Ať už se chystáte na pracovní pohovor, setkáváte se s někým poprvé nebo čelíte nečekané výzvě – úspěch často závisí na tom, jak dobře dokážete přizpůsobit své chování. V některých situacích může být rychlé přizpůsobení dokonce otázkou přežití. Jak ale mozek pozná, kdy je čas opustit starou strategii a zkusit něco nového?

Jak mozek reaguje na neočekávané překážky

Neurovědci z Okinawského institutu vědy a technologie identifikovali klíčový mechanismus v mozku, který pomáhá zvířatům přizpůsobit se, když se okolnosti náhle změní. Tyto poznatky by mohly zlepšit naše porozumění stavům, které ztěžují zbavení se návyků, včetně obsedantně-kompulzivní poruchy, závislosti a Parkinsonovy choroby. Flexibilita chování je považována za jednu z nejdůležitějších kognitivních schopností u lidí i zvířat. Umožňuje nám reagovat na nové informace, rozpoznat chyby a přizpůsobit strategie, když obvyklé chování již nevede k požadovanému výsledku. Bez této schopnosti by jedinci opakovaně činili stejná rozhodnutí, i když je zřejmé, že již nevedou k úspěchu.

„Mozkové mechanismy, které jsou základem změn v chování, byly dosud těžko pochopitelné, protože přizpůsobení se konkrétní situaci je z neurologického hlediska velmi složité. Vyžaduje koordinovanou činnost napříč několika oblastmi mozku,“ vysvětlil spoluautor studie Jeffery Wickens. Předchozí studie již poskytly důkazy o tom, že takzvané cholinergní interneurony hrají důležitou roli v adaptaci chování. Tyto specializované nervové buňky uvolňují acetylcholin, neurotransmiter zapojený do procesů pozornosti, učení, paměti a rozhodování. Dysfunkce tohoto systému je již dlouho spojována s různými neurologickými a psychiatrickými poruchami. „Předchozí práce ukázaly, že cholinergní interneurony – tedy mozkové buňky, které uvolňují neurotransmiter acetylcholin – se podílejí na umožnění behaviorální flexibility. Zde jsme pomocí pokročilých zobrazovacích technik mohli pozorovat uvolňování neurotransmiteru v reálném čase a zkoumat mechanismy, které stojí za behaviorální flexibilitou.“

Aby to prozkoumali, vědci naučili myši procházet virtuálním bludištěm. Zvířata se naučila, která cesta vede k odměně, a postupně si vyvinula spolehlivou strategii, jak se k ní dostat. Takové učební procesy připomínají vytváření návyků u lidí. Pokud je určité chování opakovaně odměňováno, mozek si danou akci uloží jako úspěšnou strategii. Výzva však spočívá v tom, tyto návyky znovu změnit, když se podmínky změní. Poté, co byla cesta k odměně změněna, myši nečekaně nedostaly odměnu, kterou očekávaly. Tato situace odpovídá tomu, co neurovědci nazývají „chybou predikce“ – okamžikem, kdy realita neodpovídá očekáváním mozku. Takové chyby předpovědi jsou považovány za klíčový motor učení a adaptace. Pomocí dvoufotonové mikroskopie s vysokým rozlišením byli vědci schopni pozorovat aktivitu jednotlivých neuronů a uvolňování neurotransmiterů v mozcích zvířat téměř v reálném čase.

„Z neurologického hlediska jsme pozorovali významný nárůst uvolňování acetylcholinu v určitých oblastech mozku. A z hlediska chování jsme pozorovali, že více myší vykazovalo takzvané chování „loss-shift“, při kterém změnily své rozhodnutí v bludišti poté, co nedostaly odměnu,“ uvedl první autor studie Gideon Sarpong. Čím větší byl nárůst acetylcholinu, tím větší byla pravděpodobnost, že zvířata změní své chování. Výsledky naznačují, že acetylcholin signalizuje mozku, že dříve úspěšná strategie již nefunguje a že je třeba hledat nové řešení.

Acetylcholin pomáhá zbavit se starých návyků

Aby ověřili, zda je za tuto flexibilitu chování skutečně zodpovědný acetylcholin, výzkumníci snížili schopnost zvířat produkovat tento neurotransmiter. Účinek byl zřejmý. Myši vykazovaly výrazně méně chování typu „loss-shift“ a častěji se držely svých předchozích rozhodnutí, i když ta již nevedla k úspěchu. To umožnilo vědcům poprvé prokázat přímou souvislost mezi uvolňováním acetylcholinu a schopností přizpůsobit chování.

Acetylcholin je jedním z nejstarších známých neurotransmiterů a ovlivňuje řadu procesů v mozku. Kromě své role v pozornosti a paměti se zdá, že slouží také jako druh biologického signálu pro nejistotu a změnu. Když se očekávaná odměna nedostaví, aktivita acetylcholinu se zvyšuje, což pomáhá mozku zpochybnit stávající vzorce chování a prozkoumat nové možnosti. Tento mechanismus by mohl vysvětlovat, proč jsou lidé schopni poučit se z chyb a přizpůsobit své chování novým situacím.

Zajímavé je, že ne každá skupina cholinergních interneuronů reagovala stejným způsobem. Zatímco většina buněk zvýšila uvolňování acetylcholinu, některé menší skupiny buněk vykazovaly jen malou změnu nebo dokonce sníženou aktivitu. Podle výzkumníků by to mohl být důležitý mechanismus pro uchování dříve naučených informací. Mozek tedy starou strategii okamžitě nezahodí, ale nadále ji uchovává pro případ, že by se v budoucnu opět hodila.

„To naznačuje, že myši nutně nezapomínají předchozí cestu k odměně, ale spíše si tuto informaci uchovávají pro případ, že by se situace opět změnila,“ říká Dr. Sarpong. Tato rovnováha mezi stabilitou a přizpůsobivostí je považována za jednu z největších výzev pro mozek. Na jedné straně je třeba ukládat úspěšná chování, na druhé straně se mozek nesmí stát tak rigidním, že již nebude schopen reagovat na změny.

Důsledky pro závislost, obsedantně-kompulzivní poruchu a Parkinsonovu chorobu

Vědci zdůrazňují, že behaviorální flexibilita zahrnuje mnohem více než jeden neurotransmiter nebo jeden typ buněk. Četné oblasti mozku, včetně prefrontální kůry, bazálních ganglií a striata, úzce spolupracují, aby umožnily učení, rozhodování a adaptaci. Nicméně nové poznatky poskytují důležitý kousek skládačky pro pochopení těchto složitých procesů. „Je to však důležitý kousek skládačky, protože aktivita striata, kde se tyto cholinergní interneurony nacházejí, je ústřední součástí tohoto systému,“ zdůraznil prof. Wickens. Striatum hraje klíčovou roli při vytváření návyků, hodnocení odměn a řízení cílených akcí. Poruchy v této oblasti jsou spojeny s četnými neurologickými onemocněními.

Kromě základního výzkumu by tyto poznatky mohly mít v dlouhodobém horizontu i klinický význam. Parkinsonova choroba zahrnuje nejen nedostatek neurotransmiteru dopaminu, ale také časté změny v acetylcholinovém systému. Podobné poruchy byly pozorovány u schizofrenie, poruch užívání návykových látek a obsedantně-kompulzivní poruchy (OCD). Zejména v případě závislosti a OCD mají postižení často potíže s prolomením zažitých vzorců chování, i když mají negativní důsledky.

„Hladiny acetylcholinu se při léčbě neuropsychiatrických poruch, jako je Parkinsonova choroba nebo schizofrenie, často mění; proto je pochopení funkce tohoto neurotransmiteru zásadní pro léčbu mnoha neuropsychiatrických poruch,“ uvedl prof. Wickens. „Zejména u stavů, jako jsou závislost a obsedantně-kompulzivní porucha, pozorujeme potíže s prolomením návyků a změnou chování. Porozumění mechanismům behaviorální flexibility by nám proto jednoho dne mohlo pomoci vyvinout lepší léčebné metody.“

Ačkoli je výzkum stále v rané fázi a výsledky byly zpočátku získány na myších, poskytují cenné poznatky o tom, jak mozek reaguje na neočekávané změny. V dlouhodobém horizontu by takové poznatky mohly přispět k vývoji terapií, které lidem pomohou snáze překonat škodlivé návyky, flexibilněji reagovat na nové situace a znovu získat kontrolu nad svým chováním.

Flexibilita chování a vnitřní hodiny mozku

Závěry studie lze také nahlížet v kontextu chronobiologie, tj. výzkumu biologických rytmů těla. Ačkoli tento aspekt zde nebyl přímo zkoumán, je známo, že schopnost mozku flexibilně reagovat a přizpůsobovat rozhodnutí není konstantní, ale je ovlivněna cirkadiánním rytmem. Tyto vnitřní hodiny regulují cykly spánku a bdění, pozornost, schopnost učení a mnoho kognitivních procesů, čímž zajišťují, že mozek je v určitých částech dne vnímavější a přizpůsobivější než v jiných.

Acetylcholin hraje v tomto procesu ústřední roli, protože jeho aktivita úzce souvisí s bdělostí, pozorností a zpracováním nových informací. Jelikož se zdá, že tento neurotransmiter hraje klíčovou roli také při přizpůsobování chování po neočekávaných událostech, mohl by sloužit jako spojovací článek mezi kognitivní flexibilitou a biologickými denními rytmy. Narušení spánku nebo vnitřních hodin by proto mohlo také narušit schopnost využívat nové informace a měnit zaběhlé vzorce chování.

Je také zajímavé poznamenat, že onemocnění, jako je Parkinsonova choroba, obsedantně-kompulzivní porucha nebo poruchy užívání návykových látek, často zahrnují jak narušenou adaptaci chování, tak poruchy spánku a cirkadiánního rytmu. To naznačuje, že tyto dva systémy mohou být úzce propojeny více, než se dříve předpokládalo. Ačkoli současná studie tuto souvislost přímo nezkoumala, poskytuje další kousek skládačky týkající se toho, jak na sebe vzájemně působí časová organizace v mozku a flexibilní rozhodování.