Frontal population organization supports the behavioral expression of confidence
Questo studio dimostra che nei ratti l'espressione comportamentale di robuste rappresentazioni di fiducia nella corteccia orbitofrontale non dipende dalla forza dell'attività del singolo neurone, bensì dall'organizzazione temporale e geometrica specifica della popolazione neuronale, che determina se questi stati interni possano essere accessibili e tradotti in azione.
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
All'interno del cervello, i pensieri spesso esistono come segnali interni silenziosi che non sempre si traducono in azione. Una persona può sentirsi assolutamente sicura di una scelta, eppure esitare prima di agire, o sentirsi incerta e procedere comunque con fretta. Per decenni, gli scienziati hanno saputo che specifiche cellule cerebrali codificano i sentimenti di fiducia, attivandosi più o meno a seconda di quanto un animale sia sicuro di una decisione. Tuttavia, rimaneva un mistero fondamentale: il solo fatto che una cellula cerebrale trasporti un segnale di fiducia garantisce che l'animale agirà in base ad esso? La domanda non riguarda semplicemente se il cervello conosca la risposta, ma come quella conoscenza diventi un comportamento fisico. Questa ricerca esplora il divario tra l'avere un pensiero ed esprimerlo, investigando perché un forte sentimento interno a volte non riesca a guidare le azioni di un ratto.
Per risolvere questo enigma, i ricercatori del RIKEN e dell'Università di Doshisha hanno progettato un compito per i ratti che separasse il momento della decisione dal momento della ricompensa. Gli animali sono stati addestrati ad annusare una miscela di due odori e a scegliere un portale a sinistra o a destra per trovare l'acqua. La difficoltà della miscela di odori variava, rendendo alcune scelte facili e altre difficili. Dopo aver compiuto una scelta, i ratti dovevano attendere una ricompensa che poteva o meno arrivare. In una versione dell'esperimento, la ricompensa arrivava in un momento completamente imprevedibile, costringendo i ratti a fare affidamento sul proprio giudizio di quanto fosse probabile che fossero corretti. Se si sentivano sicuri, aspettavano più a lungo; se si sentivano incerti, partivano prima. In questo scenario, il tempo che il ratto sceglieva di attendere era una misura diretta della sua fiducia.
I ricercatori hanno poi introdotto una seconda versione del compito in cui la tempistica della ricompensa era fissa e prevedibile. L'acqua arrivava sempre esattamente mezzo secondo dopo la scelta. In questa condizione, le decisioni percettive dei ratti rimanevano nitide; sceglievano ancora il portale corretto con la stessa precisione di prima. Tuttavia, il loro comportamento di attesa cambiava drasticamente. Non aspettavano più più a lungo quando erano sicuri. Invece, aspettavano per un tempo simile indipendentemente dal fatto che si sentissero sicuri o meno. Il sentimento interno di fiducia era ancora presente, ma aveva perso il potere di plasmare il comportamento dell'animale. Questo ha creato un'opportunità perfetta per chiedersi: il cervello ha smesso di sentirsi sicuro, o ha semplicemente smesso di usare quel sentimento per guidare l'attesa?
Per scoprirlo, il team ha registrato l'attività di centinaia di neuroni nella corteccia orbitofrontale, una regione del cervello nota per l'elaborazione del valore e della fiducia. Hanno scoperto che i neuroni stessi non erano cambiati. Anche quando i ratti smettevano di usare la loro fiducia per decidere quanto attendere, le singole cellule cerebrali continuavano a attivarsi in schemi che segnalavano chiaramente un'alta o una bassa fiducia. La rappresentazione interna del sentimento era robusta e intatta. Il problema non era che il cervello avesse dimenticato come sentirsi sicuro; il problema era che il cervello aveva smesso di organizzare quei sentimenti in un modo che potesse essere facilmente letto dal resto del corpo.
I ricercatori hanno scoperto che la differenza chiave risiedeva nel modo in cui la popolazione di neuroni lavorava insieme. Quando i ratti erano nella condizione imprevedibile e la loro fiducia guidava l'attesa, i neuroni si attivavano in un modello altamente organizzato e stabile nel tempo. Questa organizzazione permetteva al cervello di mantenere un segnale di fiducia chiaro e lineare che poteva essere consultato in qualsiasi momento durante l'attesa. Era come se i neuroni parlassero una lingua coerente che il resto del cervello poteva comprendere e su cui poteva agire. Nella condizione prevedibile, in cui la fiducia non guidava più il comportamento, questa organizzazione cadeva a pezzi. I neuroni si attivavano ancora, ma il loro schema collettivo diventava disordinato e meno stabile. Il segnale non era più disposto in un modo che permettesse una lettura fluida e lineare. L'informazione era presente, ma era sepolta in una struttura caotica che le parti a valle del cervello non potevano facilmente accedere.
Per dimostrare che questa organizzazione era l'anello mancante, gli scienziati hanno usato la luce per interrompere temporaneamente specifiche connessioni tra la corteccia orbitofrontale e lo striato, una struttura cerebrale più profonda coinvolta nel movimento e nell'abitudine. Quando hanno inibito o attivato questi percorsi specifici durante il periodo di attesa, sono riusciti a rompere il legame tra fiducia e tempo di attesa. Anche nella condizione imprevedibile in cui i ratti di solito aspettavano in base alla fiducia, interrompere queste connessioni ha fatto sì che i ratti smettessero di regolare i tempi di attesa in base alla loro certezza. Ciò ha confermato che la corteccia orbitofrontale non contiene solo il sentimento della fiducia; deve anche organizzare quel sentimento in uno schema specifico per inviarlo a valle.
Lo studio rivela che avere una forte rappresentazione interna non è sufficiente per guidare il comportamento. Il cervello deve anche disporre i suoi segnali in una geometria specifica e organizzata che li renda accessibili al resto del sistema. Quando la popolazione di neuroni del cervello è ben organizzata, i pensieri interni come la fiducia possono fluire liberamente nell'azione. Quando tale organizzazione viene interrotta, anche un pensiero chiaro e forte rimane intrappolato all'interno, incapace di influenzare ciò che l'animale farà successivamente. Ciò suggerisce che la flessibilità del comportamento dipenda meno da quanto intensamente sentiamo qualcosa e più da come il cervello organizza quei sentimenti affinché possano essere letti e messi in atto.
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