lunedì 31 marzo 2014

Pochi neuroni codificano le nostre memorie!

di Alberto Carrara, LC

Nell’ambito della memoria umana, quando l’antropologia filosofica incontra le neuroscienze, più che di “memoria” al singolare, è bene parlare di “memorie”.

Un ultimissimo studio molecolare sul modello genetico per eccellenza, il moscerino della frutta, noto agli specialisti con il nome scientifico di Drosophila melanogaster, condotto da ricercatori del Florida campus of The Scripps Research Institute (TSRI), è stato pubblicato da poco su Current Biology con questo titolo: Dopaminergic Modulation of cAMP Drives Nonlinear Plasticity across the Drosophila Mushroom Body Lobes (Current Biology, Published online March 27 2014 doi:10.1016/j.cub.2014.03.021).


Gli autori della ricerca, Tamara Boto, Thierry Louis, Kantiya Jindachomthong, Kees Jalink e Seth M. Tomchik, hanno studiato i cambiamenti cerebrali a livello di mappaggio di singoli neuroni involucrati nella mediazione e formazione delle memorie sensibili.

Le memorie sono difficili da produrre, spesso risultano fragili e dipendenti da nuemerosi e diversi fattori che includono modificazioni a livello di tipi neuronali coinvolti. Nel modello studiato del moscerino della frutta, modificato e adattato per studiare la formazione della memoria, i cambiamenti riportati dallo studio evidenziano l’interessamento di diverse parti del cervello dell’insetto. Insomma, le memorie, nella loro pluralità, coinvolgono una pluralità di neuroni e di aree neuronali.

Il mappaggio realizzato dagli scienziati del Florida campus of The Scripps Research Institute (TSRI), permetterà di progredire nella ricerca di metodiche preddittive che interessino patologie in cui si abbia un danneggiamento neuronale nell’essere umano.

Il biologo del TSRI, Seth Tomchik che ha guidato il gruppo di ricerca, ha affermato che mentre numerosi neuroni sono coinvolti nella risposta a stimoli sensoriali, soltanto una certa sottoclasse codifica attivamente per la memoria.

I neuroni indagati sono specifici ed appartengono alla classe dei neuroni DOPAminergici, cioè a quelli che rispondono al neurotrasmettitore denominato: dopamina. Tali networks dopaminergici vengono associati in letteratura alla funzione di modifica e “plasmaggio” (shaping) di alcuni comportamenti umani, tra i quali: l’apprendimento, la motivazione, la dipendenza o, meglio al plurale, le dipendenze (addiction) e l’obesità.

Nello studio i ricercatori hanno osservato la stimolazione di un gran numero di neuroni quando uno stimolo odoroso veniva associato ad un evento avverso, come, ad esempio, uno shock elettrico lieve. Attraverso l’imaging cerebrale, gli scienziati hanno potuto mappare i patterns di attivazione o repressione comparando la situazione di riposo con quella di stimolazione. È stata registrata la plasticità neuronale associata all’apprendimento nella quale i neuroni coinvolti si modificano e si generano le “tracce della memoria”.


Ecco l’abstract della ricerca:

Highlights
Dopaminergic neurons drive compartmentalized elevation of postsynaptic cAMP. Broad dopaminergic stimulation generates discrete patterns of olfactory plasticity cAMP elevation drives nonlinear spatial patterns of postsynaptic plasticity. Patterns of plasticity correlate with spatiotemporal involvement in memory

Summary
Background
Activity of dopaminergic neurons is necessary and sufficient to evoke learning-related plasticity in neuronal networks that modulate learning. During olfactory classical conditioning, large subsets of dopaminergic neurons are activated, releasing dopamine across broad sets of postsynaptic neurons. It is unclear how such diffuse dopamine release generates the highly localized patterns of plasticity required for memory formation.

Results
Here we have mapped spatial patterns of dopaminergic modulation of intracellular signaling and plasticity in Drosophila mushroom body (MB) neurons, combining presynaptic thermogenetic stimulation of dopaminergic neurons with postsynaptic functional imaging in vivo. Stimulation of dopaminergic neurons generated increases in cyclic AMP (cAMP) across multiple spatial regions in the MB. However, odor presentation paired with stimulation of dopaminergic neurons evoked plasticity in Ca2+ responses in discrete spatial patterns. These patterns of plasticity correlated with behavioral requirements for each set of MB neurons in aversive and appetitive conditioning. Finally, broad elevation of cAMP differentially facilitated responses in the gamma lobe, suggesting that it is more sensitive to elevations of cAMP and that it is recruited first into dopamine-dependent memory traces.

Conclusions

These data suggest that the spatial pattern of learning-related plasticity is dependent on the postsynaptic neurons’ sensitivity to cAMP signaling. This may represent a mechanism through which single-cycle conditioning allocates short-term memory to a specific subset of eligible neurons (gamma neurons).

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