Codifica specifica di memorie di ricompensa

 

 

DIANE RICHMOND

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XXI – 02 marzo 2024.

Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.

 

 

[Tipologia del testo: RECENSIONE]

 

Per prendere decisioni efficaci in senso psicoadattativo, il nostro cervello costruisce un modello interno di relazioni associative ambientali e lo usa per fare previsioni e inferenze circa i possibili esiti decisionali. Un elemento fondamentale di tali mappe cognitive è rappresentato da memorie dettagliate stimolo-ricompensa, specifiche per identità. Ana C. Sias e colleghi hanno studiato nel ratto, articolando più tecniche, la formazione di queste memorie che rappresentano l’essenza delle mappe cognitive che fungono da modello interno, in un equivalente a basso grado di complessità dell’organizzazione neurofisiologica umana.

I risultati ottenuti in questo studio sono di assoluto rilievo per la comprensione della base neurale di un paradigma comportamentale costantemente operante negli automatismi di scelta dei mammiferi inferiori, così come nei nostri.

(Sias A. C. et al., Dopamine projections to the basolateral amygdala drive the encoding of identity-specific reward memories. Nature Neuroscience – Epub ahead of print doi: 10.1038/s41593-024-01586-7, 2024).

La provenienza degli autori è la seguente: Department of Psychology, University of California Los Angeles (UCLA), Los Angeles, CA (USA); Brain Research Institute, University of California Los Angeles (UCLA), Los Angeles, CA (USA); Integrative Center for Learning and Memory, University of California Los Angeles (UCLA), Los Angeles, CA (USA); Integrative Center for Addictive Disorders, University of California Los Angeles (UCLA), Los Angeles, CA (USA); Department of Psychology, University of Sidney, Sidney, New South Wales (Australia).

Tradizionalmente, fin dalla scoperta del circuito all’origine della motivazione quale “via del piacere cerebrale” o “sistema a ricompensa”, ovvero sistema di neuroni che attivato produceva l’effetto dell’aver ricevuto una ricompensa, l’impostazione dello studio ha considerato un’unità responsabile della mediazione generica e generale delle sensazioni di piacere e responsabile dell’attivazione di processi di ricerca della ripetizione dell’esperienza che ha prodotto il piacere. Nella visione attuale, i fasci di assoni dei neuroni dopaminergici dell’area tegmentale ventrale (VTA) che proiettano al nucleo accumbens e ad altre strutture del proencefalo, costituiscono la parte principale del circuito a ricompensa. I tipi principali di recettori, sia nello striato dorsale che nel nucleo accumbens sono i D1 e i D2 accoppiati a proteine G; i recettori D1 sono predominanti nella corteccia prefrontale. Una proteina trasportatrice della dopamina presente nei neuroni presinaptici determina la fine dell’azione della catecolamina rilasciata, pompandone all’indietro le molecole nel terminale presinaptico. Farmaci e sostanze di abuso che bloccano i recettori D1 e D2 diminuiscono le proprietà incentivanti delle ricompense naturali e dell’effetto ricompensa delle droghe.

L’importanza dell’aumento della dopamina nel nucleo accumbens per l’effetto ricompensa è fuori discussione: le sostanze che generano addiction producono aumento dei livelli della catecolamina in questo nucleo; le molecole psicotrope che non aumentano la dopamina extracellulare dell’accumbens non danno addiction. I recettori per gli oppiati mediano l’effetto dipendenza e sono presenti sia parallelamente ai recettori dopaminici, sia a valle della via dopaminergica. Gli stimolanti psicomotori, che includono cocaina e amfetamine, agiscono con differenti meccanismi molecolari sui terminali presinaptici contenenti dopamina. Cocaina e amfetamine agiscono sui trasportatori aumentando il livello extra-neuronico di dopamina, noradrenalina e serotonina. Gli effetti degli oppiati sul sistema a ricompensa sono più complessi di quelli degli psicostimolanti in quanto sono effettuati sia attraverso meccanismi dopamina-dipendenti sia attraverso meccanismi dopamina-indipendenti, mediante i recettori per gli oppioidi μ, δ, κ e il recettore correlato ORL-1. Oltre trent’anni di studio di questi processi hanno consentito di scoprire che le sostanze psicotrope di abuso alterano il funzionamento a lungo termine del sistema nervoso centrale.

Fin qui le conoscenze di base derivanti dagli studi che hanno considerato il sistema a ricompensa come una unità che, in generale, può rinforzare con piacere e motivazione le esperienze.

Ma il filone di studi di cui fa parte l’articolo qui recensito ha origine quando si è scoperto il ruolo dei neuroni dopaminergici nell’apprendimento. Già i pionieri della ricerca in questo campo, che consideravano la dopamina un “segnalatore edonico” in grado di indurre l’uomo a seguire il principio di piacere, con la soddisfazione immediata, invece del principio di realtà, che rende prioritari i doveri e il differimento del piacere, si chiedevano perché i tossicodipendenti continuassero ad assumere la sostanza nonostante tutte le conseguenze negative che produceva e che, crescendo esponenzialmente, finivano per rendere breve e trascurabile l’esperienza del piacere.

La risposta all’interrogativo fu presto trovata nella funzione di apprendimento svolta dai sistemi neuronici che impiegano il neurotrasmettitore dopamina: questa molecola può agire come segnale di apprendimento.

Wolfram Schultz e colleghi scoprirono che la dopamina rilasciata nel proencefalo non segnala il piacere, non annuncia uno stato psicofisico caratterizzato dall’assetto neurovegetativo, ormonale e cerebrale associato al godimento, ma è un segnale di previsione dell’errore.

Seguendo questa traccia, sono stati condotti decenni di studi che hanno focalizzato l’attenzione su memoria e apprendimento nello sviluppo della dipendenza da sostanze psicotrope d’abuso.

I ricercatori sono giunti a stabilire che nel tossicodipendente il circuito a ricompensa, che normalmente rinforza il perseguimento di scopi con valore positivo per la sopravvivenza, è patologicamente alterato e dirottato a perseguire scopi associati per apprendimento all’assunzione della sostanza psicotropa.

Lo studio dei meccanismi di apprendimento che implicano l’attivazione delle popolazioni dopaminergiche della VTA ha dato l’avvio a un filone di ricerca che è giunto fino ai rapporti tra processo decisionale e ricompensa. Le decisioni adattative di un mammifero in ambiente naturale si basano sulla formazione di mappe cognitive che consentono di fare previsioni e inferenze circa il quadro di esperienza attuale. Parte cruciale di tali mappe cognitive è costituito da memorie dettagliate stimolo-ricompensa, specifiche per identità, che gli autori dello studio qui recensito, e tanti altri gruppi di ricerca, indagano da tempo. La questione rimasta finora irrisolta è la definizione di una base neurale per la formazione di queste memorie specifiche per l’oggetto di esperienza.

Ana C. Sias e colleghi hanno impiegato le seguenti tecniche: 1) la manipolazione optogenetica specifica per via nervosa e per tipo cellulare; 2) la tecnica di imaging del calcio “di massa” detta fotometria della fibra; 3) condizionamento pavloviano traccia-ricompensa e 4) test di decision making, in ratti maschi e femmine. Con tali tecniche i ricercatori hanno accertato che gli assoni di proiezione dopaminergici provenienti dall’area tegmentale ventrale (VTA) e formanti sinapsi sui neuroni dell’amigdala baso-laterale (BLA, da baso-lateral amygdala) guidano la codifica delle memorie specifiche per identità delle associazioni traccia-ricompensa.

La dopamina è rilasciata nella BLA durante l’accoppiamento traccia-ricompensa; l’attività VTADA – BLA è necessaria e sufficiente per associare gli elementi di identificazione di una ricompensa a uno stimolo predittivo, ma non assegna una proprietà generale di incentivo allo stimolo, né media un rinforzo.

Questo studio ha rivelato una specifica via dopaminergica per l’apprendimento che supporta il processo di decision-making adattativo, e contribuisce a spiegare come i neuroni rilascianti dopamina della VTA assolvono al loro multiforme ruolo nella formazione delle memorie organizzate nelle strutture del patrimonio di esperienza appreso.

 

L’autrice della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Diane Richmond

BM&L-02 marzo 2024

www.brainmindlife.org

 

 

 

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