Niezależnie od tego, czy świetnie radzisz sobie na rozmowie kwalifikacyjnej, spotykasz kogoś po raz pierwszy, czy też musisz stawić czoła nieoczekiwanemu wyzwaniu – sukces często zależy od tego, jak dobrze potrafisz dostosować swoje zachowanie. W niektórych sytuacjach szybkie dostosowanie się może być nawet kwestią przetrwania. Ale skąd mózg wie, kiedy nadszedł czas, by porzucić starą strategię i spróbować czegoś nowego?

Jak mózg reaguje na nieoczekiwane niepowodzenia

Neurolodzy z Instytutu Nauki i Technologii w Okinawie zidentyfikowali kluczowy mechanizm w mózgu, który pomaga zwierzętom dostosować się do nagłych zmian okoliczności. Odkrycia te mogą pomóc nam lepiej zrozumieć schorzenia utrudniające przełamanie nawyków, w tym zaburzenia obsesyjno-kompulsyjne, uzależnienia i chorobę Parkinsona. Elastyczność behawioralna jest uważana za jedną z najważniejszych zdolności poznawczych u ludzi i zwierząt. Pozwala nam reagować na nowe informacje, rozpoznawać błędy i dostosowywać strategie, gdy nawykowe zachowania nie prowadzą już do pożądanego rezultatu. Bez tej zdolności ludzie wielokrotnie podejmowaliby te same decyzje, nawet jeśli wyraźnie nie przynoszą one już oczekiwanych rezultatów.

„Mechanizmy mózgowe leżące u podstaw zmian behawioralnych były do tej pory trudne do zrozumienia, ponieważ dostosowanie się do konkretnej sytuacji jest neurologicznie bardzo złożone. Wymaga to skoordynowanej aktywności wielu obszarów mózgu” – wyjaśnił współautor badania Jeffery Wickens. Wcześniejsze badania dostarczyły już dowodów na to, że tak zwane interneurony cholinergiczne odgrywają ważną rolę w adaptacji behawioralnej. Te wyspecjalizowane komórki nerwowe uwalniają acetylocholinę, neuroprzekaźnik biorący udział w procesach uwagi, uczenia się, pamięci i podejmowania decyzji. Dysfunkcja tego układu od dawna wiązana jest z różnymi zaburzeniami neurologicznymi i psychiatrycznymi. „Wcześniejsze badania wykazały, że interneurony cholinergiczne – czyli komórki mózgowe uwalniające neuroprzekaźnik acetylocholinę – są zaangażowane w umożliwianie elastyczności behawioralnej. W tym przypadku, korzystając z zaawansowanych technik obrazowania, byliśmy w stanie obserwować uwalnianie neuroprzekaźnika w czasie rzeczywistym i zbadać mechanizmy leżące u podstaw elastyczności behawioralnej”.

Aby to zbadać, naukowcy wyszkolili myszy do poruszania się po wirtualnym labiryncie. Zwierzęta nauczyły się, która ścieżka prowadzi do nagrody, i stopniowo opracowały niezawodną strategię, aby do niej dotrzeć. Takie procesy uczenia się przypominają kształtowanie się nawyków u ludzi. Jeśli określone zachowanie jest wielokrotnie nagradzane, mózg zapisuje odpowiednią czynność jako skuteczną strategię. Wyzwaniem jest jednak ponowna zmiana tych nawyków, gdy zmieniają się warunki. Po zmianie ścieżki prowadzącej do nagrody myszy nieoczekiwanie nie otrzymały oczekiwanej nagrody. Sytuacja ta odpowiada temu, co neurolodzy nazywają „błędem prognozy” – momentem, w którym rzeczywistość nie odpowiada oczekiwaniom mózgu. Takie błędy prognozy są uważane za kluczowy czynnik napędzający uczenie się i adaptację. Korzystając z mikroskopii dwufotonowej o wysokiej rozdzielczości, naukowcy byli w stanie obserwować aktywność poszczególnych neuronów i uwalnianie neuroprzekaźników w mózgach zwierząt niemal w czasie rzeczywistym.

„Z neurologicznego punktu widzenia zaobserwowaliśmy znaczny wzrost uwalniania acetylocholiny w niektórych obszarach mózgu. Jeśli chodzi o zachowanie, zauważyliśmy, że więcej myszy wykazywało tak zwane zachowanie „zmiany po porażce”, w którym zmieniały swoje decyzje w labiryncie po tym, jak nie otrzymały nagrody” – powiedział pierwszy autor, Gideon Sarpong. Im większy był wzrost poziomu acetylocholiny, tym większe było prawdopodobieństwo, że zwierzęta zmienią swoje zachowanie. Wyniki sugerują, że acetylocholina sygnalizuje mózgowi, że strategia, która wcześniej była skuteczna, przestała działać i należy poszukać nowego rozwiązania.

Acetylocholina pomaga przełamać stare nawyki

Aby sprawdzić, czy to rzeczywiście acetylocholina odpowiada za tę elastyczność zachowania, naukowcy ograniczyli zdolność zwierząt do produkcji tego neuroprzekaźnika. Efekt był wyraźny. Myszy wykazywały znacznie mniej zachowań typu „loss-shift” i częściej trzymały się swoich poprzednich decyzji, mimo że nie prowadziły one już do sukcesu. Pozwoliło to naukowcom po raz pierwszy wykazać bezpośredni związek między uwalnianiem acetylocholiny a zdolnością do adaptacji zachowania.

Acetylocholina jest jednym z najstarszych znanych neuroprzekaźników i wpływa na liczne procesy zachodzące w mózgu. Oprócz swojej roli w procesach uwagi i pamięci, wydaje się również pełnić funkcję swego rodzaju biologicznego sygnału niepewności i zmiany. Kiedy oczekiwana nagroda nie pojawia się, aktywność acetylocholiny wzrasta, pomagając mózgowi kwestionować istniejące wzorce zachowań i odkrywać nowe możliwości. Mechanizm ten może wyjaśniać, dlaczego ludzie są w stanie uczyć się na błędach i dostosowywać swoje zachowanie do nowych sytuacji.

Co ciekawe, nie każda grupa interneuronów cholinergicznych reagowała w ten sam sposób. Podczas gdy większość komórek zwiększyła uwalnianie acetylocholiny, niektóre mniejsze grupy komórek wykazały niewielką zmianę lub nawet spadek aktywności. Według naukowców może to być ważny mechanizm służący zachowaniu wcześniej przyswojonej wiedzy. Mózg nie odrzuca zatem natychmiast starej strategii, lecz nadal ją przechowuje na wypadek, gdyby okazała się przydatna w przyszłości.

„Sugeruje to, że myszy niekoniecznie zapominają poprzednią drogę do nagrody, ale raczej zachowują tę informację na wypadek, gdyby sytuacja ponownie uległa zmianie” – mówi dr Sarpong. Ta równowaga między stabilnością a zdolnością adaptacyjną jest uważana za jedno z największych wyzwań dla mózgu. Z jednej strony skuteczne zachowania muszą być zapamiętane; z drugiej strony mózg nie może stać się tak sztywny, że nie będzie już w stanie reagować na zmiany.

Implikacje dla uzależnień, zaburzeń obsesyjno-kompulsyjnych i choroby Parkinsona

Naukowcy podkreślają, że elastyczność behawioralna obejmuje znacznie więcej niż jeden neuroprzekaźnik lub jeden typ komórek. Liczne obszary mózgu, w tym kora przedczołowa, zwoje podstawy mózgu i prążkowie, ściśle ze sobą współpracują, umożliwiając uczenie się, podejmowanie decyzji i adaptację. Niemniej jednak nowe odkrycia stanowią ważny element układanki pozwalającej zrozumieć te złożone procesy. „Jest to jednak ważny element układanki, ponieważ aktywność prążkowia, w którym znajdują się te cholinergiczne interneurony, jest centralnym elementem tego systemu” – podkreślił prof. Wickens. Prążek odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu nawyków, ocenie nagród oraz kontroli działań ukierunkowanych na cel. Zaburzenia w tym obszarze są związane z wieloma chorobami neurologicznymi.

Poza badaniami podstawowymi odkrycia te mogą w dłuższej perspektywie zyskać również znaczenie kliniczne. Choroba Parkinsona wiąże się nie tylko z niedoborem neuroprzekaźnika dopaminy, ale także z częstymi zmianami w układzie acetylocholiny. Podobne zaburzenia zaobserwowano w schizofrenii, zaburzeniach związanych z używaniem substancji psychoaktywnych oraz zaburzeniach obsesyjno-kompulsyjnych (OCD). Szczególnie w przypadkach uzależnienia i OCD osoby dotknięte tymi zaburzeniami często mają trudności z przełamaniem utrwalonych wzorców zachowań, nawet jeśli mają one negatywne konsekwencje.

„Poziomy acetylocholiny są często zmieniane w leczeniu zaburzeń neuropsychiatrycznych, takich jak choroba Parkinsona czy schizofrenia; dlatego zrozumienie funkcji tego neuroprzekaźnika jest kluczowe dla leczenia wielu zaburzeń neuropsychiatrycznych” – powiedział prof. Wickens. „Szczególnie w przypadku uzależnień i zaburzeń obsesyjno-kompulsyjnych obserwujemy trudności w przełamaniu nawyków i zmianie zachowania. Zrozumienie mechanizmów elastyczności behawioralnej może zatem pewnego dnia pomóc nam w opracowaniu lepszych metod leczenia”.

Chociaż badania są nadal w początkowej fazie, a wyniki uzyskano początkowo na myszach, dostarczają one cennych informacji na temat tego, jak mózg reaguje na nieoczekiwane zmiany. W dłuższej perspektywie takie odkrycia mogą przyczynić się do opracowania terapii, które pomogą ludziom łatwiej przezwyciężyć szkodliwe nawyki, bardziej elastycznie reagować na nowe sytuacje i odzyskać kontrolę nad swoim zachowaniem.

Elastyczność behawioralna a wewnętrzny zegar mózgu

Wyniki badania można również rozpatrywać w kontekście chronobiologii, czyli badań nad rytmami biologicznymi organizmu. Chociaż aspekt ten nie był tutaj bezpośrednio badany, wiadomo, że zdolność mózgu do elastycznego reagowania i dostosowywania decyzji nie jest stała, ale podlega wpływowi rytmu dobowego. Ten wewnętrzny zegar reguluje cykle snu i czuwania, uwagę, zdolność uczenia się oraz wiele procesów poznawczych, zapewniając, że mózg jest bardziej otwarty i elastyczny w niektórych porach dnia niż w innych.

Acetylocholina odgrywa kluczową rolę w tym procesie, ponieważ jej aktywność jest ściśle powiązana z czuwaniem, uwagą i przetwarzaniem nowych informacji. Ponieważ neuroprzekaźnik ten wydaje się również odgrywać kluczową rolę w adaptacji zachowania po nieoczekiwanych wydarzeniach, mógłby służyć jako ogniwo łączące elastyczność poznawczą z biologicznymi rytmami dobowymi. Zaburzenia snu lub zegara wewnętrznego mogą zatem również osłabiać zdolność do wykorzystywania nowych informacji i modyfikowania nawykowych wzorców zachowań.

Warto również zauważyć, że schorzenia takie jak choroba Parkinsona, zaburzenia obsesyjno-kompulsyjne czy zaburzenia związane z używaniem substancji psychoaktywnych często wiążą się zarówno z upośledzoną adaptacją behawioralną, jak i zaburzeniami snu oraz rytmu dobowego. Sugeruje to, że oba systemy mogą być ze sobą ściślej powiązane, niż wcześniej sądzono. Chociaż w niniejszym badaniu nie analizowano bezpośrednio tego związku, dostarcza ono kolejnego elementu układanki dotyczącej interakcji między organizacją czasową w mózgu a elastycznym podejmowaniem decyzji.