Area cervello attaccata da AD lega cognizione e ricompense

20 December 2013

Una delle prime aree del cervello ad essere attaccate dall'Alzheimer è più attiva quando il cervello non è molto impegnato, e si chieta durante i picchi di prestazione.

La questione che voleva risolvere Sarah Heilbronner, studente laureata della Duke University, era se questa regione del cervello, chiamata corteccia cingolata posteriore (PCC), smorzi di proposito le prestazioni cognitive, per esempio permettendo alla mente di vagare, o stia invece monitorando le prestazioni e cercando di migliorarle quando serve.

Se la PCC stesse monitorando e migliorando le prestazioni, la maggiore attività sarebbe il risultato delle scarse prestazioni, non la loro causa.

La PCC è collegata sia al sistema di apprendimento che a quello di ricompensa, dice la Heilbronner, e fa parte della "rete in modalità predefinita". Si trova lungo una linea mediana tra le orecchie, dove sono presenti molte strutture legate alle ricompense. "E' una specie di nesso tra più sistemi", ha detto la Heilbronner, che è attualmente ricercatrice post-dottorato in neuroanatomia all'Università di Rochester.

"Quando questa area comincia a deteriorarsi, le persone iniziano a mostrare i primi segni di declino cognitivo (problemi di apprendimento e a ricordare le cose, perdersi, problemi a programmare), che alla fine si manifestano nella demenza conclamata", ha detto Michael Platt, direttore dell'Institute for Brain Sciences della Duke, che ha supervisionato la dissertazione della Heilbronner nel 2012. La ricerca è pubblicata dal 18 dicembre sulla rivista Neuron, ed è stata finanziata dal National Institutes of Health.

L'esperimento della Heilbronner, per capire meglio il ruolo della PCC nell'apprendimento e nella memoria, si è basato su due macachi rhesus muniti di elettrodi per leggere l'attività dei singoli neuroni nel cervello. Il loro compito era simile al giocare ai videogiochi con gli occhi. Le scimmie vedevano una serie di fotografie ogni giorno, contrassegnate con punti in alto a sinistra e in basso a destra. Per ottenere uno spruzzo di succo gratificante, dovevano spostare il loro sguardo verso il punto corretto sulla foto, e hanno imparato per tentativi ed errori, quale punto in ogni foto produceva la ricompensa.

Ogni giorno hanno visto fino a 12 foto da un assortimento di scatti di Heilbronner fatti al Parco Nazionale di Yellowstone e nel Grand Canyon. Ogni giorno alcune delle immagini avevano una familiarità con un obiettivo di ricompensa conosciuto, e le altre erano nuove. Quando le scimmie rispondevano con lo sguardo, i ricercatori osservavano l'attività di decine di neuroni nel cervello di ogni scimmia subito dopo le risposte corrette o non corrette. Hanno anche modificato la quantità erogata di succo in alcuni casi, creando un senso di risposte ad alta e bassa ricompensa.

Se la PCC abbassasse di proposito le prestazioni, i ricercatori avrebbero dovuto vederla attiva prima che fosse fatta una scelta o prima di ricevere la reazione. Invece, hanno visto che si attivava dopo la reazione, perdurando a volte fino a quando appariva l'immagine successiva. I neuroni della PCC hanno risposto con forza quando le scimmie dovevano capire qualcosa di nuovo, soprattutto quando facevano errori o non guadagnavano abbastanza ricompensa da restare motivate.

I ricercatori hanno anche ripetuto l'attività dopo la somministrazione di un farmaco, il muscimolo, che compromette la funzione della PCC temporaneamente durante la prova. Con il centro disattivato dal farmaco, le scimmie potevano ricordare l'apprendimento precedente, indipendentemente dalle dimensioni del premio. Capire un nuovo oggetto era ancora possibile, quando il premio era grande, ma le scimmie non riuscivano a capire nulla di nuovo quando il premio era piccolo. "Forse sembrava loro che non ne valesse la pena", ha detto la Heilbronner.

L'esperimento di smorzatura ha anche rafforzato quello che i ricercatori avevano visto nei tempi di risposta della PCC: se il ruolo di questo centro fosse lasciare che la mente vaghi, le prestazioni dovrebbero migliorare con la somministrazione del muscimolo, ma era vero il contrario.

La Heilbronner conclude che la PCC richiama maggiori risorse per un compito cognitivo impegnativo. Quindi, piuttosto che essere la causa dello scarso rendimento su un compito, la PCC in realtà interviene durante una sfida per migliorare la situazione. "Questo studio ci dice che una PCC sana è necessaria per il monitoraggio delle prestazioni e per mantenerci motivati durante l'apprendimento, in particolare quando i problemi sono difficili", ha detto Platt.

La Heilbronner è ora interessata a scoprire se la PCC è più importante per l'apprendimento rispettto al ricordare, e come la motivazione interagisce con le anomalie della PCC presenti nell'Alzheimer.

Fonte: Duke University, via EurekAlert!.

Riferimenti: Sarah R. Heilbronner, Michael L. Platt. Causal Evidence of Performance Monitoring by Neurons in Posterior Cingulate Cortex during Learning. Neuron, 2013; 80 (6): 1384 DOI: 10.1016/j.neuron.2013.09.028

Pubblicato in eurekalter.org (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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