Cercetătorii în neuroștiințe studiază circuitele cerebrale care influențează deciziile bazate pe experiență la șoareci
Un creier trebuie să facă față constant naturii variabile și rapide a lumii atunci când încearcă să evalueze ceea ce se întâmplă în jurul său.
Pe de o parte, acesta trebuie să fie deschis la orice informație senzorială nouă care îi poate apărea, dar, pe de altă parte, pentru a se adapta, trebuie să folosească experiența anterioară pentru a face predicții despre ceea ce pare să se întâmple. Un nou studiu publicat în revista Science, realizat de neuroștiințificii de la MIT, identifică un circuit care leagă o regiune de decizie senzorială de una care îi oferă informații despre cât de mult s-a schimbat informația senzorială recent.
Acel circuit organizează o comparație între ceea ce a avut loc recent și ceea ce se întâmplă acum în lumea senzorială, într-un mod care poate fi utilizat pentru a acționa.
Mriganka Sur, autor principal al studiului, profesor la Picower Institute for Learning and Memory și în Departamentul de Științe ale Creierului și Cognitive de la MIT, a subliniat importanța descoperirilor. Autorul principal al studiului, Ning Leow, un fost student absolvent în laboratorul lui Sur, acum postdoctorand la A*STAR în Singapore, a menționat că studiul pe șoareci oferă informații despre circuitele analogice din oameni, în care o zonă a cortexului prefrontal (cortexul cingulat anterior, sau ACC) ia decizii senzoriale. Studiul arată că aceste decizii se bazează pe sfaturi despre istoria imediată dintr-o zonă a talamusului numită pulvinar (în cazul șoarecilor, este numită talamus posterior lateral, sau LP).
„Creierul nu evaluează fiecare nou eveniment de la zero”, a declarat Leow. „Pulvinarul a fost studiat în mod tradițional pentru rolul său în atenție și filtrarea informațiilor vizuale, dar am descoperit că este de asemenea important pentru compararea informațiilor prezente cu cele din trecutul apropiat și evidențierea schimbărilor semnificative care influențează dacă menținem sau actualizăm o decizie.”
În cadrul interesului de lungă durată al lui Sur pentru modul în care cortexul cerebral integrează percepția senzorială și învățarea pentru a genera comportament, Leow și Sur au început o cartografiere cuprinzătoare a inputurilor abundente către circuitul LP-ACC, culminând cu un articol publicat în 2022. Din acel studiu a fost clar că circuitul părea să fie bine poziționat pentru a ajuta la concentrarea atenției, ceea ce era cunoscut la acea vreme.
Dar, gândindu-se mai profund la scopul atenției concentrate și la cum aceste regiuni bine conectate păreau să se afle în centrul nu doar al atenției, ci și al percepției și acțiunii, Sur și Leow au ipotezat că ar putea avea, de asemenea, un rol în ghidarea deciziilor bazate pe informații senzoriale. Studiul recent prezintă multiple dovezi că acest lucru este adevărat.
Descoperirile nu doar că oferă o înțelegere asupra unei funcții fundamentale a creierului, a spus Sur, dar ar putea fi aplicabile și în studiile despre autism, în care mulți pacienți prezintă diferențe semnificative în predicțiile pe care le fac despre lumea senzorială. Adesea, acest lucru se manifestă prin dificultăți în filtrarea stimulilor pe care persoanele neurotipice îi consideră recurgând și, prin urmare, banali.
Pentru a realiza studiul, cercetătorii au antrenat șoareci de laborator să joace un joc video în care punctele de pe un ecran se mișcau, dar unele dintre ele se deplasau împreună în aceeași direcție (stânga sau dreapta). În fiecare încercare, șoarecii trebuiau să discernă tendința. De la o încercare la alta, semnalul senzorial putea varia nu doar prin direcția mișcării, ci și prin proporția punctelor implicate. De exemplu, într-o încercare, 64% dintre puncte se puteau mișca spre stânga, iar în următoarea, 16% spre dreapta. Astfel, cercetătorii au putut măsura un întreg continuum de diferențe de la o încercare la alta.
În timp ce șoarecii jucau jocul, oamenii de știință au folosit un microscop cu două fotoni pentru a înregistra activitatea circuitului LP-ACC și răspunsul neuronilor din ACC. În unele experimente, au utilizat o tehnică numită optogenetică pentru a activa artificial circuitul.
Prin monitorizarea performanței șoarecilor în sarcină, cercetătorii au observat că aceștia au luat în considerare nu doar ceea ce vedeau în acel moment, ci și ceea ce văzuseră anterior. De exemplu, când șoarecii au ghicit corect, erau foarte predispuși să își repete ghicitul dacă noul indiciu era foarte similar cu precedentul și foarte puțin predispuși să o facă dacă indiciul era foarte diferit. Dar, dacă ghiceau greșit, atunci era invers: nu ar fi repetat acea decizie dacă indiciul era similar cu ultimul, dar ar fi făcut-o dacă părea foarte diferit.
Desigur, observațiile comportamentale indicau doar că șoarecii comparau noile indicii cu cele anterioare. Determinarea dacă acest lucru se datora cu adevărat circuitului LP-ACC a necesitat utilizarea tehnicii optogenetice pentru a-l perturba (prin stimularea activității suplimentare în intrările LP în ACC). De exemplu, perturbarea optogenetică a circuitului în emisfera stângă a creierului a făcut ca șoarecii să fie mai puțin predispuși să ghicească că punctele se mișcă spre dreapta, iar perturbarea în emisfera dreaptă a făcut ca șoarecii să fie mai predispuși să ghicească că punctele se mișcă spre dreapta. Dar, în ambele cazuri, amploarea acestor deviații de la comportamentul normal a fost direct proporțională cu diferența dintre indiciul actual și cel anterior. Cu alte cuvinte, perturbarea circuitului a afectat modul în care șoarecii foloseau istoria senzorială recentă atunci când evaluau noi dovezi, a spus Leow.
„Aceasta a arătat că acest traseu este implicat cauzal în procesul de comparație care influențează modul în care dovada actuală este interpretată, mai degrabă decât să transmită pur și simplu informația”, a afirmat Leow.
În plus, folosind imagistica cu microscopie (care vizualizează nivelurile de calciu în neuroni, un apropiat proxy al activității electrice), cercetătorii au analizat extensiv modelele de activitate ale intrării LP în ACC și modul în care neuronii ACC au reacționat la acea intrare.
„Principala concluzie este că LP și ACC îndeplinesc sarcini diferite”, a spus Leow. „Pulvinarul nu pare să ia decizia în sine. În schimb, acesta trimite comparația senzorială bazată pe istorie către cortexul frontal. ACC-ul transformă apoi acea informație în activitatea neurală care prezice alegerea finală a animalului.”
Practic, pulvinarul sfătuiește ACC-ul cu privire la gradul de schimbare, astfel încât cortexul frontal să poată considera dacă este momentul să schimbe o ghicire. La urma urmei, dacă un șoarece ghicește corect și puțin se schimbă, de ce să nu continue? Dar, dacă există o schimbare mare, atunci ar putea avea sens ca șoarele să-și reevalueze gândurile.
Se pare că creierul are acest circuit dedicat pentru a face exact acest lucru.</
