come il cervello impara dalla paura e dal fallimento

Uno studio di neuroscienze identifica specifici neuroni cerebrali essenziali per l’apprendimento dagli stimoli negativi, evidenziando il loro potenziale ruolo nella salute mentale.

Spesso diciamo “Non lo farò più” di fronte a feedback negativi, effetti collaterali o risultati deludenti. Da queste esperienze cerchiamo di imparare.

In che modo il cervello facilita questo tipo di apprendimento? Il rinforzo positivo e negativo sono meccanismi cruciali all’interno del sistema di valutazione del cervello. I neuroni che rilasciano il neurotrasmettitore dopamina significano risultati migliori o peggiori del previsto aumentando o diminuendo la loro attività. Allo stesso tempo, ci sono prove sempre più evidenti che altre parti del cervello gestiscono il “negativo” e il “positivo” in modo diverso.

Eccitazione e attenzione nelle esperienze negative

Le esperienze negative spesso causano un forte effetto di eccitazione, attivando parti specifiche della neocorteccia. Questa attivazione ci aiuta a concentrarci su caratteristiche rilevanti e ad imparare dall’esperienza, un concetto noto come “attenzione per l’apprendimento avversivo”.

I ricercatori dell’Istituto di medicina sperimentale HUN-REN, guidati da Balazs Hangya, hanno esplorato quali regioni del cervello e tipi di neuroni sono coinvolti nell’apprendimento avversivo. Il loro studio, pubblicato in Comunicazioni naturalirivela che i neuroni inibitori che proiettano a lungo raggio che esprimono la proteina parvalbumina (PV) nel lembo orizzontale della banda diagonale di Broca (HDB) svolgono un ruolo cruciale in questo processo.

Funzionalità dei neuroni e risultati sperimentali

Questi neuroni HDB-PV, noti per la loro rapida attività, trasmettono effetti eccitatori alla neocorteccia e controllano le oscillazioni gamma essenziali per le funzioni cognitive. Pertanto, sono emersi come buoni candidati per mediare “l’attenzione all’apprendimento avversivo”. Il team di Hangya ha dimostrato che questi neuroni vengono effettivamente reclutati da eventi avversi nei topi sperimentali, come un inaspettato sbuffo d’aria sul viso che i topi si sforzano di evitare, o l’odore di un temibile predatore.

Gli effetti degli eventi avversivi

Gli eventi avversi attivano una serie di percorsi, portando a una serie di conseguenze nel cervello. Innanzitutto, promuovono comportamenti di evitamento che riducono il rischio di subire impatti negativi. In secondo luogo, migliorano la consapevolezza e l’attenzione attivando le parti interessate della neocorteccia, aiutando così il corpo ad affrontare la situazione. In terzo luogo, facilitano l’apprendimento per evitare o mitigare scenari futuri simili.

Panna Hegedüs, il primo autore dello studio, ha osservato: “Imparare dall’esperienza negativa è una strategia di sopravvivenza antica e profondamente radicata. Può persino annullare gli effetti del rinforzo positivo.

Cenni di optogenetica

Il team di Hangya ha utilizzato una tecnologia chiamata optogenetica, che può rendere specifici tipi di cellule, in questo caso i neuroni HDB-PV, sensibili alla luce. Queste tecniche consentono l’attivazione o la soppressione precisa dell’attività neuronale mediante l’erogazione programmata di luce nel tessuto cerebrale tramite piccole fibre ottiche. Hanno scoperto che l’attivazione dei neuroni HDB-PV non causava comportamenti di evitamento nei topi, suggerendo che questo percorso non è coinvolto nell’evitamento attivo come la ricerca di rifugio, ma che più probabilmente media l’attenzione e/o gli aspetti dell’apprendimento indotti da stimoli avversivi.

Infatti, quando bloccavano optogeneticamente le risposte dei neuroni agli sbuffi d’aria facciali, i topi non riuscivano ad apprendere stimoli uditivi predittivi discriminativi che prevedevano sbuffi d’aria probabili o improbabili. Questo esperimento ha dimostrato che i neuroni HDB-PV sono necessari per l’apprendimento di stimoli avversivi.

Circuiti neurali e risposte comportamentali

I neuroni non agiscono in modo isolato ma fanno parte di circuiti complessi con vari percorsi di input e output. Il team di Hangya, con Gabor Nyiri e colleghi dello stesso istituto, ha mappato gli input e gli output dei neuroni HDB-PV. Hanno scoperto che queste cellule integrano molteplici fonti di informazioni avversive, compresi importanti percorsi dall’ipotalamo e dai nuclei del rafe del tronco encefalico. A loro volta, trasmettono informazioni integrate al cosiddetto sistema limbico, in gran parte responsabile delle risposte comportamentali ed emotive, compreso il sistema setto-ippocampale importante per l’immagazzinamento e il richiamo dei ricordi episodici.

Inoltre, le cellule HDB-PV inibitorie prendono di mira principalmente altri neuroni inibitori in queste regioni, probabilmente alleviando le cellule eccitatorie dall’inibizione e consentendo loro di essere più attive – un meccanismo cerebrale onnipresente chiamato disinibizione.

Conclusione e implicazioni per la salute mentale

Lo studio suggerisce che i neuroni HDB-PV inibitori a lungo raggio vengono reclutati da stimoli avversivi per eseguire funzioni cruciali di apprendimento associativo aumentando l’eccitabilità corticale in aree bersaglio specifiche, probabilmente attraverso la disinibizione. Quindi, almeno per gli stimoli avversivi, i neuroni HDB-PV potrebbero essere il substrato fisico del concetto di “attenzione per l’apprendimento”.

“La disregolazione dell’elaborazione della valenza positiva e negativa può essere osservata in diversi disturbi psichiatrici, tra cui ansia e depressione. È quindi fondamentale capire come la valenza negativa è codificata nel cervello e come contribuisce all’apprendimento”, conclude Hegedüs.