Il training di neurofeedback migliora l'attività cerebrale legata alla memoria

La memoria è importante per gli animali per adattarsi e agire nel loro ambiente. Una parte del cervello chiamata Ippocampo gioca un ruolo chiave nel modo in cui vengono formati e richiamati i ricordi. Quest'area aiuta a codificare esperienze creando schemi di attività cerebrale. Più tardi, durante il sonno o le pause nell'attività, questi schemi possono essere "riprodotti", il che aiuta a rafforzare i ricordi.

Durante questi momenti di riproduzione, ci sono delle esplosioni specifiche di attività cerebrale conosciute come onde rapide (SWR). Queste SWR aiutano a coordinare la comunicazione tra diverse parti del cervello. Si crede che aiutino a memorizzare e mantenere i ricordi collegando varie aree del cervello. Se le SWR vengono interrotte, si può arrivare a una performance di apprendimento e memoria peggiore.

Le ricerche hanno mostrato che quando certe condizioni nel cervello influenzano le SWR, potrebbe portare a problemi di memoria negli animali. Questo suggerisce che se riusciamo a migliorare o incoraggiare le SWR quando mancano, potremmo migliorare memoria e apprendimento.

Alcuni studi hanno esplorato modi per influenzare positivamente le SWR. Tecniche come la stimolazione elettrica e l'ottogenetica sono state utilizzate per attivare o potenziare le SWR. Tuttavia, questi metodi presentano delle sfide, specialmente considerando la loro applicazione sugli esseri umani. Spesso richiedono procedure invasive, il che può limitarne l'uso in contesti clinici.

#L’Approccio del Neurofeedback

Riconoscendo i limiti dei metodi precedenti, i ricercatori si sono concentrati su una tecnica chiamata neurofeedback. Questo metodo fornisce agli individui un feedback in tempo reale sulla loro attività cerebrale, permettendo loro di regolare consapevolmente i loro stati cerebrali. Il neurofeedback ha mostrato potenziale nel trattare alcune condizioni, ma la sua efficacia nel migliorare problemi legati alla memoria è stata incoerente e rimane un’area di esplorazione.

La maggior parte dei metodi esistenti di neurofeedback si concentra sulla regolazione di determinati tipi di attività cerebrale legati a funzioni cognitive piuttosto che mirare a schemi specifici legati alla memoria. Questa lacuna nella ricerca ha portato gli scienziati a indagare se fornire feedback esterno legato all'attività delle SWR potesse aumentare efficacemente la loro occorrenza.

L’obiettivo era scoprire se i soggetti potessero imparare a creare condizioni favorevoli per le SWR usando il neurofeedback non invasivo. Inoltre, poiché la riproduzione durante le SWR è cruciale per la funzione di memoria, i ricercatori volevano vedere se il neurofeedback potesse anche migliorare gli eventi di riproduzione che contengono contenuto spaziale rilevante.

#Il Design dello Studio

In un recente studio, i ratti sono stati addestrati usando un sistema di neurofeedback progettato per aumentare l'attività delle SWR. L'addestramento è stato incorporato in un compito di memoria spaziale, che ha permesso ai ricercatori di confrontare le performance tra ratti che ricevevano neurofeedback e quelli che non lo ricevevano.

L'impostazione prevedeva un labirinto dove i ratti dovevano trovare ricompense alimentari. Durante compiti specifici, quando i ratti dovevano mantenere il naso in uno dei porti più a lungo, il sistema rilevava in tempo reale grandi SWR. Quando veniva raggiunto un certo valore soglia, i ratti ricevevano un segnale acustico e una ricompensa alimentare.

I ricercatori hanno annotato quante volte i ratti producevano SWR durante i trial di neurofeedback rispetto ai trial di controllo. Stavano particolarmente osservando entrambi i tipi di trial e cercando di vedere se il feedback avrebbe portato a un aumento dei tassi di SWR e alla qualità della riproduzione durante i periodi mirati.

#Risultati dall'Addestramento di Neurofeedback

I risultati hanno indicato che i ratti erano davvero in grado di produrre tassi più elevati di SWR durante i trial di neurofeedback. Questo era particolarmente notevole durante i periodi pre-ricompensa quando dovevano rimanere concentrati per ricevere ricompense. I ratti hanno imparato a generare eventi di SWR più grandi in modo più efficiente rispetto a prima.

È interessante notare che l'aumento dei tassi di SWR non era dovuto semplicemente a un'attesa più lunga o alla produzione di singole grandi SWR. Invece, i ratti erano in grado di modulare attivamente la loro generazione di SWR, indicando che hanno adattato il loro comportamento per soddisfare i requisiti del neurofeedback.

Tuttavia, i ricercatori hanno anche osservato alcuni effetti inaspettati dopo la ricompensa. Dopo aver ricevuto la ricompensa, i tassi di SWR sono leggermente diminuiti, suggerendo che i ratti potrebbero aver regolato il loro comportamento in base alle esigenze del compito. Questo potrebbe indicare qualche forma di regolazione che mantiene il numero complessivo di SWR costante attraverso diverse fasi del compito.

#Esaminando il Contenuto della Riproduzione

Dato che la riproduzione durante le SWR gioca un ruolo importante nella memorizzazione, i ricercatori si sono concentrati su se il loro addestramento di neurofeedback preservasse il contenuto di questi eventi di riproduzione. Gli scienziati hanno monitorato come le rappresentazioni spaziali durante le SWR si collegassero alle recenti esperienze dei ratti nel labirinto.

Hanno trovato che i ratti mostravano una gamma di rappresentazioni spaziali durante le SWR, inclusi eventi locali legati alla loro posizione attuale e eventi remoti riferiti a luoghi che avevano esplorato in precedenza. L'addestramento di neurofeedback non ha alterato la qualità o la rilevanza di questo contenuto di riproduzione, e i ricercatori hanno notato che l'addestramento ha portato a un tasso più elevato di riproduzione remota durante i periodi pre-ricompensa.

#Valutazione delle Prestazioni nel Compito

Nonostante i cambiamenti nell'attività delle SWR e nel contenuto della riproduzione, i ricercatori volevano scoprire se l’addestramento di neurofeedback avesse influenzato la capacità dei ratti di ricordare e agire sulle informazioni raccolte durante il compito. I ricercatori hanno valutato diversi aspetti delle loro prestazioni, inclusi efficienza nella ricerca e accuratezza delle scelte.

I ratti che hanno subito neurofeedback hanno mostrato un leggero miglioramento nella loro efficienza quando cercavano nuovi obiettivi, ma questo era probabilmente dovuto alla loro maggiore esperienza con il compito piuttosto che al neurofeedback stesso. I trial di neurofeedback non hanno portato a un cambiamento significativo rispetto ai trial di controllo per quanto riguarda le scelte ottimali o l'evitare aree già visitate.

In generale, la manipolazione del neurofeedback non ha portato a miglioramenti o cali evidenti nelle prestazioni del compito. Questo è in linea con altre ricerche, suggerendo che mentre le SWR e la riproduzione sono essenziali per i processi di memoria, non determinano necessariamente le decisioni immediate.

#Implicazioni e Direzioni Future

I risultati di questo studio rivelano il potenziale del neurofeedback come strumento per influenzare le SWR e i processi di memoria nell'ippocampo. Fornendo un metodo per aumentare le SWR durante compiti specifici, i ricercatori hanno fatto passi importanti nel dimostrare come il feedback comportamentale possa influenzare l'attività cerebrale legata alla memoria.

L'approccio adottato in questo studio differisce significativamente dai metodi precedenti di manipolazione delle SWR attraverso mezzi invasivi. Apre strade per l'uso di tecniche sicure e non invasive che possono essere più facilmente adattate per applicazioni cliniche.

I risultati suggeriscono anche che migliorare le SWR in modelli di compromissione della memoria potrebbe aiutare la ripresa, specialmente se implementato presto in condizioni che portano a un declino cognitivo. C'è ancora molto da imparare su come il neurofeedback potrebbe fornire benefici terapeutici per problemi legati alla memoria, specialmente in contesti come i modelli di malattia di Alzheimer.

#Conclusione

In generale, questa ricerca mostra che il neurofeedback può alterare efficacemente l’occorrenza delle SWR e degli eventi di riproduzione associati nei ratti. Il risultato non solo evidenzia l'adattabilità delle funzioni cerebrali come la memoria, ma indica anche percorsi promettenti per potenziali interventi nei disturbi della memoria. Gli studi futuri possono approfondire come ottimizzare tali tecniche e se possano essere applicate efficacemente agli esseri umani in contesti clinici. Con ulteriori esplorazioni, questo approccio potrebbe evolversi per aiutare a migliorare le performance di memoria e la qualità della vita per coloro che hanno deficit mnemonici.