Reading specific memories from human neurons before and after sleep

La memoria umana non è una biblioteca statica dove i file giacciono intatti sugli scaffali; è un processo vivo e mutevole che cambia mentre attraversiamo i nostri giorni e le nostre notti. Una delle capacità più straordinarie della mente umana è l'abilità di ricordare un singolo evento specifico dopo averlo sperimentato una sola volta, come il volto di una persona incontrata brevemente o un luogo visitato per la prima volta. Gli scienziati sanno da tempo che diverse parti del cervello lavorano insieme per archiviare questi momenti, ma comprendere esattamente come il cervello codifichi un ricordo specifico e come tale codifica cambi nel tempo è rimasto elusivo. La questione se sia effettivamente possibile leggere il contenuto specifico di un ricordo direttamente dall'attività elettrica delle cellule cerebrali è una grande frontiera nelle neuroscienze, con implicazioni per la comprensione di come impariamo e di come potremmo un giorno aiutare coloro che hanno difficoltà a ricordare.

Un nuovo studio ha compiuto un passo significativo verso la risposta a questa domanda ascoltando direttamente i segnali elettrici delle cellule cerebrali umane. I ricercatori hanno lavorato con pazienti che erano già sottoposti a monitoraggio medico per altre condizioni, utilizzando minuscoli elettrodi posizionati all'interno del cervello per registrare l'attivazione dei singoli neuroni. Questi pazienti hanno guardato un episodio audiovisivo unico e specifico — un particolare video — e poi, dopo un periodo di tempo che includeva il sonno, sono stati interrogati per ricordare dettagli di quel video. Il team ha costruito un sofisticato modello computazionale, un tipo di intelligenza artificiale progettata per riconoscere schemi complessi, per analizzare i picchi di elettricità dei neuroni. Questo modello ha imparato a connettere i particolari schemi di attivazione delle cellule cerebrali durante la visione iniziale con i concetti specifici che i pazienti avrebbero successivamente ricordato, come i nomi di persone o luoghi visti nel video.

I risultati hanno rivelato una storia dinamica di come i ricordi vengano elaborati e archiviati. Quando i ricercatori hanno testato il modello su ricordi richiamati prima del sonno, hanno scoperto che l'attività elettrica nel lobo temporale mediale, una regione profonda del cervello nota per il suo ruolo nella formazione di nuovi ricordi, era sufficiente per predire ciò che il paziente avrebbe ricordato. Tuttavia, dopo che i pazienti avevano dormito, il quadro è cambiato. Lo stesso modello, quando alimentato solo con dati provenienti dal lobo temporale mediale, non era più in grado di decodificare i ricordi. Invece, la capacità di predire i concetti richiamati si è spostata verso la corteccia frontale, una regione della parte anteriore del cervello coinvolta nel pensiero di alto livello e nell'organizzazione. Il modello addestrato sui segnali della corteccia frontale funzionava bene per i ricordi richiamati dopo il sonno, ma falliva nel farlo prima del sonno. Inoltre, i ricercatori hanno osservato che migliore era la capacità della corteccia frontale di decodificare il ricordo, maggiore era la quantità di sonno non-REM che il paziente aveva sperimentato, suggerendo un legame diretto tra la qualità del sonno e questo spostamento di dove il ricordo "vive" nel cervello.

Queste scoperte suggeriscono che un ricordo specifico non è bloccato in un unico punto del cervello, ma è invece distribuito tra diverse popolazioni neurali, e che questa distribuzione si trasforma mentre passiamo dalla veglia al sonno. Lo studio indica che il cervello riorganizza l'informazione di una singola esperienza, spostando la rappresentazione primaria di quel ricordo dai centri profondi della memoria alla corteccia frontale con il progredire del sonno. Questo spostamento a livello di sistema implica che il cervello non si limita a archiviare un file e lasciarlo stare; esso riscrive attivamente la posizione della traccia mnemonica. Sebbene la ricerca sia stata condotta su un piccolo gruppo di pazienti e si basi su modelli addestrati su dati specifici, la capacità di decodificare ricordi generati internamente dall'attività cerebrale punta verso un futuro in cui potremmo essere in grado di potenziare o persino attenuare specifici ricordi, offrendo potenziali nuove strade per trattare disturbi che influenzano il modo in cui le persone ricordano le proprie vite.