Come il cervello inserisce nuove informazioni nella definizione degli obiettivi
Utilizzando scansioni cerebrali di volontari umani, i ricercatori del Princeton Neuroscience Institute (PNI) hanno scoperto che gli obiettivi di aggiornamento hanno luogo nella corteccia prefrontale e sembrano coinvolgere segnali associati alla dopamina chimica del cervello. Quando i ricercatori hanno utilizzato un impulso magnetico per interrompere l'attività in quella regione del cervello, i volontari non sono stati in grado di passare a un nuovo compito durante il gioco che richiedeva loro di premere un pulsante dopo aver visto le lettere apparire su uno schermo.
"Abbiamo trovato un meccanismo fondamentale che contribuisce alla capacità del cervello di concentrarsi su un compito e poi passare in modo flessibile a un altro compito", ha detto Jonathan Cohen, Ph.D., co-direttore di PNI. "Le menomazioni in questo sistema sono centrali per molti disturbi critici della funzione cognitiva, come quelli osservati nella schizofrenia e nel disturbo ossessivo-compulsivo".
Cohen ha spiegato che la ricerca esistente ha dimostrato che quando vengono utilizzate nuove informazioni per aggiornare un'attività, un comportamento o un obiettivo, queste informazioni vengono conservate in un tipo di memoria a breve termine nota come memoria di lavoro. I ricercatori, tuttavia, non sapevano quali meccanismi fossero coinvolti nell'aggiornamento di queste informazioni.
Per scoprirlo, il team di ricerca di Cohen ha utilizzato la risonanza magnetica funzionale (fMRI) per scansionare il cervello di volontari che giocavano a un gioco in cui premevano un pulsante specifico a seconda di un particolare segnale visivo.
Se il volontario vedeva la lettera A prima di vedere la lettera X, doveva premere il pulsante 1. Ma se il volontario vedeva la lettera B prima di vedere la X, il partecipante doveva premere il pulsante 2. A e B servivano come le nuove informazioni che la persona ha utilizzato per aggiornare l'obiettivo di decidere quale pulsante premere. Un'altra versione dell'attività richiedeva agli stessi partecipanti di premere il pulsante 1 dopo aver visto una X indipendentemente dal fatto che fosse mostrata una A o una B.
Con la fMRI, i ricercatori hanno rilevato attività nella corteccia prefrontale destra durante attività che richiedevano ai partecipanti di ricordare se avevano visto una A o una B prima di premere il pulsante corretto, ma non durante le attività in cui il partecipante doveva premere il pulsante solo quando richiesto da una X.
Questi risultati hanno confermato i risultati di un precedente studio condotto da Cohen che utilizzava un altro metodo di scansione per valutare i tempi dell'attività cerebrale. Utilizzando l'elettroencefalografia (EEG), i ricercatori hanno scoperto che la corteccia prefrontale mostrava un picco nell'attività elettrica cerebrale 150 millisecondi dopo che il partecipante aveva visto la lettera A o B.
Per il nuovo studio, i ricercatori hanno dimostrato che la corteccia prefrontale è effettivamente l'area del cervello coinvolta nell'aggiornamento della memoria di lavoro inviando un breve impulso magnetico alla regione. Questo impulso ha interrotto l'attività della corteccia nel momento preciso - come rivelato dall'EEG - i ricercatori sospettavano che la corteccia prefrontale stesse aggiornando la memoria di lavoro.
Quando i ricercatori hanno introdotto l'impulso sul lato destro della corteccia prefrontale circa 150 millisecondi dopo che i volontari hanno visto la A o la B, i partecipanti non sono stati in grado di premere i pulsanti corretti, ha detto Cohen.
"Abbiamo previsto che se l'impulso fosse stato consegnato alla parte della corteccia prefrontale destra osservata utilizzando la fMRI, e nel momento in cui il cervello aggiorna le sue informazioni come rivelato dall'EEG, il soggetto non manterrebbe le informazioni su A e B, interferire con le sue prestazioni nel compito di premere i pulsanti ", ha detto Cohen.
Infine, i ricercatori hanno esplorato la loro teoria secondo cui la dopamina, una sostanza chimica presente in natura coinvolta nella motivazione e nella ricompensa, contrassegna le nuove informazioni che entrano nella corteccia prefrontale come importanti per l'aggiornamento della memoria di lavoro e degli obiettivi.
Cohen e il suo team hanno ripreso una regione del cervello chiamata mesencefalo, che contiene gruppi di cellule nervose chiamate nuclei dopaminergici che sono la fonte della maggior parte dei segnali della dopamina nel cervello.
Utilizzando la fMRI ad alta risoluzione, i ricercatori hanno sondato l'attività di queste cellule che rilasciano dopamina nel cervello dei volontari impegnati nel gioco. I ricercatori hanno scoperto che l'attività in queste aree era correlata con l'attività nella corteccia prefrontale destra e con la capacità dei volontari di premere i pulsanti corretti.
"La parte notevole era che i segnali della dopamina erano correlati sia con il comportamento dei nostri volontari che con la loro attività cerebrale nella corteccia prefrontale", ha detto Cohen. "Questa costellazione di risultati fornisce una forte evidenza che i nuclei dopaminergici stanno consentendo alla corteccia prefrontale di trattenere le informazioni che sono rilevanti per l'aggiornamento del comportamento, ma non le informazioni che non lo sono".
Lo studio è stato pubblicato da Atti della National Academy of Sciences.
Fonte: Princeton University
