Când creierul tău are nevoie să fii atent la ceva important, o modalitate prin care poate face asta este să emită o explozie de noradrenalină, potrivit unui nou studiu MIT.
Acest neuromodulator, produs de o structură adâncă în creier numită locus coeruleus, poate avea efecte pe scară largă în tot creierul. Într-un studiu pe șoareci, echipa MIT a descoperit că un rol cheie al noradrenalinei, cunoscută și sub numele de norepinefrină, este de a ajuta creierul să învețe din rezultate surprinzătoare.
„Ceea ce arată această lucrare este că locus coeruleus codifică evenimente neașteptate, iar atenția acestor evenimente surprinzătoare este crucială pentru ca creierul să facă un bilanț al mediului său”, spune Mriganka Sur, profesor de neuroștiință Newton în Departamentul de creier și cognitiv al MIT. Sciences, membru al Institutului Picower pentru Învățare și Memorie al MIT și director al Centrului Simons pentru Creierul Social.
Pe lângă rolul său în semnalarea surprizei, cercetătorii au descoperit că noradrenalina ajută la stimularea comportamentului care duce la o recompensă, în special în situațiile în care există incertitudine cu privire la faptul dacă o recompensă va fi oferită.
Sur este autorul principal al noului studiu, care apare astăzi în Nature. Vincent Breton-Provencher, un fost post-doctorat MIT, care acum este profesor asistent la Universitatea Laval, și Gabrielle Drummond, studentă absolventă MIT, sunt autorii principali ai lucrării.
Comportament modulator
Noradrenalina este unul dintre câțiva neuromodulatori care influențează creierul, împreună cu dopamina, serotonina și acetilcolina. Spre deosebire de neurotransmițători, care permit comunicarea de la celulă la celulă, neuromodulatorii sunt eliberați pe zone mari ale creierului, permițându-le să exercite efecte mai generale.
„Se crede că substanțele neuromodulatoare perfuzează zone mari ale creierului și, prin urmare, modifică impulsul excitator sau inhibitor pe care neuronii îl primesc într-un mod mai punct-la-punct”, spune Sur. „Acest lucru sugerează că trebuie să aibă funcții foarte importante la nivelul creierului, care sunt importante pentru supraviețuire și pentru reglementarea stării creierului”.
În timp ce oamenii de știință au aflat multe despre rolul dopaminei în motivarea și urmărirea recompensei, se cunosc mai puține despre ceilalți neuromodulatori, inclusiv noradrenalina. A fost legată de excitare și de stimularea vigilenței, dar prea multă noradrenalină poate duce la anxietate.
Studiile anterioare ale locusului coeruleus, sursa primară de noradrenalina a creierului, au arătat că acesta primește input din multe părți ale creierului și, de asemenea, trimite semnale în departe și lat. În noul studiu, echipa MIT și-a propus să-și studieze rolul într-un anumit tip de învățare numit învățare prin consolidare sau învățare prin încercare și eroare.
Pentru acest studiu, cercetătorii au antrenat șoarecii să împingă o pârghie atunci când au auzit un ton de frecvență înaltă, dar nu și atunci când au auzit un ton de frecvență joasă. Când șoarecii au răspuns corect la sunetul de înaltă frecvență, au primit apă, dar dacă au împins maneta când au auzit un ton de joasă frecvență, au primit o pufătură neplăcută de aer.
De asemenea, șoarecii au învățat să împingă pârghia mai tare când sunetele erau mai puternice. Când volumul era mai mic, erau mai nesiguri dacă ar trebui să împingă sau nu. Și, atunci când cercetătorii au inhibat activitatea locului coeruleus, șoarecii au devenit mult mai ezitați să împingă pârghia atunci când au auzit tonuri de volum scăzut, sugerând că noradrenalina promovează riscul de a obține o recompensă în situații în care câștigul este incert.
„Animalul împinge pentru că vrea o recompensă, iar locus coeruleus oferă semnale critice pentru a spune, împinge acum, pentru că recompensa va veni”, spune Sur.
Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că neuronii care generează acest semnal de noradrenalină par să trimită cea mai mare parte a producției lor către cortexul motor, ceea ce oferă mai multe dovezi că acest semnal stimulează animalele să ia măsuri.
Semnalând surpriză
În timp ce acea explozie inițială de noradrenalină pare să stimuleze șoarecii să ia măsuri, cercetătorii au descoperit, de asemenea, că o a doua explozie are loc adesea după terminarea studiului. Când șoarecii au primit o recompensă așteptată, aceste explozii au fost mici. Cu toate acestea, când rezultatul procesului a fost o surpriză, exploziile au fost mult mai mari. De exemplu, când un șoarece a primit o pufătură de aer în loc de recompensa pe care o aștepta, locus coeruleus a trimis o explozie mare de noradrenalină.
În încercările ulterioare, acel mouse ar fi mult mai puțin probabil să împingă pârghia atunci când nu era sigur că va primi o recompensă. „Animalul își ajustează în mod constant comportamentul”, spune Sur. „Chiar dacă a învățat deja sarcina, își ajustează comportamentul în funcție de ceea ce tocmai a făcut.”
De asemenea, șoarecii au prezentat explozii de noradrenalină în timpul încercărilor când au primit o recompensă neașteptată. Aceste explozii par să răspândească noradrenalina în multe părți ale creierului, inclusiv în cortexul prefrontal, unde au loc planificarea și alte funcții cognitive superioare.
„Funcția de codificare surpriză a locusului coeruleus pare să fie mult mai răspândită în creier și asta poate avea sens, deoarece tot ceea ce facem este moderat prin surprindere”, spune Sur.
Cercetătorii intenționează acum să exploreze posibila sinergie dintre noradrenalina și alți neuromodulatori, în special dopamina, care răspunde și la recompense neașteptate. De asemenea, ei speră să afle mai multe despre modul în care cortexul prefrontal stochează memoria pe termen scurt a input-ului din locus coeruleus pentru a ajuta animalele să-și îmbunătățească performanța în studiile viitoare.
Cercetarea a fost finanțată parțial de Fondurile de Cercetare din Quebec, Consiliul de Cercetare în Științe Naturale și Inginerie din Canada, un NARSAD Young Investigator Award de la Brain and Behavior Research Foundation, National Institutes of Health, Simons Foundation Autism Research Initiative prin Simons. Centrul pentru creierul social, Fundația Națională pentru Științe Naturale din China și Inițiativa NIH BRAIN.
Foundation of China, and the NIH BRAIN Initiative.
Sursa povestirii:
Materiale furnizate de Massachusetts Institute of Technology. Original scris de Anne Trafton. Notă: conținutul poate fi editat pentru stil și lungime.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu