Come facciamo, o per dirla meglio, come fa il nostro cervello a codificare il tempo e lo spazio nei nostri ricordi? Un bel rebus che non ha messo alla prova solo il chip della bella Rachael, il replicante della distopica Los Angeles nel film Blade Runner diretto da Ridley Scott, impegnata nel tentativo di recuperare i ricordi d’infanzia per dimostrare al cacciatore di androidi Rick Deckard di avere anche lei un’anima e dunque sfuggire alla tanto vituperata rottamazione. Ma anche generazioni di neuroricercatori, che per decenni si sono consumati ad individuare i centri nervosi superiori dedicati alla raccolta, alla sistematica archiviazione e all’utilizzo dei ricordi che accompagnano la nostra vita.

La scoperta delle “cellule del tempo”

L’organizzazione delle informazioni temporali è fondamentale per la codifica e il recupero dei ricordi episodici. Nell’ippocampo dei roditori e nella loro corteccia entorinale, quell’area dell’ippocampo situata bilateralmente nelle regioni mediali dei lobi temporali da cui partono i primi campanelli d’allarme dell’Alzheimer, sono presenti popolazioni di neuroni chiamati “cellule del tempo” in grado di codificare informazioni temporali. 

In breve, la corteccia entorinale funziona come un HUB in una rete diffusa per la memoria, la navigazione e la percezione del tempo collegata con vaste regioni della corteccia cerebrale, ovvero la neocorteccia, la struttura evolutivamente più recente del cervello. Queste cellule del tempo sembrano svolgere un ruolo unico nella registrazione del momento in cui si verificano gli eventi, consentendo ai centri di integrazione superiore di contrassegnare correttamente l’ordine di ciò che accade in una memoria episodica. Attraverso quale atto di prestigio, direte voi? 

Emettendo una sequenza riproducibile di stimoli elettrici, che consentono al cervello di organizzarsi quando accadono gli eventi. Il timing della loro attivazione è controllato da onde cerebrali a 5 Hz, chiamate oscillazioni theta, in un processo definito dagli scienziati come “precessione”.

Lo studio di pazienti con foci epilettici

Ora, se tutto questo corpo di cultura scientifica è consolidato per i modelli animali da laboratorio, nell’uomo mancavano ancora le prove della presenza di queste cosiddette “cellule del tempo”. Ad identificarle è stato il team di ricerca statunitense guidato da Bradley Lega, professore associato di Chirurgia neurologica dell’Università UT Southwestern di Dallas in Texas e autore senior dello studio pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America |PNAS|, utilizzando le registrazioni elettroencefalografiche con microelettrodi intracranici ottenute da 27 pazienti affetti da epilessia che hanno eseguito un’attività di memoria episodica. L’analisi di tale osservazione conferma l’attivazione di un meccanismo cellulare per la rappresentazione delle informazioni temporali nel cervello umano, necessarie per formare ricordi episodici. Va sottolineato – per evitare qualsiasi fraintendimento ed escludere il pericolo di equivoci – che gli elettrodi impiantati nel cervello dei pazienti che soffrono di epilessia aiutano i chirurghi ad identificare ed eliminare con precisione micrometrica i focolai dai quali si scatenano gli episodi convulsivi, fornendo oltretutto anche preziose informazioni sulla dinamica cerebrale.

L’esecuzione di task mnemonici temporali

Durante la registrazione dell’attività elettrica dall’ippocampo di 27 volontari, i ricercatori hanno fatto eseguire loro delle attività di “richiamo libero” attraverso la lettura di un elenco di 12 parole per 30 secondi, seguita da un breve problema di matematica per distrarli dal ripasso delle liste, e infine richiamando quante più parole possibile dall’elenco per i successivi 30 secondi. Un compito che richiede l’associazione di ogni parola con un segmento di tempo, cioè l’elenco in cui si trovava, consentendo a Lega e al suo team di individuare le cellule del tempo. In questo caso i ricercatori Usa hanno evidenziato anche come l’attivazione di queste cellule abbia predetto quanto bene gli individui fossero in grado di collegare le parole insieme in funzione del tempo, un fenomeno definito dai neuroscienziati “clustering temporale”. 

I percorsi all’indietro delle cellule di luogo

In un secondo studio pubblicato su Science Brad Pfeiffer, assistente professore di Neuroscienze sempre alla UT Southwestern di Dallas, ha guidato un team che studia le cellule di luogo, una popolazione di cellule neuronali ippocampali sia negli animali sia negli uomini che registra dove si verificano gli eventi. I ricercatori sanno da tempo che, negli animali che fanno un percorso già conosciuto, i neuroni che codificano diverse posizioni lungo il percorso si attivano in sequenza, proprio come le cellule del tempo si attivano nell’ordine degli eventi temporali. Inoltre, mentre i ratti esplorano attivamente un ambiente, le cellule di luogo sono ulteriormente organizzate in “mini-sequenze” che rappresentano una scansione virtuale di posizioni davanti al ratto. Questi sweep, ovvero scansioni simili a quelle del radar avvengono all’incirca 8-10 volte al secondo, servono in buona sostanza a prevedere eventi o risultati imminenti.

Era noto già da tempo che, quando i ratti smettono di correre, le cellule di luogo si riattivano spesso in lunghe sequenze che sembrano riprodurre la precedente esperienza del ratto al contrario, alla stregua dei proiettili e delle auto con entropia invertita che ripercorrono le traiettorie all’indietro nel film Tenet di Christopher Nolan. Sebbene si sapesse come questi eventi di “riproduzione inversa” avessero un ruolo cruciale nella formazione della memoria, non era ancora chiaro come l’ippocampo fosse in grado di produrre tali sequenze. 

L’analisi dell’esperienza predittiva a retrospettiva

Per determinare come questi ricordi avanti e indietro possano convivere, Pfeiffer e il suo gruppo di lavoro hanno fatto esplorare 2 luoghi diversi ai ratti, un’arena quadrata e una pista lunga e diritta, dopo aver introdotto alcuni elettrodi nel loro ippocampo. Per incoraggiarli a muoversi attraverso questi spazi, hanno posizionato pozzetti ripieni di latte al cioccolato in vari punti, analizzando in seguito la registrazione dell’attività delle cellule di luogo per vedere se corrispondeva alle loro posizioni.

Alcuni neuroni si attivavano mentre i topi esploravano questi spazi, codificando informazioni sul luogo. Questi stessi neuroni si attivavano nella stessa sequenza in cui i topi ripercorrevano i loro tragitti e periodicamente si attivavano al contrario, mentre completavano diverse tappe del loro viaggio. Esaminando più da vicino i dati, i ricercatori hanno scoperto che, mentre i ratti si muovevano attraverso questi spazi, i loro neuroni non solo mostravano mini-sequenze predittive in avanti, ma anche mini-sequenze retrospettive all’indietro. Le sequenze avanti e indietro si alternavano l’una con l’altra, impiegando solo poche dozzine di millisecondi per il completamento.

Mentre questi animali si muovono in avanti, spiega il ricercatore americano, i loro cervelli cambiano costantemente tra l’aspettativa di ciò che sarebbe accaduto dopo e il ricordo di ciò che era appena accaduto, il tutto in frazioni di secondo.

In teoria, secondo i neuroscienziati, potrebbe essere possibile dirottare l’attività di queste reti neurali con la capacità di trasformare modelli di attività ordinati in avanti in sequenze retrospettive ordinate in modo inverso, per aiutare il cervello a ricordare dove si è verificato un evento con maggiore fedeltà. Allo stesso modo, le tecniche di stimolazione potrebbero alla fine essere in grado di imitare il preciso schema delle cellule del tempo per aiutare le persone a ricordare più accuratamente le sequenze temporali di eventi. Per dirla in soldoni, i risultati di tutte queste ricerche potrebbero fornire – in un futuro nemmeno tanto lontano – la base per nuovi trattamenti in grado di combattere la perdita di memoria in seguito a lesioni cerebrali traumatiche o morbo di Alzheimer. 

Nel frattempo, possiamo immergerci in questa esperienza di realtà virtuale, di cui non siamo propriamente consapevoli, noleggiando per forza di causa maggiore Tenet, con la curiosità di avvicinarci senza tante ambizioni a questo meccanismo perverso di vu-e-déjà vu senza per questo avvertire l’imbarazzo di sentirsi dei ratti. Buona |re|visione.

Giorgio Cavazzini

Fotografie : © alswart / stock.adobe.com

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