I neuroni che rimangono attivi anche dopo che lo stimolo scatenante è stato messo a tacere costituiscono la base della memoria a breve termine. Il cervello utilizza neuroni ritmicamente attivi per combinare gruppi più grandi di neuroni in unità funzionali. Fino ad ora, i neuroscienziati hanno, per la maggior parte, studiato queste e altre proprietà con l'aiuto di modelli di rete, ognuno dei quali è in grado di ricreare un solo immobile. Gli scienziati del Max Planck Institute for Brain Research di Francoforte hanno ora mostrato come il nuovo modello può essere utilizzato per studiare più proprietà in parallelo. Secondo i loro calcoli, tutte le proprietà condividono una base comune:i canali ionici nella membrana cellulare che controllano l'intensità con cui i neuroni vengono stimolati elettricamente. L'emergere di queste proprietà non richiede plasticità sinaptica - una scoperta che aiuta a spiegare, Per esempio, perché alcuni farmaci psicoattivi possono avere effetti collaterali di vasta portata.

"Ciò che non posso creare, Non capisco." Fedele a questa osservazione del fisico americano Richard Feynman, i neuroscienziati stanno cercando di modellare virtualmente il cervello umano all'interno di un computer. Si stanno concentrando in particolare sulla corteccia cerebrale, che è responsabile delle capacità cognitive superiori.

Uno dei modelli computerizzati della corteccia cerebrale sviluppati negli ultimi anni è noto come modello della rete sopralineare stabilizzata (SNN). Si basa, tra l'altro, partendo dal presupposto che la relazione tra segnali in ingresso e in uscita non sia lineare. I neuroni virtuali del modello sono progettati in modo tale che un leggero aumento dell'input possa risultare in un output notevolmente amplificato. Il SSN è costituito da elementi che si attivano o si inibiscono reciprocamente, proprio come il cervello consiste nello stimolare e nell'inibire i neuroni. D'altra parte, le connessioni tra gli elementi, ovvero le sinapsi virtuali, sono immutabili. Così, a differenza delle sinapsi nella corteccia cerebrale, le connessioni nel SSN non possono essere aumentate o attenuate.

Studi precedenti avevano dimostrato che il SSN incorpora proprietà importanti per l'elaborazione dei segnali di input simili ai centri della corteccia cerebrale che elaborano le informazioni visive. Loro includono, Per esempio, normalizzazione degli stimoli visivi di varia intensità, amplificazione dell'attività per contrasti deboli e soppressione degli stimoli vicini. Una tale rete potrebbe anche costituire la base per altre proprietà della corteccia cerebrale?

Secondo le analisi effettuate dagli scienziati del Max Planck Institute for Brain Research, questo è infatti il ​​caso. Per esempio, i neuroni virtuali del SSN rimangono permanentemente attivi, anche dopo che il segnale di attivazione originale è stato silenziato. "Questo è un prerequisito per l'archiviazione a breve termine o le informazioni sensoriali, cioè la memoria di lavoro del cervello, " afferma Nataliya Kraynyukova del Max Planck Institute for Brain Research. Inoltre, il modello di rete può generare attività ritmica. Tali segnali crescenti e decrescenti sono caratteristici della corteccia cerebrale e appaiono come modelli di attività ondulatoria sugli elettroencefalogrammi.

Memoria a breve termine senza plasticità sinaptica

I risultati mostrano che abilità ad ampio raggio come la memoria a breve termine e la normalizzazione dei segnali di contrasto potrebbero condividere una base neuronale comune, vale a dire canali ionici nella membrana cellulare. La plasticità sinaptica non è richiesta. "Ci ha stupito, perché da anni si pensa che la plasticità sinaptica sia un meccanismo chiave per la memorizzazione delle informazioni nel cervello. Chiaramente, però, questo non si applica alla memoria a breve termine, " Dice Tatjana Tchumatchenko.

Le nuove scoperte aiutano anche a spiegare perché alcuni farmaci psicoattivi hanno effetti collaterali indesiderati oltre al loro effetto principale desiderato:alcuni farmaci alterano l'attività di alcuni canali ionici nel cervello. "Molti farmaci per l'epilessia e l'emicrania, per esempio carbamazepina e topiramato, bloccare l'attività dei canali del sodio potenzialmente attivati. Ora sappiamo che questo può avere un impatto su importanti attività del cervello e, Per esempio, influenzare la memoria a breve termine, "Spiega Tchumatchenko.