Una mappa rivista su dove risiede la memoria di lavoro nel cervello
I risultati di topi geneticamente diversi mettono in discussione le ipotesi di lunga data su come il cervello sia in grado di trattenere brevemente informazioni importanti.
Memoria di lavoro: è come creare una lista della spesa mentale senza dimenticare il latte, o memorizzare un numero abbastanza a lungo da scriverlo. Ma la memoria di lavoro è più che un prerequisito per il successo di una commissione : la capacità di trattenere brevemente le informazioni nella nostra mente è al centro di quasi tutto ciò che facciamo.
Studi pionieristici negli anni '70 e '80 hanno rintracciato le basi neurali della memoria di lavoro nella corteccia prefrontale del cervello.
Lì, i neuroni sembrano preservare le informazioni scaricando collettivamente da secondi a minuti, molto più a lungo della norma del millisecondo per i singoli neuroni.
Ma questo meccanismo da solo non spiega gli aspetti più complicati della memoria di lavoro, incluso, ad esempio, come possiamo tenere a mente più di un elemento, o affrontare distrattori e ricordare ancora la cosa a cui teniamo.
"È diventato sempre più chiaro che l'attività persistente nella corteccia prefrontale, sebbene importante, non può essere l'intera storia", afferma Rajasethupathy, Jonathan M. Nelson Family Assistant Professor.
Per indagare ulteriormente su questo, il team di Rajasethupathy ha collaborato con Praveen Sethupathy e il suo laboratorio presso la Cornell University per esplorare come funziona la memoria di lavoro tra una popolazione speciale di topi geneticamente diversi.
"A differenza dei topi di laboratorio standard, questi topi hanno un livello di diversità genetica che rispecchia quello delle popolazioni umane", dice Sethupathy, "Ciò significa che alcuni possono essere bravi nei compiti di memoria di lavoro, e altri non così tanto, e possiamo studiare cosa nella fisiologia del loro cervello dà origine a tale variabilità ".
I topi non possono ripetere una lista della spesa per mostrare le loro capacità di memoria.
Ma quando vengono messi in un labirinto, preferiscono esplorare un nuovo braccio del labirinto ad ogni visita. Il successo con cui un topo trova un nuovo territorio all'interno del labirinto è quindi una misura della sua memoria di lavoro.
Come previsto, gli scienziati hanno visto ampie variazioni nelle prestazioni dei topi e una successiva analisi genetica ha evidenziato un posto nel genoma che potrebbe spiegare una parte considerevole - il 17% - di tale variabilità.
Lì, i ricercatori hanno trovato un gene con effetti sorprendenti sulla memoria di lavoro degli animali. Aumentando la sua espressione, potrebbero trasformare un topo abituato a esibirsi a livello casuale a uno che lo fa bene l'80% delle volte o creare più topi smemorati ostacolando l'espressione del gene.
Dai geni ai circuiti cerebrali
Il team ha quindi studiato in che modo questo gene, che esiste anche in altri mammiferi e umani, influenza il cervello e il comportamento di un topo.
Il gene codifica per Gpr12, un "recettore orfano", così chiamato perché non è chiaro quale molecola nel cervello lo attivi.
Con loro sorpresa, i ricercatori hanno scoperto che questi recettori non si trovano nella corteccia prefrontale, la presunta sede della memoria di lavoro, ma nei neuroni molto più lontani nel talamo del cervello.
I topi ad alte prestazioni avevano circa 2,5 volte più di questi recettori nel loro talamo rispetto ai topi a basse prestazioni. Le registrazioni dell'attività cerebrale hanno rivelato che questi recettori aiutano a stabilire un'attività sincrona tra il talamo e la corteccia prefrontale durante le attività di memoria di lavoro.
Questa sincronia sembra essere essenziale per mantenere la memoria, i ricercatori hanno scoperto: più era alta, più era probabile che il topo facesse una scelta accurata "sinistra o destra" quando si trovava a un bivio nel labirinto, dimostrando che aveva ricordato le informazioni ottenute in una visita precedente.
"Dimostriamo che i topi che funzionano meglio, hanno più di questi recettori e sono quindi in grado di stabilire una maggiore sincronia", ha detto Rajasethupathy.
I risultati ampliano i modelli classici rivelando il ruolo cruciale del dialogo tra la corteccia prefrontale e il talamo, suggerendo nuovi modi per i ricercatori di pensare alla memoria di lavoro.
Rajasethupathy e i suoi colleghi hanno in programma di continuare a studiare i dettagli del ruolo svolto dai recettori Gpr12 - lavoro che potrebbe portare a potenziali bersagli terapeutici per il trattamento dei deficit nella memoria di lavoro.
"È raro trovare un singolo gene con una forte influenza su una funzione cognitiva complessa come la memoria di lavoro", dice. "Ma in questo caso è successo e ci ha portato a meccanismi inaspettati coinvolti nella memoria di lavoro".
Reference:
- Kuangfu Hsiao, Chelsea Noble, Wendy Pitman, Nakul Yadav, Suraj Kumar, Gregory R. Keele, Andrea Terceros, Matt Kanke, Tara Conniff, Christopher Cheleuitte-Nieves, Ravi Tolwani, Praveen Sethupathy, Priyamvada Rajasethupathy. A Thalamic Orphan Receptor Drives Variability in Short-Term Memory. Cell, 2020; DOI: 10.1016/j.cell.2020.09.011
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Tags: cervello geni, memoria di lavoro
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