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Memoria e apprendimento, Appunti di Fisiologia

Descrizione dettagliata sulla memoria e apprendimento. Distinzione tra memoria a breve termine e a lungo termine, con relative caratteristiche e compiti, e tra memoria esplicita e implicita. Condizionamento operante e classico e meccanismi cellulari dell’apprendimento e della memoria, abitudine e sensibilizzazione, via perforante e trisinaptica

Tipologia: Appunti

2023/2024

In vendita dal 20/06/2024

Chiaramedicina
Chiaramedicina 🇮🇹

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APPRENDIMENTO E MEMORIA
Fattori genetici e ambientali
Contribuiscono alla capacità di mantenere una performance in un compito nel tempo, o acquisire una memoria e applicarla nel tempo.
L’apprendimento è il meccanismo attraverso cui delle esperienze “se ne fa tesoro”e la prossima volta in cui si è sottoposti allo stesso stimolo di
applicherà un adattamento più efficace a quel contesto;
La memoria è quel processo attraverso cui le conoscenze e esperienze si una situazione ambientale vengono codificate in strutture, conservate e
eventualmente richiamate all’utilizzo.
L’informazione viene trasformata in un CODICE per il suo mantenimento a lungo termine in vista di un possibile richiamo.
Neurologia classica
1820: Gall elaborò una teoria secondo cui il cranio potesse variare, vi fossero differenze da individuo a individuo e che i “bozzi” fossero dovuti
a una espansione di un’area cerebrale sottostante; le funzioni che Gall cercava sulla superificie erano la moralità, l’affidabilità,…
1860 circa: Broca costruì una mappa delle funzioni sulla superficie della corteccia e in questo periodo ci si iniziò a interrogare se anche la
memoria fosse localizzabile e se avesse un suo sito
Fino alla metà del XX secolo: convinzione che la memoria non fosse una funzione indipendente, ma trasversale, dipendente dalle altre funzioni,
non localizzabile e quindi non separata dalle altre;
Inizio 900’: vari tentativi per localizzarla
Metà 900’: si è ritenuta la memoria non localizzabile
Lashley
Fece vari esperimenti per localizzare la memoria nel cervello del ratto in un labirinto: il ratto poteva circolare liberamente per memorizzare la
struttura;
esperimento che anticipò ciò che Tulving in seguito chiamò mappa mentale
= memoria/ rappresentazione spaziale del labirinto che presentava permanenza nel tempo
se si toglieva il ratto dal labirinto e lo si rimetteva dopo una settimana sembrava che esso sapesse dove andare, con velocità di risoluzione >
dimostra una chiara curva di apprendimento con riduzione del tempo
si concluse che vi era una MEMORIA
A questo punto si applicò una manipolazione comportamentale per misurare il grado di apprendimento
= quanto tempo impiegava il ratto a fare il labirinto la seconda volta
poi si fecero dei lavori per individuare l’area che, se lesionata, portava a perdita di memoria, costruiva una mappa della aree e del loro impatto
sulla performance una volta rimosse
Penfield (10 anni dopo)
Osservò che alcuni siti dei lobi temporali se stimolati , evocano nel paziente esperienze pregresse.
Paziente HM
Paziente la cui osservazione fece cambiare completamente idea sulla memoria:
gli venne asportato l’ippocampo bilaterale, l’amigdala è una porzione minore della porzione basale dei lobi temporali
Venne fatto per RIMUOVERE un FOCOLAIO EPILETTICO FARMACORESISTENTE
fu rilevata una amnesia particolare in cui:
La memoria antecedente era conservata 1.
Normale padronanza de linguaggio 2.
Quoziente intellettivo invariato 3.
Mancava la capacità di fissare nuovi ricordi a lungo termine 4.
quindi questo paziente dimostrò che vi è una dissociazione tra processo di mantenimento memoria e costruzione memoria a lungo termine;
Inoltre vi è una dissociazione del mantenimento mantenimento a breve di un contenuto informativo e del processo di storage
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APPRENDIMENTO E MEMORIA

Fattori genetici e ambientali

Contribuiscono alla capacità di mantenere una performance in un compito nel tempo, o acquisire una memoria e applicarla nel tempo. L’ apprendimento è il meccanismo attraverso cui delle esperienze “se ne fa tesoro”e la prossima volta in cui si è sottoposti allo stesso stimolo di applicherà un adattamento più efficace a quel contesto; La memoria è quel processo attraverso cui le conoscenze e esperienze si una situazione ambientale vengono codificate in strutture, conservate e eventualmente richiamate all’utilizzo. L’informazione viene trasformata in un CODICE per il suo mantenimento a lungo termine in vista di un possibile richiamo.

Neurologia classica

  • 1820: Gall elaborò una teoria secondo cui il cranio potesse variare, vi fossero differenze da individuo a individuo e che i “bozzi” fossero dovuti a una espansione di un’area cerebrale sottostante; le funzioni che Gall cercava sulla superificie erano la moralità, l’affidabilità,…
  • 1860 circa: Broca costruì una mappa delle funzioni sulla superficie della corteccia e in questo periodo ci si iniziò a interrogare se anche la memoria fosse localizzabile e se avesse un suo sito
  • Fino alla metà del XX secolo: convinzione che la memoria non fosse una funzione indipendente, ma trasversale, dipendente dalle altre funzioni, non localizzabile e quindi non separata dalle altre;
  • Inizio 900’: vari tentativi per localizzarla
  • Metà 900’: si è ritenuta la memoria non localizzabile

Lashley

Fece vari esperimenti per localizzare la memoria nel cervello del ratto in un labirinto: il ratto poteva circolare liberamente per memorizzare la struttura;

  • esperimento che anticipò ciò che Tulving in seguito chiamò mappa mentale = memoria/ rappresentazione spaziale del labirinto che presentava permanenza nel tempo
  • se si toglieva il ratto dal labirinto e lo si rimetteva dopo una settimana sembrava che esso sapesse dove andare, con velocità di risoluzione > dimostra una chiara curva di apprendimento con riduzione del tempo ‣ si concluse che vi era una MEMORIA A questo punto si applicò una manipolazione comportamentale per misurare il grado di apprendimento = quanto tempo impiegava il ratto a fare il labirinto la seconda volta
  • poi si fecero dei lavori per individuare l’area che, se lesionata, portava a perdita di memoria, costruiva una mappa della aree e del loro impatto sulla performance una volta rimosse

Penfield (10 anni dopo)

Osservò che alcuni siti dei lobi temporali se stimolati , evocano nel paziente esperienze pregresse.

Paziente HM

Paziente la cui osservazione fece cambiare completamente idea sulla memoria:

  • gli venne asportato l’ ippocampo bilaterale , l’ amigdala è una porzione minore della porzione basale dei lobi temporali Venne fatto per RIMUOVERE un FOCOLAIO EPILETTICO FARMACORESISTENTE
  • fu rilevata una amnesia particolare in cui:
  1. La memoria antecedente era conservata
  2. Normale padronanza de linguaggio
  3. Quoziente intellettivo invariato
  4. Mancava la capacità di fissare nuovi ricordi a lungo termine quindi questo paziente dimostrò che vi è una dissociazione tra processo di mantenimento memoria e costruzione memoria a lungo termine; Inoltre vi è una dissociazione del mantenimento mantenimento a breve di un contenuto informativo e del processo di storage

H.M ebbe dunque una amnesia anterograda , riusciva a ripetere un numero di telefono per qualche secondo o minuto, in quanto la sua memoria di lavoro era intatta, ma se veniva distratto, anche per poco, il numero veniva dimenticato. Tutti i pazienti con estese lesioni bilaterali delle aree associative limbiche del lobo temporale mediale presentano analoghi deficit di memoria a lungo termine. per es. si chiede a H.M di imparare a disegnare il profilo di una stella guardando sia la stella sia la propria mano in uno specchio Inizialmente faceva molti errori ma dopo parecchi giorni di prove le sue prestazioni risultavano prive di errori e paragonabili a quelle di un soggetto sano; nonostante ciò egli non era conscio di aver appreso a eseguire questo compito. La formazione di ricordi a lungo termine in pazienti amnesici non si limita a abilità motorie :

  • apprendimenti di tipo riflesso : abituazione , sensibilizzazione e alcune forme di condizionamento;
  • miglioramento prestazioni in certi compiti percettivi e concettuali es. sono buone per certe forme di memoria come il priming (da innesco) nelle quali la percezione di una parola o di un oggetto cosi come il riconoscimento del loro valore semantico; Memoria di lavoro a breve termine Memoria a breve termine = memoria descritta sulla base della sua distensione temporale
  • localizzazione inesistente, ma è stato individuato un magazzino a breve termine di natura acustica articolatoria che manterrebbe le info di natura linguistica e che sfrutterebbe aree del linguaggio; esiste anche un taccuino viso-spaziale che contiene info spaziali, del movimento dello spazio e usa le stesse strutture per l’analisi visiva e l’organizzazione del movimento nello spazio Memoria di lavoro = memoria di processo, che permette di fare operazioni sul contenuto di memoria, la sua estensione e dimensione quantitativa
  • riguarda il MAGAZZINO di MEMORIA, utile nella codifica iniziale di una info dell’esperienza e per il recupero della memoria a lungo termine
  • per fare la MOBILIZZAZIONE serve un sistema attenzione, un esecutivo centrale localizzato nel lobo prefrontale
  • è un meccanismo attivo che tiene un numero limitato di elementi, limitazione di risorse rispetto al numero di elementi dipende da processi del lobo frontale

Nella parte B: la frequenza di scarica dei neuroni della corteccia prefrontale laterale di una scimmia durante il periodo di ritardo è spesso mantenuta SOPRA la linea di base e rappresenta la risposta al tipo di stimolo, alla sua localizzazione e all’integrazione delle due info;

  • a sx: rappresenta l’attività di un neurone prefrontale in risposta a oggetti che corrispondono al campione e a oggetti non corrispondenti; attività compresa sia quando la scimmia osserva gli oggetti corrispondenti al campioni sia nel corso del ritardo
  • a dx: i simboli rappresentano i siti di registrazione dove erano presenti neuroni che ritenevano ciascun tipo di info MLT: esplicita e implicita Memoria esplicita/dichiarativa = ricordarsi fatti-luoghi-persone Info richiamate tramite sforzi che devono essere deliberati e coscienti Memoria duttile e richiede la capacità di associare nuovi elementi a vecchi , mai nessuno contenuto va a localizzarsi indipendentemente dalle altre memorie “Stability plasticity dilemma”: come mantenere una rappresentazione stabile della conoscenza gà acquista dal modello, dandogli comunque la possibilità di apprendere nuovi concetti? la memoria epidosdica è mediata da almeno 4 meccanismi correlati ma distinti: ‣ Codifica = processo iniziale di acquisizione di nuove info e alla loro successiva elaborazione; si presta attenzione alle info che arrivano e le si associ a memorie preesistenti - codifica più solida se il soggetto è motivato a ricordare o perchè la info ha una particolare rilevanza emotiva/ comportamentale ‣ Immagazzinamento/Consolidamento = siti/ meccanismi nervosi in cui le info appena apprese vengono conservate sottoforma di ricordi persistenti; sembra non vi sia limite di capienza, al contrario della memoria di lavoro ‣ Consolidamento = trasforma le info conservate temporaneamente in forme più stabili; - comporta espressione di geni e sintesi di proteine che determinano variazioni strutturali delle sinapsi ‣ Richiamo = le info conservate vengono ricordate, richiamate tramite un processo di ricostruzione - processo simile a quello della percezione e quindi è soggetto a distorsione - comporta una sua riattivazione a cui può seguire una ricodifica, processo non esente da errori Tulving suddivide ulteriormente la memoria esplicita in: ‣ memoria semantica : stratificazione delle esperienze, generalizza tutti i dettagli e permette di includere nuovi elementi all’interno di una rete di conoscenze - Es. sappiamo che un elefante è grigio con 4 zampe ma non si sa quando l’abbiamo imparato ‣ memoria episodica : localizzato nello spazio e nel tempo, ha contenuti sensoriali più evidenti - Es. mi ricordo che siamo andati 5 anni allo zoo e ho visto per la prima volta un elefante Memoria implicita = modalità di esecuzione movimenti-connessa all’addestramento ed è rigida , collegata alle condizioni di inizio apprendimento per verificare la presenza di memoria di questo tipo si usa la performance Mishkin e Squire Riuscirono a riprodurre un deficit analogo ad H.M. su un animale, e videro che l’ amigdala è implicata
  • nelle memorie associative a contenuto emotivo quindi: le aree centrali da indurre per avere il pattern di H.M. erano le corteccie dell’Ippocampo e delle aree associative adiacenti para-ippocampica e peririnale. Ciò permise di costruire il MODELLO di MEMORIA per cui le info vengono inizialmente elaborate dalle corteccie sensoriali

Modello di memoria

  1. Progressione dell’informazione dall’area visiva primaria e secondaria e di ordine superiore fino a raggiungere aree associative polimodali , che ricevono una vasta convergenza in input provenienti da più modalità sensoriali
  2. le aree polimodali integrano l’esperienza per poi trasferire info alla corteccia para-ippocampica e peririnale
  3. dalle corteccie para-ippocampica e peririnale vi è trasferimento info alla corteccia entorinale , che fa da passaggio per entrare nel circuito dell’ Ippocampo
  4. l’uscita dal circuito dell’Ippocampo riporterà info alla corteccia entorinale e da qui alle aree della corteccia che hanno prodotto l’integrazione sensoriale dell’esperienza Corteccia entorinale Svolge una funzione duplice facendo convergere input e output dell’Ippocampo
  • come principale porta di accesso dell’Ippocampo proietta al giro dentato tramite la via performante e fornisce la principale afferenza dalle cortecce associative polimodali
  • come a più importante via di uscita verso aree associative corticali Una lesione a essa provoca gravi alterazioni della memoria in tutte le modalità sensoriali: es. Morbo di Alzheimer Ippocampo Nell’uomo vi è una differenziazione funzionale fra ippocampo dx e sx ;
  • ippocampo di destra: responsabilità su memorie con una componente spaziale
  • ippocampo di sinistra: responsabilità su memorie con componenti verbali

Ruolo dell’Ippocampo

Una lesione dell’Ippocampo, come visto in H.M. non cancella la memoria. Esso è solo una sede transitoria delle tracce di memoria a lungo termine, e la conservazione della memoria a lungo termine avvenga nelle aree polimodali , che hanno per prime raccolto l’esperienza della memoria. Quindi l’ippocampo trasferisce lentamente queste info nuovamente nelle aree polimodali, facendo in modo che queste rimangano nel pattern di connessione, senza interferire con le memorie precedenti. Esso inoltre connette nella memoria aspetti separati dalle esperienze , codificando gli aventi in base a nessi associativi intercorrenti tra elementi occorsi in un dato contesto spazio-temporale Memoria implicita Suddivisa in: Memoria non associativa = quando il soggetto apprende le proprietà di uno stimolo

  • es. Abitudine: riduzione della risposta se ripetiamo lo stesso stimolo , ampiezze sempre minori
  • Invece la sensibilizzazione: aumento della risposa verso vari stimoli nel momento in cui essi sono preceduti da uno stimolo intenso o potenzialmente fastidioso Memoria associativa = l’aspetto centrale dell’apprendimento non sono le proprietà di uno stimolo ma l’associazione fra due stimoli , come l’associazione tra uno stimolo e una risposta

Quindi l’abitudine è conseguenza della riduzione di rilascio di neurotrasmettitore nelle fessure sinaptiche di tutta la catena che va dal neurone sensitivo al motoneurone. Secondo questa idea la modificazione sinaptica resposabile dell’abitudine potrebbe la base per capire i meccanismi di memoria a breve termine = meccanismi che tramite la modulazione dell’efficacia sinaptica possono mantenere uno stato di attivazione. Nell’immagine lo sperimentatore non somministrato solo una sessione di stimolazione del sifone , ma porta avanti più sessioni di stimolazione. Si osserva chela risposta attenuata del motoneurone si mantiene attenuata e praticamente portata a zero, anche dopo una settimana. SENSIBILIZZAZIONE : risposta aumentata a uno stimolo intenso precedente

  • infatti: uno stimolo intenso ad un’altra via nervosa fa si che altre vie vengano esaltate nella loro attività in questo esempio: abbiamo stimolazione sulla coda che determina una amplificazione della risposta alla stimolazione del sifone
  • è un processo eterosinaptico in cui una via completamente indipendente porta, tramite interneuroni facilitatori a produrre una eccitazione della connessione sinaptica tra sifone-branchia
  • Sinapsi di tipo asso-assoni e aumentano il rilascio di neurotrasmettitore nella fessura sinaptica

MECCANISMI CELLULARI DELLA MEMORIA

Il processo stesso di modifica consiste nell’apprendimento e la nuova configurazione delle reti nervose costituirebbe la memoria.

  • Sono i circuiti responsabili di una funzione a dover modificare i pesi sinaptico e a determinare il processo CAMBIAMENTO e di RITENZIONE di una particolare traccia di memoria Abbiamo gia visto l’abitudine e la sensibilizzazione; in entrambi i casi vi sono meccanismi di sensibilizzazione a breve e lungo termine , ma la differenza è :
  • l’abitudine è un processo monosinaptico (unica via nervosa)
  • la sensibilizzazione è un processo eterosinaptico L’ AUMENTO della forza di un riflesso avviene tramite interneuroni modulatorio di un altro circuito. Riprendendo il caso della lumaca:
  • si è visto che vi sono degli interneuroni eccitatori che, dalla via che conduce dalla coda al centro di integrazione, esercitano una proiezione eccitatoria , anche di tipo asso-assoni a sulla via del riflesso di retrazione della branchia determinano un AUMENTO RISPOSTA di RETRAZIONE della branchia dato un segnale analogo presentato sul sifone
  • vuol dire che il nostro stimolo tattile non nocivo sul sifone è della medesima entità dovrebbe produrre la stessa intensità di retrazione della branchia MA se lo stimolo è preceduto da uno stimolo su un altro circuito (cioè quello intenso sulla coda) di fatto si vede un EPSP aumentato e una ritrazione della branchia maggiore

Fear conditioning

Protocollo ampiamente usato che sfrutta il meccanismo del condizionamento classico e permette di studiare il condizionamento della paura

  • si somministra un suono, stimolo neutro condizionato, e la scossa elettrica, stimolo incondizionato
  • si introduce un accoppiamento stabile tra i due e si testa il condizionamento, somministrando solo lo stimolo acustico
  • Cosa produce lo stimolo sonoro dopo che questo ha assunto una valenza protettiva rispetto alla possibilità che ci sia lo stimolo elettrico? Si ha una risposta aumentata nel nucleo laterale dell’ amigdala Il Modello è che lo stimolo acustico che quello elettrico procedono nella loro elaborazione secondo le vie canoniche:
  • Dal talamo raggiungono le strutture corticali (uditiva e somatosensoriale) una porzione di queste proiezioni al talamo vengono riproiettate (dal nucleo talamico uditivo e dal nucleo talamico somatosensoriale), tramite via diretta e indiretta, al nucleo laterale dell’amigdala dal nucleo laterale dell’amigdala vanno a mediare , tramite una proiezione, al nucleo centrale , la risposta di paura verificata
  • in questo modello vi sono quindi gli elementi per creare associazioni di scarica che possono produrre, anche in assenza di stimolo elettrico, una risposta mediata dal nucleo centrale Struttura è importante perché il nucleo basolaterale dell’amigdala riceve
  • importanti proiezioni dopaminergiche-noradrenergiche-serotoninergiche dalla VENTRAL TEGMENTAL AREA , nucleo fondamentale per il reward, rinforzo del comportamento
  • proiezioni colinergiche provenienti dal BASAL FORTH BRAIN , strutture del prosencefalo basale fondamentali per la guida e selezione del comportamento IN piu: le proiezioni sono presenti anche quando non c’è condizionamento , sono connessioni anatomiche

L’applicazione di questa scarica ad alta frequenza di stimoli determinava LTP. Poi si somministra APV , antagonista dei canali NMDA, canale del glutammato. Nelle collaterali di Schaffer vi era una cancellazione del potenziamento a lungo termine rispetto ai controlli. Quando andiamo nella vi performante diretta, proietta direttamente al campo ca1, la somministrazione di APV non è sufficiente a cancellare LTP, ma deve essere i qualcos’altro: si somministrò **APV

  • nitrendipina** , antagonista del calcio. QUINDI per determinare LTP vi era il contributo di:
  • canali NMDA
  • canali del calcio L Nelle fibre muscoidi la somministrazione di APV non ha nessun esito, ma l’applicazione di h89 , inibitore di pKa, riduceva l’entità di LTP. Quindi vediamo che per ogni via il meccanismo è diverso. Vi sono due tipi di LTP:
  • associativo = l’attività della cellula post sinaptica è fondamentale l’aumento della efficienza sinaptica fra pre e post sinaptico ha delle azioni della presinaptica ma anche della post sinaptica che cambia la sua capacita di ricevere e leggere i mesaggi dei neurotrasmettitori inviati dalla cellula presinaptica
  • non associativo = l’attività della cellula post sinaptica non è essenziale in questi meccanismi, il treno di impulsi nella presinaptica determina delle modificazioni in tutte le strutture interne della cellula, passando per fini regolazioni della pKa, tutte in carico alla cellula presinaptica Cambia QUANTO e COME la cellula presinaptica rilascia il neurotrasmettitore LTP può essere anche suddiviso in:
  • tardivo = somministrazione di tetani ripetuti
  • precoce =somministrazione di 1 tetano , di 1s e 100 hz ; potenziamento della durata nell’ordine di minuti e poche ore Applicando più tetani, con stimolazione più intensa, non si verifica più decadimento del potenziale nel tempo e si vede questa risposta tenuta alta anche per tante ore. Se si somministra anisomicina, inibitore proteico, si vede che:
  • LTP precoce= entità dell’ampiezza e decadimento dell’LTP precoce non veniva alterato
  • LTP tardivi= il gruppo con somministrazione anisomica subisce un decadimento più rapido; Quindi solo in questo caso gioca un ruolo importante la sintesi proteica Alcuni credono che la sintesi proteica è capace di formare nuove strutture sinaptiche , e di aumentare quindi l’efficienza sinaptica

QUINDI: la memoria può essere descritta come un aumento di efficacia sinaptica di una via che normalmente medierebbe tale percezione, riflesso.

  • come? Tramite la sintesi proteica , perché l’efficienza può essere aumentata tramite sprouting, cioè l’aumento di bottoni sinaptici che potranno rilasciare un maggiore quantità di neurotrasmettitore tra cellula pre e post sinaptica
  • Oppure , altra modalità che richiede sintesi proteica è inserzione di nuovi gruppi di recettori nelle cellule post sinaptiche ,che determina risposta più efficace , con un numero ridotto di risposte mancate questo si ricollega all’analisi quantale di Katz:
  • ogni vescicola di neurotrasmettitore rilascia un quanto
  • l’efficacia di ogni quanto nel determinare una piccola depolarizzazione o iperpolarizzazione , sarà funzione della capacità del neurone post sinaptico di legare il neurotrasmettore ai recettori.
  • parte di questo neurotrasmettitore diffonderà tramite la fessura sinaptica e per la maggior parte vi saranno meccanismi di recupero del neurotrasmettitore.
  • Non tutti il neurotrasmettitore si lega e permette di produrre effetti nella cellula post sinaptica Quindi LTP precoce è un cambiamento SOLO ed esclusivamente funzionale e quindi modula la probabilità di rilascio del neurotrasmettitore. LTP tardivo richiedere delle modificazioni strutturali tramite la sintesi proteica e che quindi possiamo ritenere alla base del meccanismo con cui generiamo nuove memorie dei circuiti in cui sono coinvolti.