Memoria

La capacità della memoria è spesso stupefacente: in un caso descritto da Oliver Sacks un pittore che mancava ormai da decenni dal suo paese toscano di Pontito, da cui era emigrato nell'infanzia, ricordava con estrema precisione i dettagli del suo paese, così da poterne dipingere alcuni scorci a mente. Nella figura piccola in alto una fotografia dell'angolo dipinto a memoria (più in basso).

Ricordi come quelli del pittore di Pontito dipendono dalle capacità di rielaborazione della memoria, che rimugina sul passato, ma anche e soprattutto dalla registrazione dell'esperienza nelle trame nervose del cervello. Senza registrazione in una forma stabile, duratura, i ricordi andrebbero incontro a un decadimento dopo pochi secondi o minuti. La registrazione di un'esperienza si basa su modifiche di vari "nodi" di una trama nervosa, in modo tale da elaborare una rete in cui l'esperienza viene codificata. Nell'immagine qui sotto si nota come imparare a memoria una lista di parole si accompagni a modifiche della corteccia frontale, temporale e del cervelletto (le parti più attive del sistema nervoso, visualizzate attraverso la PET, sono in giallo).

Gran parte delle informazioni che conosciamo sulle basi nervose della memoria dipendono dallo studio del comportamento di una lumaca marina, l'Aplisia. Questo animale ha un sistema nervoso molto semplice ed è dotato di riflessi, comportamenti automatici utili alla sua sopravvivenza. Se si sfiora la sua testa con una bacchettina di vetro, l’aplisia ritrarrà la branchia. Se però si sfiora ripetitivamente la testa dell’animale, la sua reazione diventerà man mano più flebile, sino a scomparire: l’animale si è abituato. Se adesso si tocca il corpo dell’aplisia con una bacchettina che trasmette una lieve corrente elettrica: l’aplisia ritrarrà la branchia con grande forza, mostrerà di essere sensibilizzata. L'abituazione e la sensibilizzazione sono le forme più primitive di apprendimento.

Abituazione e sensibilizzazione dipendono da cambiamenti della funzione e della struttura nervosa. I cambiamenti della funzione dipendono da modifiche dell'attività elettrica dei neuroni in quanto la loro attività viene potenziata per lungo tempo. Il potenziamento dell'attività dei neuroni induce modifiche nella loro struttura: vengono eliminate vecchie sinapsi (punti di contatto tra neuroni diversi) o ne vengono fabbricate di nuove. La rete nervosa cambia cos' caratteristiche. Nella figura qui sotto si vede come l'abituazione dell'Aplisia dipenda dalla riduzione del numero di sinapsi che permettono al neurone sensitivo di eccitare quello motorio (facendo così scattare il riflesso): dopo l'abituazione il riflesso è perciò meno pronto o assente. La sensibilizzazione è invece di segno contrario, vengono formate nuove sinapsi rispetto ad animali di controllo.

Le modifiche che si verificano nel sistema nervoso dell'aplisia sono state "mappate", vale a dire è stata descritta tutta la rete nervosa implicata nell'abituazione o sensibilizzazione: la rete inizia dai recettori sul suo corpo che reagiscono allo stimolo tattile, ai neuroni sensoriali, alle sinapsi tra questi e i neuroni motori, alle sinapsi tra questi ultimi e i muscoli dell'animale che si contraggono (sensibilizzazione) o restano inattivi (abituazione). Si conoscono quindi i cambiamenti che si verificano in catene di neuroni dopo un'esperienza che lasci una traccia duratura (memoria). Altrettanto è stato fatto in specie molto più complesse dell'aplisia: la figura qui sotto mostra una "mappa" nervosa di un riflesso condizionato in una scimmia: anche se non siete in grado di seguirne la "logica" potete rendervi conto che è possibile descrivere le reti nervose in cui vengono depositate le esperienze, proprio come nella figura che mostra le modifiche di un cervello umano rilavate con la PET.

Le modifiche dei circuiti nervosi attraverso cui vengono registrate le esperienze di un'aplisia, di un topo, di una scimmia o di un essere umano sono fondamentalmente simili: comportano modifiche delle cosiddette spine dendritiche attraverso cui i neuroni entrano in contatto tra di loro formando sinapsi. Mentre possiamo rivelare un aumento o una diminuzione di sinapsi con metodi diversi, non è possibile fare una "fotografia" dettagliata dei nuovi circuiti cui è affidata una memoria: uno di questi circuiti può comportare centinaia di migliaia di neuroni, ognuno dei quali può avere migliaia di sinapsi. La figura qui sotto semplifica di molto la ricchezza di dendriti e sinapsi di cui sono dotati i neuroni.

Sappiamo quindi che, in linea di massima, la registrazione di un'esperienza dipende dalla formazione di sinapsi tra neuroni. Nella figura qui sotto vediamo un neurone presinaptico (, prima della sinapsi, in blu) che forma una sinapsi con un neurone postsinaptico (dopo la sinapsi, in giallo). Si possono anche osservare due fotografie al microscopio elettronico delle sinapsi.

Se queste appena descritte sono le modifiche che si verificano in una rete di neuroni, cosa si verifica al loro interno, che codice utilizzano per dialogare tra di loro? In altre parole, qual è il codice usato per codificare le memorie? Numerosi  neuroscienziati  ritengono che  i "qualia", (sensazioni e rappresentazioni mentali della realtà) dipendano da fenomeni di tipo quantico, tipici degli degli atomi e delle particelle sub-atomiche che possono comportarsi come delle onde “vibranti”. Un congruo insieme di particelle o di onde può dar vita a uno stato quantico unitario: insomma, la sommatoria di tanti piccoli eventi genererebbe un quantum macroscopico, un’entità da cui dipenderebbero i qualia, ricordi o stati mentali. Come e dove possono formarsi questi stati che codificano memorie e sensazioni? Numerosi studiosi puntano il dito sui microtubuli, minuscole strutture che percorrono i neuroni, e sui dendriti e le sinapsi, i punti di contatto tra neurone e neurone: è qui che le molecole d’acqua e gli ioni con caratteristiche di dipoli (ioni caratterizzati da una doppia carica, positiva e negativa) possono assumere delle organizzazioni complesse ed uniche. questo potrebbe essere il codice "quantico" di memorie e stati mentali.

Nella figura qui sotto si vede, in successivi ingrandimenti, lo "scheletro" di un neurone e la struttura dei microtubuli.

Un'altra immagine dei dendriti e delle sinapsi che "chiudono" i contatti di un circuito nervoso: il codice delle nostre memorie dipende da eventi quantici a livelli dei microtubuli?