Una cellula nervosa "engramma", in rosa, vicino a un'altra non "engramma", in bianco, nell'ippocampo (immagine ripresa da Josselyn and Tonegawa, 2020). CREDIT: ADAPTED FROM T. J. RYAN ET AL., SCIENCE 348, 1007 (2015).

Grazie a tecniche di biologia molecolare, microscopia, imaging e optogenetica, è possibile introdurre proteine fluorescenti in cavie da laboratorio e seguirne il destino nel cervello. Queste proteine si attivano e diventano fluorescenti quando un neurone si eccita. Cavie da laboratorio vengono usate in esperimenti di questo tipo: al suono di un campanello si fa seguire l'arrivo di cibo. La cavia associerà lo stimolo uditivo con l'arrivo del cibo e si preparerà a mangiare ogni volta che sentirà il campanello. La memoria fissata in questo semplice esperimento è un riflesso condizionato. Durante questi esperimenti si segue cosa accade nel cervello con le proteine fluorescenti, prima descritte. Sono stati utilizzati diversi approcci sperimentali: 1) osservazione diretta delle proteine "spia" durante l'attivazione dei neuroni dopo una determinata esperienza; questi sono i neuroni che diventeranno "neuroni engramma"; 2) perdita di funzione, le cellule "engramma" vengono disattivate prima di sottoporre la cavia a un test di memoria; la memoria, quindi, viene persa; 3) guadagno di funzione, le cellule "engramma" sono attivate artificialmente, senza che la cavia viva di nuovo l'esperienza determinante per richiamare la memoria, la quale, tuttavia, si attiva; 4) esperimenti di imitazione, il ricordo viene direttamente impiantato nel cervello della cavia, senza che questa abbia mai vissuto l'esperienza che lo genera. Questi ultimi esperimenti, in cui viene prodotta memoria in assenza di esperienza, sono svolti mediante approcci di optogenetica, una nuova disciplina che combina tecniche ottiche e genetiche per studiare i circuiti neuronali. Per esempio, si può stimolare la regione della percezione olfattiva e accoppiarla con quella in cui si è formato il ricordo di un odore come osservato in un'altra cavia, al fine di verificare se si possa indurre una risposta condizionata da quell'odore senza che la cavia lo abbia mai realmente percepito.
I neurobiologi sono riusciti a dimostrare che: 1) la memoria di un'esperienza vissuta si fissa in cellule nervose, dette neuroni "engramma", che subiscono variazioni chimiche e fisiche in seguito all'esperienza vissuta; si forma così una memoria, così si impara; 2) le cellule "engramma" associate a un ricordo possono essere collegate anche ad altre memorie di eventi diversi; 3) queste cellule sono attivate sempre da un'esperienza di apprendimento, che si traduce in alterazioni chimico-fisiche delle interazioni tra neuroni; 4) le cellule "engramma" sono riattivate da uno stimolo che era associato all'esperienza di apprendimento; quindi il recupero dell'informazione memorizzata può essere facilitato dallo stimolo associativo; 5) le cellule "engramma" di una determinata regione del cervello possono essere collegate con altre cellule "engramma" di regioni diverse.

Le cellule della microglia promuovono la formazione e l'eliminazione delle sinapsi. (Immagine ripresa da Zaki ans Cai, 2020)

I neuroni non fanno tutto da soli. Abbiamo più volte ricordato il ruolo delle cellule della glia, cioè le cellule nervose non neuronali. Recentemente, gli scienziati hanno collegato l'attività della glia con la memoria. Infatti, i processi di memorizzazione e apprendimento prevedono la formazione e l'eliminazione di sinapsi, processi che avvengono anche durante la formazione dei neuroni "engramma". Durante questi processi di trasformazione neuronale, la microglia, l'insieme di cellule della glia con funzione immunitaria, svolge un ruolo attivo nella formazione delle sinapsi a seguito di un'esperienza di apprendimento. Le cellule della microglia comunicano con i neuroni mediante una molecola che si chiama interleuchina IL-33, la quale si accumula nello spazio extracellulare tra neuroni e microglia, stimolando la formazione di dendriti. La sua concentrazione varia se il cervello sta elaborando un'esperienza. Le cellule della microglia grazie all'interleuchina IL-33 agiscono sulla matrice extracellulare promuovendo o la formazione o l'eliminazione di sinapsi, consolidando un ricordo, oppure affievolendone la memoria.
I risultati ottenuti con l'IL-33 sono così promettenti che si spera possa essere utilizzata anche per il trattamento delle malattie neurodegenerative, come l'Alzheimer. È interessante e affascinante pensare che nel momento in cui guardiamo, ascoltiamo, leggiamo, tocchiamo, odoriamo, gli stimoli ricevuti vadano immediatamente a modificare i nostri neuroni. Le modifiche, se rafforzate, si traducono in apprendimento permanente. Ciò avviene se l'equilibrio chimico-fisico tra neuroni e glia non viene disturbato. Ricordiamoci, quindi, di non disturbarlo e, noi, sappiamo come fare!

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)