La memoria a lungo termine (abbreviata in MLT) è definita come quella memoria, contenuta nel cervello, che ha una durata variabile da qualche minuto a un tempo indefinito. I primi modelli di funzionamento della memoria dividevano la stessa in tre "magazzini", contraendo la memoria a lungo termine alla memoria sensoriale, che trattiene per brevissimo tempo le informazioni sensoriali in arrivo, e alla memoria a breve termine che trattiene per pochi minuti un numero di informazioni limitato. Paragonando il sistema cognitivo a un computer, la memoria a lungo termine svolge la stessa funzione di dispositivi per memoria di massa come gli hard disk o i DVD: memorizzata per un periodo di tempo che superi il momento contingente, e che potenzialmente finisca solo con la morte del supporto (o del soggetto).
La prima definizione del concetto di memoria a lungo termine si deve al modello di Atkinson e Shiffrin del 1968.
Neurobiologia della memoria
Nel cervello esistono due diversi metodi di immagazzinare informazioni per dare vita a quella che noi chiamiamo "memoria": il Potenziamento a lungo termine e il Potenziamento a breve termine. Il secondo è quello coinvolto nella memoria a breve termine, e consiste in una alterazione temporanea delle sinapsi coinvolte, che vengono ipersensibilizzate tramite la sintesi di nuovi recettori di membrana. Il potenziamento a lungo termine, invece, richiede più tempo e coinvolge anche vie metaboliche differenti, che finiscono con l'attivare proteine che modificano l'espressione genica, e, in ultima analisi, rinforzano in maniera molto più duratura la sinapsi.
La struttura cerebrale principale coinvolta nella memoria è la formazione dell'ippocampo: nelle cellule dell'ippocampo è stato verificato, in vivo, il processo di potenziamento a lungo termine, e il danno selettivo all'ippocampo causa amnesia anterograda (famoso è il caso del paziente H.M. che subì l'asportazione dei lobi temporali, e quindi dell'ippocampo, bilateralmente, e riportò un grave deficit di memoria esplicita per i fatti successivi l'intervento per il resto della sua vita). Tuttavia, studi più recenti suggeriscono che l'ippocampo e le cortecce circostanti (corteccia entorinale e paraentorinale) svolgano un ruolo di "smistamento pacchi": le informazioni che vengono memorizzate effettivamente devono passare in quelle aree cerebrali, ma, siccome lesioni anche molto gravi non causano un'amnesia retrograda (ovvero, della memoria accumulata precedentemente), evidentemente la memoria già immagazzinata deve essere registrata altrove, probabilmente nelle aree associative delle cortecce prefrontale e frontale.
Fondamenti biologici a livello cellulare
La memoria a lungo termine, a differenza della memoria a breve termine, dipende dalla sintesi di nuove proteine. Ciò si verifica all'interno del corpo cellulare e riguarda i trasmettitori, i recettori e le nuove vie di sinapsi che rafforzano la forza comunicativa tra i neuroni. La produzione di nuove proteine dedicate al rinforzo delle sinapsi viene avviata dopo il rilascio di alcune sostanze di segnalazione (come il calcio nei neuroni dell'ippocampo) nella cellula. Nel caso delle cellule ippocampali, questo rilascio dipende dall'espulsione del magnesio (una molecola legante) che viene espulsa dopo una significativa e ripetitiva segnalazione sinaptica. L'espulsione temporanea del magnesio libera i recettori NMDA per rilasciare il calcio nella cellula, un segnale che porta alla trascrizione genica e alla costruzione di proteine rinforzantiNeihoff, Debra (2005) "The Language of Life 'How cells Communicate in Health and Disease'" Speak Memory, 210–223..
Una delle proteine di nuova sintesi nel potenziamento a lungo termine è anche fondamentale per mantenere la memoria a lungo termine. Questa proteina è una forma autonomamente attiva dell'enzima protein-chinasi C (PKC), nota come PKMζ. PKMζ mantiene il potenziamento della forza sinaptica dipendente dall'attività e l'inibizione del PKMζ cancella le memorie a lungo termine stabilite, senza influire sulla memoria a breve termine o, una volta eliminato l'inibitore, viene ripristinata la capacità di codificare e memorizzare nuove memorie a lungo termine.
Inoltre, il BDNF è importante per la persistenza di memorie a lungo termine
La stabilizzazione a lungo termine delle alterazioni sinaptiche è anche determinata da un aumento parallelo di strutture pre e post-sinaptiche come il bottone assonale, la spina dendritica e la densità postsinaptica. A livello molecolare, è stato dimostrato che un aumento delle proteine del ponteggio post-sinaptico PSD-95 e HOMER1c è correlato alla stabilizzazione dell'allargamento sinaptico.
La proteina di legame dell'elemento di risposta cAMP (CREB) è un fattore di trascrizione che si ritiene sia importante nel consolidamento di memorie a breve e a lungo termine e che si ritiene sia deficitario nella malattia di Alzheimer.
Metilazione e demetilazione del DNA I ratti esposti a un intenso evento di apprendimento possono conservare un ricordo per tutta la vita dell'evento, anche dopo una singola sessione di allenamento. La memoria a lungo termine di un tale evento sembra inizialmente essere memorizzata nell'ippocampo, ma questa memoria è temporanea. Gran parte della conservazione a lungo termine della memoria sembra avvenire nella corteccia cingolata anterioreFrankland PW, Bontempi B, Talton LE, Kaczmarek L, Silva AJ. The involvement of the anterior cingulate cortex in remote contextual fear memory. Science. 2004 May 7;304(5672):881-3. PMID 15131309. Quando una tale esposizione è stata applicata sperimentalmente, più di 5.000 regioni di DNA metilato diversamente sono comparse nel genoma neuronale dell'ippocampo dei ratti ad una e 24 ore dopo l'allenamentoDuke CG, Kennedy AJ, Gavin CF, Day JJ, Sweatt JD. Experience-dependent epigenomic reorganization in the hippocampus. Learn Mem. 2017 Jun 15;24(7):278-288. doi: 10.1101/lm.045112.117. PMID 28620075 PMCID: PMC5473107 DOI: 10.1101/lm.045112.117. Queste alterazioni nel modello di metilazione si sono verificate in molti geni che erano sottoregolati, probabilmente a causa della formazione di nuovi siti di 5-metilcitosina nelle regioni promotrici dei geni. Inoltre, molti altri geni sono stati sovraregolati, probabilmente a causa dell'ipometilazione nei siti CpG. L'ipometilazione di solito deriva dalla rimozione di gruppi metilici da 5-metilcitosine precedentemente esistenti nel DNA. La demetilazione viene effettuata da diverse proteine che agiscono di concerto, tra cui l'enzima Tet metilcitosina diossigenasi 1 e gli enzimi del percorso di riparazione per escissione di basi del DNA. Il modello di geni indotti e repressi nei neuroni cerebrali a seguito di un intenso evento di apprendimento probabilmente fornisce le basi molecolari per una memoria a lungo termine dell'evento.
Codifica delle informazioni La memoria a lungo termine codifica semanticamente le informazioni per l'archiviazione, come studiato da Baddeley. Nella visione, le informazioni devono entrare nella memoria di lavoro prima di poter essere archiviate nella memoria a lungo termine. Ciò è dimostrato dal fatto che la velocità con cui le informazioni sono archiviate nella memoria a lungo termine è determinata dalla quantità di informazioni che possono essere presenti nella memoria visiva di lavoro. In altre parole, maggiore è la capacità della memoria di lavoro per determinati stimoli, più velocemente questi materiali verranno appresi.
Il consolidamento sinaptico è il processo mediante il quale gli elementi vengono trasferiti dalla memoria a breve a quella a lungo termine. Entro i primi minuti o ore dopo l'acquisizione, l'engramma (traccia di memoria) viene codificato all'interno di sinapsi, diventando resistente (sebbene non immune) alle interferenze da fonti esterneDudai, Yadin (2002). Memory from A to Z: Keywords, concepts, and beyond. Oxford, UK: Oxford University Press..
Poiché la memoria a lungo termine è soggetta al processo naturale dell'oblio, possono essere necessarie prove di mantenimento (numerosi richiami / recuperi di memoria) per conservare le memorie a lungo termine. I recuperi individuali possono avvenire a intervalli crescenti secondo il principio della ripetizione spaziata. Ciò può avvenire in modo abbastanza naturale attraverso la riflessione o il richiamo deliberato (noto anche come ricapitolazione), spesso dipendente dall'importanza percepita del materiale. L'uso dei metodi di prova come forma di richiamo può portare all'effetto di prova, che aiuta la memoria a lungo termine attraverso il recupero e il feedback delle informazioni.
Tipi di memoria a lungo termine
La memoria a lungo termine è generalmente divisa in due grosse categorie: la memoria dichiarativa e la memoria procedurale.
Memoria dichiarativa e procedurale La memoria dichiarativa riguarda tutte le conoscenze esplicite (esprimibili a parole) che si hanno sul mondo, variando dalla collocazione del barattolo del caffè al testo completo dell'Iliade, mentre la memoria procedurale non è verbalizzabile, e invece di essere una "memoria di qualcosa", è una memoria che riguarda il fare qualcosa, come l'andare in bicicletta, o il disegnare. La memoria dichiarativa viene codificata nelle regioni cerebrali dell'ippocampo, della corteccia entorinale e della corteccia peririnale, ma consolidati e memorizzati altrove. La posizione precisa dell'archiviazione non è nota, ma la corteccia temporale è stata proposta come probabile candidato. La memoria procedurale è probabilmente codificata e immagazzinata nello striato e negli altri nuclei della base: infatti lesioni alle cortecce ippocampali ed entorinali possono compromettere selettivamente l'apprendimento di nuove nozioni lasciando intatta la capacità di apprendere nuovi compiti motori; in pratica un paziente del genere può imparare un nuovo compito motorio, pur dimenticando il fatto di averlo imparato. Inoltre, una ricerca di Manelis, Hanson e Hanson (2011) ha scoperto che la riattivazione delle regioni parietali e occipitali era associata alla memoria procedurale.
La memoria dichiarativa a sua volta può essere suddivisa in altre sottocategorie: la memoria semantica, che riguarda conoscenze generali sul mondo esterno (ad esempio: tutto quello che una persona sa sui koala), e la memoria episodica, che, come suggerisce il nome, riguarda specifici episodi (ad esempio: ricordo quando è caduto il muro di Berlino), e le loro circostanze. La memoria semantica è un tipo di memoria organizzata in modo tassonomico e associativo ed è costituita da conoscenze generali sul mondo che ci circonda ma, a differenza della memoria episodica, trascende le circostanze spazio-temporali in cui la traccia è stata formata. Ad esempio so che la capitale della Germania è Berlino ma non so quando ho appreso quest'informazione né quest'informazione episodica è utile alla mia conoscenza concettuale.
Gli esperimenti condotti da Spaniol e colleghi hanno indicato che gli adulti più anziani hanno ricordi episodici peggiori rispetto agli adulti più giovani perché la memoria episodica richiede una memoria dipendente dal contesto; al contrario, gli adulti più anziani e gli adulti più giovani non mostrano molta differenza nella memoria semantica, presumibilmente perché la memoria semantica non dipende dalla memoria di contesto.