Nuove su
neuroni e astrociti nella memoria
ROBERTO COLONNA
NOTE E
NOTIZIE - Anno XXII – 31 maggio 2025.
Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale
di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a
notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la
sezione “note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici
selezionati fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori
riviste e il cui argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
Dalla fondazione della
nostra società siamo impegnati a diffondere i risultati della ricerca sul ruolo
degli astrociti nei processi cognitivi e, in generale, nelle funzioni psichiche
e nei disturbi psichiatrici. Anche se la nozione del secolo scorso sul ruolo di
mero supporto della glia è stata dura a morire, dopo oltre vent’anni di studi
su gliotrasmissione, ruolo delle sinapsi tripartite, partecipazione delle reti
astrogliali a verosimilmente tutti i processi cerebrali tradizionalmente
attribuiti esclusivamente alle reti neuroniche cerebrali e l’adozione di
trattati come Neuroglia[1] nei
corsi di formazione in neuroscienze, finalmente le acquisizioni sperimentali in
questo campo sono diventate cultura comune.
Rimane il problema della
difficoltà di decifrare, nei singoli processi, i meccanismi della cooperazione
neuroni-astrociti. Finora, i dati certi appaiono parziali e frammentari. Leo Kozachkov e colleghi hanno elaborato un impianto teorico
per una migliore interpretazione e sistematizzazione dei dati: una teoria
dell’elaborazione della memoria da parte di reti neuroniche-astrocitarie che
adotta lo strumento della Dense Associative Memory.
In questo modo, i
ricercatori hanno ottenuto dati da cui si ricava che gli astrociti possono
fungere da unità naturali per l’espressione funzionale di questa rete nell’hardware
biologico cerebrale. È emerso che gli astrociti accrescono la capacità di
memoria della rete. Questo potenziamento origina dall’immagazzinare memorie
nella rete dei processi astrogliali, non esclusivamente nelle sinapsi, come
comunemente si crede. Queste comunicazioni processo-processo, probabilmente si
verificano nel cervello, e possono aiutare a spiegare le sue impressionanti
capacità di memoria impressiva.
(Kozachkov L. et al, Neuron-astrocyte
associative memory. Proceedings of the National Academy of Sciences USA – Epub
ahead of print doi: 10.1073/pnas.2417788122, May 23, 2025).
La
provenienza degli autori è
la seguente: Department of Brain and Cognitive
Sciences, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA (USA); Thomas J.
Watson Research Center, International Business Machines Research, Yorktown
Heights, NY (USA); Department of Mechanical Engineering, Massachusetts
Institute of Technology, Cambridge, MA (USA); Massachusetts Institute of
Technology-International Business Machines, Watson Artificial Intelligence
Laboratory, International Business Machines Research, Cambridge, MA (USA).
[Edited
by Wesley P. Clawson, Allen Discovery Center at Tufts University, Medford, MA (USA);
PNAS USA accepted by Editorial Board Member Michael S. Gazzaniga].
Attualmente è nozione consolidata che gli astrociti,
le cellule più abbondanti e studiate della glia encefalica, svolgono un ruolo
di fondamentale importanza nella memoria cognitiva dei mammiferi, in generale,
e della nostra specie, in particolare. Molte sinapsi dell’ippocampo sono
contattate da singoli astrociti, in modi che sono oggetto di studi analitici,
ma non vi sono teorie correnti che spieghino la maniera in cui neuroni,
astrociti e sinapsi contribuiscono collettivamente alla fisiologia della
memoria. Leo Kozachkov
e colleghi hanno innanzitutto dimostrato che aspetti fondamentali della
morfologia e della fisiologia degli astrociti conducono naturalmente a un sistema
di memoria associativa dinamico e di alta capacità.
Le reti neuroni-astrociti,
generate dal framework degli autori, sono strettamente associate alle popolari
architetture di machine learning conosciute come Dense Associative Memories. Correggendo i pattern di connettività,
il modello sviluppato dai ricercatori porta a una famiglia di reti di memoria
associativa che include, come due casi-limite, Dense Associative Memory
e Transformer.
Nelle attuazioni biologiche
conosciute delle Dense Associative Memories,
la ratio delle memorie immagazzinate rispetto al numero dei neuroni
rimane costante, nonostante la crescita delle dimensioni della rete.
Questo lavoro dimostra che
le reti neuroni-astrociti seguono una legge di scala di memoria superiore,
superando la prestazione delle realizzazioni biologiche note della Dense
Associative Memory. Il modello di Leo Kozachkov e
colleghi suggerisce la nuova e stimolante possibilità che le memorie possano
essere immagazzinate, almeno in parte, all’interno delle reti astrogliali
formate dai processi di astrociti, invece che esclusivamente nel peso
sinaptico interneuronico, come si è ritenuto finora.
L’autore della nota ringrazia
la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle
recensioni di
argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito
(utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).
Roberto Colonna
BM&L-31 maggio 2025
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of Neuroscience, è registrata presso l’Agenzia delle Entrate di Firenze,
Ufficio Firenze 1, in data 16 gennaio 2003 con codice fiscale 94098840484, come
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[1] Helmut Kettenmann & Bruce C. Ransom (eds), Neuroglia.
Oxford University Press, New York 2013 (e successive edizioni).