Uanset om du skal klare en jobsamtale, møde nogen for første gang eller håndtere en uventet udfordring, afhænger succes ofte af, hvor godt du kan tilpasse din adfærd. I visse situationer kan det endda være et spørgsmål om overlevelse at kunne tilpasse sig hurtigt. Men hvordan ved hjernen, hvornår det er tid til at opgive en gammel strategi og prøve noget nyt?

Hvordan hjernen reagerer på uventede tilbageslag

Neuroforskere ved Okinawa Institute of Science and Technology har identificeret en nøglemekanisme i hjernen, der hjælper dyr med at tilpasse sig, når omstændighederne pludselig ændrer sig. Resultaterne kan forbedre vores forståelse af tilstande, der gør det svært at bryde vaner, herunder obsessiv-kompulsiv lidelse, afhængighed og Parkinsons sygdom. Adfærdsmæssig fleksibilitet betragtes som en af de vigtigste kognitive evner hos mennesker og dyr. Den gør det muligt for os at reagere på nye oplysninger, erkende fejl og justere strategier, når vanemæssig adfærd ikke længere fører til det ønskede resultat. Uden denne evne ville individer gentagne gange træffe de samme beslutninger, selv når de tydeligvis ikke længere er succesfulde.

“De hjernemekanismer, der ligger til grund for adfærdsændringer, har indtil nu været svære at forstå, da tilpasning til en specifik situation er neurologisk meget kompleks. Det kræver koordineret aktivitet på tværs af flere hjerneområder,” forklarede medforfatter Jeffery Wickens. Tidligere studier havde allerede leveret bevis for, at såkaldte kolinerge interneuroner spiller en vigtig rolle i adfærdsmæssig tilpasning. Disse specialiserede nerveceller frigiver acetylcholin, en neurotransmitter, der er involveret i opmærksomhed, indlæring, hukommelse og beslutningsprocesser. Dysfunktion i dette system har længe været forbundet med forskellige neurologiske og psykiatriske lidelser. ”Tidligere forskning har vist, at kolinerge interneuroner – det vil sige hjerneceller, der frigiver neurotransmitteren acetylcholin – er involveret i at muliggøre adfærdsmæssig fleksibilitet. Her var vi ved hjælp af avancerede billedteknikker i stand til at observere frigivelsen af neurotransmitteren i realtid og undersøge de underliggende mekanismer bag adfærdsmæssig fleksibilitet.”

For at undersøge dette trænede forskerne mus i at navigere i en virtuel labyrint. Dyrene lærte, hvilken vej der førte til en belønning, og udviklede gradvist en pålidelig strategi for at nå frem til den. Sådanne læringsprocesser ligner dannelsen af vaner hos mennesker. Hvis en bestemt adfærd gentagne gange belønnes, lagrer hjernen den tilhørende handling som en vellykket strategi. Udfordringen ligger imidlertid i at ændre disse vaner igen, når forholdene ændrer sig. Efter at belønningsstien blev ændret, modtog musene uventet ikke den belønning, de havde forventet. Denne situation svarer til det, neuroforskere kalder en ”forudsigelsesfejl” – et øjeblik, hvor virkeligheden ikke stemmer overens med hjernens forventninger. Sådanne forudsigelsesfejl betragtes som en vigtig drivkraft for læring og tilpasning. Ved hjælp af højopløsnings-tofotonmikroskopi kunne forskerne observere aktiviteten i de enkelte neuroner og frigivelsen af neurotransmittere i dyrenes hjerner næsten i realtid.

“Neurologisk set observerede vi en markant stigning i frigivelsen af acetylcholin i visse områder af hjernen. Og adfærdsmæssigt observerede vi, at flere mus udviste såkaldt ‘loss-shift’-adfærd, hvor de ændrede deres beslutninger i labyrinten, efter at de ikke havde modtaget en belønning,” sagde førsteforfatter Gideon Sarpong. Jo større stigningen i acetylcholin var, desto mere tilbøjelige var dyrene til at ændre deres adfærd. Resultaterne tyder på, at acetylcholin signalerer til hjernen, at en tidligere vellykket strategi ikke længere virker, og at der bør søges en ny løsning.

Acetylcholin hjælper med at bryde gamle vaner

For at teste, om acetylcholin faktisk var ansvarlig for denne adfærdsmæssige fleksibilitet, reducerede forskerne dyrenes evne til at producere neurotransmitteren. Effekten var tydelig. Musene udviste betydeligt mindre “loss-shift”-adfærd og holdt oftere fast i deres tidligere beslutninger, selvom disse ikke længere førte til succes. Dette gjorde det muligt for forskerne for første gang at påvise en direkte sammenhæng mellem frigivelsen af acetylcholin og evnen til at tilpasse adfærd.

Acetylcholin er en af de ældste kendte neurotransmittere og påvirker adskillige processer i hjernen. Ud over sin rolle i opmærksomhed og hukommelse ser den også ud til at fungere som en slags biologisk signal for usikkerhed og forandring. Når en forventet belønning udebliver, øges acetylcholinaktiviteten, hvilket hjælper hjernen med at sætte spørgsmålstegn ved eksisterende adfærdsmønstre og udforske nye muligheder. Denne mekanisme kunne forklare, hvorfor mennesker er i stand til at lære af fejl og tilpasse deres adfærd til nye situationer.

Interessant nok reagerede ikke alle grupper af kolinerge interneuroner på samme måde. Mens de fleste celler øgede deres frigivelse af acetylcholin, viste nogle mindre grupper af celler kun ringe ændring eller endda nedsat aktivitet. Ifølge forskerne kan dette være en vigtig mekanisme til at bevare tidligere indlærte oplysninger. Hjernen kasserer derfor ikke straks en gammel strategi, men fortsætter med at gemme den, i tilfælde af at den bliver nyttig igen i fremtiden.

“Dette tyder på, at musene ikke nødvendigvis glemmer den tidligere vej til belønningen, men snarere bevarer denne information, i tilfælde af at situationen ændrer sig igen,” siger Dr. Sarpong. Denne balance mellem stabilitet og tilpasningsevne betragtes som en af de største udfordringer for hjernen. På den ene side skal succesfuld adfærd lagres; på den anden side må hjernen ikke blive så fastlåst, at den ikke længere kan reagere på forandringer.

Implikationer for afhængighed, obsessiv-kompulsiv lidelse og Parkinsons sygdom

Forskerne understreger, at adfærdsmæssig fleksibilitet involverer langt mere end en enkelt neurotransmitter eller en enkelt celletype. Talrige hjerneområder, herunder den præfrontale cortex, basalganglierne og striatum, arbejder tæt sammen for at muliggøre læring, beslutningstagning og tilpasning. Ikke desto mindre udgør de nye fund en vigtig brik i puslespillet til forståelse af disse komplekse processer. “Men det er en vigtig brik i puslespillet, da aktiviteten i striatum, hvor disse kolinerge interneuroner er placeret, er en central komponent i dette system,” understregede professor Wickens. Striatum spiller en nøglerolle i vanedannelse, belønningsvurdering og styring af målrettede handlinger. Forstyrrelser i dette område er forbundet med adskillige neurologiske sygdomme.

Ud over grundforskningen kan disse fund også få klinisk betydning på lang sigt. Parkinsons sygdom involverer ikke kun en mangel på neurotransmitteren dopamin, men også hyppige ændringer i acetylcholinsystemet. Lignende forstyrrelser er blevet observeret ved skizofreni, stofmisbrug og obsessiv-kompulsiv lidelse (OCD). Især i tilfælde af afhængighed og OCD har de berørte ofte svært ved at bryde etablerede adfærdsmønstre, selv når disse har negative konsekvenser.

“Acetylcholin-niveauerne ændres ofte i behandlingen af neuropsykiatriske lidelser såsom Parkinsons sygdom eller skizofreni; derfor er det afgørende at forstå denne neurotransmitters funktion for behandlingen af mange neuropsykiatriske lidelser,” sagde prof. Wickens. “Især ved tilstande som afhængighed og tvangssyndrom observerer vi vanskeligheder med at bryde vaner og ændre adfærd. At forstå mekanismerne bag adfærdsfleksibilitet kan derfor en dag hjælpe os med at udvikle bedre behandlingsmetoder.”

Selvom forskningen stadig er i sin vorden, og resultaterne oprindeligt blev opnået hos mus, giver de værdifuld indsigt i, hvordan hjernen reagerer på uventede ændringer. På lang sigt kan sådanne fund bidrage til udviklingen af terapier, der hjælper mennesker med lettere at overvinde skadelige vaner, reagere mere fleksibelt på nye situationer og genvinde kontrollen over deres adfærd.

Adfærdsfleksibilitet og hjernens indre ur

Undersøgelsens fund kan også ses i sammenhæng med kronobiologi, dvs. forskning i kroppens biologiske rytmer. Selvom dette aspekt ikke blev undersøgt direkte her, vides det, at hjernens evne til at reagere fleksibelt og tilpasse beslutninger ikke er konstant, men påvirkes af døgnrytmen. Dette indre ur regulerer søvn-vågen-cyklusser, opmærksomhed, indlæringsevne og mange kognitive processer, hvilket sikrer, at hjernen er mere modtagelig og tilpasningsdygtig på bestemte tidspunkter af døgnet end på andre.

Acetylcholin spiller en central rolle i denne proces, da dets aktivitet er tæt forbundet med vågenhed, opmærksomhed og bearbejdning af ny information. Da denne neurotransmitter også synes at være afgørende for tilpasningen af adfærd efter uventede begivenheder, kunne den fungere som et bindeled mellem kognitiv fleksibilitet og biologiske døgnrytmer. Forstyrrelser i søvnen eller det indre ur kan derfor også forringe evnen til at udnytte ny information og ændre vanemæssige adfærdsmønstre.

Det er også interessant at bemærke, at tilstande som Parkinsons sygdom, obsessiv-kompulsiv lidelse eller stofmisbrug ofte involverer både nedsat adfærdsmæssig tilpasning og forstyrrelser i søvn og døgnrytme. Dette tyder på, at de to systemer kan være tættere forbundet, end man tidligere har antaget. Selvom den aktuelle undersøgelse ikke direkte undersøgte denne sammenhæng, bidrager den med endnu en brik til puslespillet om, hvordan den tidsmæssige organisering i hjernen og fleksibel beslutningstagning interagerer.