Memoria e apprendimento sono manifestazioni della plasticità neuronale, cioè della capacità del sistema nervoso di adattarsi a cambiamenti dell’ambiente interno o esterno.
L’apprendimento è il processo mediante il quale le nostre esperienze modulano e cambiano il sistema nervoso e il comportamento: esso, pertanto, implica cambiamenti, che si verificano a livello delle connessioni sinaptiche. Il processo di apprendimento ha inizio con la trascrizione del segnale a livello della corteccia cerebrale: se il segnale inviato dalla corteccia cerebrale all’ippocampo è forte e ripetuto a lungo si formano nuovi ricordi a lungo termine che vengono trasmessi alla corteccia cerebrale, dove vengono immagazzinati. Alterazioni nell’ippocampo interferiscono con la formazione di nuovi ricordi, senza però influenzare quelli già preesistenti.
Le connessioni sinaptiche – alla base della memoria e dell’apprendimento – possono modificarsi nel tempo secondo un fenomeno noto come plasticità neuronale: tendiamo a ricordare o, in alternativa, dimenticare informazioni proprio perché l’uso frequente di una sinapsi la rafforza mentre il suo mancato utilizzo porta alla sua eliminazione. La sinapsi è una giunzione tra il bottone terminale di un assone e la membrana del neurone post sinaptico: la principale via di comunicazione tra i neuroni è per l’appunto la trasmissione sinaptica, in quanto l’assone veicola, in forma di potenziale d’azione, il messaggio neurale. Una stimolazione elettrica prolungata e ad alta frequenza del neurone pre sinaptico rafforza la sinapsi con quello post sinaptico: tale fenomeno prende il nome di potenziamento a lungo termine.
Le connessioni sinaptiche meglio caratterizzate sul fronte della memoria e dell’apprendimento sono le connessioni sinaptiche presenti nell’ippocampo – regione limbica deputata al consolidamento della memoria – che utilizzano come neurotrasmettitore il glutammato. Il glutammato, a seguito di una stimolazione elettrica, viene liberato nella fessura sinaptica, cioè la fessura frapposta tra la membrana pre sinaptica e quella post sinaptica; dopodiché raggiunge la membrana del neurone post sinaptico, dove lega i suoi recettori specifici, ossia i recettori NMDA e AMPA.
Il potenziamento a lungo termine avviene in due fasi.
Nella fase precoce gli ioni calcio avviano un processo di trasduzione del segnale attivando le proteine che facilitano la comunicazione sinaptica attraverso la fosforilazione dei recettori AMPA già presenti o reclutando ulteriori recettori AMPA ed esponendoli sulla membrana post sinaptica; questa prima fase è considerata la fase biologica della memoria a breve termine, che perdura per poche ore. Le informazioni per essere ricordate necessitano di essere consolidate, ma la consolidazione è labile ed altamente suscettibile a cancellazione (oblio).
Nella seconda fase, cruciale per la formazione di ricordi a lungo termine, subentra l’intervento di specifici neurotrasmettitori capaci di modificare il funzionamento da un processo transitorio ad un processo stabile di conservazione delle informazioni che si accompagna alla crescita di nuove connessioni sinaptiche. I neurotrasmettitori coinvolti sono:
- noradrenalina, utilizzata dal locus coeruleus, uno dei nuclei della formazione reticolare che apporta un effetto eccitatorio sulle funzioni cerebrali; il sistema noradrenergico è collegato allo stato di vigilanza (arousal), fondamentale nei processi di apprendimento e memorizzazione;
- acetilcolina, implicata nell’elaborazione delle informazioni a livello delle funzioni cerebrali superiori;
- dopamina, la stessa sostanza implicata negli effetti di rinforzo delle droghe e nelle dipendenze. Viene rilasciata da stimoli di rinforzo in regioni cerebrali quali i gangli della base e l’ippocampo dorsale ed è fondamentale nei processi di apprendimento e memorizzazione;
- neuropeptidi.
Dal punto di vista cerebrale, le strutture neuroanatomiche coinvolte nei processi della memoria sono principalmente le cortecce associative temporali, il complesso ippocampale, le aree corticali e sottocorticali e la corteccia prefrontale.
