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Scoperto meccanismo neurale cruciale che supporta le abilità cognitive avanzate
Gli scienziati del Mount Sinai hanno scoperto un meccanismo neurale che si ritiene supporti le abilità cognitive avanzate, come la pianificazione e la risoluzione dei problemi. Lo fa distribuendo informazioni dai singoli neuroni a popolazioni più ampie di neuroni nella corteccia prefrontale, l'area del cervello che memorizza temporaneamente le informazioni e le manipola.
È ben assodato che gli umani possono tenere in mente solo una quantità limitata di informazioni, e che impiegano diverse strategie cognitive, come organizzare le informazioni in elenchi o gruppi, per superare questi vincoli.
Il team di ricerca ha rilevato che, quando il cervello usa queste strategie per organizzare le informazioni, i codici neurali nella corteccia prefrontale diventano meno dipendenti dalle risposte altamente selettive di singoli neuroni. Al contrario, sono distribuiti tra un gruppo più grande di neuroni, che possono rendere le informazioni più affidabili o robuste. I risultati sono stati pubblicati online su Neuron il 20 dicembre.
"Il nostro studio introduce nel campo una nuova prospettiva importante su come il cervello assegna le risorse per migliorare le prestazioni cognitive", afferma l'autrice senior Erin Rich MD/PhD, prof.ssa associata di neuroscienze al Mt Sinai. "I risultati del nostro studio aiuteranno gli scienziati a capire meglio, e in futuro potenzialmente a trattare, i disturbi della memoria e della cognizione".
Lo studio è stato guidato da Feng-Kuei Chiang PhD, post-dottorato del laboratorio della dott.ssa Rich, che aveva studiato in precedenza le funzioni della corteccia prefrontale nei compiti di sequenziamento.
Finora gli studi di codifica neurale, che trasforma gli impulsi elettrici dei neuroni in ricordi, conoscenze, decisioni e azioni, si sono concentrati sulle risposte selettive di singoli neuroni. Il team del Mt Sinai ha dimostrato le carenze di tale approccio, progettando un compito che sondava i cambiamenti nella corteccia prefrontale che migliorano le prestazioni cognitive. L'attività ha permesso ai soggetti di usare una strategia mnemonica (o aiuto alla memoria) per ordinare le informazioni in una sequenza.
"Abbiamo scoperto che i soggetti hanno generato spontaneamente diversi schemi di selezione, comprese delle sequenze di routine, per ridurre le esigenze della memoria di lavoro per quell'attività", ha affermato il dott. Chiang.
I ricercatori sono stati sorpresi di scoprire che le risposte interpretabili dei singoli neuroni erano un predittore carente di prestazioni della memoria quando i soggetti usavano la strategia di sequenziamento per organizzare le informazioni tenute in mente. L'uso della strategia ha ridotto i tassi di errore nel compito, ma l'attività dei singoli neuroni sembrava trasmettere meno informazioni.
Sono riusciti a conciliare questi risultati dimostrando che le informazioni non erano perse, ma distribuite più ampiamente tra una popolazione più estesa di neuroni. Le informazioni pertinenti del compito potevano essere recuperate allo stesso modo, o meglio, quando i codici erano dominati da un numero minore di neuroni altamente sintonizzati, e i codici distribuiti sembravano essere più affidabili, poiché miglioravano le prestazioni comportamentali.
La dott.ssa Rich spiega:
"Questa è una nuovissima scoperta sulla natura dei codici prefrontali, e potrebbe indicare un meccanismo neurale chiave che supporta capacità cognitive avanzate, come pianificare, creare strategie e risolvere problemi, che dipendono dall'organizzazione in tempo reale delle informazioni.
"Spostando l'attenzione dalle risposte selettive di singoli neuroni, abbiamo dimostrato che per sviluppare nuove strategie che migliorano le prestazioni cognitive o che trattano i disturbi cognitivi, deve essere considerata l'attività collettiva di popolazioni neurali".
Fonte: The Mount Sinai (> English) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Feng-Kuei Chiang, Joni Wallis, Erin Rich. Cognitive strategies shift information from single neurons to populations in prefrontal cortex. Neuron, 2021, DOI
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