I ricercatori hanno scoperto i meccanismi chiave del cervello per organizzare i ricordi nel tempo.
Il nuovo studio descrive in dettaglio la scoperta dei meccanismi fondamentali mediante i quali la regione dell'ippocampo del cervello organizza i ricordi in sequenze e come questo può essere utilizzato per pianificare il comportamento futuro.
La scoperta potrebbe essere un primo passo fondamentale verso la comprensione dei fallimenti della memoria nei disturbi cognitivi come il morbo di Alzheimer e altre forme di demenza.
Combinando le tecniche di registrazione elettrofisiologica nei roditori con un'analisi statistica di apprendimento automatico di enormi quantità di dati, i ricercatori hanno scoperto prove che suggeriscono che il dell'ippocampo la rete codifica e preserva le progressioni delle esperienze per aiutare nel processo decisionale.
“Il nostro cervello tiene un registro abbastanza buono di quando si verificano esperienze o eventi specifici. Questa capacità ci aiuta a funzionare nella nostra vita quotidiana, ma prima di questo studio non avevamo un'idea chiara dei meccanismi neuronali alla base di questi processi", afferma l'autore corrispondente Norbert Fortin, professore associato di neurobiologia e comportamento presso l'Università della California, Irvine.
"Il punto in cui si collega a tutti è che questo tipo di memoria è fortemente compromesso in una varietà di disturbi neurologici o semplicemente con l'invecchiamento, quindi abbiamo davvero bisogno di sapere come funziona questa funzione cerebrale".
Il progetto, il cui completamento ha richiesto più di tre anni, ha previsto fasi sperimentali e di analisi dei dati. I ricercatori hanno monitorato l'attivazione dei neuroni nel cervello dei topi mentre venivano sottoposti a una serie di test di identificazione degli odori. Presentando cinque diversi odori in varie sequenze, gli scienziati sono stati in grado di misurare la memoria degli animali della sequenza corretta e rilevare come il loro cervello ha catturato queste relazioni sequenziali.
"L'analogia a cui penserei è l'informatica", dice Fortin. «Se dovessi conficcarti degli elettrodi nel cervello... non possiamo; ecco perché usiamo i topi: ho potuto vedere quali cellule si attivano e quali non si attivano in un dato momento. Questo ci fornisce alcune informazioni su come il cervello rappresenta e calcola le informazioni. Quando registriamo i modelli di attività in una struttura, è come se vedessimo zero e uno in un computer".
Ottenute a intervalli di millisecondi nell'arco di diversi minuti, le misurazioni dell'attività neuronale e dell'inattività presentano un quadro dinamico del funzionamento del cervello. Fortin afferma che lui e i suoi colleghi erano, in qualche modo, in grado di "leggere la mente" dei loro soggetti osservando la "codifica" delle cellule - quali stavano sparando e quali no - in rapida successione.
Muoversi rapidamente
"Quando stai pensando a qualcosa, si muove rapidamente", dice. “Non sei bloccato su quel ricordo a lungo. In questo momento, viene rappresentato, ma possiamo vedere come cambia molto rapidamente".
Fortin sapeva fin dall'inizio che le letture dell'attività dell'ippocampo si sarebbero tradotte in enormi quantità di dati grezzi. Fin dalle fasi iniziali del progetto, ha arruolato la partecipazione di statistici alla Donald Bren School of Information & Computer Sciences.
“Le domande sulle neuroscienze che avevamo all'epoca nel mio laboratorio erano troppo avanzate per le conoscenze statistiche che avevamo. Ecco perché dovevamo coinvolgere partner con esperienza nella scienza dei dati", afferma Fortin.
"Questi studi emergenti sulle neuroscienze si basano sui metodi della scienza dei dati a causa della complessità dei loro dati", afferma il coautore senior Babak Shahbaba, professore di statistica. “Le attività cerebrali vengono registrate su scala di millisecondi e questi esperimenti durano più di un'ora, quindi puoi immaginare quanto velocemente cresce la quantità di dati. Si arriva a un punto in cui i neuroscienziati hanno bisogno di tecniche più avanzate per realizzare ciò che avevano immaginato ma che non sono stati in grado di implementare".
Osserva che quando i neuroni codificano informazioni come i ricordi, gli scienziati possono dare un'occhiata a quel processo esaminando il modello di attività di picco su tutti i neuroni registrati, noti collettivamente come un insieme.
"Abbiamo scoperto che potevamo trattare questi schemi neurali come immagini e questo ha sbloccato la nostra capacità di applicare metodi di apprendimento automatico approfonditi", afferma Shahbaba. "Abbiamo analizzato i dati con una rete neurale convoluzionale, che è una metodologia utilizzata frequentemente nelle applicazioni di elaborazione delle immagini come il riconoscimento facciale".
In questo modo, i ricercatori sono stati in grado di decodificare l'attivazione dei neuroni per recuperare informazioni.
"Sappiamo come appare la firma dell'odore B, proprio come conosciamo quelle per A, C e D", afferma Fortin. “Per questo motivo, puoi vedere quando quelle firme riappaiono in un momento diverso, come quando i nostri soggetti si aspettano qualcosa che deve ancora accadere. Stiamo vedendo queste firme essere riprodotte rapidamente mentre pensano al futuro".
Shahbaba afferma che gli strumenti e le metodologie sviluppati durante questo progetto possono essere applicati a un'ampia gamma di problemi e Fortin potrebbe estendere la sua linea di indagine ad altre regioni del cervello.
Informazioni sugli autori
Il lavoro appare in Nature Communications.
I finanziamenti sono arrivati dal National Institutes of Health, dalla National Science Foundation e dalla Whitehall Foundation.
Fonte: UC Irvine
Libri sul miglioramento delle prestazioni dall'elenco dei best seller di Amazon
"Picco: i segreti della nuova scienza della competenza"
di Anders Ericsson e Robert Pool
In questo libro, gli autori attingono alla loro ricerca nel campo della competenza per fornire approfondimenti su come chiunque può migliorare le proprie prestazioni in qualsiasi area della vita. Il libro offre strategie pratiche per sviluppare abilità e raggiungere la padronanza, con particolare attenzione alla pratica deliberata e al feedback.
Clicca per maggiori informazioni o per ordinare
"Abitudini atomiche: un modo semplice e comprovato per costruire buone abitudini e abbattere quelle cattive"
di James Clear
Questo libro offre strategie pratiche per costruire buone abitudini e abbandonare quelle cattive, con particolare attenzione ai piccoli cambiamenti che possono portare a grandi risultati. Il libro si basa su ricerche scientifiche ed esempi del mondo reale per fornire consigli pratici a chiunque cerchi di migliorare le proprie abitudini e raggiungere il successo.
Clicca per maggiori informazioni o per ordinare
"Mindset: la nuova psicologia del successo"
di Carol S. Dweck
In questo libro, Carol Dweck esplora il concetto di mentalità e come può influire sulle nostre prestazioni e sul successo nella vita. Il libro offre approfondimenti sulla differenza tra una mentalità fissa e una mentalità di crescita e fornisce strategie pratiche per sviluppare una mentalità di crescita e ottenere un maggiore successo.
Clicca per maggiori informazioni o per ordinare
"Il potere dell'abitudine: perché facciamo quello che facciamo nella vita e negli affari"
di Charles Duhigg
In questo libro, Charles Duhigg esplora la scienza alla base della formazione delle abitudini e come può essere utilizzata per migliorare le nostre prestazioni in tutti gli ambiti della vita. Il libro offre strategie pratiche per sviluppare buone abitudini, rompere quelle cattive e creare cambiamenti duraturi.
Clicca per maggiori informazioni o per ordinare
"Più intelligente, più veloce, meglio: i segreti per essere produttivi nella vita e negli affari"
di Charles Duhigg
In questo libro, Charles Duhigg esplora la scienza della produttività e come può essere utilizzata per migliorare le nostre prestazioni in tutti gli ambiti della vita. Il libro si basa su esempi e ricerche del mondo reale per fornire consigli pratici per ottenere una maggiore produttività e successo.
