Un circuit neural esențial facilitează schimbarea modului de funcționare al creierului
Majoritatea oamenilor au experimentat senzația de a trece de la o sarcină la alta, doar pentru a constata că mintea rămâne blocată temporar în vechiul mod de gândire.
Uneori, chiar și după ce ne dăm seama că o strategie nu mai funcționează, mintea continuă să revină la aceasta.
Neuroscientificii numesc abilitatea de a se adapta și de a schimba strategiile „flexibilitate cognitivă” – o caracteristică esențială a cogniției superioare care permite creierului să abandoneze reguli învechite și să răspundă la condiții în schimbare. Deficiențele în flexibilitatea cognitivă sunt asociate cu tulburări precum ADHD, depresie, tulburare obsesiv-compulsivă, schizofrenie și boala Alzheimer.
Recent, cercetătorii de la Universitatea din California, Riverside, au identificat un circuit neural cheie care ajută creierul să „schimbe viteza”. Studiul, publicat în eLife, arată că o structură mică din trunchiul cerebral numită locus coeruleus (LC) joacă un rol central în ajutarea creierului de a trece între regulile comportamentale și de a menține gândirea flexibilă.
Creierul se confruntă constant cu medii și cerințe în schimbare. „Lucrările noastre arată că locus coeruleus acționează ca un regulator cheie care ajută creierul să treacă eficient între stările comportamentale”, a declarat Hongdian Yang.
Deși mic, LC are o influență enormă asupra creierului. Este sursa principală de norepinefrină, un neuromodulator implicat în atenție, excitabilitate, învățare, răspunsuri la stres și luarea deciziilor. Cercetătorii au suspectat de mult timp că LC contribuie la flexibilitatea cognitivă, dar modul în care influențează activitatea creierului în timpul schimbării comportamentale a rămas neclar.
Pentru a investiga, cercetătorii de la UC Riverside au antrenat șoareci pe o sarcină de schimbare a regulilor, destinată testării flexibilității atenționale. Animalele au învățat mai întâi să găsească recompense alimentare folosind un tip de indiciu senzorial, cum ar fi textura materialului de pat. Apoi, fără avertizare, regula s-a schimbat: șoarecii au trebuit să ignore vechiul indiciu și să se bazeze pe miros în schimb.
În continuare, echipa a suprimat selectiv activitatea din LC folosind tehnici chimiogenetice. Aceștia au constatat că șoarecii au avut dificultăți în a se adapta la noua regulă, continuând să se bazeze pe strategii învechite și necesitând mult mai multe încercări pentru a învăța schimbarea.
„Am descoperit că semnalele LC ajută la reorganizarea modelelor de activitate neurală din cortexul prefrontal, astfel încât creierul să se deconecteze de la o veche regulă și să se angajeze cu una nouă”, a adăugat Yang.
Cortexul prefrontal este o zonă a creierului implicată în planificare și luarea deciziilor. Cercetătorii au înregistrat activitatea neurală din cortexul prefrontal folosind microscoape miniaturale implantate în șoareci, permițându-le să urmărească sute de neuroni în timpul sarcinii.
În loc să reducă pur și simplu activitatea cerebrală, perturbarea LC a produs efectul opus: mai mulți neuroni din cortexul prefrontal au devenit activi, iar neuronii individuali au răspuns la informații mai variate și mai amestecate.
„Rețeaua a devenit mai zgomotoasă și mai puțin selectivă”, a explicat Yang. „Aceasta sugerează că LC ajută la menținerea unui raport înalt de „semnal la zgomot” neural, menținând cortexul prefrontal organizat în timpul luării deciziilor complexe, mai degrabă decât să amplifice doar activitatea.”
Descoperirile adaugă la dovezile tot mai numeroase că multe tulburări psihiatrice și neurologice ar putea implica creiere care nu se confruntă doar cu prea multă sau prea puțină activitate, ci și cu abilitatea de a reorganiza rețelele neuronale atunci când circumstanțele se schimbă.
Cercetătorii au mai constatat că, în timpul învățării normale, creierul trece între diferite „moduri” de activitate, pe măsură ce își dă seama de o nouă regulă. În cortexul prefrontal, grupuri de neuroni s-au reorganizat în modele clare și distincte pe măsură ce șoarecii învățau. Dar atunci când cercetătorii au suprimat LC, acele modele au devenit mai neclare și mai greu de distins, ca și cum creierul nu mai putea trece clar în modul de învățare corect.
Folosind instrumente de învățare automată pentru a analiza datele, oamenii de știință au constatat că activitatea cerebrală nu mai reflecta clar ce etapă de învățare traversau șoarecii sau ce alegeri erau susceptibili să facă în continuare. Au descoperit că cortexul prefrontal a devenit mai puțin capabil să urmărească regula curentă pe care șoarecii ar fi trebuit să o urmeze.
„Descoperirile noastre au, de asemenea, implicații pentru îmbătrânire și boala Alzheimer, deoarece LC este afectat devreme în neurodegenerare”, a menționat Yang. „Mai larg, studiul nostru oferă potențiale noi ținte pentru intervenții terapeutice prin identificarea circuitelor neuronale care ar putea ajuta la restabilirea flexibilității cognitive și comportamentului adaptiv.”
