La plastilina neuronale dei ricordi

Se vado a vedere “Assassinio sull’Orient Express” di Kenneth Branagh (2017), come si modificheranno i miei ricordi del film di Lumet (1974)? Quale Principessa Dragomiroff si imporrà ai miei neuroni? La celebre e distaccata Judi Dench o la terrificante e meno famosa Wendy Miller? E la faccia mediterranea e contrita di Penelope Cruz si fonderà irrimediabilmente con quella mortificata e nordica di Ingrid Bergman?

Portare una macchina per la risonanza magnetica in un cinema è ancora un po’ complicato, ma le innovazioni prorompenti delle neuroscienze permettono oggi di tentare di rispondere almeno approssimativamente a domande di questo genere. Soprattutto consentono di capire in quali aree cerebrali gli esseri umani – e in quali circuiti di singoli neuroni i topi – inscrivono e riscrivono le proprie memorie. Ne ha detto bene Helen Shen su Nature del 10 gennaio 2018 e io vi propongo una sintesi.

Nei topi si usano le cosiddette tecniche di optogenetica, che permettono di visualizzare quali singoli neuroni si attivano, in quali punti del cervello, quando l’animale forma un ricordo e quando lo rievoca. In pratica funziona così: un topo ha alcuni neuroni modificati geneticamente perché producano, quando si attivano, una proteina sensibile alla luce; con una luce laser quegli stessi neuroni si possono riattivare e in questo modo il topo rievoca il proprio ricordo.

Nella foto un topo in un esperimento in cui si usa la tecnica di optogenetica inventata da Karl Deisseroth (foto: Karl Deisseroth).

Come facciamo a sapere che cosa ricorda un topo? Come per tutte le esperienze soggettive, non è detto che sapremo mai precisamente che cosa avviene nella testa di un altro essere vivente, animale o umano che sia. Per convenzione i neuroscienziati considerano che il topo mostri di ricordare qualcosa quando reagisce in modo tipico e ripetuto a uno stimolo a cui è già stato esposto. Per esempio, il topo normalmente si lecca la zampa dopo una sensazione dolorosa. Se i neuroni attivati e implicati nella traccia del ricordo erano stati geneticamente modificati, dopo la riattivazione con la luce laser il topo dovrebbe leccarsi nuovamente la zampa.

Negli esseri umani si usano tecniche meno invasive come la risonanza magnetica funzionale (fMRI) che permette di individuare non singoli neuroni attivati, ma aree con milioni di neuroni dove si crea la traccia di uno specifico ricordo.

L’orma fisica di una singola memoria ha un nome, engram, che sembra lo scherzo di un romanziere di fantascienza. Non a caso Ron Hubbard se ne era appropriato, storpiandone per la sua bislacca religione il senso che gli aveva dato Richard Semon. Uno scienziato tedesco dell’Ottocento, Semon inventò in due libri sulla memoria umana una precisa nomenclatura scientifica con cui intendeva descrivere rappresentazioni e processi.

Ma è il neurofisiologo americano Karl Lashley che ha dato fama duratura all’elusività degli engram, cercandoli per oltre trent’anni nel cervello dei ratti. Convinto che i ricordi si dovessero trovare nella corteccia, rimuoveva pezzi su pezzi di materia grigia aspettandosi che i ratti decerebrati avrebbero perso la memoria spaziale di un labirinto. Invece si orientavano sempre! Al punto che negli anni Cinquanta Lashley, sconfortato, scrisse: «A volte, riguardando [la mancanza di] prove della localizzazione delle tracce di memoria, ho la sensazione che l’apprendimento sia semplicemente impossibile». Al povero, frustratissimo Lashley mancavano l’intuizione che le tracce della memoria potessero trovarsi altrove e soprattutto la tecnologia per individuarle.

Oggi sappiamo che non esiste il neurone del ricordo della nonna. La memoria è un processo altamente distribuito in almeno dieci regioni cerebrali, se non trenta. Fra queste l’amigdala, responsabile delle emozioni, l’ippocampo, al di fuori della corteccia, e poi le aree della visione, dell’olfatto e delle altre innumerevoli sensazioni che danno gusto ai ricordi.

Come si forma una memoria? Quando un essere umano (o un topo, un ratto, un mammifero, un mollusco ecc.) ha una determinata esperienza, un piccolo gruppo di neuroni si attiva e alcuni geni si mettono al lavoro. Il risultato è che quei neuroni formano nuove connessioni o alterano la forza di connessioni già esistenti. L’insieme di queste modifiche, in tutti i neuroni coinvolti, costituisce il magazzino fisico di un ricordo.

Che cosa succede quando il ricordo è rievocato? I neuroni coinvolti si attivano nuovamente in modo simile a come si erano attivati quando la memoria si era formata per la prima volta.

È possibile cancellare un ricordo? Nel 2009 Sheena Josselyn, dell’Università di Toronto, ha aumentato sperimentalmente la concentrazione di CREB, una proteina fondamentale per la formazione dei ricordi, in alcuni neuroni dell’amigdala di topo. I neuroni con un eccesso di CREB si attivavano specialmente quando il topo imparava ad associare un suono con una sensazione dolorosa alla zampa e si riattivavano quando il ricordo veniva richiamato. Il ragionamento successivo è stato: se le cellule con tanto CREB sono una parte essenziale dell’engram del ricordo doloroso, che cosa accade se si eliminano? Scompare il ricordo? I ricercatori hanno usato una tossina per uccidere i neuroni con un eccesso di CREB e i topi non hanno più mostrato di ricordare lo stimolo spiacevole.

Sheena Josselyn intervistata alla televisione canadese CTV

È possibile creare un ricordo che non esiste? Nel 2012 Susumu Tonegawa, uno scienziato che si è dedicato alle neuroscienze dopo il premio Nobel per le sue scoperte in immunologia, ha inventato con il suo gruppo al MIT un sistema per ottenere proprio questo. In un esperimento, un topo che aveva associato un ricordo doloroso a una gabbia “insicura”, era stato spostato in una gabbia “neutra” dove non era mai stato. Qui i ricercatori hanno riattivato i neuroni che producevano il ricordo dello stimolo spiacevole e contemporaneamente i neuroni associati invece al ricordo di una precedente gabbia “sicura”. Quando il topo è tornato nella gabbia “sicura” ha mostrato una reazione di paura: il ricordo spiacevole si era unito a quello di un luogo sicuro.

Le conseguenze etiche di questi esperimenti non sono necessariamente solo inquietanti. Di certo ci saranno eccessi e abusi da evitare, ma è rassicurante immaginare che un giorno, con un piccolo intervento o più semplicemente un farmaco, si potrà forse ridare una vita normale a chi è paralizzato da una memoria ingombrante (ne avevo già scritto qui a proposito degli studi di Cristina Alberini).

Anche negli esseri umani si sono fatti notevoli progressi. Nonostante con la fMRI non si possano distinguere singoli neuroni né modificarli, nel 2005 Sean Polyn, oggi alla Vanderbilt University, ha applicato una tecnica di analisi statistica, chiamata multi-voxel pattern analysis (MVPA), allo studio della memoria umana. Nome e sigla sono respingenti, ma l’esperimento è semplice: alcuni volontari dovevano prima memorizzare tre categorie di immagini, gente famosa, luoghi, oggetti comuni, mentre la fMRI registrava l’attività nel loro cervello. Successivamente i ricercatori hanno usato un algoritmo per individuare quali schemi di attivazione nel cervello erano statisticamente più specifici per ogni categoria di immagini. Nella fase successiva i volontari entravano nuovamente nella fMRI e veniva chiesto loro di elencare tutti gli elementi che ricordavano nelle tre categorie: gli schemi di attività neuronale associati a ogni categoria si attivavano qualche secondo prima di ogni risposta. Questa è una delle prime prove che quando gli esseri umani richiamano uno specifico ricordo riattivano i gruppi di neuroni che avevano registrato quell’informazione.

Nella vita quotidiana ricordiamo più storie che categorie astratte. Janice Chen, all’Università Johns Hopkins a Baltimora, ha studiato l’attività cerebrale di alcuni volontari mentre guardavano 50 scene di Sherlock, una famosa serie della BBC. Ha trovato alcuni schemi di attivazione molto specifici, per esempio per scene che includevano o meno Sherlock o che avvenivano in interni o in esterni. La cosa curiosa è che gli schemi di attivazione erano costanti anche quando le persone raccontavano la scena in modi diversi o quando addirittura non avendo visto Sherlock riportavano quello che avevano raccontato loro persone che l’avevano visto.

Janice Chen (Università Johns Hopkins)

Come fa il cervello a collegare ricordi? Alison Preston, all’Università del Texas a Austin, ha fatto questo esperimento: ad alcune persone ha mostrato due coppie di immagini, una di seguito all’altra, con un elemento in comune (per esempio un pallone da basket e un cavallo, e un cavallo e un lago). La fMRI ha mostrato che quando le persone osservavano la seconda coppia di immagini, nel cervello si riattivava lo schema di attivazione associato al ricordo della prima.

Ricordi con elementi comuni si possono fondere in un unico ricordo? Sì, specialmente se i fatti sono acquisiti in rapida successione. Lo ha dimostrato ancora Alison Preston negli esseri umani, ma la cosa avviene anche nei topi. Alcino Silva ha per esempio osservato, all’Università della California a Los Angeles, che alcuni topi che mostravano il ricordo di uno stimolo doloroso lo facevano anche quando si trovavano in una gabbia “sicura” in cui erano stati poco prima di ricevere lo stimolo. Anche nei topi c’è una finestra temporale in cui si possono fondere due ricordi, che dura circa un’ora.

I ricordi non sono isole, sono scolpiti in una materia più malleabile del marmo e continuano a evolvere. Li modifichiamo come plastilina quando li rievochiamo, aiutati da qualche elemento di richiamo. Questa flessibilità ci aiuta a dare un ordine dinamico alle nostre esperienze e a mettere insieme i fatti che si accumulano quando hanno qualcosa di affine.

Il prezzo da pagare per questo continuo rimodellamento? La formazione di memorie fasulle o distorte, o l’inefficienza del sistema quando, invecchiando, diventiamo confusi ricombinatori di souvenir.

Per intuito ed esperienza sappiamo da molto tempo che la memoria funziona così, e la teoria di tutto questo ha circa un secolo di accumuli e sviluppi di ipotesi e frammenti di prove. Quello che mancava era la possibilità tecnologica di ricondurre la traccia fisica di un singolo ricordo – almeno nelle sue componenti fondamentali – a specifici neuroni.

P.S. Avete notato che la maggior parte delle persone coinvolte in queste ricerche sono giovani donne? Salite sulle spalle di giganti maschi, come Karl Lashley, Eric Kandel, Karl Deisseroth e tanti altri, questi esemplari XY stanno aggiungendo capitoli nuovi alla vicenda di come si formano e modificano i nostri ricordi.

 

Gli articoli e i siti che ho consultato per scrivere questo post sono inseriti nel testo. Nell’immagine di apertura (Wikipedia) una scena di “Assassinio sull’Orient Express” di Sydney Lumet (1974).

Per la lezione

Commenti

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *