Riprodurre gli esiti nel cervello potrebbe predire se ci avvicineremo o eviteremo situazioni.

8 Maggio 2023 caractertestico

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di Ingrid Fadelli, Medical Xpress

Studi passati di neuroscienze suggeriscono che, quando decidono le loro azioni future, topi e altri roditori tendono a riperdiprimere gli esiti passati di situazioni simili nel loro cervello, che viene riflessa in una rapida attivazione di certe regioni cerebrali in sequenza. Recentemente, alcuni studi hanno registrato questa stessa attività di riproduzione del cervello nei suoi associati all'umanità utilizzando tecniche di imaging.

Un gruppo di ricercatori del University College London (UCL) ha realizzato uno studio esplorando la possibilità che questa rapida "ripetizione" di passati esiti positivi e negativi possa predire le scelte che gli uomini fanno in una situazione in cui potrebbero guadagnare o perdere denaro. I loro risultati, pubblicati sulla rivista Nature Neuroscience, svelano un possibile legame tra la riproduzione nel cervello e il comportamento pianificato degli esseri umani, suggerendo che mentre scelgono di avvicinarsi o evitare una situazione, gli uomini rappresentano mentalmente lo scenario peggiore che potrebbe derivare dalla loro scelta.

'Questo lavoro è stato ispirato dalle molte nuove scoperte che sono state fatte sulla 'ripetizione' nel cervello', ha detto a Medical Xpress Jessica McFadyen, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio. 'I roditori tendono a riperdiprimere i loro percorsi verso le ricompense (pianificando dove andare), ma tendono anche a riperdiprimere i percorsi che potrebbero portare a una scossa elettrica (pianificando dove non andare). Quindi, cosa succede quando non siamo sicuri se un percorso porta a una ricompensa o a una punizione? Questo è ciò che mi ha interessato'.

L'obiettivo principale dello studio di McFadyen e dei suoi colleghi Yunzhe Liu e Raymond J. Dolan era quello di esaminare come diversi percorsi venivano riprodotti nel cervello umano in situazioni in cui l'esito non era facile da dedurre. In particolare, hanno esaminato scenari in cui gli esseri umani potrebbero essere in conflitto su se avvicinarsi o evitare un determinato percorso, un dilemma noto come conflitto di avvicinamento-evitamento.

'Scegliere se rimanere (evitare) o andare (avvicinarsi) è difficile quando si è incerti, ed è possibile che la ripetizione nel cervello possa spiegare come alla fine prendiamo una decisione', ha detto McFadyen. 'Per testare questa ipotesi, abbiamo utilizzato una tecnica di imaging cerebrale chiamata magnetoencefalografia, che comporta l'uso di una macchina che si trova sul cuoio capelluto per rilevare le piccole correnti elettriche che attraversano i neuroni umani'.

La magnetoencefalografia consente ai ricercatori di misurare con precisione le esplosioni di attività in diverse aree del cervello e quando si verificano. McFadyen e i suoi colleghi l'hanno utilizzata specificamente per misurare le piccolissime esplosioni di attività cerebrale che accadono nel cervello durante la riproduzione, che sono distanti solo circa 40 millisecondi.

Hanno registrato queste esplosioni di attività in 25 partecipanti a cui è stato chiesto di partecipare a un semplice gioco basato su immagini. Durante questo gioco, ai partecipanti venivano presentati diversi scenari in cui dovevano scegliere se avvicinarsi o evitare un particolare percorso.

'I percorsi erano solo sequenze di immagini, e i partecipanti imparavano quali sequenze finirebbero con punti positivi (bonus di denaro) o negativi (nessun bonus di denaro)', ha spiegato McFadyen. 'Un fattore chiave era che, se i partecipanti sceglievano di avvicinarsi, potrebbero non essere in grado di raggiungere il percorso desiderato. C'era sempre una probabilità (ad esempio, del 30%) che venissero inviati su un percorso più pericoloso. Mentre i partecipanti riflettevano se correre il rischio o no, abbiamo catturato l'attività cerebrale che ci interessava di più, ovvero quella associata alla riproduzione nel conflitto di avvicinamento-evitamento'.

Dopo aver raccolto le loro registrazioni cerebrali, i ricercatori hanno utilizzato l'apprendimento automatico per analizzarle e determinare quali delle immagini cui i partecipanti erano stati presentati erano riprodotte nel cervello mentre i partecipanti prendevano una nuova decisione. In altre parole, i modelli che hanno utilizzato hanno rilevato la riattivazione delle sequenze di attività cerebrale che erano state registrate per la prima volta mentre i partecipanti venivano inizialmente presentati a un'immagine data.

Analizzando questi risultati in combinazione con le decisioni prese dai partecipanti (ovvero se avvicinare o evitare un dato percorso), McFadyen e i suoi colleghi sono stati in grado di determinare quali sequenze venivano riprodotte prima che i partecipanti decidessero di avvicinarsi o evitare un determinato percorso.

'Our biggest finding was that humans play out paths of the worst-case scenario,' McFadyen said. 'If participants eventually decided to avoid altogether, they tended to replay (or rather 'simulate') paths leading to the desired but forgone reward. On the other hand, if participants eventually decided to approach and take the risk, they tended to replay paths leading to the feared negative outcome. This sort of counterfactual thinking could be a way for the brain to make sure we don't forget alternative outcomes.'

The findings gathered by this team of researchers offer some interesting new insight about what past experiences humans tend to replay in their brain before deciding whether to approach or avoid a certain situation. In the future, they could inform additional works exploring the links between replay and decision-making, while also potentially improving our understanding of problematic avoidant behaviors associated with anxiety disorders and other psychiatric conditions.

'There are many places where this research could take us,' McFadyen added. 'One avenue would be to further investigate how to better measure replay in the human brain, as it is challenging to get reliable measures even with machine learning. Another avenue would be to then further investigate how replay relates to negative simulations of the past and the future that play a critical role in depression and anxiety. If we better understand where in the brain these simulations occur, and how spontaneous or controllable they are, then we can better guide mental health treatments.'

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