Come funziona la memoria del muscolo a lungo termine con hardwire?

Fonte: Esther Lim / Wikimedia Commons

Perché, una volta che hai imparato a guidare una bicicletta oa servire una palla da tennis, non dimentichi mai la memoria muscolare coinvolta in queste azioni? Un team di neuroscienziati ha recentemente individuato un nuovo meccanismo dietro il consolidamento della memoria motoria a lungo termine.

Lo studio del marzo 2015, "Modellazione del consolidamento della memoria durante i periodi di post-allenamento nell'apprendimento cerebellovestibolare", è stato pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences .

Ogni atleta, musicista, chirurgo o chiunque esegua regolarmente un'abilità motoria che si perfeziona con la pratica, sa che attraverso la ripetizione e la pratica le abilità motorie diventano automatiche. Le attività quotidiane come digitare una tastiera, guidare un'auto o legare i lacci delle scarpe diventano automaticamente nel tempo per chiunque non abbia un disturbo neurologico. Cosa sta succedendo nel cervello che consolida e consolida la formazione delle capacità motorie nella memoria a lungo termine?

Il cervelletto è la sede della memoria muscolare

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Quando stavo crescendo, mio ​​padre, Richard Bergland, MD, era il mio allenatore di tennis. Mio padre era un neurochirurgo e tennista di livello nazionale che credeva che il suo "occhio per la palla" fosse direttamente collegato alla sua competenza in sala operatoria. Diceva: "Di questo sono assolutamente positivo, diventare un neurochirurgo è stata una conseguenza diretta del mio occhio per la palla".

La capacità di bloccare gli occhi su un bersaglio mentre si lega un nodo chirurgico o di colpire una pallina da tennis nel punto più dolce della racchetta è chiamata riflesso vestibolo-oculare (VOR) ed è una funzione del cervelletto. Una nuova ricerca ha identificato una connessione tra le cellule di Purkinje nel cervelletto e i neuroni vestibolari che lavorano insieme per formare una memoria motoria a lungo termine.

Illustrazione di cella di Purkinje di Ramón y Cajal c. 1899

Fonte: Ramón y Cajal / Dominio Pubblico

Come allenatore negli anni '70, mio ​​padre mi diceva: "Chris, pensa a martellare ea forgiare la memoria muscolare contenuta nelle cellule di Purkinje del tuo cervelletto ad ogni colpo".

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La visione tradizionale della memoria motoria a lungo termine a cui si riferiva mio padre era basata sul "modello Marr-Albus" che proponeva che la memoria muscolare fosse il risultato della depressione a lungo termine (LTD) delle sinapsi delle fibre parallele sulle cellule di Purkinje in il cervelletto Il risultato di una "depressione a lungo termine" riduce l'attività a seguito di uno stimolo che consente la fluidità del movimento e la precisione delle capacità motorie di precisione.

I risultati del marzo 2015 sono il risultato di una collaborazione di ricercatori dell'Università di Electro-Communications e del RIKEN Brain Science Institute in Giappone e dell'Università della California, a San Diego.

I ricercatori sono stati in grado di integrare i meccanismi multipli di plasticità del cervelletto per spiegare la formazione della memoria motoria a lungo termine. I loro risultati suggeriscono che molteplici meccanismi di plasticità nella corteccia cerebellare e nei nuclei cerebellari / vestibolari partecipano alla formazione della memoria motoria a lungo termine.

Cervelletto in rosso.

Fonte: database delle scienze della vita / Wikimedia Commons

Per questo nuovo studio, Tadashi Yamazaki e colleghi hanno sviluppato simulazioni basate su un modello matematico per il riflesso optokinetico (OKR) nel movimento oculare che incorporava il potenziamento a lungo termine (LTP). Questo è uno stato di maggiore efficacia a seguito di uno stimolo nelle sinapsi dei neuroni vestibolari.

Il riflesso optokinetic è una combinazione di un saccade e movimenti di inseguimento dolci dell'occhio. L'OKR è visto quando un individuo segue un oggetto in movimento come una palla da tennis con i suoi occhi. Quando l'oggetto si muove fuori dal campo visivo, la risposta riflessiva è che l'occhio ritorni alla posizione in cui si trovava quando ha visto per la prima volta l'oggetto. Questo riflesso si sviluppa tipicamente a circa 6 mesi di età.

Il modello utilizzato nel nuovo studio ha incorporato due distinti siti di plasticità che lavorano insieme e funzionano sinergicamente. Ha dimostrato che un'ora di allenamento ha comportato un aumento a breve termine del guadagno di OKR, per il quale era responsabile la depressione a lungo termine delle cellule di Purkinje.

È interessante notare che la ripetizione di questo allenamento una volta al giorno ha aumentato gradualmente il livello di guadagno di OKR dopo l' allenamento, ma non durante l'allenamento. Ciò ha portato al potenziamento a lungo termine e al rafforzamento delle connessioni sinaptiche per le quali i neuroni del nucleo vestibolare sono stati ritenuti responsabili.

I ricercatori sono stati in grado di riprodurre i cambiamenti di guadagno OKR che erano coerenti con i cambiamenti del riflesso vestibolo-oculare (VOR) precedentemente riportati in alcuni topi manipolati dai geni.

Conclusione: il cervelletto è la chiave per la memoria motoria nello sport e nella vita

I ricercatori hanno concluso che se una memoria a breve termine si forma nelle cellule di Purkinje dopo un'ora di allenamento, viene trasferita al neurone vestibolare dove viene consolidata nella memoria motoria a lungo termine.

Queste scoperte hanno implicazioni oltre il campo di gioco. Recentemente, le cellule di Purkinje e la funzione anormale cerebellare sono state collegate ai disturbi dello spettro autistico (ASD). Questa ricerca potrebbe contenere nuovi indizi per interventi e trattamenti per ASD.

Questo è un momento molto eccitante per la ricerca sul cervelletto. Le scoperte rivoluzionarie sul cervelletto vengono rilasciate a una velocità vertiginosa. Si prega di rimanere sintonizzati su The Athlete's Way per gli ultimi aggiornamenti sul cervelletto.

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