Suprimarea cortexului prefrontal ajută șoarecii să adopte strategii mai bune
Cortexul prefrontal, o regiune a creierului asociată de mult timp cu învățarea comportamentelor mai flexibile, poate uneori să blocheze capacitatea de a gândi în afara normelor, arată un nou studiu realizat pe șoareci.
Publicată în Science Advances, descoperirea provine de la biologii de la Universitatea Emory.
„Este un rezultat surprinzător. Am demonstrat că pentru un comportament natural specific la șoareci, cortexul prefrontal blochează adoptarea unei strategii noi și mai bune pentru rezolvarea unei probleme. A gândi în afara „cutiei” proverbiale necesită suprimarea acestei părți executive a creierului”, a declarat Robert Liu, autor senior al studiului și profesor de biologie la Emory.
Descoperirea ar putea oferi perspective asupra mecanismelor implicate în neurodiversitatea umană și în unele tulburări cognitive. Aceasta adaugă nuanțe în înțelegerea rolului cortexului prefrontal, adesea descris ca sistemul de management al creierului, implicat în controlul memoriei de lucru, luarea deciziilor, gândirea flexibilă și răspunsurile emoționale.
Animalele, la fel ca oamenii, adesea se bazează pe ceea ce a funcționat bine în trecut pentru a atinge un scop – cunoscut ca strategie „win-stay”. Când apare o strategie mai inteligentă, ideal este să înveți să o adopți.
„O analogie este învățarea de a juca un joc, cum ar fi pokerul”, explică Kai Lu, autor principal al lucrării din Science Advances și cercetător postdoctoral în laboratorul Liu. Jucătorii noi de poker se concentrează mai mult pe probabilitățile matematice și pe valoarea cărților din mâinile lor și de pe masă. Pentru o jucare optimă, totuși, trebuie să înveți să îți adaptezi strategia în timpul fiecărui joc, pe baza unor indicii subtile de la ceilalți jucători, pentru a lua în considerare posibilitatea unui bluff.
În mod obișnuit, experimentele de laborator pentru studierea mecanismelor neuronale ale învățării sunt orientate simplu spre crearea de noi asocieri prin întărirea succesului sau pedepsirea eșecului. Rolul predispozițiilor de a ghida un comportament nu este, de obicei, luat în considerare.
Laboratorul Liu și-a propus să se concentreze asupra mecanismelor neuronale pe măsură ce un șoarece învață de la zero să înlocuiască o strategie decizională bine cunoscută cu una mai eficientă. Au fost concepute experimente bazate pe un comportament natural al șoarecilor – recuperarea puilor de șoarece deplasați pentru a-i aduce înapoi la cuib.
„Femelele de șoarece au o strategie implicită pentru a căuta puii, probabil construită de-a lungul evoluției și experienței, care este pur și simplu să se întoarcă la locul unde au găsit ultima dată un pui”, spune Liu. „Dar ele pot învăța, de asemenea, să facă mai bine urmând un indiciu sonor fiabil care le spune unde pot găsi puiul.”
Pentru a explora mecanismele neuronale din spatele schimbării de strategie, cercetătorii au desfășurat experimente folosind un labirint în formă de T. O femelă adultă de șoarece a fost plasată în „cuib” la baza „T”, în timp ce un sunet artificial a fost redat ca un fel de far pentru a atrage șoarecele către brațul din dreapta sau din stânga al „T”, semnalizând unde experimentatorul va livra un pui pentru a recompensa alegerea corectă.
Așa cum era de așteptat, femelele adulte de șoarece s-au întors inițial în brațul „T” unde au găsit ultima dată un pui – strategia implicită, win-stay – indiferent de locul unde se afla sunetul. Cu toate acestea, în urma unor încercări repetate, ele au arătat o trecere treptată a strategiei, învățând să suprascrie strategia ineficientă și să folosească indiciul sonor pentru a alege corect latura sonoră întâi și a primi puiul mai repede. Jumătate din cohorta de 12 femele adulte din experimente a realizat această schimbare în a patra zi, în timp ce toate au învățat să utilizeze sunetul până în ziua a opta.
Femelele adulte de șoarece au fost implantate cu sonde din siliciu în cortexul auditiv și în cortexul prefrontal medial, pentru a permite cercetătorilor să colecteze date despre cum neuronii din aceste regiuni ale creierului au fost activați în timp ce șoarecii au efectuat sarcina de recuperare.
Apoi, metodele chimiogenetice au fost folosite pentru a suprima zone specifice ale creierului în femelele adulte de șoarece – cortexul auditiv într-o cohortă și cortexul prefrontal medial în alta – iar experimentele au fost repetate.
Rezultatele au arătat că suprimarea cortexului auditiv a afectat învățarea sonoră, deși nu a abolit complet această capacitate comparativ cu grupul de control. Strategia win-stay a rămas robustă și a persistat la animalele care nu au dobândit complet asociația sonoră, chiar și după opt zile de antrenament.
Suprimarea cortexului prefrontal medial, însă, a accelerat de fapt utilizarea strategiei auditive, contrar așteptărilor cercetătorilor, care credeau că deciziile luate de șoareci ar fi fost mai aleatoare. Majoritatea șoarecilor cu cortexul prefrontal medial suprimat au învățat strategia auditivă în doar două sau trei zile.
Cercetătorii au restaurat activitatea cortexului prefrontal medial în acești șoareci și au repetat experimentele. Șoarecii au optat din nou pentru strategia implicită. Aceste rezultate confirmă faptul că cortexul prefrontal medial ajută în principal la desfășurarea unei strategii win-stay, mai degrabă decât să permită adoptarea indiciului sonor mai eficient.
Descoperirile sugerează că învățarea unei strategii mai bune necesită depășirea unei regiuni a creierului care promovează activ un vechi obicei.
Cercetătorii teoretizează că cortexul prefrontal medial ajută mintea să se concentreze asupra experiențelor trecute sau planurilor viitoare, ceea ce poate adăuga la provocările de a dezvolta un nou obicei.
Lu compară aceasta cu învățarea de a suprima ruminația și de a se concentra pe sunetul unei clopote pentru a ghida o sesiune de meditație. „În loc să te blochezi în trecut sau să te gândești la viitor, trebuie să te concentrezi pe prezent, acordând atenție momentului”, explică.
Laboratorul Liu desfășoară acum studii pe șoareci ale căror gene au fost modificate pentru a reflecta markerii genetici asociați cu autismul la oameni. Aceste experimente ar putea oferi mai multe perspective asupra rolului cortexului prefrontal medial în neurodiversitate.
Cercetătorii colaborează, de asemenea, pentru a testa modelul lor pe participanți umani adulți, folosind tehnici de neuroștiință non-invazive. De exemplu, stimularea magnetică transcraniană poate fi utilizată pentru a reglementa activitatea celulelor nervoase în regiuni specifice ale creierului la oameni.
„În cele din urmă, dorim să încercăm să dezvoltăm un model de tratament – bazat pe descoperirile
