Gli animali, grazie all’esperienza, imparano a collegare stimoli sensoriali a ricompense o minacce, e questo processo di apprendimento è fondamentale per la loro sopravvivenza. Ad esempio, riconoscere un segnale di pericolo aiuta a evitarlo, mentre associare determinati stimoli a una fonte di cibo può guidare la ricerca di risorse.
Studi neuroscientifici hanno rivelato che diverse aree del cervello sono coinvolte in questi meccanismi di apprendimento. Una di queste è la corteccia prefrontale mediale (mPFC), che gioca un ruolo chiave nel processo decisionale, nella focalizzazione dell’attenzione e nell’apprendimento delle strategie comportamentali. I ricercatori dell’Università di Zurigo e dell’ETH hanno investigato come la mPFC contribuisce a questo processo. Hanno studiato in particolare come questa regione del cervello integri gli stimoli sensoriali e le risposte comportamentali, aiutando gli animali a sviluppare e adattare le loro strategie nel tempo
Ruolo della corteccia prefrontale mediale nell’apprendimento dell’evitamento
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Il gruppo di ricerca, guidato da Benjamin Ehret e Roman Boehringer, ha condotto uno studio dettagliato per comprendere come la mPFC sia coinvolta nel cosiddetto “apprendimento dell’evitamento”.
Parliamo cioè diun tipo di comportamento acquisito attraverso il condizionamento della paura. Utilizzando tecniche avanzate di imaging del calcio e microscopia a fluorescenza, i ricercatori hanno osservato l’attività neuronale nella mPFC di topi sottoposti a un compito di condizionamento della paura.
Durante l’esperimento, i roditori sono stati posti in una camera in cui, dopo aver sentito un tono, ricevevano una leggera scossa elettrica ai piedi. Tuttavia, una metà della camera era designata come “zona sicura”, dove i topi potevano evitare lo shock. Dopo diverse prove, i ratti hanno imparato ad associare il tono allo shock imminente e a spostarsi rapidamente nella zona sicura per evitare il dolore.
Risultati dello studio: codifica neuronale dell’apprendimento dell’evitamento
Nel corso di undici giorni di esperimenti, i ricercatori hanno analizzato l’attività neuronale nella corteccia prefrontale mediale (mPFC) per comprendere come questa area del cervello sia coinvolta nell’apprendimento di strategie di evitamento.
I dati raccolti hanno rivelato che, mentre gran parte dell’attività neuronale provocata da un tono non era direttamente collegata ai comportamenti di evitamento, esisteva un pattern distintivo di attività che precedeva le reazioni di fuga in risposta allo stesso. Questo pattern specifico non era presente durante movimenti spontanei simili, suggerendo che l’attività neuronale osservata era strettamente legata al processo di apprendimento dell’evitamento.
Per identificare questi modelli di attività neuronale, Ehret e il suo team hanno utilizzato un metodo analitico avanzato che riduce e decodifica la dimensionalità dei dati neuronali. Questo approccio ha permesso loro di isolare i modelli di attività specifici per il compito di evitamento. I risultati dello studio indicano che la mPFC non si limita a integrare le informazioni sensoriali.
Le elabora e le converte in risposte comportamentali precise. Questo processo avviene attraverso calcoli complessi a livello di popolazione neuronale, facilitando così l’esecuzione di comportamenti appresi. In altre parole, la mPFC aiuta a tradurre le esperienze sensoriali in azioni mirate.
Il che migliora l’efficacia con cui gli animali (e potenzialmente anche gli esseri umani) applicano le loro strategie di evitamento. Ma a cosa serve questo studio?
Implicazioni neurocognitive: come la corteccia trasforma le esperienze in comportamenti
I risultati sull’attività neuronale osservata nella mPFC dimostrano che questa regione è fondamentale per associare esperienze sensoriali a risposte comportamentali.
Indicano altresì che essa aiuta a collegare percezioni sensoriali a reazioni specifiche.
Questo processo è vitale per l’adattamento e la sopravvivenza, poiché consente agli animali di evitare situazioni pericolose e di adattare il loro comportamento basandosi su esperienze precedenti.
Il risultato più significativo è la scoperta che la mPFC esegue calcoli distribuiti tra una popolazione di neuroni per convertire gli stimoli sensoriali in risposte comportamentali mirate.
Tale funzione è fondamentale per comprendere come il cervello elabora informazioni complesse e sviluppa risposte adattive. Inoltre, questo meccanismo potrebbe spiegare come le memorie di esperienze pericolose vengono consolidate e come influenzano le decisioni future e le strategie di sopravvivenza.
Implicazioni per la comprensione del comportamento umano
Questo studio arricchisce la comprensione dei processi neurocognitivi alla base dell’apprendimento e della memoria.
Inoltre, potrebbe anche avere implicazioni significative per il trattamento dei disturbi neuropsichiatrici.
In futuro, approfondire come le variazioni nell’attività della mPFC influenzano comportamenti complessi potrebbe portare a nuovi approcci terapeutici per disturbi come l’ansia e il disturbo post-traumatico da stress.