Un introduzione all'apprendimento e alla memoria

L'apprendimento e la memoria sono due funzioni cognitive strettamente correlate che sono fondamentali per la nostra capacità di interagire con il mondo in modo significativo. L'apprendimento è il processo di acquisizione di nuove informazioni sul mondo. La memoria è la conservazione o l'archiviazione di tali informazioni, come una serie di numeri.

Questo video presenta una breve descrizione dei concetti di apprendimento e memoria, introduce le domande chiave poste dagli scienziati in questo campo, descrive alcuni metodi importanti e infine discute esperimenti reali in questi campi.

Iniziamo esplorando alcuni dei concetti che distinguono diversi tipi di apprendimento e memoria.

La ricerca ha dimostrato che l'apprendimento può essere diviso in due classi principali. In primo luogo, c'è l'apprendimento non associativo, in cui le proprietà di uno stimolo vengono apprese attraverso esposizioni singole o ripetute. Questo tipo di apprendimento di solito assume una delle due forme.

La prima forma, l'assuefazione, è quando una risposta a uno stimolo viene diminuita o diminuita dopo ripetute presentazioni. In questo esempio, il mouse mostra una risposta ridotta a un rumore forte dopo averlo sentito molte volte.

La seconda forma, chiamata sensibilizzazione, è l'aumento della risposta a un'ampia varietà di stimoli dopo uno stimolo intenso o nocivo. In questo esempio, il mouse è anche esposto a un suono forte e nocivo e continua a essere sorpreso in risposta a suoni morbidi e più piacevoli. Ha imparato a reagire come se tutti i suoni fossero sgradevoli.

La seconda classe principale di apprendimento è l'apprendimento associativo, durante il quale viene stabilita l'associazione tra due stimoli, o un comportamento e uno stimolo.

La prima forma, il condizionamento operante, usa il rinforzo e la punizione per alterare l'associazione stimolo-comportamento. In questo esempio, un piccione ha imparato a beccare una scatola a destra ogni volta che viene mostrato lo stimolo verde per una ricompensa alimentare. In altre parole, il corretto comportamento di beccheggio è rafforzato positivamente.

La seconda forma, il condizionamento classico o condizionamento "pavloviano", è quando uno stimolo neutro, come un suono, è abbinato a uno stimolo intenso, come uno shock, per produrre un comportamento stereotipato. In questo esempio, il mouse impara ad associare lo stimolo neutro, un rumore forte, con l'intenso stimolo d'urto, che fa saltare il mouse.

Dopo il condizionamento, il mouse risponde allo stimolo del tono neutro da solo interrompendo il movimento, o congelandosi, in previsione di uno shock. In questo grafico, la linea nera illustra che i topi condizionati con l'accoppiamento tono-shock si bloccano di più quando successivamente esposti solo al tono rispetto ai topi che hanno sentito solo il tono.

La ricerca sulla memoria ha anche dimostrato che può essere diviso in due tipi principali. A breve termine, o memoria di lavoro, funziona come un scratch pad in cui le informazioni, come l'apprendimento di una sequenza di numeri, vengono trattenute abbastanza a lungo da svolgere un compito , come recitare i numeri, e quindi scartate.

La memoria a lungo termine è per memorizzare informazioni per giorni, settimane o anche una vita. Un sottotipo di memoria a lungo termine è la memoria esplicita o dichiarativa. Questi ricordi sono ricordi coscienti che possono essere ricordi episodici di eventi specifici, come una festa, o ricordi semantici di conoscenze specifiche su un argomento che hai imparato.

Il secondo sottotipo sono i ricordi impliciti o procedurali che sono espressi inconsciamente. Un esempio potrebbe essere la memoria motoria di un movimento difficile come il bilanciamento su un bilanciere.

Ora che abbiamo esaminato alcuni dei concetti di apprendimento e memoria, esaminiamo alcune domande scientifiche chiave poste dagli scienziati comportamentali.

Alcuni scienziati sono interessati a come l'apprendimento e la memoria sono influenzati dal proprio ambiente. Gli scienziati possono chiedersi come le emozioni influenzano l'apprendimento e le prestazioni della memoria. Le immagini emotive hanno dimostrato di essere ricordate meglio delle immagini neutre. Gli scienziati possono anche chiedere se dormire aiuta a ricordare. In questo studio, i partecipanti che hanno dormito dopo l'allenamento erano più bravi a ricordare rispetto a quelli che non dormivano, come dimostrato dalla differenza tra le linee rosse e grigie.

Altri ricercatori sono interessati a determinare i meccanismi funzionali e molecolari dell'apprendimento e della memoria. Possono chiedere quali regioni del cervello sono attive, mostrate in giallo, durante specifici compiti di apprendimento e memoria, e qual è la relazione tra le regioni.

Alcuni ricercatori studiano l'apprendimento e la memoria in altri animali come roditori, uccelli e mosche. Studiando gli animali, si ottiene una visione dei processi fisiologici, come l'attività neuronale, e il coinvolgimento di molecole specifiche che governano l'apprendimento e la formazione della memoria negli esseri umani.

Una domanda importante nell'apprendimento e nella ricerca sulla memoria è capire i cambiamenti che si verificano con l'età. È noto che le prestazioni e la ritenzione della memoria diminuiscono con l'età. Per questo motivo, gli scienziati stanno lavorando attivamente per scoprire modi per ridurre gli effetti dell'invecchiamento sull'apprendimento e sulla memoria.

Ora che hai un'idea di alcune delle domande chiave poste sull'apprendimento e la memoria, diamo un'occhiata ad alcuni dei metodi di spicco utilizzati dagli scienziati comportamentali.

Ci sono molti test comportamentali utilizzati per indagare l'apprendimento e la memoria negli esseri umani e nei roditori. Un test popolare utilizzato per studiare il condizionamento classico è il condizionamento della paura, dove, nell'esempio mostrato qui, un topo impara ad associare un suono a uno shock del piede.

I labirinti, sia in acqua che su binari, sono ampiamente utilizzati per studiare il condizionamento operante e la memoria spaziale. Qui un topo ha imparato a spostarsi nel punto appropriato nel labirinto a seconda del segnale.

La memoria a breve termine, o memoria di lavoro, può essere valutata utilizzando quella che viene chiamata un'attività N-back, in cui il soggetto indica se l'immagine corrente appariva o meno n-immagini in precedenza. Più immagini tra una ripetizione e l'altra, più è difficile da ricordare.

Gli scienziati comportamentali sono anche interessati ai meccanismi cerebrali che consentono l'apprendimento e la memoria.

Oggi esiste una varietà di metodi non invasivi per studiare i correlati neurali. La risonanza magnetica funzionale, o fMRI, tiene traccia dei livelli di ossigeno nel sangue come proxy per l'attività cerebrale. La magnetoencefalografia, o MEG, mappa l'attività cerebrale registrando i cambiamenti nei campi magnetici prodotti dall'attività elettrica nel cervello.

Un altro metodo utilizzato dagli scienziati comportamentali per valutare l'attività cerebrale durante i compiti di apprendimento e memoria è l'elettroencefalografia, o EEG, che utilizza elettrodi sul cranio per monitorare l'attività elettrica attraverso il cervello.

Ora che hai un'idea dei metodi importanti usati per studiare l'apprendimento e la memoria, diamo un'occhiata ad alcuni esperimenti reali.

Un'area di indagine è capire gli effetti e i possibili trattamenti dell'invecchiamento sull'apprendimento e sulla memoria. Per questa indagine, alcuni scienziati usano un compito di apprendimento del percorso in un labirinto con topi di varie età. Vengono registrati il tempo e i percorsi intrapresi per completare il labirinto. I risultati mostrano che i topi più anziani, rappresentati dalla barra nera, hanno impiegato quasi il doppio dei giorni per imparare il percorso corretto attraverso il labirinto rispetto ai topi più giovani.

Una seconda area di esplorazione è vedere se i ricordi, in particolare i ricordi traumatici, possono essere manipolati o cancellati dopo che si sono formati. Un approccio consiste nell'indagare se ci sono periodi di tempo critici dopo un evento in cui la memoria può essere diminuita o cancellata. In questo studio, i soggetti imparano ad associare uno specifico quadrato colorato con un lieve shock alle dita in quello che viene chiamato condizionamento della paura. Successivamente, vengono utilizzati vari protocolli di apprendimento inibitorio per creare nuovi ricordi sicuri del colore associato allo shock. I risultati dimostrano che, se i ricordi sicuri vengono creati dieci minuti dopo il condizionamento della paura, allora la memoria della paura può essere estinta.

Una terza area di indagine è quella di rendere l'apprendimento più efficiente. Recentemente, la tecnologia dei videogiochi è stata utilizzata per studiare l'apprendimento e la memoria in combinazione con le registrazioni dell'attività cerebrale EEG. L'attività cerebrale del soggetto in diversi punti temporali del gioco può quindi essere analizzata per informazioni su come l'apprendimento e la memoria vengono implementati durante il gioco.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE all'apprendimento e alla memoria. Abbiamo presentato una breve descrizione dei concetti nell'apprendimento e nella memoria, introdotto domande chiave poste dagli scienziati in questo settore, descritto alcuni dei metodi di spicco e, infine, discusso le applicazioni di questi campi. Grazie per l'attenzione!