Che cosa succede ai neuroni quando si impara

Quando apprendiamo nuove informazioni, si rafforzano le connessioni tra neuroni (sinapsi), questo lo sapevamo già. Ma a livello molecolare che cosa succede? Che aspetto ha la costruzione di un nuovo ricordo, nel cervello? Questo genere di informazioni è importante, sia a livello teorico, sia sul piano clinico: condizioni come la dipendenza da sostanze o alcune malattie neurologiche sono collegate a connessioni neurali anomale, eccessivamente solide.

Utilizzando una tecnica di microscopia ad alta risoluzione, i ricercatori della Thomas Jefferson University (USA) hanno analizzato le sinapsi tra neuroni di ratti da molto vicino, studiandone a fondo la struttura, sia dal vivo sia in vitro. I risultati del loro lavoro sono illustrati su Nature Neuroscience.

Unità base. Gli scienziati si sono concentrati sulle molecole che inviano e ricevono i segnali tra un neurone e l'altro, che hanno scoperto essere organizzate in nanomoduli sempre uguali, che si muovono e si moltiplicano "in blocco" quando le cellule nervose vengono stimolate.

Le molecole coinvolte nella trasmissione di segnali nervosi sono state tracciate con due colori: verde, nel lato pre-sinaptico, e rosso in quello post-sinaptico (ossia prima e dopo il punto di connessione tra neuroni). I ricercatori hanno potuto così osservare come questi messaggeri chimici cambiavano mentre trasmettevano o ricevevano i segnali nervosi attraverso cui viaggia l'apprendimento.

Blocchi uniformi. Questi nanomoduli di molecole sinaptiche hanno riservato diverse sorprese.

Hanno una dimensione uniforme, quasi standard; formano ammassi che sembrano "comunicare" da un lato all'altro della sinapsi; e si moltiplicano in numero quando i neuroni vengono stimolati in un modo che imita la normale trasmissione di un segnale nervoso.

«La scoperta cruciale è che i cambiamenti della forza sinaptica (cioè l'efficienza con cui la sinapsi trasmette l'informazione, ndr) potrebbero essere digitali, più che analogici», spiega Matthew Dalva, principale autore dello studio, «con le unità delle stesse dimensioni che si aggiungono di volta in volta per modificare la forza della connessione».

Un'altra scoperta inaspettata riguarda il movimento di questi blocchi di molecole. Quando vengono stimolati, da immobili prendono a "ronzare" attorno ai dendriti (le ramificazioni periferiche del neurone, che lo collegano ai neuroni adiacenti), in un movimento coordinato tra moduli pre e post sinaptici.

Domande aperte. Non è chiaro come le condizioni di apprendimento o la presenza di disturbi neurologici influiscano su questo tipo di interazione, ma lo studio, più che fornire risposte, pone nuove domande. Per esempio come fanno i neuroni a creare questi gruppi di nanomolecole delle stesse dimensioni? Come riescono questi blocchi ad aumentare di numero (si dividono, o piuttosto ne vengono creati di nuovi)? Perché quella "danza", quando si stimola la sinapsi? E infine, come cambia il comportamento dei nanomoduli molecolari nel cervello di chi è affetto da autismo, o da forme di dipendenza?