimostrano".

    Come è possibile trattenere i ricordi per lungo tempo se le sinapsi sono rimodellate continuamente? La risposta di Bressloff è un modello matematico che ha permesso di misurare il ciclo vitale dei recettori post-sinaptici coinvolti nei processi di apprendimento e memoria.

    La sinapsi è composta da tre elementi: l'assone del neurone pre-sinaptico, lo spazio sinaptico e la spina dendritica del neurone post-sinaptico. L'assone trasmette il segnale, la spina dendritica lo riceve.

    Ciascun neurone possiede 10 mila spine dendritiche, cioè può vedersi recapitare segnali da 10 mila cellule nervose. Gli impulsi elettrici inducono il rilascio dei neurotrasmettitori che si legano ai recettori presenti nelle spine dendritiche.

    I recettori AMPA si raggruppano in una regione della spina dendritica ricca di domini proteici, chiamata densità post-sinaptica (PSD) e interagiscono con le proteine di ancoraggio, simili a zavorre che mantengono i recettori saldi nella membrana post-sinaptica, garantendone il legame con il glutammato, il principale neurotrasmettitore eccitatorio del sistema nervoso centrale.

    L'espressione dei recettori AMPA è regolata da meccanismi di esocitosi (esposizione dei recettori in superficie) ed endocitosi (degradazione dei recettori).

    Si tratta quindi di un processo dinamico che avviene sia attraverso lo scambio tra la superficie cellulare e l'ambiente intracellulare, sia mediante la diffusione laterale dei recettori tra la PSD e la membrana extrasinaptica (ESM) circostante.

    Questo turn over, in particolare l'aumento dei recettori AMPA nella PSD, sembra essere alla base dei fenomeni di plasticità  sinaptica che contribuiscono alla genesi di LTP.

    Il modello biofisico di Bressloff ed Earnshaw

    [inline: 1=Immagine - 1- Il modello biofisico Bressloff-Earnshaw] Immagine - 1 - Turn over dei recettori AMPA nella spina dendritica (A); modello biofisico a due compartimenti (B); modello di LTD (C).©Earnshaw BA and Bressloff PC

    I due ricercatori hanno creato un modello basato sulla scomposizione della spina dendritica in due compartimenti, PSD (il cappuccio della spina dendritica) ed ESM (parte della testa e collo della spina dendritica).

    A una decina di equazioni differenziali è stata poi affidata l'identità della sinapsi, modellata incessantemente dai rapidi movimenti dei recettori AMPA.

    Bressloff(Immagine - 3) ed Earnshaw(Immagine - 2) hanno dimostrato che la sinapsi si potenzia, originando LTP, se riceve molti segnali, cioè se i recettori AMPA sono stabilizzati dalle proteine di ancoraggio (glutamate receptor-interacting protein, GRIP), diventa "più debole", andando incontro a LTD, quando riceve pochi segnali, cioè quando i recettori migrano all'esterno della PSD, dissociandosi dalle proteine GRIP e associandosi a proteine che ne favoriscono la degradazione (protein interacting with C kinase 1, PICK1).

    [inline: 2=Immagine - 2 - Berton Earnshaw] Immagine - 2 - Berton Earnshaw©University of Utah, utah.edu

    "Ricordiamo non tanto perchè nuovi recettori AMPA sono esposti sulla superficie della spina dendritica" conclude Bressloff "ma perché le proteine di ancoraggio li trattengono nella giusta posizione, quella di ricezione del segnale".

    Siamo ancorati ai ricordi, ma non chiamiamola dietrologia.

    Quante memorie abbiamo?

    L'apprendimento è il meccanismo attraverso cui acquisiamo nuove informazioni, la memoria è il processo che ci permette di trattenere queste conoscenze nel tempo e di richiamarle alla mente.

    Richiamiamo volontariamente alla mente persone, luoghi, fatti, nuovi ricordi grazie alla memoria esplicita o dichiarativa, così come non abbiamo difficoltà a svolgere le attività quotidiane grazie alla memoria implicita o procedurale, che richiama alla mente le abilità  apprese quasi automaticamente, come ad esempio l'andare in bicicletta.

    I correlati anatomici della memoria dichiarativa sono la corteccia temporale e l'ippocampo, dove il processo di LTP è facilmente dimostrabile. La memoria dichiarativa comprende la memoria episodica e la memoria semantica.

    [inline: 3=Immagine - 3 - Paul Bressloff] Immagine - 3 - Paul Bressloff ©University of Utah, utah.edu

    La memoria episodica ci permette di ricordare luoghi e tempi, sensazioni ed emozioni ad essi associate in un contesto specifico, è la memoria autobiografica; la memoria semantica ci regala conoscenze astratte, avulse da un contesto preciso.

    I correlati anatomici della memoria procedurale sono il cervelletto e i gangli della base, le aree del cervello preposte all'esecuzione dell'attività  motoria. La memoria procedurale comprende la memoria associativa, come il condizionamento e la memoria non associativa, come l'abitudine.

    La memoria procedurale è basata su un meccanismo di apprendimento implicito, il ricordo è automatico e ci permette di compiere tutte quelle attività  che non necessitano dell'acquisizione di nuove informazioni.

    Suddivisa, frazionata, indagata, sempre di memoria a lungo termine si tratta. Essa può persistere per diversi giorni o per l'intera esistenza, a differenza della memoria a breve termine che tratteniamo solo pochi minuti o poche ore.

    La distinzione ci accompagna dal lontano 1890, quando William James la espose nei suoi "Principi di psicologia".

    La memoria a lungo termine è associata alla formazione di nuove connessioni sinaptiche e alla loro dinamicità , come dimostrato nello studio di Bressloff.

    Più esteso è il network nervoso, maggiori sono le associazioni tra le nuove informazioni e quelle già immagazzinate, più duraturi saranno i ricordi.

    Tracce di memoria. I ricordi svaniscono

    E' sorprendente la capacità del nostro cervello di assorbire informazioni dall'ambiente, conservarle ed elaborarle al punto da renderle capaci di produrre cambiamenti nel nostro comportamento e nelle nostre idee.

    L'apprendimento e la memoria rappresentano l'anello di congiunzione tra le neuroscienze e la psicologia cognitiva. Forse per questo hanno sempre suscitato grande interesse ed entusiasmo non solo tra i neuroscienziati.

    La ricerca di Bressloff, ad esempio, ha una rilevanza notevole anche in ambito clinico.

    Potrebbe fornire una chiave di lettura per il declino cognitivo e la perdita di memoria, manifestazioni cliniche che costituiscono l'aspetto di maggiore impatto delle malattie neurodegenerative come l'Alzheimer, la cui incidenza è in continuo aumento.

    Un cortocircuito dei frenetici movimenti delle proteine sinaptiche potrebbe spiegare, almeno in parte, la cancellazione dei ricordi.

    Bibliografia

    B.A. Earnshaw and P.C. Bressloff. "Biophysical model of AMPA receptor trafficking and its regulation during long-term potentiation/long-term depression." J Neurosi 26(47):12362-12373 (2006).

    Lynch MA. Physiol Rev 2004; 84:87-136.

    Sitografia

    National Institute of Health www.nlm.nih.gov/medplus/memory.html

    Alzheimer's Association www.alz.org/resources/topicindex/mci.asp

    The Journal of Neuroscience www.jneurosci.org

    Berton Earnshaw Home Page - Department of Mathematics, University of Utah www.math.utah.edu/~earnshaw/

    Paul Bressloff Home Page - Department of Mathematics, University of Utah www.math.utah.edu/~bresslof

    The Principles of Psychology - William James (1890) http://psychclassics.yorku.ca/James/Principles/index.htm



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