Ecco che modo il cervello prende le decisioni

Lo studio sui topi fornisce informazioni sulla comunicazione tra i neuroni durante il processo decisionale. La ricerca rivela come i neuroni nel cervello sono cablati per aiutare un topo a prendere decisioni. I risultati suggeriscono che diversi insiemi di neuroni lavorano insieme per consolidare le scelte. Lo studio stabilisce come le connessioni specifiche tra i neuroni nel cervello supportino il processo decisionale.

 

 

Gli scienziati hanno acquisito nuove conoscenze su come i neuroni nel cervello comunicano durante una decisione e su come le connessioni tra i neuroni possono aiutare a rafforzare una scelta.

Lo studio, condotto sui topi e guidato da neuroscienziati della Harvard Medical School, è il primo a combinare analisi strutturali, funzionali e comportamentali per esplorare come le connessioni neurone-neurone supportano il processo decisionale.

I risultati sono stati pubblicati il 21 febbraio su Nature.

“Il modo in cui il cervello è organizzato per aiutare a prendere decisioni è una grande domanda fondamentale, e i circuiti neurali – come i neuroni sono collegati tra loro – nelle aree del cervello che sono importanti per il processo decisionale non sono ben compresi”, ha detto Wei-Chung Allen Lee, professore associato di neurobiologia presso il Blavatnik Institute presso l’HMS e professore di neurologia presso il Boston Children’s Hospital.

Lee è co-autore senior dell’articolo con Christopher Harvey, professore di neurobiologia presso HMS, e Stefano Panzeri, professore presso l’University Medical Center Hamburg-Eppendorf.

Nella ricerca, i topi hanno avuto il compito di scegliere da che parte andare in un labirinto per trovare una ricompensa.

I ricercatori hanno scoperto che la decisione di un topo di andare a sinistra o a destra attivava gruppi sequenziali di neuroni, culminando nella soppressione dei neuroni legati alla scelta opposta.

Queste connessioni specifiche tra gruppi di neuroni possono aiutare a scolpire le decisioni chiudendo i percorsi neurali per opzioni alternative, ha detto Lee.

È stato un incontro casuale su una panchina fuori dal loro edificio durante un’esercitazione antincendio che ha portato Harvey e Lee a rendersi conto della natura complementare del loro lavoro.

Quel giorno, hanno stretto una collaborazione che ha dato il via al nuovo lavoro.

Il laboratorio Harvey utilizza i topi per studiare gli aspetti comportamentali e funzionali del processo decisionale.

Gli esperimenti tipici prevedono il posizionamento di un topo in un labirinto di realtà virtuale e la registrazione dell’attività neurale mentre prende decisioni.

Tali esperimenti hanno dimostrato che insiemi distinti, ma mescolati, di neuroni si attivano quando un animale sceglie la sinistra rispetto alla destra.

Lee lavora in un nuovo campo delle neuroscienze chiamato connettomica, che mira a mappare in modo completo le connessioni tra i neuroni nel cervello.

L’obiettivo, ha detto, è capire “quali neuroni stanno parlando tra loro e come i neuroni sono organizzati in reti”.

Combinando le loro competenze, Harvey e Lee sono stati in grado di approfondire i diversi tipi di neuroni coinvolti nel processo decisionale e il modo in cui questi neuroni sono collegati.

Il nuovo studio si è concentrato su una regione del cervello chiamata corteccia parietale posteriore, quello che Lee descrive come un “hub integrativo” che riceve ed elabora le informazioni raccolte da più sensi per aiutare gli animali a prendere decisioni.

“Eravamo interessati a capire come le dinamiche neurali sorgono in quest’area del cervello che è importante per il processo decisionale di navigazione”, ha detto Lee.

“Stiamo cercando regole di connettività, principi semplici che forniscano una base per i calcoli del cervello mentre prende decisioni”.

Il laboratorio di Harvey ha registrato l’attività neurale mentre i topi percorrevano un labirinto a forma di T nella realtà virtuale.

Un segnale, avvenuto diversi secondi prima, indicava ai topi se una ricompensa sarebbe stata nel braccio sinistro o destro della T.

Il laboratorio di Lee ha utilizzato potenti microscopi per mappare le connessioni strutturali tra gli stessi neuroni registrati durante il compito del labirinto.

Combinando le modalità, i ricercatori hanno distinto i neuroni eccitatori – quelli che attivano altre cellule – dai neuroni inibitori, che sopprimono altre cellule.

Hanno scoperto che un insieme specifico di neuroni eccitatori si attivava quando un topo decideva di girare a destra, e questi neuroni “a destra” attivavano una serie di neuroni inibitori che frenavano l’attività nei neuroni “a sinistra”.

Era vero il contrario quando un topo decideva di girare a sinistra.

“Poiché l’animale sta esprimendo una scelta, il cablaggio del circuito neuronale può aiutare a stabilizzare quella scelta sopprimendo altre scelte”, ha detto Lee.

“Questo potrebbe essere un meccanismo che aiuta un animale a mantenere una decisione e previene i ‘cambiamenti di mentalità'”.

I risultati devono essere confermati negli esseri umani, anche se Lee si aspetta che ci sia una certa conservazione tra le specie.

I ricercatori vedono molte direzioni per la ricerca futura. Uno sta esplorando le connessioni tra i neuroni coinvolti nel processo decisionale in altre regioni del cervello.

“Abbiamo usato queste tecniche sperimentali combinate per trovare una regola di connettività, e ora vogliamo trovarne altre”, ha detto Lee.