Az újonnan felfedezett agysejtek a bizonytalanságra vannak felkészítve
Eddig nem ismert funkcióval bíró agysejteket azonosítottak a „Bizonytalan az élet; előbb egyél desszertet” kifejezéssel leírható területen. A neuronok, amelyek az agy elülső részén helyezkednek el, akkor a legaktívabbak, amikor egy döntés kimenetele bizonytalan, ami arra utal, hogy a tanulással és általában a mentális rugalmassággal együtt segítik a döntéshozatalt.
Ez a patkányokon végzett UCLA -vizsgálat segíthet olyan új kezelések kifejlesztésében, amelyek a merev gondolkodási minták, például a szorongás és a kábítószer-használati rendellenességek célzott kezelését célozzák meg az embereknél, akiknek ugyancsak hasonló agysejtjeik vannak.
„Ha teljes körű ismereteink vannak arról, hogy mi fog történni, akkor tényleg nem kell tanulnunk, és nem kell alkalmazkodnunk a viselkedésünkkel” – mondta Alicia Izquierdo, a pszichológia tanszék viselkedési idegtudományok UCLA professzora és a Nature Communications című folyóiratban megjelent tanulmány vezető szerzője. „Ez azonban ritkán van így. A homlokkéreg orbitális régiójában találtuk ezeket a sejteket, amelyek a bizonytalanságra vannak felkészülve, és úgy gondoljuk, hogy ezek a sejtek nélkülözhetetlenek a tanuláshoz.”
Az orbitofrontális kéreg az agynak közvetlenül a szemek feletti részén helyezkedik el mind az embereknél, mind a patkányoknál, és akkor aktív, amikor érzelmeket, ízeket, illatokat és a döntéseink pozitív jutalmát tapasztaljuk. Az idegtudósok megállapították, hogy az orbitofrontális kéreg a rugalmas jutalomtanulásban is részt vesz. A jutalomtanulás akkor történik, amikor a „helyes” döntésért jutalmat kapunk, de a „rossz” döntésért nem kapunk jutalmat.
A jutalomtanulást rugalmasnak mondják, ha nem tudjuk, hogy melyik választásunk vezet a jutalomhoz, amíg meg nem tanulunk egy olyan mintát vagy feltételrendszert, amely a jutalmazott lehetőséghez vezet. A jutalomtanulás olyan folyamat, amelyben a pozitív jutalom iránti vágy motiválja a tanulót, hogy a rossz választás csalódásán vagy negatív eredményein keresztül kitartson, amíg a helyes mintát meg nem tanulja.
Mivel az orbitofrontális kéregben többféle neuron található, Juan Luis Romero-Sosa, a UCLA doktorandusza és a tanulmány első szerzője és munkatársai kidolgoztak egy módszert, amellyel megfigyelhették azokat a piramissejteket, amelyek aktívak voltak, amikor a patkányok rugalmas jutalomtanulási tevékenységeket végeztek, például egy érintőképernyőn a megfelelő pontok megérintésével élelmiszerjutalmat kaptak.
Az agyukba egy, az agyi képalkotó vizsgálatokban széles körben használt kalcium-ion markert juttattak be, mivel az aktivitás közben világít, valamint egy módosított vírust, amely szintetikus receptorokat expresszál, amelyek képesek voltak „kikapcsolni” a neuronokat attól függően, hogy a patkányok kaptak-e olyan gyógyszert, amely az agyban lévő ilyen szintetikus receptorokhoz kötődik, hogy leállítsa az aktivitást.
Egy apró fényt és kamerát szereltek a koponyába, hogy rögzítsék a neuronok aktivitását, miközben a patkányok ezeket a tanulási feladatokat végezték. Eleinte a patkányok jutalmat kaptak minden elvégzett feladatért. Néhány nap alatt az érintőképernyős feladatok egyre nehezebbé váltak, egyre bizonytalanabb kimenetellel. A feladat legnehezebb részénél már csak 70% esély volt a jutalomra, a másik választásnál pedig csak 30% esély volt a jutalomra.
A kutatók gyorsan azonosították azokat a sejteket, amelyek akkor világítottak, amikor az állatok döntéseket hoztak. „A patkánynak folyamatosan alkalmazkodnia kell a változó környezethez. Ez csak annyit jelent, hogy a patkány megtanulja, hogy két lehetőség közül válasszon, és folyamatosan változik, hogy mi a helyes opció” – mondta Romero-Sosa. „Tehát, ha a patkány egyszer felfedezi a helyes lehetőséget, akkor újra és újra azt kezdi el választani. Aztán egy bizonyos számú kísérlet után a feladat megváltozik, hogy a patkányt folyamatosan lekösse, ahelyett, hogy csak egy stratégiát találna, és azt használná ki újra és újra. A frontális kéreg e meghatározott régiójában találtunk olyan neuron alpopulációkat, amelyek azt mutatták, hogy egyre jobban érdekli az állatokat a feladat, ahogy az egyre bizonytalanabb kimenetelűvé válik.”
A kutatók váltakozó napokon vizsgálták az egyes bizonytalansági szintek tanulását, és azt találták, hogy azokon a napokon, amikor az orbitofrontális kéreg teljes egészében inaktiválva volt, csökkent a teljesítmény. Az állatok nem tudták követni a nagy valószínűségű választás értékét az idő múlásával, vagyis nem tanultak jól a növekvő bizonytalanságban.
„A patkányok nem hoztak jobb döntéseket” – mondta Romero-Sosa. „Azt is megállapítottuk, hogy csökkentek az adaptív viselkedési stratégiák. Ez általában azt jelenti, hogy ha választok valamit, és az jutalmat eredményez, akkor újra azt a választást fogom megtenni. Kevesebb volt ez, amikor inaktiváltuk az orbitofrontális kérget, ami arra utal, hogy az inaktiválás zavarja a jó stratégiát.”
„A patkányok a kísérlet előrehaladtával szakértőkké válnak ebben, de van ez a push-pull, vagyis ez az egyensúly az alkalmazkodóképesség és a precizitás között” – mondta Izquierdo. „Ha rugalmas akarsz lenni, nem lehetsz túl precíz, és fordítva. Ezek a kísérletek azt mutatják, hogy van ez a dinamika a szakértelem megszerzése és a bizonytalansághoz való alkalmazkodás között. Az agy másik területéről, ahonnan képeket készítettünk, a másodlagos motoros kéregből (vagy M2-ből), fordítva, ezek a sejtek a bizonyossághoz mutattak preferenciális aktivitást, nem pedig a bizonytalansághoz.”
A patkányok és az emberek ősei egyaránt olyan környezetben fejlődtek ki, ahol a szakértelem megszerzésének szükségességét egyensúlyba kellett hozni a bizonytalansághoz való alkalmazkodással, és a kutatók gyanítják, hogy sok állat rendelkezik a bizonytalansági körülményekre felkészített neuronokkal is. Ha eredményeik végül az emberekben is megerősítést nyernek, a kutatók úgy vélik, ez új utakat nyithat meg azoknak a sejteknek a célzott kezelésében, amelyek vagy teljesen károsodtak, vagy csak kevésbé működőképesek azoknál az embereknél, akik a bizonytalansághoz való alkalmazkodással küzdenek. Ez olyan állapotokat foglalhatna magában, mint a szorongásos zavarok, a PTSD és a demenciák.