La neuroscienza del decidere: dovrei restare o dovrei andare?

Questa fotografia di un topo che esplora un semaforo è una rappresentazione artistica dell'equilibrio tra inibizione motoria (luce rossa), preparazione (luce gialla) ed esecuzione (luce verde).

Fonte: Università di Friburgo / Michael Veit

Un team internazionale di ricercatori ha individuato il ruolo specifico di cinque sottoaree all'interno della corteccia prefrontale (PFC) nel prendere decisioni reattive e proattive per fermarsi, iniziare o prepararsi a una determinata azione. I risultati del febbraio 2017 sono stati pubblicati questa settimana sulla rivista Current Biology .

Questo studio pioneristico su come le subaree del comportamento di guida della corteccia prefrontale sono state guidate da Stefanie Hardung e condotte con colleghi dell'Università di Friburgo in Germania.

Come una ben nota regione del cervello all'interno dei lobi frontali della corteccia cerebrale, il PFC è stato a lungo considerato la sede del libero arbitrio, della volizione umana e della sede neurobiologica delle funzioni esecutive, compresa la pianificazione e l'esecuzione di movimenti e comportamenti volontari.

Ricerche precedenti hanno dimostrato che le proiezioni sinaptiche dalla corteccia prefrontale ad altre regioni del cervello consentono al PFC di guidare decisioni consapevoli attraverso il controllo motorio e i movimenti fisici. Tuttavia, fino ad ora, il ruolo specifico svolto da varie sottoregioni all'interno del PFC in questo processo decisionale è rimasto un mistero.

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La nuova ricerca di Stefanie Hardung et al. sulla funzione delle sottozone all'interno del PFC fa parte di una tendenza crescente nelle neuroscienze per decostruire le regioni cerebrali più grandi, scomporle in "microzoni" più piccoli. Individuare la funzione di sottoaree specifiche all'interno di aree cerebrali più grandi apre la porta per la creazione di più finemente Trattamenti sintonizzati e focalizzati al laser per vari disturbi psicologici.

Le sottozone della corteccia prefrontale guidano il processo decisionale su "Stay" o "Go"

Nel loro inno del 1982, "Dovrei restare o dovrei andare", The Clash pone una semplice domanda che richiede un processo decisionale e un successivo controllo motorio basato sull'inibizione o sull'eccitazione neuronale simile a quella osservata nei ratti di laboratorio utilizzati per il recente esperimento neuroscientifico di Hardung. .

In questa canzone classica, il cantante dei The Clash, Joe Strummer, articola il processo decisionale che è alla base dell'analisi costi-benefici della valutazione dei pro e dei contro di un successivo comportamento controllato dal motore o della sua mancanza. Strummer canta: "Se ci vado, ci saranno problemi. E se rimango, sarà il doppio. Quindi vieni e fammi sapere. Questa indecisione mi infastidisce. "(Joe Ely ribadisce il sentimento di ogni verso in spagnolo," Tengo frío por los ojos. Me debo ir o quedarme. ")

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Fino ad ora, i meccanismi neurali esatti e le sottoaree all'interno della corteccia prefrontale che influenzano una decisione di "stare" o "andare" sono rimasti elusivi per i neuroscienziati. Tuttavia, il nuovo studio tedesco ha utilizzato ratti transgenici e optogenetica ben addestrati per identificare sotto-aree specifiche all'interno del PFC che regolano i comportamenti controllati dal motore proattivi e reattivi.

L'uso di tecniche optogenetiche all'avanguardia ha permesso a Hardung e ai suoi colleghi di disattivare le cellule cerebrali geneticamente modificate nei sotto-settori del PFC con lampi di luce mentre i ratti condizionati eseguivano comportamenti proattivi o reattivi. Attivando e disattivando sistematicamente le sottozone del PFC, i neuroscienziati sono stati in grado di testare l'influenza specifica che ciascuna delle cinque sottoare aveva sul processo decisionale dei ratti di laboratorio.

L'optogenetica è un modo non invasivo per attivare e disattivare le aree cerebrali

Optogenetics consente ai ricercatori di confrontare i risultati comportamentali di un cervello pienamente funzionante (che opera senza aree disattivate) in un cervello che ha una subarea specifica disattivata. Questa tecnologia rivoluzionaria consente ai neuroscienziati di decostruire le regioni monolitiche del cervello in microzone e di individuare la funzione specifica che una sottozona gioca all'interno di un quadro più ampio.

Nell'abstract di questo studio, i ricercatori spiegano perché è importante individuare il ruolo delle subaree all'interno della corteccia prefrontale:

"Attribuendo ruoli definiti alle sezioni PFC dei roditori, questo studio contribuisce a una più profonda comprensione dell'eterogeneità funzionale di questa area del cervello e può quindi guidare studi medici rilevanti dei disturbi del controllo dell'impulso associati alla PFC in questo modello animale per i disturbi neuronali."

Come prevedibile, la disattivazione di sottoaree specifiche della PFC ha modificato drasticamente il comportamento e le prestazioni del ratto di laboratorio. I ricercatori hanno scoperto che se (o meno) il cervello rispondeva a uno stimolo esterno dipendeva in modo significativo dall'equilibrio tra le subaree all'interno del PFC che sono guidate da segnali di eccitazione e inibizione.

Più in particolare, i ricercatori hanno scoperto che all'interno dell'intera corteccia prefrontale, la disattivazione delle subregioni situate nella corteccia infralimbica (IL) o nella corteccia orbitofrontale (OFC) impediva la capacità di un ratto di laboratorio di reagire a stimoli esterni e interrompere un comportamento condizionato. Al contrario, in questo tiro alla fune che si svolge all'interno del PFC, la disattivazione della corteccia prelimbica (PL) ha causato una reazione prematura per i ratti da laboratorio per iniziare a svolgere un comportamento condizionato.

In particolare, quando tutte le sottoaree del PFC sono state attivate e intatte, l'attività neuronale nella corteccia prelimbica ha fermato reazioni e comportamenti prematuri nella maggior parte dei ratti da laboratorio. In una dichiarazione che riassume la ricerca, Stefanie Hardung ha detto,

"Potremmo confrontare queste regioni della corteccia prefrontale con un semaforo. I sottoinsiemi specifici della PFC sono responsabili dell'inibizione, mentre altri si occupano della preparazione del movimento e dell'eccitazione. Arresto reattivo si riferisce a una situazione in cui l'animale si ferma in reazione a un segnale esterno. L'arresto proattivo, d'altro canto, si sviluppa in base agli obiettivi interni del soggetto. "

I ricercatori sono ottimisti sul fatto che i loro risultati di ricerca potrebbero alla fine portare a nuovi approcci e trattamenti per i disturbi del controllo degli impulsi come il disturbo da deficit di attenzione e iperattività (ADHD) o disturbi ossessivo-compulsivi (DOC).

Restate sintonizzati per gli studi futuri che si baseranno su questa scoperta all'avanguardia dell'Università di Friburgo e approfondiremo la nostra comprensione di come vari sottoarteri all'interno della corteccia prefrontale lavorino di concerto con altre regioni del cervello.