The Dorsomedial Prefrontal Cortex Uses Reward Predictions to Regulate How Rewards Are Pursued
Questo studio identifica la corteccia prefrontale dorsomediale (dmPFC) come un substrato neurale critico per il controllo top-down, dipendente dalle aspettative, che regola il modo in cui gli stimoli predittivi del premio influenzano il vigore del comportamento strumentale, specificamente attraverso la costrizione della ricerca quando i premi sono imminenti e la possibilità di invigoramento quando i premi sono incerti.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
Gli animali non si limitano a reagire al mondo; essi regolano costantemente le proprie azioni in base a ciò che si aspettano accadrà in seguito. Quando un animale affamato sente un suono che di solito significa l'arrivo del cibo, non corre ciecamente verso il suono. Al contrario, cambia il proprio comportamento a seconda di quanto sia probabile che il cibo arrivi e di quanto lo desideri. Se il suono suggerisce che il cibo è scarso o lontano, l'animale potrebbe lavorare di più per trovarlo, premendo leve o scavando nell'ambiente. Ma se il suono promette cibo che sta per apparire proprio davanti a loro, l'animale spesso smette di lavorare e si limita ad aspettare, spostando la propria attenzione sul punto in cui il cibo atterrerà. Questo passaggio dalla ricerca attiva all'attesa paziente è una forma sofisticata di autocontrollo. Richiede che il cervello riconosca un segnale, preveda un evento futuro e poi sopprima attivamente l'impulso di continuare a lavorare a favore di una strategia più efficiente. Comprendere come il cervello gestisca questo delicato equilibrio è cruciale, perché quando questo sistema di controllo fallisce, può portare a comportamenti impulsivi in cui un animale — o una persona — non riesce a smettere di cercare ricompense anche quando non ha senso farlo.
I ricercatori si sono recentemente posti l'obiettivo di scoprire quale parte del cervello funga da interruttore per questo tipo di controllo flessibile. Si sono concentrati su una regione chiamata corteccia prefrontale dorsomediale, un'area della parte anteriore del cervello nota per aiutare gli animali a prendere decisioni e risolvere i conflitti tra diversi impulsi. Gli scienziati volevano sapere se questa specifica regione fosse responsabile del dire a un animale di smettere di premere una leva quando un segnale indica che una ricompensa è imminente. Per scoprirlo, hanno lavorato con dei ratti, addestrandoli a premere una leva per ottenere una pallina di cibo. Hanno anche insegnato ai ratti ad associare due suoni diversi al cibo: un suono significava che il cibo sarebbe arrivato il 100 delle volte, mentre l'altro significava che il cibo sarebbe arrivato solo il 30 delle volte. Quando i ratti sentivano il suono che prometteva cibo quasi ogni volta, naturalmente smettevano di premere la leva e passavano invece il tempo ad aspettare presso la ciotola del cibo. Quando sentivano il suono che prometteva cibo solo a volte, continuavano a premere la leva, sperando di guadagnare una ricompensa attraverso il proprio sforzo.
Il team ha poi testato se questo comportamento fosse una semplice reazione o una decisione calcolata basata sul valore del cibo. In un esperimento, hanno reso il cibo che i ratti si aspettavano dal suono "100 per cento" sgradevole, associandolo a un lieve mal di stomaco. Una volta che i ratti hanno imparato che quel cibo specifico non era più desiderabile, accadde qualcosa di straordinario. Quando sentivano il suono che un tempo prometteva quel cibo, non si limitavano ad aspettare; ricominciavano a premere la leva vigorosamente. Ciò dimostrò che i ratti non stavano semplicemente ignorando il suono perché erano sazi o disinteressati. Al contrario, avevano attivamente soppresso il loro impulso di premere la leva perché sapevano che stava arrivando una ricompensa di alto valore. Quando il valore di quella ricompensa è sceso, la soppressione è stata rimossa, e l'impulso nascosto di lavorare per il cibo è stato rilasciato. Questo ha provato che il cervello utilizzava una valutazione in tempo reale del valore della ricompensa per decidere se continuare a lavorare o aspettare.
Per vedere come il cervello gestisce questa decisione, i ricercatori hanno osservato l'attività dei neuroni nella corteccia prefrontale dorsomediale mentre i ratti svolgevano il compito. Hanno scoperto che quando un suono segnalava un'alta probabilità di cibo, i neuroni in questa regione cerebrale si illuminavano di attività. Questa attività era massima quando i ratti sentivano il suono che prometteva cibo ogni volta. Inoltre, i ricercatori notarono che nelle rare occasioni in cui un ratto sentiva questo suono ad alta probabilità e premeva comunque la leva, l'attività cerebrale era ancora più alta. Ciò suggerisce che la regione cerebrale stesse lavorando di più per cercare di impedire al ratto di premere, e quando il ratto premeva comunque, significava che l'impulso ad agire era molto forte. L'attività cerebrale diminuiva anche nel momento esatto in cui il cibo doveva arrivare se questo non si presentava, agendo come un segnale che la ricompensa attesa era mancata.
Infine, il team ha testato se questa regione cerebrale fosse effettivamente necessaria per questo tipo di controllo. Hanno utilizzato una tecnica per silenziare temporaneamente l'attività dei neuroni nella corteccia prefrontale dorsomediale. Quando hanno fatto questo, i ratti hanno perso la capacità di regolare il proprio comportamento in base ai suoni. Anche quando sentivano il suono che prometteva il cibo ogni volta, continuavano a premere la leva tanto quanto facevano quando sentivano il suono che prometteva il cibo solo a volte. Non erano più in grado di usare la previsione di una ricompensa imminente per fermare l'azione di premere la leva. Interessantemente, i ratti si muovevano ancora verso la ciotola del cibo quando sentivano i suoni, mostrando che potevano ancora riconoscere i segnali e avvicinarsi all'obiettivo, ma avevano perso la specifica capacità di interrompere l'azione di pressione della leva.
Questi risultati suggeriscono che la corteccia prefrontale dorsomediale agisca come un regolatore, utilizzando le previsioni sul futuro per decidere con quanta intensità un animale debba perseguire una ricompensa. Essa non si limita ad accendere o spegnere la motivazione; essa affina il comportamento, dicendo all'animale quando continuare a lavorare e quando fermarsi e aspettare. Quando questa regione non funziona correttamente, l'animale non riesce ad adattare le proprie azioni al valore mutevole della ricompensa, portando a un perseguimento rigido e spesso inefficiente degli obiettivi. Questo meccanismo aiuta a spiegare come il cervello bilanci la spinta a cercare ricompense con la necessità di agire in modo efficiente, e indica un percorso neurale specifico che, se interrotto, potrebbe contribuire a comportamenti impulsivi in situazioni più complesse.
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