Uno studio esplora l'attività di popolazioni distintive di interneuroni nell'ippocampo di un topo durante la consolidazione della memoria.

4 maggio 2023 feature

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di Ingrid Fadelli, Medical Xpress

L'ippocampo è una regione chiave del cervello dei mammiferi, che è stato trovato essere coinvolto nella formazione di memorie episodiche. Queste sono memorie a lungo termine di eventi o esperienze che possono essere ricordati consapevolmente e mentalmente rivissuti, come ad esempio il ricordo di una festa di compleanno particolarmente memorabile, una vacanza e così via.

Essenzialmente, si sa che l'ippocampo supporta la 'conversione' delle nostre esperienze di vita in memorie episodiche che possiamo ricordare consapevolmente per lungo tempo. Studi passati di neuroscienze hanno scoperto che questo processo di consolidamento della memoria, così come la capacità di imparare dalle esperienze passate, è influenzato dalla generazione di oscillazioni elettrofisiologiche nell'ippocampo, note come onde d'onda acuta (SWR).

I ricercatori della Columbia University hanno recentemente cercato di capire meglio come specifiche popolazioni di interneuroni (cioè neuronie locali che generalmente inibiscono i neuroni piramidali eccitatori nelle strutture corticali) regolino la consolidazione della memoria e l'apprendimento mentre gli animali sono attivamente impegnati in attività. Il loro articolo, pubblicato su Nature Neuroscience, caratterizza l'attività degli interneuroni in due regioni dell'ippocampo mentre i topi si muovono nel loro ambiente circostante e il loro cervello forma nuove memorie.

'Dopo che le memorie si sono formate, devono essere consolidate o svaniranno', ha detto Tristan Geiller, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, a Medical Xpress. 'Esiste una preponderanza di prove che la consolidazione della memoria avviene durante eventi della durata di centinaia di millisecondi, chiamati SWR. Una delle domande più grandi e di lunga data nel nostro campo riguarda l'identificazione di ciò che scatena questi eventi SWR. Nel corso degli anni, gli interneuroni inibitori sono stati posti come un importante elemento del circuito che sostiene la generazione di SWR, ma sappiamo che è notoriamente difficile registrare sperimentalmente l'attività di queste cellule in animali svegli e che si comportano e testare questa ipotesi.'

Mentre altri team di ricerca hanno esaminato l'attività degli interneuroni in passato, la maggior parte dei loro sforzi si è concentrata su roditori anestetizzati o ha utilizzato tecniche scarsamente performanti su roditori in movimento. Nei loro recenti esperimenti, Geiller e i suoi colleghi hanno esaminato l'attività degli interneuroni nelle regioni CA3 e CA2 dell'ippocampo del topo mentre gli animali erano svegli e in movimento, utilizzando un nuovo metodo introdotto nel loro lavoro precedente.

Ci sono diversi tipi di interneuroni nel cervello, ognuno caratterizzato da forme distinte, pattern di attività e signature molecolari. Oltre ad esplorare il possibile legame tra l'attività degli interneuroni e gli eventi SWR, la comunità delle neuroscienze dovrà anche determinare se alcuni tipi di interneuroni sono più coinvolti in questo processo di consolidamento della memoria rispetto ad altri.

'Alcuni anni fa, il mio collega e io abbiamo sviluppato un metodo per registrare l'attività di grandi popolazioni di interneuroni, il che è stato notoriamente difficile in passato, ma anche per identificare molecolarmente la classe di interneuroni che abbiamo registrato', ha spiegato Geiller. 'Si tratta di un approccio a due fasi, basato su un tipo non convenzionale di microscopia a fluorescenza e combinato con l'etichettatura basata sull'immunocromatografia.'

Nei loro esperimenti, Geiller e i suoi colleghi hanno essenzialmente addestrato topi adulti a svolgere un compito di apprendimento spaziale che si è precedentemente scoperto stimolare l'attività dell'ippocampo e sollecitare la consolidamento della memoria. Mentre i topi completavano questo compito, hanno esaminato l'attività degli interneuroni nelle regioni dell'ippocampo CA3 e CA2 utilizzando il loro metodo basato sulla microscopia sviluppata di recente.

Questo metodo ha permesso ai ricercatori di caratterizzare l'attività e le risposte di diversi sottotipi di interneuroni mentre i topi formavano nuove memorie e venivano generate SWR nel loro cervello. Ad esempio, hanno scoperto che gli interneuroni che esprimono la proteina colecistochinina erano meno attivi prima che si verificassero le SWR, mentre gli interneuroni che esprimono la proteina parvalbumina erano altamente attivi dopo le oscillazioni SWR.

'Recentemente, è stato dimostrato che non solo le SWR sono importanti per la consolidazione della memoria, ma anche che la durata delle SWR può essere predittiva di quanto bene un animale si ricorda, o meglio dovremmo dire 'quanto velocemente un animale impara', ha detto Geiller.

'Our paper suggests that the activity of cholecystokinin (CCK)-expressing interneurons (a class of interneurons) in the CA3 region of the hippocampus (where SWR are thought to originate) decreases just before SWR events, and that the magnitude of this decrease is associated with how long the SWR will be. Similarly, we found that parvalbumin (PV)-expressing basket interneurons activity is associated with the termination of SWR events, and reflective of how long the SWR was.'

The recent work by this team of researchers sheds new light on the activity of specific types of interneurons in the hippocampus before, during and after the generation of SWRs, thus contributing to the understanding of memory consolidation and learning processes. In the future, it could pave the way for further studies looking at how distinct interneuron populations influence and regulate learning related SWRs.

'In our next studies we plan to leverage the genetic specificity of these interneuron classes and to manipulate them in a temporally controlled manner with optogenetics,' Geiller added.

'We want to test whether we can artificially increase the duration of SWR events and consequently improve learning in mice. However, we know that CCK and PV interneurons are only one element of the circuit mediating SWR generation. Previous work has also implicated neuromodulation and other subcortical nuclei with this process, so it may be a long time until we fully understand the neural underpinnings of memory consolidation.'

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