Transition from model-free to structure-informed decision making in dynamic environments

Nel vasto panorama del modo in cui gli esseri viventi compiono delle scelte, gli scienziati distinguono da tempo tra due modi fondamentali di navigare nel mondo. Un approccio è immediato e reattivo: un animale impara che un'azione specifica porta a una ricompensa e ripete quell'azione senza necessariamente capire perché funzioni. Questa è una strategia basata sull'abitudine, costruita su semplici associazioni tra il fare qualcosa e l'ottenere qualcosa di buono. L'altro approccio è più riflessivo e deliberato: un animale costruisce una mappa interna di come il mondo sia strutturato, comprendendo come un evento porti a un altro e come diverse scelte cambino le probabilità di una ricompensa. Questa è una strategia di pianificazione, in cui il decisore utilizza la conoscenza delle regole per guidare il comportamento. Per anni, i ricercatori hanno creduto che, man mano che gli animali praticavano un compito per un lungo periodo, si sarebbero spostati lentamente da questa pianificazione riflessiva verso le abitudini più semplici e automatiche. Questa idea suggeriva che, con abbastanza ripetizione, il cervello avrebbe smesso di calcolare e avrebbe iniziato a fare affidamento sulla memoria muscolare.

Un team di ricercatori ha deciso di testare questa supposizione osservando come i topi apprendono un complesso compito decisionale, ma con un elemento cruciale: hanno esaminato proprio l'inizio del processo di apprendimento, invece di aspettare che gli animali diventassero esperti. I topi sono stati posti in una situazione in cui dovevano compiere una serie di scelte per trovare una ricompensa. L'ambiente era complicato; il percorso verso la ricompensa non era sempre lineare. A volte, una scelta portava direttamente al passaggio successivo come previsto, ma altre volte, il percorso prendeva una svolta inaspettata. Inoltre, la probabilità di trovare una ricompensa alla fine del percorso non era fissa; cambiava nel tempo, costringendo i topi a aggiornare costantemente le proprie aspettative. I ricercatori hanno osservato attentamente il comportamento dei topi mentre affrontavano le loro sessioni di addestramento, tracciando se gli animali stessero semplicemente reagendo alle ricompense passate o se stessero iniziando a comprendere la struttura nascosta del compito.

I risultati hanno rivelato un modello sorprendente che sfida la vecchia visione di come si sviluppi l'apprendimento. Man mano che i topi facevano pratica, il loro comportamento cambiava in un modo specifico che indicava che non stavano solo formando abitudini. Quando i topi incontravano una situazione in cui il percorso prendeva una svolta inaspettata, regolavano le loro scelte future in modo diverso rispetto a quando il percorso procedeva come previsto. Questa divergenza nel comportamento è un segno chiaro del fatto che gli animali avevano iniziato a usare la loro conoscenza della struttura del compito per guidare le loro decisioni. Adattando modelli matematici di diversi stili di apprendimento alle azioni dei topi, i ricercatori hanno scoperto che gli animali facevano affidamento sempre più su una strategia che utilizzava questa conoscenza strutturale. Questo cambiamento è avvenuto precocemente nel processo di addestramento, molto prima che i topi avessero trascorso un tempo esteso sul compito.

Questa scoperta suggerisce che la transizione dall'apprendimento semplice e reattivo al processo decisionale complesso basato sulla struttura avvenga molto prima di quanto precedentemente ipotizzato. Mentre gli studi precedenti si concentravano su ciò che accade dopo che un animale ha praticato per molto tempo, concludendo spesso che il cervello finisce per smettere di pensare e inizia ad agire in modalità pilota automatico, questo nuovo lavoro mostra che il cervello inizia a costruire un modello mentale delle regole quasi immediatamente. I topi non hanno aspettato di diventare abitudinari prima di iniziare a comprendere il gioco; al contrario, si sono rapidamente allontanati dal fare affidamento esclusivamente sulle ricompense passate e hanno iniziato a usare la loro comprensione di come il compito fosse strutturato per compiere scelte migliori. Ciò dimostra che in ambienti dinamici dove le regole e le ricompense possono cambiare, la capacità di comprendere la struttura sottostante è uno strumento primario per la sopravvivenza, uno strumento che il cervello utilizza precocemente e spesso.