I meccanismi della memoria: dinamiche molecolari e analisi genetica

Organisms are able to retain the information and experiences they have learned or experienced in the form of memory (divided into short- and long-term), which, as a result of its own encoding, leaves a trace at the synaptic level referred to as an engram. The enhancement of synaptic connections, in fact, enables the strengthening and consolidation of new memories. Various model organisms were used to study the mechanism of memorization including: the Aplysia californica, which enabled the identification of an early simple neuronal learning pathway, becoming a landmark for study at the synaptic level; and mice, through which the molecular process underlying the mechanism of long-term potentiation at the level of the hippocampus was illustrated: an important gene transcription action was shown with the involvement of several enzymes, messengers and transcription factors of which CREB was recognized as the main responsible. Cutting-edge techniques have been developed by exploiting normal neuronal physiology combined with genetic action to manipulate or induce memory formation via opsins, special photosensitive proteins that, when activated by a light stimulus, are able to change the activity of neurons allowing them to depolarize or hyperpolarize leading to an enhancement of synaptic connections or memory recall. Time plays a key role in the formation of new memories as it can allow both a consolidation of them but simultaneously affects the process of forgetting that turns out to be physiological, essential and necessary for the life of an organism. The inability to retain or form new memories, however, can be impaired by particular pathological states or encephalic damage as analyzed in the cases of patients H.M. and Jimmie G. who presented with significant amnesias (anterograde and retrograde) the former due to the removal of a portion of the hippocampus, the latter due to Korsakoff's syndrome. Memorization still turns out to be an intricate process to be analyzed and which has led to the formulation of several hypotheses suggesting the centrality of the hippocampus in the formation of memories but not its uniqueness, in fact evidence has shown the active participation of areas of the neocortex in the consolidation and recall of memories.

Gli organismi sono in grado di trattenere le informazioni e le esperienze che hanno appreso o vissuto sotto forma di memoria (divisa in breve e lungo termine) che, a seguito della propria codifica, lascia una traccia a livello sinaptico definita come engramma. Il potenziamento delle connessioni sinaptiche, infatti, permette il rafforzamento e il consolidamento di nuovi ricordi. Sono stati utilizzati vari organismi modello per lo studio del meccanismo di memorizzazione tra cui: l’Aplysia californica, che ha permesso l’identificazione di un primo semplice percorso neuronale di apprendimento, diventando un punto di riferimento per lo studio a livello sinaptico; e i topi, grazie ai quali si è andati ad illustrare il processo molecolare alla base del meccanismo di potenziamento a lungo termine a livello dell’ippocampo: si è evidenziata un’importante azione di trascrizione genica con il coinvolgimento di diversi enzimi, messaggeri e fattori di trascrizione di cui CREB è stato riconosciuto come il principale responsabile. Sono state sviluppate tecniche all’avanguardia sfruttando la normale fisiologia neuronale unita con l’azione genetica per manipolare o indurre la formazione di memorie tramite le opsine, particolari proteine fotosensibili che, una volta attivate da uno stimolo luminoso, sono in grado di modificare l’attività dei neuroni permettendo una loro depolarizzazione o iperpolarizzazione portando ad un potenziamento delle connessioni sinaptiche o alla rievocazione di una memoria. Il tempo gioca un ruolo fondamentale nella formazione di nuove memorie in quanto può permettere sia un consolidamento di esse ma contemporaneamente influenza il processo del dimenticare che risulta essere fisiologico, essenziale e necessario per la vita di un organismo. L’incapacità di trattenere o di formare nuove memorie, però, può essere compromessa da particolari stati patologici o danni encefalici come analizzato nei casi dei pazienti H.M. e Jimmie G. che presentavano delle importanti amnesie (anterograda e retrograda) il primo a causa dell’asportazione di una porzione di ippocampo, il secondo a causa della sindrome di Korsakoff. La memorizzazione risulta essere ancora oggi un intricato processo da analizzare e il che ha portato alla formulazione di diverse ipotesi che suggeriscono la centralità dell’ippocampo nella formazione di memorie ma non la sua unicità, infatti evidenze hanno dimostrato l’attiva partecipazione di aree della neocorteccia nel consolidamento e rievocazione dei ricordi.