Come il cervello decide cosa imparare

Come il cervello decide cosa imparare? Per conoscere il mondo, sia gli animali che gli umani devono fare di più che prestare attenzione a ciò che li circonda. Hanno anche bisogno di imparare quali aspetti, suoni e sensazioni nel loro ambiente sono più importanti e monitorare come l’importanza di questi dettagli cambia nel tempo. Tuttavia, come gli umani e altri animali seguono questi dettagli è rimasto un mistero.

Ora, i biologi di Stanford che hanno pubblicato il loro studio il 26 ottobre in Science, pensano di aver capito come gli animali riescono a ordinare i dettagli. Una parte del cervello chiamata talamo paraventricolare o PVT, serve come una sorta di gatekeeper che assicura che il cervello identifichi e rintracci i dettagli più salienti di una situazione. “Anche se la ricerca, finanziata in parte dall’Iniziativa Neurochoice dell’Istituto di Neuroscienze di Wu Tsai, è limitata ai topi, i risultati potrebbero un giorno aiutare i ricercatori a capire meglio come gli umani imparano o addirittura potrebbero aiutare a curare la tossicodipendenza”, ha detto l’autore Xiaoke Chen, un assistente Professore di biologia.

” I risultati di questo studio sono una sorpresa”, ha detto Chen, ” in parte perché pochi avevano sospettato che il talamo potesse fare qualcosa di così sofisticato. Abbiamo mostrato che le cellule talamiche svolgono un ruolo molto importante nel tenere traccia del significato comportamentale degli stimoli, ruolo che nessuno aveva mai svolto prima”. Chen, è anche membro di Stanford Bio-X e del Wu Tsai Neurosciences Institute.

Decidere cosa imparare

Nella sua forma più elementare, l’apprendimento si riduce al feedback. Ad esempio, se hai mal di testa e prendi un farmaco, ti aspetti che il farmaco faccia passare il mal di testa. Se questo accade e hai ragione, prenderai quel farmaco la prossima volta che avrai mal di testa. Se ti sbagli, proverai qualcos’altro. Psicologi e neuroscienziati hanno studiato questo aspetto dell’apprendimento in modo esteso e persino lo hanno tracciato in specifiche parti del cervello che elaborano il feedback e guidano l’apprendimento.

“Tuttavia, quella foto dell’apprendimento è incompleta”, ha detto Chen. “Anche in esperimenti di laboratorio relativamente semplici, per non parlare della vita nel mondo reale, gli esseri umani e gli altri animali hanno bisogno di capire da che cosa imparare: in sostanza, cos’è il feedback e cos’è il rumore. Nonostante questo bisogno, gli psicologi e i neuroscienziati non hanno prestato attenzione a questo processo”.

Per iniziare a porre rimedio a ciò, Chen e colleghi hanno insegnato ai topi ad associare odori particolari con risultati positivi e negativi. Un odore segnalava che stava arrivando un sorso d’acqua, mentre un altro segnalava che il topo stava per avere un soffio d’aria in faccia.

Gli scienziati scoprono il meccanismo del cervello chiave nell'elaborazione della salienza
(A) Mappe del punteggio Z (a sinistra) e grafico a torta (a destra) per tutti i neuroni che rispondono ai compiti identificati mediante la registrazione in unità singola in vivo durante i compiti Pavlovian. Ogni riga nelle mappe di calore rappresenta le risposte dello stesso neurone a stimoli diversi.

Più tardi, i ricercatori hanno sostituito il soffio d’aria con una leggera scossa elettrica, qualcosa che presumibilmente avrebbe suscitato un po’ più di attenzione. Il team ha scoperto che i neuroni nel PVT seguivano questo cambiamento. Durante la fase del soffio d’aria, due terzi dei neuroni PVT hanno risposto agli odori, mentre un ulteriore 30 percento è stato attivato solo dall’acqua di segnalazione degli odori. In altre parole, durante questa fase il PVT ha risposto sia a risultati positivi che negativi, ma c’è stata una maggiore risposta ai segnai positivi.

Durante la fase dello shock elettrico, tuttavia, il bilanciamento si è spostato. Quasi tutti i neuroni del PVT hanno risposto allo shock, mentre circa tre quarti di essi hanno risposto a esiti positivi e negativi.

Un cambiamento simile è avvenuto quando i topi avevano fatto il pieno d’acqua. Ora che l’acqua contava meno per i topi, il PVT era meno reattivo all’acqua e più reattivo ai soffi d’aria, il che significa che diventava più reattivo ai risultati negativi e meno a quelli positivi. Presi insieme, i risultati hanno mostrato che il PVT tiene traccia di ciò che era più importante nel momento – quando il buon risultato superava il cattivo e viceversa.

Anche i neuroscienziati hanno ora un nuovo modo di controllare l’apprendimento. In ulteriori esperimenti con topi geneticamente modificati in modo che il team potesse controllare l’attività del PVT con la luce, i ricercatori hanno scoperto che potevano inibire o migliorare l’apprendimento, ad esempio, potevano insegnare più rapidamente ai topi che un odore non segnalava più in modo affidabile che l’acqua stava arrivando o che un altro l’odore era passato dalla segnalazione dell’acqua alla segnalazione di uno shock.

Questi risultati potrebbero puntare a nuovi modi per modulare l’apprendimento nei topi, per il momento, stimolando o sopprimendo l’attività di PVT come appropriato. 

“Indicano anche, a lungo termine, i modi per aiutare a curare la tossicodipendenza” , ha detto Chen, “aiutando i tossicodipendenti a disimparare l’associazione tra l’assunzione di un farmaco e il livello successivo“.

Fonte: Science

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