La memoria è una capacità che da sempre affascina sia scienziati che artisti e grazie a più di un secolo di studi abbiamo cominciato a capirne le basi, vediamole!
La memoria gioca un ruolo fondamentale nel definire chi siamo e come ci comportiamo. Impariamo dall’esperienza perché ci ricordiamo episodi ed emozioni della nostra vita, siamo capaci di imparare dai libri perché memorizziamo informazioni e siamo capaci di camminare perchè abbiamo automatizzato uno schema motorio.
Inoltre anche la memoria a breve termine, cioè che conserva informazioni per un breve periodo di tempo, è fondamentale. Siete familiari con la sensazione di non ricordare se avete davvero appena chiuso a chiave la porta di casa? Questo è un esempio di cosa succede quando la memoria a breve termine non funziona. Per fortuna di solito è un processo molto efficiente, altrimenti rischieremmo di passare la nostra vita tra la porta di casa e le scale.
Da più di un secolo, psicologi e neuroscienziati cercano di rispondere a queste domande: che cos’è un ricordo? E dove viene immagazzinata la memoria?
I neuroni, cioè le cellule cerebrali, sono ciò che ci permette di formare un ricordo. Alla fine del 1800, agli albori delle neuroscienze, non si sapeva come comunicassero tra di loro perché non si riusciva a capire se fossero singole cellule distanziate tra loro o una rete interconnessa di fibre. Questo fino a che uno scienziato spagnolo, Ramon y Cajal, usando una tintura sviluppata da uno scienziato italiano, Camillo Golgi, che al contrario di Cajal sosteneva la visione dei neuroni come una visione interconnessa di fibre, riuscì a confermare che i neuroni sono singole cellule non in contatto tra di loro.
Neuroni colorati con tintura di Golgi
Partendo da lì si scoprì che i neuroni comunicano scambiandosi sostanze chimiche attraverso le sinapsi: il neurone a monte quando si attiva rilascia neurotrasmettitore, cioè una molecola usata come segnale di comunicazione tra i neuroni, nel cosiddetto vallo sinaptico, cioè lo spazio tra le due cellule, e questo, quando captato dai recettori sulla membrana del neurone a valle, causa in quest’ultimo una serie di reazioni metaboliche che fanno sì che l’informazione venga passata nello stesso modo al neurone successivo e così via.
Una caratteristica fondamentale delle sinapsi è che non sono fisse. Mentre creare nuovi neuroni è un processo lento, tanto da farci pensare, fino a poco tempo fa, che non si creassero più nuovi neuroni dopo la nascita, le sinapsi sono in continua evoluzione. Ogni neurone crea e cancella sinapsi in continuazione con tutti i neuroni vicini in risposta agli stimoli che arrivano in ogni momento.
Le sinapsi tra neuroni, il modo in cui sono organizzate, create, cancellate, sono a tutti gli effetti i nostri ricordi.
Rappresentazione schematica della trasmissione sinaptica
Nuove connessioni tra i neuroni vengono create in tutto il cervello, ma una delle aree più studiate per questo aspetto è l’ippocampo, una struttura che si trova in profondità, nel centro dell’encefalo. Ci sono svariate evidenze cliniche che indicano come l’ippocampo sia fortemente coinvolto nella formazione di nuove memorie e si pensa giochi soprattutto un ruolo fondamentale nel fissarle a lungo termine. Questa struttura, infatti, è una delle più affette dal morbo di Alzheimer e se viene rimossa, come nel caso del famoso paziente H.M. (di cui abbiamo parlato qui), la persona non è più in grado di formare memorie a lungo termine.
I neuroscienziati hanno scoperto nell’area dell’ippocampo un meccanismo, chiamato long-term potentiation (LTP), grazie al quale vengono create nuove sinapsi a lungo termine. Se il neurone pre-sinaptico e quello post-sinaptico si attivano/disattivano con uno specifica sequenza temporale, che cambia a seconda del tipo di neuroni e neurotrasmettitori coinvolti, nella membrana del neurone post-sinaptico viene stimolata l’apertura di canali specializzati.
Questi canali lasciano entrare nella cellula sostanze chimiche che causano una serie di reazioni metaboliche la cui conseguenza è una modifica dell’espressione del DNA. Da quel momento sulla membrana del neurone post-sinaptico ci saranno più recettori per il neurotrasmettitore rilasciato dal neurone pre-sinaptico e la sinapsi risulterà rafforzata a lungo termine.
Un recentissimo studio condotto a MIT ha mostrato che la modifica nell’espressione genetica legata alla formazione di nuove memorie è mediata da modifiche nella struttura della cromatina. Nel nucleo delle cellule i lunghi filamenti di DNA sono attorcigliati attorno a molecole chiamate istoni che possono cambiare la loro struttura compattando o allargando la cromatina, ciò la combinazione di DNA e istoni.
Nei punti dove la cromatina è compattata gli enzimi non sono in grado di legarsi ai filamenti di DNA e, di conseguenza, i geni in quella zona non vengono espressi. Se la struttura della cromatina cambia, i geni possono essere espressi. Lo studio svolto su topi ha mostrato che, quando un nuovo ricordo veniva formato, la struttura della cromatina si allargava in corrispondenza di aree del DNA dove sono presenti sequenze di intensificatori, cioè le sequenze di nucleotidi che permettono agli enzimi di legarsi al DNA per cominciare a leggere i loro rispettivi geni bersaglio.
Inoltre, nei giorni successivi, mentre la memoria veniva consolidata e resa quindi a lungo termine, la struttura 3D stessa della cromatina si modificava avvicinando gli intensificatori ai loro geni bersaglio che, in questo caso, erano proprio geni che codificano per la creazione di proteine usate nelle sinapsi.
Una modifica a lungo termine della struttura delle molecole di cromatina potrebbe quindi essere alla base della possibilità di formare nuove sinapsi, nuove memorie, nuovi ricordi.
La long-term potentiation è stata misurata anche in altre aree del cervello, non solamente nell’ippocampo, ed è opinione diffusa che sinapsi presenti in tutto il cervello siano parte di una rete di memoria distribuita. Continuando a studiare questo argomenti capiremo sempre meglio come funzionano i ricordi, come facciamo a fissarli e recuperarli con efficacia e, in ultima analisi, come contribuiscono a renderci chi siamo.
Immagine di copertina: memory stock image from Kittyfly/Shutterstock
Immagine dei neuroni: ramon y cajal neuron stock image from Alexandros A Lavdas/Shutterstock
Immagine della trasmissione sinaptica: synapse stock image from Designua/Shutterstock
Per approfondire
Squire, L. R. (2009). The legacy of patient HM for neuroscience. Neuron, 61(1), 6-9.
Marco, A., Meharena, H. S., Dileep, V., Raju, R. M., Davila-Velderrain, J., Zhang, A. L., … & Tsai, L. H. (2020). Mapping the epigenomic and transcriptomic interplay during memory formation and recall in the hippocampal engram ensemble. Nature Neuroscience, 1-12.
https://www.scientificast.it/dimenticare-e-importante/
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