Non è sorprendente come il viso di un vecchio amico sembri così familiare anche se non lo vedete
da anni o perfino decenni? Mentre i nomi di vecchi compagni di classe possono essere dimenticati.
Vi siete mai chiesti cosa succede qui per supportare questi successi o fallimenti
di apprendimento e memoria? Beh questo è ciò di cui si occupa la ricerca nel mio laboratorio.
Cerchiamo di capire con esattezza cosa cambia nel cervello quando apprendiamo e come
quei cambiamenti persistono per supportare la memoria. Una cosa che sappiamo aiuti a spiegare
perché alcune cose sono più semplici da ricordare è che l'apprendimento non è un processo unitario.
Non vi è un singolo meccanismo di apprendimento nel cervello ma vi sono diversi tipi
di apprendimento che dipendono da diverse regioni cerebrali. Una struttura chiamata ippocampo
supporta la memoria per fatti ed eventi della vita. Questo è ciò su cui contate per ricordare
il nome di qualcuno o cos'avevate a colazione. Mentre un'altra struttura chiamata amigdala
supporta la memoria emozionale. Avreste paura dei cani anche non avendo l'esplicito ricordo
dipendente dall'ippocampo di essere stati morsi da bambini. Per cui questi sistemi di memoria
sono piuttosto indipendenti. Il ganglia basale supporta la memoria abitudinaria. È quella che
usate mentre vi lavate i denti o andate a lavoro e la vostra mente è altrove. La corteccia cerebrale
supporta l'apprendimento percettivo. Perfino funzioni basilari come essere in grado di vedere dipendono
da esprerienza e apprendimento. Questa struttura sotto è chiamata cervelletto. Supporta
l'apprendimento motorio. È il proccesso attraverso il quale aquisite abilità motorie.
Se zumassimo in una qualunque di queste aree scopriremmo che sono fatte della
stessa materia di base. I neuroni, che sono cellule specializzate del sistema nervoso, e le sinapsi che
sono le connessioni tra i neuroni che mandano il segnale dall'uno all'altro. Ma a differenza dai
cavi elettrici, le sinapsi non sono statiche e cambiano con l'esperienza. I segnali elettrici e chimici
che passano nelle sinapsi mentre processano l'informazione possono indurre cambiamenti duraturi.
Così sappiamo abbastanza di come apprendimento e memoria sono organizzati
a livello funzionale nell'intero cervello. E per di più sappiamo a sufficienza della sua applicazione
a livello cellulare con neuroni e sinapsi. La prossima grande sfida e quella che
si affronterà nel mio laboratorio è quella di riempire il gap fra questi livelli così diversi di organizzazione
e capire come l'apprendimento lavora al livello di circuiti neurali.
Perchè è l'organizzazione del livello del circuito che causa variazioni nelle sinapsi dell'ippocampo
e lo rende capace di codificare il nome di qualcuno, mentre variazioni nelle sinapsi del cervelletto
migliorano il rovescio a tennis. Molta di questa magia avviene in questo livello di circuito intermedio
di organizzazione. Ovviamente ciò non è valido solo per il cervello ma per molti aspetti
quel livello intermedio di organizzazione è fondamentale per come funzionano quelle cose.
Così per esempio se voleste capire come funziona un'auto per poterla aggiustare potreste
andare da un rivenditore di ricambi e esaminare attentamente le candele, le cinture, le guarnizioni
gomme e cose simili. Potreste anche ricorrere alla vostra esperienza come automobilisti
per sapere che c'è un sistema di accensione che fa camminare la macchina, lo sterzo
la fa girare e poi c'è il sistema frenante. Ma non è abbastanza vero? Se volete aggiustare l'auto
la cosa più importante è capire come tutte queste parti interagiscono per dare vita al motore
che fa camminare l'auto e come tutte le parti si assemblano per creare lo sterzo
che la fa girare. È questo livello intermedio di organizzazione che è necessario
se volete aggiustare l'auto. Ovviamente per le auto, abbiamo manuali di ingegneristica
e di meccanica per la riparazione che ci danno le informazioni su come le varie parti interagiscono
ma non abbiamo qualcosa di simile per il cervello. Di questo si sta occupando il mio laboratorio
perché è questo di cui abbiamo bisogno se vogliamo essere in grado di aggiustarlo. E ovviamente
noi vogliamo aggiustarlo. Uno su venti bambini ha disabilità nell'apprendimento. Una su sette persone
di più di 70 anni e metà di quelle di più di 85 hanno malattie come l'Alzheimer o legate alla demenza.
Le cure disponibili oggi non sono efficaci come vorremmo.
Esse sono principalmente farmaceutiche. Per molti farmaci abbiamo un'idea su come agiscono
a livello di neuroni o sinapsi singoli. Ma non sappiamo molto su come gli effetti
a quel livello influenzino poi il livello successivo, il circuito neurale e la sua capacità di processare
e immagazzinare informazioni. Pertanto a volte i farmaci funzionano e a volte no e spesso
non capiamo perchè. Si stanno sviluppando tecnologie nuove e molto interessanti
che ci permetteranno di manipolare il cervello con una precisione che non si raggiunge coi farmaci.
Ma anche se domani si mettesse nelle mani dei dottori una nuova tecnologia che permettesse loro
di controllare neuroni e sinapsi con tutta la precisione che vogliono, in sicurezza e senza costi,
non migliorerebbero le performance scolastiche dei bambini con disabilità di apprendimento
e non riuscirebbero ancora a prevenire handicap cognitivi o perdita della memoria negli anziani
perchè a questo punto non sappiamo davvero abbastanza sull'apprendimento
per sapere quali neuroni e sinapsi all'interno del circuito debbano essere maneggiate.
Quindi dare ai dottori questi strumenti magici sarebbe come dare a me delle simpatiche chiavi
ma nessun manuale e chiedermi di aggiustarvi l'auto. Potrei avvicinarmi e fare alcuni cambiamenti
e potrei essere fortunata ma se fosse la mia auto o il mio cervello vorrei avere
un dettagliato manuale di riparazione. Questo è ciò che il mio laboratorio vorrebbe produrre.
Cerchiamo di capire come neuroni e sinapsi collaborano nel circuito per supportare apprendimento e memoria.
Quindi cosa sappiamo dei circuiti neurali? La funzione del circuito è di computare.
Prendere un input e generare un output. Questa trasformazione dall'input all'output
è compiuta e formata da modello molto preciso di connessioni di interconnessioni sinapitche
fra i neuroni e i circuiti neurali. Questo è realmente come l'informazione è processata nel cervello.
L'informazione è processata, trasformata e usata per prendere decisioni attraverso
gli eventi di comunicazione sinaptica individuale che avvengono in un circuito neurale.
State guidando e vedete una luce gialla. Quell'input attiverà i neuroni
delle parti visuali del cervello e quando saranno attivati manderanno i segnali ai neuroni
che passano per le sinapsi. Un neurone tipico ha connessioni con migliaia di altri neuroni.
Se qualcuno di questi neuroni riceve abbastanza input questi saranno poi attivati e manderanno
il segnale al neurone successivo che manderà il segnale al prossimo neurone finché infine un output
è generato, un movimento del vostro piede
sull'acceleratore.
Molti di voi annuiscono
ma alcuni di voi disapprovano. Per coloro che disapprovano non abbiate paura perchè
quelle sinapsi che definiscono il circuito neurale non sono statiche ma possono cambiare con l'esperienza.
Per esempio
Se prendete una multa per essere passati col rosso
questo probabilmente induce cambiamenti nel cervello. Alcune sinapsi si rafforzano, altre
si indeboliscono
e questo farà si che il circuito processi l'informazione diversamente la prossima volta.
Così la prossima volta che vedete la luce gialla l'output del circuito sarà
piuttosto diversa e sposterete il piede sul freno. Questo è solo un semplice esempio
del tipo di calcolo che il cervello effettua tutti i giorni. Noi pensiamo che
virtualmente tutti i calcoli che fa il cervello sono fortemente influenzati
da esperienza e apprendimento. Il mio laboratorio si focalizza sugli effetti dell'apprendimento sul calcolo
effettuato da questa regione del cervello, il cervelletto. Il cervelletto ha alcune funzioni cognitive
ed come già accennato, gioca un ruolo chiave nell'apprendimento motorio, il processo
con cui i movimenti diventano sciolti e precisi con la pratica. Questo se pensate ai musicisti,
agli atleti, ai ballerini, ma se osservate un bambino piccolo realizzerete
che quasi tutti i movimenti sono appresi. Persino atti banali come camminare o raggiungere con precisione
qualcosa senza rovesciare niente, vengono appresi gradualmente attraverso la ripetizione e la pratica.
Persino una volta acquisiti quei movimenti con abilità, il circuito che li produce
ha bisogno di essere ricalibrato come il corpo cambia, come cresce e poi invecchia necessitiamo
una ricalibratura o i nostri movimenti ridiventano goffi come quelli di un bambino.
Questo è infatti ciò che si vede quando quest'area è danneggiata. Quindi il cervelletto
ha importanti funzioni ma la ragione per cui il mio laboratorio si focalizza su questa struttura è che
è la regione dove abbiamo più possibilità di capire come funziona l'apprendimento
al livello di circuito. Perché è così? Beh, una delle prime cose che necessitiamo
se vogliamo analizzare il circuito è lo schema elettrico. Dobbiamo sapere quali neuroni sono
connessi e come i segnali passano lungo il percorso, lungo il circuito.
Per molte funzioni dell'apprendimento non ce l'abbiamo ma lo abbiamo per diversi compiti che
dipendono dal cervelletto, e il cuore di tutto ciò è mostrato qui. Così adesso con questo schema
nelle mani siamo in grado di andare al livello successivo e chiederci come
il circuito computa e come l'apprendimento si ripercuote su quel calcolo. Il mio laboratorio si pone
tre questioni fondamentali su questo processo. La prima è dove in questo circuito avvengono
cambiamenti quando impariamo? Se giocassimo a golf questo weekend, quali sinapsi
nel cervelletto si rafforzerebbero e quali si indebolirebbero? Ci saranno connessioni
dal neurone verde al rosso o dal verde al viola? Ci saranno tipi particolari
di sinapsi che più probabilmente cambieranno rispetto ad altre? Tutti i cambiamenti avverranno
in uno stadio del percorso di processo del segnale o sono cambiamenti multipli seriali? Questi
sono i tipi di problemi che stiamo esaminando. La seconda questione fondamentale è
come i cambiamenti sono indotti nel circuito. Quali neuroni nel cervelletto osservano
la precisione del vostro swing e decidono quando il circuito che produce quel movimento ha bisogno
di essere aggiornato? Quali neuroni sanno che state facendo un errore? La terza questione
è come vengono letti i cambiamenti sinaptici nel circuito? Come fanno particolari cambiamenti
nel circuito ad alterare il modo in cui si processano le informazioni la prossima volta che sono attivate?
Non abbiamo ancora le risposte a queste domande ma abbiamo scoperto studiando il cervelletto,
che vi sono diverse analogie con ciò che si vede al livello dell'intero cervello.
Sappiamo che ci sono vari tipi di apprendimento e che la memoria dipende da varie regioni del cervello.
Fino a poco tempo fa si pensava che all'interno della regione del cervello ci fosse un meccanismo
principale di apprendimento. Così ogni volta che quella regione apprendeva lo faceva
quasi allo stesso modo. Invece ciò che abbiamo scoperto è che il cervelletto contiene
al suo interno meccanismi di apprendimento multipli. Così se il vostro swing deve essere affinato
dovreste poterlo fare con diverse combinazioni di cambiamenti nei circuiti del cervelletto.
Abbiamo scoperto che sessioni individuali di allenamento possono attivare
meccanismi di apprendimento e sottili cambiamenti nel modo in cui ci alleniamo o
facciamo pratica possono determinare quali meccanismo sono impegnati e quali no, quali sinapsi
cambiano o non cambiano. Tutto ciò ha davvero importanti implicazioni perché pensiamo
che il dispiego di diversi meccanismi di apprendimento interessi fattori come
per quanto tempo l'apprendimento si conservi, se ciò che si è appreso in un contesto si estende ad altri contesti,
e pensiamo che influisca sulla capacità dell'apprendimento di essere ribaltata
se le circostanza cambiano. Questo è importante non solo per il swing del golf ma per altre
cose come lo sviluppo di strategie di riabilitazione per pazienti che hanno avuto un ictus o lo sviluppo
di strategie di istruzione per i nostri figli. Ma naturalmente nel frattempo se troviamo qualcosa
che migliori il vostro swing a golf andrà bene lo stesso. Grazie per l'attenzione.