Či už ide o úspešný pracovný pohovor, prvé stretnutie s niekým alebo reakciu na neočakávanú výzvu – úspech často závisí od toho, ako dobre dokážete prispôsobiť svoje správanie. V niektorých situáciách môže byť rýchle prispôsobenie sa dokonca otázkou prežitia. Ale ako mozog vie, kedy je čas opustiť starú stratégiu a vyskúšať niečo nové?

Ako mozog reaguje na neočakávané prekážky

Neurovedci z Okinawského inštitútu vedy a technológie identifikovali kľúčový mechanizmus v mozgu, ktorý pomáha zvieratám prispôsobiť sa, keď sa okolnosti náhle zmenia. Tieto zistenia by mohli zlepšiť naše chápanie stavov, ktoré sťažujú prekonanie návykov, vrátane obsedantno-kompulzívnej poruchy, závislosti a Parkinsonovej choroby. Flexibilita správania sa považuje za jednu z najdôležitejších kognitívnych schopností u ľudí a zvierat. Umožňuje nám reagovať na nové informácie, rozpoznávať chyby a prispôsobovať stratégie, keď zvykové správanie už nevedie k požadovanému výsledku. Bez tejto schopnosti by jednotlivci opakovali rovnaké rozhodnutia, aj keď je zrejmé, že už nie sú úspešné.

„Mechanizmy v mozgu, ktoré sú základom zmien v správaní, bolo doteraz ťažké pochopiť, pretože prispôsobenie sa konkrétnej situácii je z neurologického hľadiska veľmi zložité. Vyžaduje si koordinovanú činnosť viacerých oblastí mozgu,“ vysvetlil spoluautor Jeffery Wickens. Predchádzajúce štúdie už poskytli dôkazy, že takzvané cholinergické interneuróny hrajú dôležitú úlohu v adaptácii správania. Tieto špecializované nervové bunky uvoľňujú acetylcholín, neurotransmiter zapojený do procesov pozornosti, učenia, pamäti a rozhodovania. Dysfunkcia tohto systému sa už dlho spája s rôznymi neurologickými a psychiatrickými poruchami. „Predchádzajúce práce ukázali, že cholinergické interneuróny – teda mozgové bunky, ktoré uvoľňujú neurotransmiter acetylcholín – sa podieľajú na umožnení behaviorálnej flexibility. V tomto prípade sme pomocou pokročilých zobrazovacích techník mohli pozorovať uvoľňovanie neurotransmiterov v reálnom čase a skúmať základné mechanizmy behaviorálnej flexibility.“

Na preskúmanie tejto otázky vedci trénovali myši, aby prešli virtuálnym bludiskom. Zvieratá sa naučili, ktorá cesta vedie k odmene, a postupne si vyvinuli spoľahlivú stratégiu, ako sa k nej dostať. Takéto procesy učenia sa podobajú formovaniu návykov u ľudí. Ak je určité správanie opakovane odmeňované, mozog uloží príslušnú činnosť ako úspešnú stratégiu. Výzva však spočíva v opätovnej zmene týchto návykov, keď sa podmienky zmenia. Po zmene cesty k odmene myši neočakávane nedostali odmenu, ktorú očakávali. Táto situácia zodpovedá tomu, čo neurovedci nazývajú „chyba predikcie“ – moment, keď sa realita nezhoduje s očakávaniami mozgu. Takéto chyby predikcie sa považujú za kľúčový hnací motor učenia a adaptácie. Pomocou dvojfotónovej mikroskopie s vysokým rozlíšením vedci dokázali pozorovať aktivitu jednotlivých neurónov a uvoľňovanie neurotransmiterov v mozgoch zvierat takmer v reálnom čase.

„Z neurálneho hľadiska sme pozorovali významný nárast uvoľňovania acetylcholínu v určitých oblastiach mozgu. A z hľadiska správania sme pozorovali, že viac myší vykazovalo takzvané správanie „loss-shift“, pri ktorom zmenili svoje rozhodnutia v bludisku po tom, čo nedostali odmenu,“ povedal prvý autor Gideon Sarpong. Čím väčší bol nárast acetylcholínu, tým väčšia bola pravdepodobnosť, že zvieratá zmenia svoje správanie. Výsledky naznačujú, že acetylcholín signalizuje mozgu, že predtým úspešná stratégia už nefunguje a že je potrebné hľadať nové riešenie.

Acetylcholín pomáha prekonať staré návyky

Aby vedci overili, či je za túto behaviorálnu flexibilitu skutočne zodpovedný acetylcholín, obmedzili u zvierat schopnosť produkovať tento neurotransmiter. Účinok bol jasný. Myši vykazovali výrazne menej správania typu „loss-shift“ a častejšie sa držali svojich predchádzajúcich rozhodnutí, aj keď už neviedli k úspechu. To umožnilo vedcom po prvýkrát preukázať priamu súvislosť medzi uvoľňovaním acetylcholínu a schopnosťou prispôsobiť správanie.

Acetylcholín je jedným z najstarších známych neurotransmiterov a ovplyvňuje množstvo procesov v mozgu. Okrem svojej úlohy v pozornosti a pamäti sa zdá, že slúži aj ako akýsi biologický signál pre neistotu a zmenu. Keď sa očakávaná odmena nedostaví, aktivita acetylcholínu sa zvyšuje, čo pomáha mozgu spochybňovať existujúce vzorce správania a skúmať nové možnosti. Tento mechanizmus by mohol vysvetľovať, prečo sú ľudia schopní učiť sa z chýb a prispôsobovať svoje správanie novým situáciám.

Zaujímavé je, že nie každá skupina cholinergických interneurónov reagovala rovnakým spôsobom. Kým väčšina buniek zvýšila uvoľňovanie acetylcholínu, niektoré menšie skupiny buniek vykazovali len malé zmeny alebo dokonca zníženú aktivitu. Podľa výskumníkov by to mohol byť dôležitý mechanizmus na uchovanie predtým naučených informácií. Mozog preto starú stratégiu okamžite nezahodí, ale ju naďalej uchováva pre prípad, že by sa v budúcnosti opäť hodila.

„To naznačuje, že myši nutne nezabúdajú predchádzajúcu cestu k odmene, ale skôr si túto informáciu uchovávajú pre prípad, že sa situácia opäť zmení,“ hovorí Dr. Sarpong. Táto rovnováha medzi stabilitou a prispôsobivosťou sa považuje za jednu z najväčších výziev pre mozog. Na jednej strane je potrebné uchovávať úspešné správanie, na druhej strane sa mozog nesmie stať natoľko rigidným, aby už nedokázal reagovať na zmeny.

Dôsledky pre závislosť, obsedantno-kompulzívnu poruchu a Parkinsonovu chorobu

Výskumníci zdôrazňujú, že behaviorálna flexibilita zahŕňa oveľa viac než jediný neurotransmiter alebo jediný typ buniek. Mnohé oblasti mozgu, vrátane prefrontálneho kortexu, bazálnych ganglií a striata, úzko spolupracujú, aby umožnili učenie, rozhodovanie a adaptáciu. Napriek tomu nové zistenia poskytujú dôležitý kúsok skladačky pre pochopenie týchto zložitých procesov. „Je to však dôležitý kúsok skladačky, keďže aktivita striata, kde sa nachádzajú tieto cholinergické interneuróny, je ústrednou súčasťou tohto systému,“ zdôraznil prof. Wickens. Striatum zohráva kľúčovú úlohu pri vytváraní návykov, hodnotení odmien a riadení cieľovo orientovaných činností. Poruchy v tejto oblasti sú spojené s mnohými neurologickými ochoreniami.

Okrem základného výskumu by tieto zistenia mohli mať v dlhodobom horizonte aj klinický význam. Parkinsonova choroba zahŕňa nielen deficit neurotransmitera dopamínu, ale aj časté zmeny v acetylcholínovom systéme. Podobné poruchy boli pozorované pri schizofrénii, poruchách užívania návykových látok a obsedantno-kompulzívnej poruche (OCD). Najmä v prípadoch závislosti a OCD majú postihnuté osoby často ťažkosti s prelomením zaužívaných vzorcov správania, aj keď majú negatívne dôsledky.

„Hladiny acetylcholínu sa často menia pri liečbe neuropsychiatrických porúch, ako je Parkinsonova choroba alebo schizofrénia; preto je pochopenie funkcie tohto neurotransmitera nevyhnutné pre liečbu mnohých neuropsychiatrických porúch,“ uviedol prof. Wickens. „Najmä pri poruchách, ako sú závislosť a obsedantno-kompulzívna porucha, pozorujeme ťažkosti s prekonaním návykov a zmenou správania. Porozumenie mechanizmom behaviorálnej flexibility by nám preto jedného dňa mohlo pomôcť vyvinúť lepšie liečebné metódy.“

Hoci je výskum stále v počiatočnom štádiu a výsledky boli spočiatku získané na myšiach, poskytujú cenné poznatky o tom, ako mozog reaguje na neočakávané zmeny. Z dlhodobého hľadiska by takéto zistenia mohli prispieť k vývoju terapií, ktoré pomáhajú ľuďom ľahšie prekonať škodlivé návyky, flexibilnejšie reagovať na nové situácie a znovu získať kontrolu nad svojím správaním.

Flexibilita správania a vnútorné hodiny mozgu

Zistenia štúdie možno vnímať aj v kontexte chronobiológie, t. j. výskumu biologických rytmov tela. Hoci tento aspekt nebol v tejto štúdii priamo skúmaný, je známe, že schopnosť mozgu flexibilne reagovať a prispôsobovať rozhodnutia nie je konštantná, ale ovplyvňuje ju cirkadiánny rytmus. Tieto vnútorné hodiny regulujú cykly spánku a bdenia, pozornosť, schopnosť učiť sa a mnohé kognitívne procesy, čím zabezpečujú, že mozog je v určitých časoch dňa vnímavejší a prispôsobivejší ako v iných.

Acetylcholín zohráva v tomto procese ústrednú úlohu, keďže jeho aktivita úzko súvisí s bdelosťou, pozornosťou a spracovaním nových informácií. Keďže sa zdá, že tento neurotransmiter má kľúčovú úlohu aj pri prispôsobovaní správania po neočakávaných udalostiach, mohol by slúžiť ako spojovacie článok medzi kognitívnou flexibilitou a biologickými dennými rytmami. Narušenie spánku alebo vnútorných hodín by preto mohlo tiež ovplyvniť schopnosť využívať nové informácie a meniť zaužívané vzorce správania.

Zaujímavé je tiež poznamenať, že ochorenia, ako je Parkinsonova choroba, obsedantno-kompulzívna porucha alebo poruchy súvisiace s užívaním návykových látok, často zahŕňajú ako narušenú adaptáciu správania, tak aj poruchy spánku a cirkadiánneho rytmu. To naznačuje, že tieto dva systémy môžu byť úzko prepojené viac, ako sa predtým predpokladalo. Hoci súčasná štúdia túto súvislosť priamo neskúmala, poskytuje ďalší kúsok skladačky týkajúcej sa interakcie medzi časovou organizáciou v mozgu a flexibilným rozhodovaním.