Memoria-Immagine: ricostruzione 3D assistita dall’intelligenza artificiale delle sinapsi neuronali nell’ippocampo del topo. Credito immagine: laboratorio Maximov presso Scripps Research.
In uno studio sostenuto dal National Institutes of Health (NIH), i ricercatori hanno svelato le basi strutturali della formazione della memoria attraverso un’ampia rete di neuroni nel cervello dei topi.
Questo lavoro getta luce sulla natura fondamentalmente flessibile del modo in cui vengono creati i ricordi, descrivendo in dettaglio i cambiamenti correlati all’apprendimento a livello cellulare e subcellulare con una risoluzione senza precedenti. Comprendere questa flessibilità può aiutare a spiegare perché i processi di memoria e apprendimento a volte vanno storti.
I risultati, pubblicati su Science, hanno mostrato che i neuroni assegnati a una traccia di memoria riorganizzavano le loro connessioni con altri neuroni attraverso un tipo atipico di connessione chiamato bottone multisinaptico. In un bottone multisinaptico, l’assone del neurone che trasmette il segnale con le informazioni contatta più neuroni che ricevono il segnale. Secondo i ricercatori, i bottoni multisinaptici potrebbero consentire la flessibilità cellulare della codifica delle informazioni osservata in precedenti ricerche.
I ricercatori hanno anche scoperto che i neuroni coinvolti nella formazione della memoria non erano preferibilmente connessi tra loro. Questa scoperta sfida l’idea che “i neuroni che si attivano insieme si collegano insieme”, come sarebbe previsto da una teoria tradizionale dell’apprendimento.
Inoltre, i ricercatori hanno osservato che i neuroni assegnati a una traccia di memoria riorganizzavano alcune strutture intracellulari che forniscono energia e supportano la comunicazione e la plasticità nelle connessioni neuronali. Questi neuroni avevano anche interazioni migliorate con le cellule di supporto note come astrociti.
Utilizzando una combinazione di strumenti genetici avanzati, microscopia elettronica 3D e intelligenza artificiale, gli scienziati di Scripps Research Marco Uytiepo, Anton Maximov, Ph.D., e colleghi, hanno ricostruito uno schema elettrico dei neuroni coinvolti nell’apprendimento e hanno identificato cambiamenti strutturali in questi neuroni e nelle loro connessioni a livello cellulare e subcellulare.
Per esaminare le caratteristiche strutturali associate all’apprendimento, i ricercatori hanno esposto i topi a un compito di condizionamento e hanno esaminato la regione dell’ippocampo del cervello circa 1 settimana dopo. Hanno selezionato questo momento perché si verifica dopo che i ricordi sono stati codificati per la prima volta, ma prima che vengano riorganizzati per l’archiviazione a lungo termine. Utilizzando tecniche genetiche avanzate, i ricercatori hanno etichettato in modo permanente sottoinsiemi di neuroni dell’ippocampo attivati durante l’apprendimento, il che ha consentito un’identificazione affidabile. Hanno quindi utilizzato la microscopia elettronica 3D e algoritmi di intelligenza artificiale per produrre ricostruzioni in scala nanometrica delle reti neurali eccitatorie coinvolte nell’apprendimento.
Una vista 3D di un bottone multisinaptico atipico, un segno distintivo strutturale degli engrammi di memoria. Credito immagine: laboratorio Maximov presso Scripps Research
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Questo studio fornisce una visione completa dei tratti distintivi strutturali della formazione della memoria in una regione cerebrale. Solleva anche nuove domande per ulteriori approfondimenti. Studi futuri saranno cruciali per determinare se meccanismi simili operano in diversi punti temporali e circuiti neurali. Inoltre, sono necessarie ulteriori indagini sulla composizione molecolare dei bottoni multisinaptici per determinare il loro ruolo preciso nella memoria e in altri processi cognitivi.
Fonte: NIH