La memoria a lungo termine ed il ruolo della Long Term Potentiation.

Cos’è la memoria a lungo termine ? Come il meccanismo della Long Term Potentiation contribuisce a determinare tale fenomeno?

La memoria è un fenomeno derivante dall’assimilazione di informazioni provenienti dall’ambiente esterno, percepite dagli organismi superiori tramite gli organi di senso. L’elaborazione di questi dati nel cervello vengono poi immagazzinati sotto forma di ricordi e esperienze al fine dell’apprendimento (memoria a lungo termine).
È possibile fare una distinzione tra una memoria a:

  • Breve termine, dove le informazioni sono conservate per poche decine di secondi
  • Lungo termine, data dalla modifica di un certo comportamento sulla base di eventi periodici e ripetuti nel tempo, che portano a modificazioni strutturali e funzionali delle sinapsi o alla formazione di nuove sinapsi.

La caratteristica del sistema nervoso che permette la modificazione anatomica e funzionale delle sinapsi in risposta a modificazioni dell’attività neuronale è detta plasticità.

Un esempio di plasticità sinaptica a lungo termine è il meccanismo della long term potentiation (LTP).

Questo meccanismo, innescato dalla stimolazione prolungata di una sinapsi è mediato da:

  • Un incremento della sensibilità post-sinaptica al rilascio del neurotrasmettitore.
  • Un incremento di quantità di neurotrasmettitore rilasciato.

Il meccanismo alla base della LTP è dato dalla modulazione di 2 classi di canali ionici (ionotropici e glutamatergici), che si esprimono sul neurone post-sinaptico:

  1. AMPA: canali permeabili a ioni sodio e potassio. Si aprono con la depolarizzazione della membrana.
  2. NMDA: canali permeabili a ioni sodio, potassio e calcio. La loro particolarità è di essere bloccati, in condizioni di riposo, da uno ione magnesio. Il blocco viene rimosso con la depolarizzazione in modo voltaggio dipendente.

La cascata degli eventi che portano alla memoria a lungo termine

In seguito ad una stimolazione ripetuta ad alta frequenza della sinapsi, gli eventi che si susseguono sono:

Si genera un potenziale d’azione sul neurone pre-sinaptico che provoca il rilascio del neurotrasmettitore glutammato dal bottone pre-sinaptico che va a legarsi ai recettori AMPA (con maggiore efficienza) e NMDA posti sulla membrana del neurone post-sinaptico. L’amminoacido permette l’apertura degli AMPA. Nel frattempo i canali NMDA, restano ancora chiusi a causa del blocco dello ione Mg2+.

L’apertura dei canali ionici AMPA, fa sì che si instauri una corrente entrante (in seguito a l’ingresso di ioni) depolarizzante, che genera dei potenziali post sinaptici.

Stimolando il neurone pre-sinaptico ad alta frequenza, aumenta la concertazione di glutammato rilasciato e di conseguenza la depolarizzazione della membrana post-sinaptica da parte dei canali AMPA.

La depolarizzazione di membrana porta al rilascio del blocco di Mg2+ sugli NMDA. Da questo momento in poi i canali pervi daranno un contributo elettrico alla risposta post-sinaptica.

Dunque: all’aumentare della frequenza di stimolo sul neurone pre-sinaptico aumenta il rilascio di glutammato e le risposte diventano potenziate dato che ad esse contribuiscono anche i canali NMDA.

Il ruolo dei canali NMDA nella memoria a lungo termine

L’apertura dei canali NMDA, porta oltre che all’ingresso di sodio e uscita di potassio, anche l’ingresso di ioni calcio, messaggero secondario che porta all’attivazione di enzimi chinasi nel neurone post-sinaptico.

L’attività chinasica, per fosforilazione, attiva l’enzima NO-sintasi che porta al rilascio ossido nitrico (NO). L’ossido nitrico a livello di pre-sinaptico induce l’aumento della concentrazione di neurotrasmettitore con conseguente modificazione e potenziamento della sinapsi. Gli ioni calcio oltre a promuovere l’attività fosforilasica, attraverso l’attivazione di altre vie enzimatiche, promuoveranno, a livello nucleare la sintesi di nuovi recettori e canali ionici modificando quindi la sinapsi strutturalmente.

Schema generale della Long Term Potentation, coinvolto nella memoria a lungo termine.
Figura 1-Schema generale della Long Term Potentation, coinvolto nella memoria a lungo termine. [Fonte: https://e-l.unifi.it/]

Conclusioni e nuovi studi

La conoscenza sempre più approfondita dei meccanismi molecolari e fisiologici che sono alla base del meccanismo della Long Term Potentiation sono importanti per comprendere la complessità degli organismi superiori, dove avviene tale fenomeno.

C’è da dire però che i passaggi dalla memoria a breve termine a quella di lungo termine restano poco chiari.

Recenti studi hanno permesso di approfondire la conoscenza dei meccanismi della memoria a lungo termine mettendo in condizione i topi di giocare con la realtà virtuale; attraverso lo studio del talamo anteriore, cioè quella regione del cervello dove si ritiene risieda il processo della conservazione della memoria durante l’attività celebrale.

Con l’ausilio di tecniche di imaging si è studiato come i ricordi si consolidano nei topi.

I dati sono stati raccolti facendo correre le cavie muriniche su una palla di polistirolo che ruotava sul proprio asse e che consentiva loro di decidere dove voler andare all’interno di labirinti di realtà virtuali sulla base di tre ricompense: gratificazione bassa, media ed alta. Un riscontro applicativo nella conoscenza dei meccanismi alla base della memoria, si ha soprattutto a livello fisiopatologico, con la compressione dei fini meccanismi che sono alla base di molte malattie neurodegenerative; queste, grazie alle tecniche avanzate di ricerca e alla medicina personalizzata, potranno forse in un non lontano futuro essere meglio curate o eliminate.

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Giampiero Federici

Attuale studente di biotecnologie, presso il dipartimento di: Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale (Università degli studi di Parma)

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