Ultime scoperte scientifiche: scoperti i meccanismi di formazione della memoria

Ultime scoperte scientifiche: il MIT scopre i meccanismi molecolari di formazione della memoria

Le ultime scoperte scientifiche del MIT sono davvero sbalorditive! Infatti i neuroscienziati dell’istituto americano scoprono un percorso cellulare che codifica i ricordi, rafforzando le sinapsi specifiche.

Nello specifico, i neuroscienziati del MIT hanno scoperto un percorso cellulare che consente a sinapsi specifiche di diventare più forti durante la formazione della memoria. I risultati forniscono il primo assaggio del meccanismo molecolare mediante il quale la memoria a lungo termine è codificata in una regione dell’ippocampo chiamata CA3.

I ricercatori hanno scoperto che una proteina chiamata Npas4, precedentemente identificata come un controller principale dell’espressione genica innescata dall’attività neuronale, controlla la forza delle connessioni tra i neuroni nel CA3 e quelli in un’altra parte dell’ippocampo chiamata “The dentate gyrus”. Senza Npas4, i ricordi a lungo termine non possono formarsi.

“Il nostro studio identifica un meccanismo sinaptico dipendente dall’esperienza per la codifica della memoria in CA3 e fornisce la prima prova di un percorso molecolare che lo controlli selettivamente”, dice Yingxi Lin, professore associato di scienze cognitive e membro del McGovern Institute del MIT per la Brain Research.

Lin è l’autore senior dello studio, che appare l’8 febbraio sulla rivista scientifica Neuron. L’autore principale del paper è lo scienziato ricercatore del McGovern Institute, Feng-Ju (Eddie) Weng.

La forza sinaptica

I neuroscienziati sanno da tempo che il cervello codifica i ricordi alterando la forza delle sinapsi o delle connessioni tra i neuroni. Ciò richiede interazioni di molte proteine ​​trovate in entrambi i neuroni presinaptici, che inviano informazioni su un evento e neuroni postsinaptici, che ricevono le informazioni.

I neuroni nella regione CA3 svolgono un ruolo critico nella formazione di memorie contestuali, che sono memorie che collegano un evento con il luogo in cui è avvenuto o con altre informazioni contestuali come il tempo o le emozioni. Questi neuroni ricevono input sinaptici da tre percorsi diversi e gli scienziati hanno ipotizzato che uno di questi input, dal dentate gyrus, sia fondamentale per codificare nuove memorie contestuali. Tuttavia, il meccanismo di come queste informazioni siano codificate non era ancora noto.

In uno studio pubblicato nel 2011, Lin e i colleghi hanno scoperto che Npas4, un gene che viene attivato immediatamente dopo le nuove esperienze, sembra agire come un controller principale del programma di espressione genica richiesto per la formazione della memoria a lungo termine. Hanno anche scoperto che Npas4 è più attivo nella regione CA3 dell’ippocampo durante l’apprendimento. Questa attività era già nota per essere richiesta per un rapido apprendimento contestuale, come richiesto durante un tipo di compito noto come condizionamento della paura contestuale. Durante il condizionamento, i topi ricevono una leggera scossa elettrica quando entrano ed esplorano una camera specifica. In pochi minuti, i topi imparano a temere la camera e la volta successiva che entrano, si bloccano.

Quando i ricercatori hanno eliminato il gene Npas4 hanno scoperto che i topi non ricordavano l’evento spaventoso. Hanno anche provato lo stesso effetto quando hanno eliminato il gene proprio nella regione CA3 dell’ippocampo. Ma bussare ad altre parti dell’ippocampo non ha avuto alcun effetto sulla memoria.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno esplorato in modo più dettagliato come Npas4 eserciti i suoi effetti. Il laboratorio di Lin aveva precedentemente sviluppato un metodo che consente di risaltare i neuroni CA3 che vengono attivati ​​durante questo condizionamento della paura. Utilizzando lo stesso processo, i ricercatori hanno dimostrato che durante l’apprendimento, alcuni input sinaptici dei neuroni CA3 sono rafforzati, ma non altri. Inoltre, questo rafforzamento richiede la Npas4.

Gli input rafforzati in modo selettivo provengono da un’altra parte dell’ippocampo chiamata “The dentate gyrus”. Questi segnali trasmettono informazioni sulla posizione in cui si è verificata l’esperienza spaventosa.

Senza Npas4, le sinapsi che arrivavano dal dentate gyrus al CA3 non riuscivano a rafforzarsi e i topi non potevano formare ricordi dell’evento. Ulteriori esperimenti hanno rivelato che questo rafforzamento è richiesto specificatamente per la codifica della memoria ma non per il recupero di memorie già formate. I ricercatori hanno anche scoperto che la perdita di Npas4 non ha influenzato gli input sinaptici che i neuroni CA3 ricevono da altre fonti.

Kimberly Raab-Graham, professore associato di fisiologia e farmacologia alla Wake Forest University School of Medicine, afferma che i ricercatori hanno utilizzato una varietà impressionante di tecniche per dimostrare inequivocabilmente che la formazione della memoria contestuale è strettamente controllata ad Npas4.

“Il risultato principale dello studio è che la memoria contestuale è guidata da un singolo circuito e arriva a un singolo fattore di trascrizione”, dice Raab-Graham, che non è stato coinvolto nello studio. “Quando hanno eliminato il fattore di trascrizione, hanno rimosso la formazione contestuale della memoria e potevano ripristinarla aggiungendo lo stesso.

Manutenzione delle sinapsi

I ricercatori hanno anche identificato uno dei geni che Npas4 controlla per esercitare questo effetto sulla forza della sinapsi. Questo gene, noto come plk2, è coinvolto nel restringimento delle strutture postsinaptiche. Npas4 attiva plk2, riducendo quindi la dimensione e la forza della sinapsi. Ciò suggerisce che Npas4 stesso non rafforza le sinapsi, ma mantiene le sinapsi in uno stato che consente loro di essere rafforzate quando necessario. Senza Npas4, le sinapsi diventano troppo forti e quindi non possono essere indotte a codificare i ricordi e rafforzarli ulteriormente.

“Quando si estrae Npas4, la forza sinaptica è quasi satura”, afferma Lin. “E poi quando l’apprendimento ha luogo, anche se le celle di codifica della memoria possono essere risaltate, non si vede più il rafforzamento di quelle connessioni.”

Nel lavoro futuro, Lin spera di studiare in che modo il circuito che collega il dentate gyrus al CA3 interagisce con altri percorsi richiesti per il recupero della memoria. “In qualche modo c’è un pò di diafonia tra i diversi percorsi in modo che una volta archiviate le informazioni, possano essere recuperate dagli altri ingressi”, dice Lin.

La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health, dal James H. Ferry Fund e da una Swedish Brain Foundation Research Fellowship. 

Secondo noi questa è una delle ultime scoperte scientifiche più interessanti che riguardano il nostro cervello e le implicazioni che potranno avere nel campo della ricerca scientifica saranno sicuramente notevoli.

Fonte: http://news.mit.edu/2018/study-reveals-molecular-mechanisms-memory-formation-0208