Quando le persone invecchiano, spesso perdono la motivazione a imparare cose nuove o a impegnarsi nelle attività quotidiane. In uno studio sui topi, i neuroscienziati del MIT hanno ora identificato un circuito cerebrale che è fondamentale per mantenere questo tipo di motivazione.

Questo circuito è particolarmente importante per imparare a prendere decisioni che richiedono la valutazione del costo e della ricompensa derivanti da quella particolare azione. I ricercatori hanno dimostrato che riattivando questo circuito sono riusciti ad aumentare la motivazione dei topi anziani a impegnarsi in questo tipo di apprendimento, e sono riusciti anche a ridurre la motivazione, sopprimendo il circuito.

"Mentre invecchiamo, è più difficile avere un atteggiamento alzati -e-vai verso le cose", afferma Ann Graybiel, professoressa del Mit e membro del McGovern Institute for Brain Research. "Questo alzati-e-vai, o impegno, è importante per il nostro benessere sociale e per l'apprendimento: è difficile imparare se non te ne occupi e non ti impegni".

La Graybiel è l'autrice senior dello studio, che appare su Cell. I primi autori sono Alexander Friedman, un ex scienziato di ricerca del MIT, ora assistente professore all'Università del Texas di El Paso, ed Emily Hueske, scienziata di ricerca del MIT.

Valutare costo e beneficio

Lo striato fa parte dei gangli basali, un gruppo di centri cerebrali legati alla formazione dell'abitudine, al controllo del movimento volontario, dell'emozione e della dipendenza. Da diversi decenni, il laboratorio della Graybiel studia insiemi di cellule chiamati striosomi, che sono distribuiti in tutto lo striato. La Greybiel ha scoperto gli striosomi molti anni fa, ma la loro funzione era rimasta misteriosa, in parte perché sono così piccoli e in profondità nel cervello che è difficile vederli con una scansione a risonanza magnetica funzionale (fMRI).

Negli ultimi anni, Friedman, Graybiel e i colleghi, che comprendono il ricercatore Ken-Ichi Amemori, hanno scoperto che gli striosomi hanno un ruolo importante in un tipo di decisionalità chiamata 'conflitto approccio-elusione'. Queste decisioni riguardano la scelta se prendere il buono con il cattivo, o evitarli entrambi, quando si hanno opzioni con elementi positivi e negativi. Un esempio di questo tipo di decisione è dover scegliere se accettare un lavoro pagato di più, ma che costringe ad allontanarsi da famiglia e amici. Tali decisioni spesso provocano molta ansia.

In uno studio correlato, il laboratorio della Graybiel ha scoperto che gli striosomi si collegano alle cellule della substantia nigra, uno dei principali centri di produzione di dopamina del cervello. Questi studi hanno portato i ricercatori a ipotizzare che gli striosomi possono essere un guardiano che assorbe le informazioni sensoriali ed emotive provenienti dalla corteccia e le integra per produrre una decisione su come agire. Queste azioni possono quindi essere rinvigorite dalle cellule produttrici della dopamina.

I ricercatori hanno in seguito scoperto che lo stress cronico ha un impatto importante su questo circuito e su questo tipo di processo decisionale emotivo. In uno studio del 2017 svolto su topi e tatti, hanno dimostrato che gli animali stressati erano molto più propensi a scegliere opzioni ad alto rischio e ad alto ritorno, ma che potevano bloccare questo effetto manipolando il circuito.

Nel nuovo studio su Cell, i ricercatori si erano proposti di indagare su ciò che accade negli striosomi mentre i topi imparano come prendere questi tipi di decisioni. Per farlo, hanno misurato e analizzato l'attività degli striosomi mentre i topi imparavano a scegliere tra esiti positivi e negativi.

Durante gli esperimenti, i topi sentivano due tonalità diverse, una delle quali era accompagnata da una ricompensa (acqua zuccherata), e l'altra era abbinata a uno stimolo leggermente avverso (luce brillante). I topi gradualmente hanno imparato che se leccavano di più un beccuccio quando sentivano il primo tono, avrebbero ottenuto più acqua zuccherata, e se lo leccano meno durante il secondo, la luce non sarebbe stata così luminosa.

Imparare a svolgere questo tipo di compito implica assegnare il valore di ogni costo e di ogni ricompensa. I ricercatori hanno scoperto che mentre i topi imparavano il compito, gli striosomi mostravano un'attività più elevata di altre parti dello striato, e che questa attività era correlata con le risposte comportamentali dei topi a entrambi i toni. Ciò suggerisce che gli striosomi potrebbero essere fondamentali per assegnare valore soggettivo a un determinato esito.

"Per sopravvivere, per fare tutto ciò che stai facendo, devi costantemente essere in grado di imparare. Devi imparare ciò che è buono per te, e ciò che è male per te", dice Friedman.

"Una persona, o in questo caso un topo, può valutare così tanto una ricompensa da sopraffare il rischio di sperimentare un possibile costo, mentre un altro potrebbe desiderare di evitare il costo escludendo tutte le ricompense. E queste decisioni possono comportare un apprendimento diretto dalla ricompensa in alcuni e diretto dai costi per altri", dice Hueske.

I ricercatori hanno scoperto che i neuroni inibitori che collegano i segnali dalla corteccia prefrontale aiutano gli striosomi a migliorare il loro rapporto segnale-rumore, il che aiuta a generare i segnali solidi che si vedono quando i topi valutano un'opzione ad alto costo o ad alta ricompensa.

Perdita di motivazione

Successivamente, i ricercatori hanno scoperto che nei topi più anziani (13-21 mesi, equivalenti all'incirca alle persone con 60 e più anni), il coinvolgimento dei topi nell'apprendimento di questo tipo di analisi costi-benefici è più basso. Allo stesso tempo, la loro attività striosomiale è diminuita rispetto a quella dei topi più giovani. I ricercatori hanno trovato una simile perdita di motivazione in un topo modello della malattia di Huntington, un disturbo neurodegenerativo che colpisce lo striato e i suoi striosomi.

Quando i ricercatori hanno usato farmaci che puntano geneticamente ad aumentare l'attività degli striosomi, hanno scoperto che i topi si impegnavano di più nella prestazione del compito. Viceversa, la soppressione dell'attività striosomiale ha portato al disimpegno.

Oltre al normale calo relativo all'età, molti disturbi della salute mentale possono sfruttare la capacità di valutare i costi e i premi di un'azione, dall'ansia e la depressione alle condizioni come il disturbo da stress post-traumatico (PTSD). Ad esempio, una persona depressa può sottovalutare esperienze potenzialmente gratificanti, mentre qualcuno che soffre di dipendenza può sopravvalutare le droghe, ma sottovalutare cose come il lavoro o la famiglia.

I ricercatori stanno ora lavorando su possibili trattamenti con farmaci che potrebbero stimolare questo circuito, e suggeriscono che allenare i pazienti a migliorare l'attività di questo circuito attraverso il biofeedback potrebbe offrire un altro modo di migliorare le loro valutazioni dei costi-benefici.

"Se potessi individuare il meccanismo che sta alla base della valutazione soggettiva della ricompensa e dei costi, e usare una tecnica moderna per manipolarlo, psichiatricamente o con il biofeedback, i pazienti potrebbero essere in grado di attivare correttamente i loro circuiti", afferma Friedman.