Dicembre 18, 2012
Una delle caratteristiche uniche della mente umana è la sua capacità di ridare la priorità ai suoi obiettivi e priorità mentre le situazioni cambiano e sorgono nuove informazioni. Questo accade quando annulli una crociera programmata perché hai bisogno di soldi per riparare la tua auto rotta, o quando interrompi la corsa mattutina perché il tuo cellulare squilla in tasca.
In un nuovo studio pubblicato nella Atti della National Academy of Sciences (PNAS), i ricercatori della Princeton University affermano di aver scoperto i meccanismi che controllano il modo in cui il nostro cervello utilizza nuove informazioni per modificare le nostre priorità esistenti.
Il team di ricercatori del Princeton's Neuroscience Institute (PNI) ha utilizzato la risonanza magnetica funzionale (fMRI) per analizzare i soggetti e scoprire dove e come il cervello umano ridefinisce gli obiettivi. Non sorprende, hanno scoperto che lo spostamento degli obiettivi avviene nella corteccia prefrontale, una regione del cervello che è nota per essere associata a una varietà di comportamenti di livello superiore. Hanno anche osservato che il potente neurotrasmettitore dopamina - noto anche come "sostanza chimica del piacere" - sembra svolgere un ruolo fondamentale in questo processo.
Usando un impulso magnetico innocuo, gli scienziati hanno interrotto l'attività nella corteccia prefrontale dei partecipanti mentre giocavano e hanno scoperto che non erano in grado di passare a un compito diverso nel gioco.
"Abbiamo trovato un meccanismo fondamentale che contribuisce alla capacità del cervello di concentrarsi su un compito e poi passare in modo flessibile a un altro compito", ha spiegato Jonathan Cohen, co-direttore della PNI e Robert Bendheim dell'università e Lynn Bendheim Thoman Professor in Neuroscience.
"Le alterazioni in questo sistema sono fondamentali per molti disturbi critici della funzione cognitiva come quelli osservati nella schizofrenia e nel disturbo ossessivo-compulsivo".
Ricerche precedenti avevano già dimostrato che quando il cervello utilizza nuove informazioni per modificare i propri obiettivi o comportamenti, questa informazione viene temporaneamente archiviata nella memoria di lavoro del cervello, un tipo di memoria a breve termine. Fino ad ora, tuttavia, gli scienziati non hanno capito i meccanismi che controllano il modo in cui queste informazioni vengono aggiornate.
UTILIZZO DEI GIOCHI PER LA DECISIONE DEL PINPOINT
Insieme all'autore principale dello studio Kimberlee D'Ardenne della Virginia Tech e dei colleghi ricercatori Neir Eshel, Joseph Luka, Agatha Lenartowicz e Leight Nystrom, Cohen e il suo team hanno ideato uno studio che permettesse loro di scansionare il cervello dei loro soggetti mentre giocavano. Il gioco richiedeva ai partecipanti di premere pulsanti specifici a seconda dei diversi segnali visivi. Se gli è stata mostrata la lettera A prima della lettera X, è stato loro richiesto di premere un pulsante con l'etichetta "1". Tuttavia, se hanno visto la lettera B prima della X, hanno dovuto premere un pulsante con l'etichetta "2".
In una versione precedente dell'attività, tuttavia, ai partecipanti veniva prima chiesto di premere il pulsante 1 quando vedevano X indipendentemente dalle lettere che lo precedevano. Pertanto, la regola A e B introdotta nel secondo turno fungeva da "nuova informazione" che il partecipante doveva utilizzare per aggiornare l'obiettivo di decidere quale pulsante premere.
Dopo aver esaminato la fMRI, i ricercatori hanno scoperto un aumento dell'attività nella corteccia prefrontale destra quando i partecipanti stavano completando il compito più complesso che comportava prendere una decisione tra due pulsanti basati sui segnali visivi A e B. Questo non era il caso, tuttavia, per la versione più semplice del compito.
I risultati di Cohen confermano le scoperte del suo precedente progetto di ricerca di 2010 che utilizzava un metodo di scansione diverso per misurare i tempi dell'attività cerebrale.
Nello studio attuale, il team di ricerca ha anche fornito brevi impulsi magnetici alla corteccia prefrontale per confermare che questa è in realtà la regione del cervello coinvolta nell'aggiornamento della memoria di lavoro. Basando i tempi dell'impulso sullo studio precedente, gli scienziati hanno consegnato l'impulso magnetico nel momento preciso in cui credevano che la corteccia prefrontale destra avrebbe dovuto aggiornare la memoria. Hanno scoperto che se consegnavano l'impulso esattamente 0.15 secondi dopo che i partecipanti avevano visto le lettere A o B, non potevano premere il pulsante corretto. Sono stati quindi in grado di utilizzare l'impulso magnetico per interrompere il processo di aggiornamento della memoria.
"Abbiamo previsto che se l'impulso fosse stato trasmesso alla parte della corteccia prefrontale destra osservata usando l'fMRI, e nel momento in cui il cervello sta aggiornando le sue informazioni come rivelato dall'EEG, allora il soggetto non conserverebbe le informazioni su A e B, interferire con la sua prestazione sul compito di premere il pulsante ", ha spiegato Cohen.
DOPAMINA COME GATEKEEPER DELLA NOSTRA MEMORIA DI LAVORO
Nell'ultima parte dell'esperimento, il team di Cohen ha voluto testare la loro teoria che il neurotrasmettitore dopamina è responsabile della codifica di nuove informazioni e importante per l'aggiornamento della memoria di lavoro e degli obiettivi mentre entra nella corteccia prefrontale. La dopamina è una sostanza chimica presente in natura che è nota per svolgere un ruolo chiave in una serie di processi mentali come quelli che coinvolgono la motivazione e la ricompensa.
Per fare ciò, il team ha usato di nuovo l'fMRI per eseguire la scansione di una regione chiamata midbrain che è densamente popolata da cellule nervose specializzate - note come nuclei dopaminergici - che sono responsabili della produzione della maggior parte dei segnali dopaminergici del cervello. I ricercatori hanno monitorato l'attività di queste cellule nervose che emettono dopamina mentre i partecipanti hanno eseguito i compiti e hanno trovato una correlazione significativa tra l'attività cerebrale in queste aree e nella corteccia prefrontale destra.
"La parte notevole è stata che i segnali della dopamina erano correlati sia al comportamento dei nostri volontari che alla loro attività cerebrale nella corteccia prefrontale", ha spiegato Cohen.
"Questa costellazione di scoperte fornisce una forte evidenza che i nuclei dopaminergici stanno consentendo alla corteccia prefrontale di conservare le informazioni rilevanti per l'aggiornamento del comportamento, ma non le informazioni che non lo sono."
Il professor David Badre della Brown University, specialista in scienze cognitive, linguistiche e psicologiche, crede che il lavoro del team di Cohen rappresenti un grande passo avanti nel tentativo della scienza di capire come il nostro cervello aggiorna la sua memoria di lavoro.
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