13 novembre 2019
Aggiornato 03:30
Lo spiega su Nature un team internazionale di ricercatori, tra cui Alessandro Treves della Sissa di Trieste

Lampi di memoria

Quando cambiano repentinamente alcune caratteristiche dello spazio circostante, nell’ippocampo, che è l’area del cervello determinante per la memoria spaziale, si attiva rapidamente la mappa neuronale corrispondente al nuovo ambiente, se questo è già familiare

TRIESTE - Dove mi trovo adesso? Quando cambia il contesto ambientale in cui siamo immersi, nella regione del cervello determinante per la formazione dei ricordi e per la memoria spaziale - l’ippocampo - si attiva rapidamente la mappa neuronale corrispondente al nuovo ambiente, se questo è già familiare. In questa area cerebrale, infatti, le cosiddette cellule di posizione elaborano una rappresentazione mentale dello spazio circostante e a ciascun ambiente corrisponde una mappa diversa, costituita da insiemi distinti di cellule dell’ippocampo. Ma se il cambiamento è istantaneo, per effetto di una sorta di teletrasporto, la percezione sensoriale del nuovo ambiente contrasta con la memoria e le due diverse mappe cognitive, corrispondenti al vecchio e al nuovo contesto, entrano in competizione fra loro: nell’ippocampo si osservano cioè salti da una mappa all’altra e viceversa, a intervalli temporali brevissimi. Per una manciata di secondi regna dunque l’incertezza e la realtà circostante sembra incomprensibile, fino a quando il cervello riesce a riprendere il controllo della situazione e in modo stabile si attiva la rappresentazione corrispondente al nuovo set ambientale.

La scoperta è stata realizzata con un esperimento descritto nei dettagli nell’articolo pubblicato oggi sulla rivista scientifica Nature da Karel Jezek, Espen J. Henriksen, Edvard I. Moser, May-Britt Moser e Alessandro Treves, neuroscienziato della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di Trieste.

Il team internazionale di ricercatori ha sviluppato una procedura sperimentale per determinare come si attivi l’ippocampo in seguito a cambiamenti repentini delle caratteristiche che contraddistinguono l’ambiente in cui ci troviamo. E ha messo in evidenza come, al variare di alcune caratteristiche dello spazio circostante, nell’ippocampo dei roditori si alternino le mappe spaziali, del vecchio e del nuovo ambiente, a intervalli temporali brevissimi, ogni 100 millisecondi: come se fossero dei lampi di memoria.

Una riconciliazione ippocampale
Quando si muovono nell’ambiente, i ratti e altre specie attivano le mappe spaziali elaborate, in precedenti fasi di esplorazione dello spazio, in quella regione del cervello che negli esseri umani sovraintende alla formazione delle memorie episodiche: l’ippocampo.

L’esperimento, realizzato al Kavli Institute for Systems Neuroscience and Centre for the Biology of Memory in Norvegia, riesce a sondare, per la prima volta su scale temporali così brevi, il legame tra le funzioni dell’ippocampo relative alla memoria, abbondantemente studiate anche negli esseri umani, e quelle relative alla cognizione spaziale, più facilmente accessibili nei roditori.

Nella procedura sperimentale, il ratto familiarizza con due ambienti apparentemente molto diversi tra loro, di cui nell’ippocampo si formano le rispettive rappresentazioni.

Quando il ratto è nuovamente collocato all’interno di tali ambienti ricorda di averli già visitati perché ne possiede una mappa spaziale. In realtà, l’ambiente A e quello B differiscono solo per il sistema di illuminazione: in un caso la luce è bianca e proviene dal pavimento, nell’altro la luce è verde e proviene dalla parete.

Spegnendo un set di luci (A) e accendendo l’altro (B), i ricercatori hanno osservato cosa accade nell’ippocampo del roditore al brusco variare del contesto spaziale. «Grazie al cambio improvviso delle luci, il ratto si trova istantaneamente dall’ambiente A nell’ambiente B, come se lo avessimo teletrasportato - spiega Treves -. Subito dopo questo switch, abbiamo registrato nel suo ippocampo un’alternanza, per alcuni secondi, delle rappresentazioni dei due contesti ambientali (A e B): ad intervalli di tempo a volte brevissimi, di 100 millisecondi, ovvero un decimo di secondo, si verificano dei salti da una mappa spaziale all’altra, come se il ratto si chiedesse ripetutamente «dove sono?»».
I salti dalla rappresentazione corrispondente all’ambiente A a quella di B esprimono l’incertezza del ratto, che si risolve nell’arco di pochi secondi.

«Per la prima volta siamo riusciti a osservare un fenomeno determinato dalla memoria su scale temporali molto brevi: le due possibili rappresentazioni spaziali infatti si alternano in modo imprevedibile, in pochi secondi, fino a che il ratto si lascia guidare dai nuovi stimoli visivi, quelli dell’ambiente B. Abbiamo così messo nuovamente in evidenza come nei roditori la mappatura dello spazio non sia fine a se stessa, ma funzionale alla capacità di conservare informazioni in memoria e riutilizzarle in seguito per orientarsi» commenta Treves.

Lo studio con i ratti consente di registrare l’attività dei neuroni dell’ippocampo e capirne il funzionamento. Molti laboratori nel mondo utilizzano questo approccio, basato sulla elegante codifica della posizione spaziale espressa dalle cellule di questa regione del cervello, ma finora era stato difficile utilizzare lo stesso approccio per indagare le funzioni relative alla memoria e rapportarsi, così, con i risultati della ricerca delle scienze cognitive sugli esseri umani.

Theta-paced flickering between place-cell maps in the hippocampus di Karel Jezek, Espen J. Henriksen, Alessandro Treves, Edvard I. Moser e May-Britt Moser
Nature doi:10.1038/nature10439