La maggior parte dei ricordi svanisce nel giro di pochi giorni o settimane, mentre alcuni di essi persistono per mesi, anni o addirittura per tutta la vita. Cosa consente a certe esperienze di lasciare un’impronta così duratura nei nostri circuiti neurali? Questa è una domanda secolare in neurobiologia che non è mai stata del tutto risolta, ma nuove prove indicano una nuova sorprendente risposta.
In uno studio pubblicato su Nature Neuroscience, gli scienziati della UC San Francisco hanno scoperto che nei casi in cui i topi acquisiscono rapidamente una risposta ad una situazione percepita come minacciosa, per diventare un apprendimento duraturo è necessario che le cellule cerebrali aumentino la quantità di un materiale isolante, chiamato mielina, che serve a rinforzare e stabilizzare connessioni neurali di nuova formazione.
Secondo i ricercatori dell’UCSF, la ricerca continua su questo ruolo della mielina nell’apprendimento potrebbe un giorno portare a nuovi trattamenti per patologie come il disturbo da stress post-traumatico (PTSD), in cui i ricordi intrusivi e indesiderati vengono continuamente recuperati perché sono così fortemente codificati nel cervello.
“Scopriamo che una singola, breve, esperienza di apprendimento della paura può causare cambiamenti a lungo termine nella mielinizzazione e associandosi a cambiamenti neurofisiologici all’interno del cervello che possono essere rilevati anche un mese dopo“, ha detto l’autore dello studio Mazen Kheirbek, PhD, assistente professore nel Dipartimento di Psichiatria e membro dell’UCSF Weill Institute for Neurosciences.
“Studiare il ruolo della nuova formazione di mielina nell’apprendimento adattativo e disadattivo è un’importante opportunità sia per comprendere i meccanismi di base dell’apprendimento e della memoria, sia per identificare nuovi obiettivi per il trattamento dei disturbi dell’umore e dell’ansia“, ha affermato.
Kheirbek, la cui ricerca presso l’UCSF si concentra sui circuiti neuronali che generano comportamenti legati all’umore e all’ansia, ha supervisionato lo studio congiuntamente con Jonah Chan e Andy Rachleff. Il focus è stato posto sul come il cervello crea la mielina e perché decade nella sclerosi multipla (SM).
La crescente evidenza che la mielina gioca un ruolo nell’apprendimento a lungo termine
La mielina si forma durante lo sviluppo iniziale da cellule cerebrali chiamate oligodendrociti, che si avvolgono centinaia di volte attorno agli assoni ramificati che emanano da alcuni neuroni chiave. Ciò forma una spessa guaina di proteine e grassi che agisce come un farebbe un isolante attorno a un cavo elettrico, rafforzando e accelerando la trasmissione elettrica nelle vie nervose che collegano un neurone al successivo.
Questo isolamento è particolarmente importante per le “autostrade dell’informazione” più trafficate del nostro cervello, come le fibre nervose ad alta velocità che possono estendersi per 90 centimetri o più, dando modo al cervello di inviare un comando quasi istantaneo ai muscoli del corpo.
Il danno alla mielina e la perdita del controllo muscolare sono i segni distintivi della sclerosi multipla (SM), ma relativamente poca attenzione è stata data alla possibilità che la mielina possa anche subire cambiamenti dinamici nel cervello di un adulto sano.
Tuttavia, negli ultimi anni gli scienziati hanno scoperto il processo di nuova formazione di mielina (definito mielinizzazione) all’interno del cervello durante l’apprendimento a lungo termine, in particolare nell’apprendimento motorio (es. i topi imparano a correre su ruote complesse) e nell’apprendimento spaziale (es. i topi imparano a ritrovare la via del ritorno in una posizione particolare all’interno di un labirinto).
Gli scienziati sanno da decenni che l’apprendimento dipende inizialmente dalla capacità del cervello di “ricablare” se stesso formando nuove connessioni tra i neuroni. Questi nuovi studi rappresentano prove crescenti che la capacità della mielina di rafforzare e mantenere queste nuove connessioni possa determinare ciò che rende maggiormente stabili i ricordi.
Apprendimento: la mielina solida può stabilizzare i ricordi persistenti
Il nuovo studio in oggetto va oltre questi risultati, dimostrando che i cambiamenti nella mielina svolgono un ruolo critico non solo nei movimenti fisici degli animali, ma anche nel creare ricordi emotivi di lunga durata.
Quando i topi ricevono una leggera scossa elettrica al piede in una camera di condizionamento con vari segnali contestuali, imparano rapidamente ad associare la scossa a quello specifico contesto: quando vengono successivamente riportati nella stessa camera si bloccano, anche in assenza della scossa. Questo viene interpretato come un’espressione comportamentale della paura ricordata.
Nel loro nuovo studio, i ricercatori dell’UCSF hanno determinato che l’acquisizione del ricordo di uno shock al piede era accompagnata da una maggiore formazione di mielina nella corteccia prefrontale mediale, una regione del cervello importante per la formazione di memorie a lungo termine.
Per verificare se questa nuova mielina fosse necessaria per l’apprendimento degli animali, i ricercatori hanno ripetuto l’esperimento con topi geneticamente modificati al fine di non riuscire a formare nuova mielina. Questi topi inizialmente si sono anch’essi bloccati nella camera di condizionamento, ma a differenza dei topi normali la loro paura sembrava svanire dopo circa un mese. I ricercatori hanno concluso che la nuova formazione di mielina non è necessaria per l’apprendimento iniziale, ma svolge un ruolo specifico nel consolidamento e nel mantenimento di ricordi di lunga durata.
Poiché la mielina agisce per aumentare la velocità e l’efficienza dei segnali che passano lungo gli assoni, i cambiamenti nella mielinizzazione possono influenzare importanti schemi di trasmissione elettrica all’interno delle reti neurali. Nel loro nuovo studio i ricercatori hanno scoperto che perdere la capacità di formare una nuova mielina ha prodotto cambiamenti a lungo termine nell’attività dei neuroni nella corteccia prefrontale del topo.
Simon Pan, PhD della UCSF, ha concepito e avviato il progetto interdisciplinare tra i laboratori Chan e Kheirbek. “Questo studio è un progresso significativo nella nostra comprensione di come il cervello si rimodella in risposta a un’esperienza di apprendimento“, ha detto Pan. “Una proprietà cardine della mielina è la sua stabilità, che la posiziona in un ruolo centrale per supportare i ricordi duraturi, anche per tutta la vita, nell’uomo, nei topi e in altri animali“.
Comprendere la plasticità della mielina potrebbe aiutare il trattamento della sindrome da stress post-traumatico (PTSD)
In un esperimento, i ricercatori dell’UCSF hanno scoperto che i topi prima trattati con l’antistaminico clemastina fumarato (una potenziale terapia per la SM identificata da Chan nel 2014 che funziona aumentando la produzione di mielina) hanno mostrato un ricordo a lungo termine insolitamente robusto della memoria della paura condizionata.
I coautori dello studio hanno osservato che la risonanza magnetica (MRI) dei soldati veterani con diagnosi di PTSD suggerisce che hanno evidenziato un aumento del contenuto di mielina nell’ippocampo del cervello, una regione associata a esperienze consolidanti, trasferendole dalla memoria a breve termine a quella a lungo termine.
“Ciò solleva la possibilità che la mielinizzazione aberrante possa essere implicata nella fisiopatologia del PTSD“, ha detto Kheirbek. “Le intense risposte alla paura osservate nei pazienti con PTSD possono essere paragonabili alle maggiori risposte alla paura esibite dai topi trattati con clemastina con mielinazione aumentata. La plasticità della mielina potrebbe essere utile per l’apprendimento di compiti complessi come suonare un pianoforte o ricordare luoghi, ma anche dannoso se conduce a persistenti risposte troppo generiche date alla paura di situazioni quotidiane“.
Chan ha aggiunto: “Ora stiamo vedendo che il processo di generazione e mielinizzazione degli oligodendrociti può essere abbastanza dinamico nel normale cervello adulto. È una forma di plasticità che risponde all’esperienza e che provoca cambiamenti di lunga durata. Questo è un concetto molto recente per il quale siamo ancora nei primi passi esplorativi“.
Lo studio
- Simon Pan, Sonia R. Mayoral, Hye Sun Choi, Jonah R. Chan, Mazen A. Kheirbek. Preservation of a remote fear memory requires new myelin formation. Nature Neuroscience, 2020; DOI: 10.1038/s41593-019-0582-1
Crediti immagine: Laura Fuhrman
