Che si tratti di superare brillantemente un colloquio di lavoro, di incontrare qualcuno per la prima volta o di affrontare una sfida inaspettata, il successo dipende spesso dalla capacità di adattare il proprio comportamento. In alcune situazioni, adattarsi rapidamente può addirittura essere una questione di sopravvivenza. Ma come fa il cervello a capire quando è il momento di abbandonare una vecchia strategia e provare qualcosa di nuovo?

Come reagisce il cervello alle battute d’arresto inaspettate

I neuroscienziati dell’Istituto di Scienza e Tecnologia di Okinawa hanno identificato un meccanismo chiave nel cervello che aiuta gli animali ad adattarsi quando le circostanze cambiano improvvisamente. I risultati potrebbero migliorare la nostra comprensione delle condizioni che rendono difficile rompere le abitudini, tra cui il disturbo ossessivo-compulsivo, la dipendenza e il morbo di Parkinson. La flessibilità comportamentale è considerata una delle capacità cognitive più importanti negli esseri umani e negli animali. Ci permette di reagire alle nuove informazioni, riconoscere gli errori e adattare le strategie quando i comportamenti abituali non portano più al risultato desiderato. Senza questa capacità, le persone prenderebbero ripetutamente le stesse decisioni, anche quando è chiaro che non funzionano più.

“I meccanismi cerebrali alla base dei cambiamenti comportamentali sono stati difficili da comprendere fino ad ora, poiché l’adattamento a una situazione specifica è neurologicamente molto complesso. Richiede un’attività coordinata tra più regioni cerebrali”, ha spiegato il coautore Jeffery Wickens. Studi precedenti avevano già fornito prove del fatto che i cosiddetti interneuroni colinergici svolgono un ruolo importante nell’adattamento comportamentale. Queste cellule nervose specializzate rilasciano acetilcolina, un neurotrasmettitore coinvolto nei processi di attenzione, apprendimento, memoria e processo decisionale. La disfunzione di questo sistema è stata a lungo associata a vari disturbi neurologici e psichiatrici. “Lavori precedenti hanno dimostrato che gli interneuroni colinergici – ovvero le cellule cerebrali che rilasciano il neurotrasmettitore acetilcolina – sono coinvolti nel consentire la flessibilità comportamentale. In questo caso, utilizzando tecniche di imaging avanzate, siamo stati in grado di osservare il rilascio di neurotrasmettitori in tempo reale e di indagare i meccanismi alla base della flessibilità comportamentale”.

Per indagare su questo aspetto, i ricercatori hanno addestrato dei topi a orientarsi in un labirinto virtuale. Gli animali hanno imparato quale percorso portava a una ricompensa e hanno gradualmente sviluppato una strategia affidabile per raggiungerla. Tali processi di apprendimento assomigliano alla formazione delle abitudini negli esseri umani. Se un determinato comportamento viene ripetutamente ricompensato, il cervello memorizza l’azione corrispondente come una strategia di successo. La sfida, tuttavia, sta nel modificare nuovamente queste abitudini quando le condizioni cambiano. Dopo che il percorso della ricompensa è stato alterato, i topi inaspettatamente non hanno ricevuto la ricompensa che si aspettavano. Questa situazione corrisponde a ciò che i neuroscienziati chiamano un “errore di previsione”: un momento in cui la realtà non corrisponde alle aspettative del cervello. Tali errori di previsione sono considerati un fattore chiave dell’apprendimento e dell’adattamento. Utilizzando la microscopia a due fotoni ad alta risoluzione, i ricercatori sono stati in grado di osservare l’attività dei singoli neuroni e il rilascio di neurotrasmettitori nel cervello degli animali quasi in tempo reale.

“Dal punto di vista neurale, abbiamo osservato un aumento significativo del rilascio di acetilcolina in alcune aree del cervello. Dal punto di vista comportamentale, abbiamo osservato che un numero maggiore di topi mostrava il cosiddetto comportamento di ‘cambiamento di strategia’, in cui cambiavano le loro decisioni nel labirinto dopo non aver ricevuto una ricompensa”, ha detto il primo autore Gideon Sarpong. Maggiore era l’aumento dell’acetilcolina, maggiore era la probabilità che gli animali modificassero il proprio comportamento. I risultati suggeriscono che l’acetilcolina segnala al cervello che una strategia precedentemente efficace non funziona più e che occorre cercare una nuova soluzione.

L’acetilcolina aiuta a rompere le vecchie abitudini

Per verificare se l’acetilcolina fosse effettivamente responsabile di questa flessibilità comportamentale, i ricercatori hanno ridotto la capacità degli animali di produrre il neurotrasmettitore. L’effetto è stato evidente. I topi hanno mostrato un comportamento di “cambiamento in caso di perdita” significativamente inferiore e si sono attenuti più frequentemente alle loro decisioni precedenti, anche se queste non portavano più al successo. Ciò ha permesso agli scienziati di dimostrare, per la prima volta, un legame diretto tra il rilascio di acetilcolina e la capacità di adattare il comportamento.

L’acetilcolina è uno dei più antichi neurotrasmettitori conosciuti e influenza numerosi processi nel cervello. Oltre al suo ruolo nell’attenzione e nella memoria, sembra anche fungere da una sorta di segnale biologico di incertezza e cambiamento. Quando una ricompensa attesa non si concretizza, l’attività dell’acetilcolina aumenta, aiutando il cervello a mettere in discussione i modelli comportamentali esistenti ed esplorare nuove possibilità. Questo meccanismo potrebbe spiegare perché gli esseri umani sono in grado di imparare dagli errori e adattare il proprio comportamento a nuove situazioni.

È interessante notare che non tutti i gruppi di interneuroni colinergici hanno risposto allo stesso modo. Mentre la maggior parte delle cellule ha aumentato il rilascio di acetilcolina, alcuni gruppi più piccoli di cellule hanno mostrato pochi cambiamenti o addirittura una diminuzione dell’attività. Secondo i ricercatori, questo potrebbe essere un meccanismo importante per preservare le informazioni apprese in precedenza. Il cervello, quindi, non scarta immediatamente una vecchia strategia, ma continua a conservarla nel caso in cui possa tornare utile in futuro.

“Questo suggerisce che i topi non dimenticano necessariamente il percorso precedente verso la ricompensa, ma piuttosto conservano queste informazioni nel caso in cui la situazione cambi di nuovo”, afferma il dottor Sarpong. Questo equilibrio tra stabilità e adattabilità è considerato una delle maggiori sfide per il cervello. Da un lato, i comportamenti di successo devono essere memorizzati; dall’altro, il cervello non deve diventare così rigido da non poter più rispondere ai cambiamenti.

Implicazioni per la dipendenza, il disturbo ossessivo-compulsivo e il morbo di Parkinson

I ricercatori sottolineano che la flessibilità comportamentale coinvolge ben più di un singolo neurotrasmettitore o di un singolo tipo di cellula. Numerose regioni cerebrali, tra cui la corteccia prefrontale, i gangli della base e lo striato, lavorano in stretta collaborazione per consentire l’apprendimento, il processo decisionale e l’adattamento. Ciononostante, le nuove scoperte forniscono un tassello importante del puzzle per comprendere questi processi complessi. “Ma è un tassello importante del puzzle, poiché l’attività dello striato, dove si trovano questi interneuroni colinergici, è una componente centrale di questo sistema”, ha sottolineato il Prof. Wickens. Lo striato svolge un ruolo chiave nella formazione delle abitudini, nella valutazione delle ricompense e nel controllo delle azioni orientate agli obiettivi. I disturbi in quest’area sono associati a numerose malattie neurologiche.

Al di là della ricerca di base, questi risultati potrebbero anche acquisire rilevanza clinica nel lungo termine. Il morbo di Parkinson comporta non solo una carenza del neurotrasmettitore dopamina, ma anche frequenti alterazioni nel sistema dell’acetilcolina. Disturbi simili sono stati osservati nella schizofrenia, nei disturbi da uso di sostanze e nel disturbo ossessivo-compulsivo (DOC). Soprattutto nei casi di dipendenza e DOC, le persone colpite spesso hanno difficoltà a rompere i modelli comportamentali consolidati, anche quando questi hanno conseguenze negative.

«I livelli di acetilcolina sono spesso alterati nel trattamento di disturbi neuropsichiatrici come il morbo di Parkinson o la schizofrenia; pertanto, comprendere la funzione di questo neurotrasmettitore è essenziale per il trattamento di molti disturbi neuropsichiatrici», ha affermato il Prof. Wickens. “Soprattutto in condizioni come la dipendenza e il disturbo ossessivo-compulsivo, osserviamo difficoltà nel rompere le abitudini e nel cambiare comportamento. Comprendere i meccanismi della flessibilità comportamentale potrebbe quindi un giorno aiutarci a sviluppare metodi di trattamento migliori.”

Sebbene la ricerca sia ancora nelle sue fasi iniziali e i risultati siano stati inizialmente ottenuti nei topi, essi forniscono preziose informazioni su come il cervello reagisce ai cambiamenti inaspettati. A lungo termine, tali scoperte potrebbero contribuire allo sviluppo di terapie che aiutino le persone a superare più facilmente le abitudini dannose, a rispondere in modo più flessibile alle nuove situazioni e a riprendere il controllo del proprio comportamento.

Flessibilità comportamentale e orologio interno del cervello

I risultati dello studio possono essere considerati anche nel contesto della cronobiologia, ovvero la ricerca sui ritmi biologici dell’organismo. Sebbene questo aspetto non sia stato direttamente studiato in questa occasione, è noto che la capacità del cervello di reagire in modo flessibile e di adattare le decisioni non è costante, ma è influenzata dal ritmo circadiano. Questo orologio interno regola i cicli sonno-veglia, l’attenzione, la capacità di apprendimento e molti processi cognitivi, garantendo che il cervello sia più ricettivo e adattabile in determinati momenti della giornata rispetto ad altri.

L’acetilcolina svolge un ruolo centrale in questo processo, poiché la sua attività è strettamente legata alla veglia, all’attenzione e all’elaborazione di nuove informazioni. Poiché questo neurotrasmettitore sembra essere coinvolto in modo cruciale anche nell’adattamento del comportamento a seguito di eventi inaspettati, potrebbe fungere da collegamento tra la flessibilità cognitiva e i ritmi biologici quotidiani. Pertanto, le interruzioni del sonno o dell’orologio interno potrebbero anche compromettere la capacità di utilizzare nuove informazioni e modificare i modelli comportamentali abituali.

È inoltre interessante notare che condizioni come il morbo di Parkinson, il disturbo ossessivo-compulsivo o i disturbi da uso di sostanze comportano spesso sia un adattamento comportamentale compromesso sia disturbi del sonno e del ritmo circadiano. Ciò suggerisce che i due sistemi potrebbero essere più strettamente collegati di quanto si pensasse in precedenza. Sebbene lo studio attuale non abbia indagato direttamente questa connessione, fornisce un altro tassello del puzzle su come l’organizzazione temporale nel cervello e il processo decisionale flessibile interagiscano.