La Memoria a breve Termine e l’Umano Ippocampo

Ogni laurea psicologia studente viene insegnato che la memoria a breve termine, la capacità di contenere temporaneamente in mente informazioni dall’immediato passato (ad esempio, un numero di telefono) coinvolge diversi processi psicologici e substrati neurali dalla memoria a lungo termine (ad esempio, ricordando quello che è successo ieri). Questo racconto dicotomico della memoria si basa sull’evidenza di dissociazioni neuropsicologiche come quelle mostrate da pazienti con danno al lobo temporale mediale (MTL), che fino ad ora si pensava mostrassero una memoria a lungo termine compromessa ma una normale memoria a breve termine (Squire, 1992). Negli ultimi anni, tuttavia, questo punto di vista ha affrontato sfide considerevoli, dato l’accumulo di prove che suggeriscono che la memoria a breve termine e la memoria a lungo termine, piuttosto che essere qualitativamente distinte, possono in effetti condividere meccanismi neurali sottostanti simili (per la revisione, vedi Jonides et al., 2008).

Una recente osservazione chiave è che i pazienti con danno MTL eseguono male non solo su attività di memoria a lungo termine, ma anche su attività di memoria a breve termine che implicano la memoria di nuove informazioni attraverso brevi intervalli. Mentre la corteccia peririnale sembra supportare la memoria a breve termine per nuove informazioni sugli oggetti (Brown e Aggleton, 2001), l’evidenza neuropsicologica suggerisce che l’ippocampo è critico quando sono coinvolte informazioni associative (per la revisione, vedere Jonides et al., 2008), in linea con la sua funzione proposta come legante relazionale nella memoria a lungo termine (Cohen e Eichenbaum, 1993). Ad esempio, in uno studio recente, i pazienti con amnesia ippocampale sono stati alterati nel ricordare le posizioni di nuovi oggetti, anche attraverso un ritardo di pochi secondi (Jonides et al., 2008).

Sappiamo da prove neuropsicologiche, quindi, che l’ippocampo è fondamentale per la memoria a breve termine per le informazioni associative. Ciò che non è chiaro dai dati neuropsicologici, tuttavia, è come l’ippocampo supporta questa funzione. Hannula e Ranganath (2008) usano la risonanza magnetica funzionale (fMRI) per affrontare questo importante problema caratterizzando l’attività cerebrale durante ogni fase di un compito di memoria associativa a breve termine e collegando tale attività neurale alle prestazioni comportamentali. Mentre un successivo approccio alla memoria è stato ampiamente utilizzato per studiare la memoria di riconoscimento a lungo termine, ciò non è stato possibile in precedenti esperimenti di memoria a breve termine a causa delle prestazioni quasi massimali tipicamente raggiunte dai soggetti. Per aggirare questo problema, gli autori hanno scelto un compito relativamente difficile per garantire che vengano generati un numero sufficiente di prove corrette e errate.

Il paradigma utilizzato condivide somiglianze con un compito noto per essere dipendente dall’ippocampo sulla base di precedenti dati neuropsicologici (Hartley et al., 2007). Durante la fase campione di ogni prova, i soggetti hanno visualizzato una nuova scena composta da quattro oggetti (su un insieme di nove oggetti), ciascuno in una delle nove possibili posizioni in una griglia 3 × 3 . Per incoraggiare l’uso di una strategia allocentrica (o centrata sul mondo) mediata dall’ippocampo, piuttosto che una strategia egocentrica (o centrata sullo spettatore) pensata per fare affidamento sulle cortecce parietali e prefrontali, ai soggetti è stato chiesto di formare un’immagine mentale della scena ruotata di 90° a destra del punto di vista originale. Sono stati quindi tenuti a mantenere la rappresentazione ruotata durante la successiva fase di ritardo di 11 s in previsione dello stimolo del test. Durante la fase di test, è stata valutata la memoria dei soggetti per le posizioni degli oggetti. Ciò è stato fatto chiedendo loro di classificare, premendo un pulsante, lo stimolo di prova in base al fatto che costituisse (1) una “corrispondenza” (cioè, la scena originale ruotata di 90°); (2) “posizione di mancata corrispondenza” (cioè, un oggetto occupava una nuova posizione); (3) “mancata corrispondenza-swap” (cioè, due oggetti avevano scambiato posizioni”). Le prestazioni in tutte le condizioni erano significativamente superiori a un livello di probabilità del 33% di risposte corrette: 78, 65 e 60% su display match, mismatch-position e mismatch-swap, rispettivamente.

Gli autori hanno prima eseguito una successiva analisi della memoria contrastando prove corrette con prove errate. Ciò ha rivelato che l’attività ippocampale durante la fase del campione predisse giudizi di riconoscimento di successo nella fase di test . Questa scoperta esclude una spiegazione altrimenti problematica che una maggiore attività neurale durante la fase di campionamento predice il successo successivo non attraverso la codifica delle informazioni associative della posizione dell’oggetto, ma piuttosto gli oggetti (ad esempio, tamburi, birdbath) stessi. In effetti, una successiva correlazione della memoria è stata osservata nella corteccia peririnale selettivamente durante la fase del campione, in linea con le proposte che questa regione neurale è fondamentale per la codifica di informazioni specifiche dell’elemento.

È interessante notare che non ci sono state differenze significative nell’attività ippocampale in funzione dell’accuratezza durante il periodo di ritardo. Sebbene si consiglia cautela nell’interpretare tale risultato nullo, questo risultato suggerisce che la cottura neurale persistente nell’ippocampo non si verifica durante il periodo di ritardo delle attività di memoria a breve termine, come si pensa che si verifichi nella corteccia entorinale. Una possibilità è che l’ippocampo supporti la memoria a breve termine per le informazioni associative attraverso cambiamenti transitori nell’efficacia sinaptica, piuttosto che la manutenzione attiva (Jonides et al., 2008). In alternativa, può verificarsi una manutenzione attiva, ma con un meccanismo diverso non rilevabile dall’fMRI (ad esempio, che coinvolge oscillazioni theta/gamma).

Questi risultati suggeriscono che l’ippocampo svolge un ruolo importante nella codifica e nel recupero, ma forse non nel mantenimento attivo, di nuove informazioni associative nella memoria a breve termine. Ma come fa l’ippocampo a calcolare la novità, o al contrario la familiarità, dello stimolo di prova in modo tale da poter esprimere un giudizio di riconoscimento corretto? Una proposta teorica influente è che l’ippocampo agisce come un comparatore (o rivelatore di corrispondenza-mismatch), identificando discrepanze tra le precedenti previsioni basate sull’esperienza passata e gli attuali input sensoriali (Norman e O’Reilly, 2003) (per la revisione, vedi Kumaran e Maguire, 2007). Una strategia per valutare la validità di questa ipotesi è quella di caratterizzare come l’attività dell’ippocampo varia in funzione della novità o della familiarità dello stimolo del test. Prove empiriche coerenti con le previsioni derivanti da un modello di confronto sono state fornite da un recente studio che utilizza questo approccio (Kumaran e Maguire, 2006), con attività ippocampale osservata specificamente in condizioni di mancata corrispondenza, e non in risposta alla semplice presenza di novità di per sé.

Hannula e Ranganath (2008) hanno adottato un approccio simile per sondare la natura dei segnali di novità/familiarità dell’ippocampo, includendo tre tipi di test che variavano in base alla loro somiglianza con lo stimolo del campione. Gli autori hanno utilizzato un’analisi della regione di interesse per dimostrare che l’attivazione dell’ippocampo durante le prove corrette era maggiore in relazione ai display di corrispondenza (rispetto ai display mismatch-position e mismatch-swap). È interessante notare che, quando la novità / familiarità delle informazioni associative è incidentale al compito in questione (cioè, i soggetti non sono tenuti a esprimere giudizi espliciti sulla memoria di riconoscimento), è stato osservato un modello qualitativamente diverso di risultati con l’attivazione dell’ippocampo massima in condizioni di mancata corrispondenza piuttosto che corrispondenza (Kumaran e Maguire, 2006). Prima di passare a spiegazioni “interessanti” per questa discrepanza, vale la pena considerare l’influenza delle prestazioni superiori dei soggetti durante i display delle partite (confronta i display di mancata corrispondenza) sui dati neurali osservati. Anche se gli autori hanno attentamente considerato e scontato tale effetto, senza dati di rating di fiducia, è difficile escludere del tutto la possibilità che i soggetti possano essere stati più sicuri nel fare (corretta) corrispondenza, al contrario di disallineamento, giudizi.

Detto questo, la spiegazione più probabile per i risultati osservati è che l’ampiezza delle risposte ippocampali a nuovi input sensoriali (o familiari) dipende dal compito specifico che viene eseguito. Come tale, i risultati osservati da Hannula e Ranganath (2008) assomigliano al ben noto fenomeno del “match enhancement” osservato nella corteccia inferotemporale/peririnale della scimmia in relazione all’arrivo di uno stimolo target previsto che corrisponde allo stimolo attuale tenuto presente (Miller e Desimone, 1994) . Al contrario, durante il rilevamento automatico della novità all’interno dell’ambiente, l’aumento dell’attività neurale nell’ippocampo può riflettere la firma relativamente “pura” di un meccanismo di confronto, privo di modulazione da influenze dall’alto verso il basso (Kumaran e Maguire, 2006). Una strada importante per il lavoro futuro, quindi, sarà quella di esplorare l’importanza delle interazioni reciproche tra l’ippocampo e le cortecce prefrontali che variano in base alle esigenze specifiche del compito (ad es., compito di memoria di riconoscimento esplicito) e quindi determinare l’ampiezza dei segnali di novità ippocampale osservati (o familiarità).

Per riassumere, lo studio di Hannula e Ranganath (2008) integra piacevolmente i dati neuropsicologici esistenti riguardanti l’importanza dell’ippocampo nella memoria associativa a breve termine. Inoltre, le prove fornite forniscono nuove intuizioni sulla natura del contributo dell’ippocampo alla memoria a breve termine, suggerendo che partecipa principalmente alla codifica e al recupero, ma forse non al mantenimento attivo delle informazioni associative. Una direzione importante per la ricerca futura sarà quella di sviluppare e testare empiricamente modelli computazionali formali di memoria di riconoscimento e elaborazione automatica della novità utilizzando fMRI. Idealmente, questi modelli dovrebbero includere componenti MTL e interazioni modulatorie specifiche per attività con regioni superiori (ad esempio, corteccia prefrontale). In questo modo, potrebbe essere possibile ottenere una comprensione precisa di come la novità e la familiarità sono calcolate nel MTL e di come questi segnali vengono utilizzati da altre regioni del cervello per effettuare giudizi di memoria di riconoscimento di successo e per rilevare automaticamente la novità all’interno del nostro ambiente sensoriale.