Riassunto esame Psicofisiologia, Prof. Perciavalle, libro consigliato Fondamenti di psicologia fisiologica Neil Carlson

I MECCANISMI MOLECOLARI ALLA BASE DELLA MEMORIA

L’apprendimento necessita di plasticità neurale cioè della possibilità che avvengano cambiamenti

nella struttura o nella biochimica delle sinapsi.

Una sinapsi è una struttura che permette ad un neurone di influenzarne un altro. Il neurone libera

una sostanza chimica questa raggiunge l’altro neurone e ne modifica l’attività: o lo eccita o lo

inibisce. Se il neurotrasmettitore è di tipo eccitatorio, ogni volta che è attivo il primo neurone è

attivo anche il secondo; se invece si tratta di un neurotrasmettitore inibitorio, quando è attivo il

primo neurone, il secondo viene disattivato. Dunque sinapsi eccitatoria quando l’effetto è aumentare

l’attività del secondo neurone sinapsi inibitoria quando l’effetto è ridurre l’attività della seconda

cellula. Qual è la potenza di tutto questo? Una sinapsi produce un certo effetto inibitorio o

eccitatorio, se io la sinapsi la uso continuamente l’effetto diventa sempre più forte, sia l’effetto

eccitatorio sia quello inibitorio. Più si usa una sinapsi più diventa potente, più è in grado di

influenzare con maggiore intensità la cellula. Al contrario se non viene più utilizzata perde sempre

più potenza. Le reti neuronali non sono fisse, esse sono variabili cambiano continuamente in base

all’uso che ne facciamo e le modificazioni che noi osserviamo sono quello che noi chiamiamo le

nostre memorie sono ciò che abbiamo appreso, e il modo con cui queste modificazioni avvengono

sono ciò che noi chiamiamo apprendimento.

Come si modificano queste reti?

Eric Kandel ha studiato l’apprendimento non associativo del riflesso di ritrazione della branchia

nell’Aplysia californica (mollusco con un sn semplice).

Aplysia è un mollusco marino che nonostante possieda un sistema nervoso molto semplice

(costituito da circa 20.000 neuroni di grandi dimensioni, contro il miliardo circa presente nel

cervello umano) è in grado di imparare e i suoi neuroni comunicano fra loro in modo identico, per

molti versi, a quello dei neuroni umani.

APPRENDIMENTO IN APLYSIA

ABITUDINE: uno stimolo ripetuto come il tocco del sifone o del mantello fa ritirare le branchie (si

accompagna alla riduzione della quantità di neurotrasmettitore secreto dai neuroni sensoriali per

controllare il motoneurone).

SENSIBILIZZAZIONE: uno stimolo forte sulla testa amplifica la risposta di ritiro delle branchie

(dipende dall’attivazione dell’interneurone modulatore (facilitante, che rilascia serotonina) e

all’aumento del neurotrasmettitore.

Partendo da questo fenomeno che chiamò potenziamento a lungo termine, Kandel mise in moto

uno studio sulle reti neuronali umane. Il primo posto dove trovò lo stesso fenomeno fu la

cinrconvolluzione dell’ippocampo che se stimolata elettricamente l’effetto a valle che si ottiene è

sempre più potente.

La struttura cerebrale principale coinvolta nella memoria è l'ippocampo: nelle cellule

dell'ippocampo è stato verificato, in vivo, il processo di potenziamento a lungo termine (LTP), e il

danno selettivo all'ippocampo causa amnesia anterograda (famoso è il caso del paziente H.M. che

subì l'asportazione dei lobi temporali, e quindi dell'ippocampo, bilateralmente, e riportò un grave

deficit di memoria esplicita per i fatti successivi all'intervento per il resto della sua vita).

L'ippocampo e le corteccie circostanti (corteccia entorinale e paraentorinale) svolgono un ruolo nel

processo di memorizzazione: lesioni anche molto gravi in queste aree causano amnesia anterograda

(per le nuove esperienze), ma non retrograda (ovvero, della memoria già immagazzinata, che deve

essere registrata altrove, probabilmente nelle aree associative delle cortecce prefrontale e frontale).

Il Potenziamento a Breve termine è quello coinvolto nella memoria di lavoro (o nella memoria a

breve termine), e consiste in una alterazione temporanea delle sinapsi coinvolte, che vengono

ipersensibilizzate tramite la sintesi di nuovi recettori di membrana.

Il Potenziamento a Lungo Termine richiede più tempo e coinvolge anche vie metaboliche

differenti, che finiscono con l'attivare proteine che modificano l'espressione genica, e, in ultima

analisi, rinforzano in maniera molto più duratura le sinapsi.

MECCANISMI MOLECOLARI DELLA MEMORIA

E’ ormai generalmente accettato che la MBT sia di natura elettrica, legata cioè ad una

momentanea modificazione del potenziale di membrana dei neuroni coinvolti.

La MLT invece sarebbe su base chimica, legata cioè alla sintesi di nuove sinapsi conseguenti ad

una attivazione della sintesi proteica nei neuroni coinvolti.

D. Hebb e la plasticità sinaptica “hebbiana"

La plasticità delle sinapsi nel SNC è stata ipotizzata nel 1949 da Donald Hebb che, nella sua

“Teoria del Consolidamento”, ipotizzò che la ripetuta attivazione della cellula presinaptica è in

di indurre modificazioni strutturali in grado di migliorare l’efficienza della trasmissione

grado

sinaptica. Hebb DO, The organization of behavior. Wiley, New York, 1949.

L’efficacia della sinapsi tra due neuroni aumenta ogni qualvolta questi si trovano ad essere attivi

nello stesso momento. Negli ultimi 50 anni è stato ampiamente dimostrato che esistono numerosi

paradigmi sperimentali in cui si verificano modificazioni nella forza delle sinapsi, in grado di

coinvolti, dipendenti dall’attività nervosa.

indurre modificazioni plastiche dei circuiti cerebrali

Come fanno a modificarsi le sinapsi?

La plasticità neurale si deve a particolari proteine con attività antiapoptotica sui neuroni, chiamate

Fattori di Crescita o NEUROTROFINE.

L'NGF (Nerve Growth Factor) è stata la prima neurotrofina ad essere identificata; la scoperta si

deve a Rita Levi Montalcini e a Stanley Cohen che, per questa scoperta, nel 1986, hanno ricevuto il

Premio Nobel per la Medicina e la Fisiologia. Dopo l'NGF, sono stati scoperti altri fattori di

crescita, come:

BDNF ( Brain-Derived Neurotrophic Factor ),

NT3 ( NeuroTrophin - 3 ),

NT4/5 ( NeuroTrophin - 4/5 ), che costituiscono la famiglia delle neurotrofine.

COME SI PASSA DALLA MBT ALLA MLT IN CASO DI DATI ESPLICITI?

A titolo di esempio, possiamo immaginare che se leggo un numero di telefono, la sua momentanea

memorizzazione (working memory) avverrebbe mediante semplici variazioni di potenziale di

membrana.

Se invece il numero lo rileggo diverse volte, le variazioni di potenziale dei neuroni ippocampali

diventerebbero LTP che, a sua volta, farebbe sintetizzare ai neuroni

coinvolti particolari proteine dette neurotrofine (NGF, BDNF, ecc.), responsabili delle

modificazioni plastiche alla base della memoria a lungo termine.

Il potenziamento a lungo termine (Long Term Potentiation: LTP) è un aumento della forza della

trasmissione sinaptica che si verifica con l'uso ripetitivo della stessa e che può durare fino ad alcuni

minuti.

Nell'ippocampo, dove prevalgono i neuroni eccitatori , il verificarsi della LTP rende più eccitabile i

neuroni per diverse ore. Può essere attivata da meno di 1 secondo di intensa attività sinaptica e può

durare ore o anche molto di più.

Può essere indotta in vari luoghi del cervello, ma soprattutto nell'ippocampo ed è stato quindi

suggerito che possa essere coinvolta nella memoria.

COME SI PASSA DALLA MBT ALLA MLT?

Si ritiene che quando uno stimolo viene iterato, l’effetto elettrico sui neuroni coinvolti, legato

all’entrata di ioni sodio, non sarebbe più della durata di pochi secondi, ma diventerebbe una

variazione di eccitabilità della durata anche di diverse ore a seguito dell’entrata nella cellula anche

di ioni calcio. nell’ippocampo, sotto forma di

Questo fenomeno si manifesta, potenziamento a lungo termine

(Long Term Potentiation, LTP) e, nel cervelletto, di depressione a lungo termine (Long

Depression Potention, LTD). l’avvio nei neuroni

In altre parole, il ripetersi di un evento, attraverso LTP e LTD, permetterebbe

interessati dei fenomeni di sintesi proteica necessari per passare da MBT a MLT.

IL POTENZIAMENTO A LUNGO TERMINE

Il rafforzamento delle sinapsi avviene solo quando le molecole di neurotrasmettitore secrete dal

bottone terminale si legano ai recettori post-sinaptici posti sulla spina dendritica depolarizzata del

neurone post-sinaptico.

Quindi, per verificarsi, il potenziamento a lungo termine

(PLT) richiede la simultanea presenza di due eventi:

• l’attivazione delle sinapsi;

• la depolarizzazione dei neuroni post-sinaptici.

Il potenziamento a lungo termine dipende dai cambiamenti delle sinapsi GLUTAMMATERGICHE.

Il cervello possiede vari tipi di recettori per il glutammato, che

rappresenta, il suo neurotrasmettitore più abbondante. In questo caso siamo interessati ai tipi di

recettori per il glutammato AMPA e NMDA.

Entrambi i recettori sono ionotropici; ovvero, quando sono stimolati,

aprono i canali che consentono agli ioni di entrare nella cellula postsinaptica.

I recettori AMPA e NMDA

1) Il potenziale d'azione presinaptico causa rilascio di glutamato nella fessura sinaptica

2) Il glutamato si lega ai recettori AMPA ed NMDA sul neurone postsinaptico

3) I canali AMPA si aprono, ma i canali NMDA sono bloccati dal Mg++

4) Quando vi è una sufficiente depolarizzazione della membrana causata dai recettori AMPA, il

blocco del Mg++ sui recettori NMDA viene rimosso e il canale lascia passare ioni Ca++.

Il calcio mette in moto una serie di cambiamenti che potenziano la futura risposta al glutammato

stesso, aumentando il numero dei recettori AMPA o la loro responsività.

I recettori NMDA rappresentano il correlato molecolare dell'ipotesi di Hebb: perchè una sinapsi

possa essere potenziata, occorre l'attività contemporanea dell'elemento presinaptico e dell'elemento

postsinaptico.

I passi del rafforzamento sinaptico

Con l’arrivo di glutammato dal bottone terminale pre-sinaptico, i recettori NMDA si attivano,

facendo entrare ioni Ca2+ nella spina dendritica depolarizzata.

Il Ca2+ attiva l’enzima CaM-KII, responsabile dell’aumento di recettori

AMPA nella membrana post-sinaptica, che modifica la struttura fisica delle sinapsi, aumentando la

densità sinaptica con la conseguente comparsa di spine dendritiche multiple.

l’enzima NO sintasi (ossido d’azoto sintetasi), che a sua, volta produce NO (ossido

Il Ca2+ attiva

d’azoto), un gas solubile che, diffondendosi al di fuori della spina dendritica a ritroso verso il

bottone terminale, induce mutamenti pre-sinaptici con la conseguente formazione di nuove sinapsi.

La Long Term Depr