Che si tratti di affrontare un colloquio di lavoro, incontrare qualcuno per la prima volta o rispondere a una sfida inaspettata, il successo spesso dipende dalla capacità di adattare il proprio comportamento. In alcune situazioni, adattarsi rapidamente può persino essere fondamentale per la sopravvivenza.
Ma come fa il cervello a capire quando è il momento di abbandonare una vecchia strategia e provarne una nuova?
Un nuovo studio pubblicato su Nature Communications fa luce su questo quesito. I neuroscienziati dell’Istituto di Scienza e Tecnologia di Okinawa (OIST) hanno identificato un meccanismo cerebrale chiave che aiuta gli animali ad adattarsi quando le circostanze cambiano improvvisamente. I risultati potrebbero migliorare la nostra comprensione delle condizioni che rendono difficile rompere le abitudini, tra cui la dipendenza, il disturbo ossessivo-compulsivo (DOC) e il morbo di Parkinson.
“I meccanismi cerebrali alla base del cambiamento comportamentale sono rimasti a lungo elusivi, perché adattarsi a una determinata situazione è un processo neurologicamente molto complesso. Richiede un’attività interconnessa in diverse aree del cervello”, spiega il coautore, il professor Jeffery Wickens, responsabile dell’Unità di Ricerca in Neurobiologia presso l’OIST.
“Studi precedenti hanno indicato che gli interneuroni colinergici, cellule cerebrali che rilasciano un neurotrasmettitore chiamato acetilcolina, sono coinvolti nel consentire la flessibilità comportamentale. Qui, siamo stati in grado di utilizzare tecniche di imaging avanzate per osservare il rilascio del neurotrasmettitore in tempo reale e approfondire i meccanismi fondamentali alla base della flessibilità comportamentale.”
Come il cervello reagisce a una delusione inaspettata
Per condurre l’indagine, i ricercatori hanno addestrato dei topi a orientarsi in un labirinto virtuale. Gli animali hanno imparato quale percorso avrebbe portato a una ricompensa e hanno gradualmente sviluppato una strategia affidabile per raggiungerla.
Gli scienziati hanno quindi cambiato le regole.
Dopo aver modificato il meccanismo di ricompensa, i topi, inaspettatamente, non hanno ricevuto la ricompensa prevista. Utilizzando la microscopia a due fotoni, i ricercatori hanno monitorato l’attività cerebrale degli animali mentre reagivano a questo risultato sorprendente.
“A livello neurologico, abbiamo osservato un aumento significativo del rilascio di acetilcolina in alcune aree del cervello. A livello comportamentale, abbiamo notato che un numero maggiore di topi manifestava quello che viene definito comportamento di ‘cambiamento di strategia in caso di perdita’, modificando le proprie scelte nel labirinto dopo non aver ricevuto alcuna ricompensa”, afferma il dottor Gideon Sarpong, primo autore dello studio.
“Maggiore era l’aumento dell’acetilcolina, maggiore era la probabilità che i topi cambiassero le loro scelte future. I nostri risultati hanno dimostrato l’importanza dell’acetilcolina nel rompere le abitudini e nel consentire di compiere nuove scelte.”
L’acetilcolina aiuta a rompere le vecchie abitudini
Per verificare se l’acetilcolina fosse effettivamente responsabile di questa flessibilità comportamentale, il team ha ridotto la capacità degli animali di produrre il neurotrasmettitore.
L’effetto è stato evidente. I topi hanno mostrato un comportamento di “spostamento” molto meno frequente, risultando meno propensi a modificare le proprie decisioni dopo un risultato inatteso. I risultati hanno confermato che l’acetilcolina svolge un ruolo essenziale nell’aiutare il cervello ad adattarsi quando le circostanze cambiano.
È interessante notare che non tutti i gruppi di interneuroni colinergici hanno reagito allo stesso modo. Mentre la maggior parte ha rilasciato più acetilcolina, alcuni piccoli gruppi di cellule hanno mostrato scarsi cambiamenti o addirittura una diminuzione dell’attività.
Secondo i ricercatori, questo potrebbe contribuire a preservare le informazioni relative a comportamenti che in passato si sono rivelati efficaci.
“Questo indica che i topi potrebbero non dimenticare necessariamente il percorso precedente che portava alla ricompensa, ma conservare queste informazioni nel caso in cui la situazione cambiasse di nuovo”, afferma il dottor Sarpong.
Implicazioni per la dipendenza, il disturbo ossessivo-compulsivo e il morbo di Parkinson
I ricercatori sottolineano che la flessibilità comportamentale coinvolge una rete molto più ampia di un singolo neurotrasmettitore o tipo di cellula cerebrale. Diverse regioni cerebrali e sistemi di segnalazione chimica lavorano insieme per aiutare animali e umani ad adattarsi alle situazioni mutevoli.
Tuttavia, i nuovi risultati forniscono un tassello importante del puzzle.
“Ma è un tassello importante del puzzle, poiché l’attività dello striato, dove si trovano questi interneuroni colinergici, è una componente centrale di questo sistema”, sottolinea il professor Wickens.
Oltre a far progredire le neuroscienze di base, la ricerca potrebbe in futuro contribuire a migliorare i trattamenti per i disturbi neurologici e psichiatrici.
“I livelli di acetilcolina sono spesso alterati nei trattamenti per disturbi neuropsichiatrici come il morbo di Parkinson o la schizofrenia, quindi comprendere la funzione di questo neurotrasmettitore è essenziale per il trattamento di molti disturbi neuropsichiatrici”, afferma il professor Wickens.
“In particolare, in condizioni come la dipendenza e il disturbo ossessivo-compulsivo, riscontriamo difficoltà nell’interrompere le abitudini e nel modificare i comportamenti. Pertanto, comprendere i meccanismi della flessibilità comportamentale potrebbe un giorno aiutarci a sviluppare trattamenti migliori.”
Abstract
La capacità di passare da scelte consolidate a nuove alternative al variare delle condizioni – la flessibilità comportamentale – è essenziale per la sopravvivenza. La segnalazione colinergica nello striato contribuisce a questo comportamento flessibile, tuttavia la tempistica e l’organizzazione spaziale del rilascio di acetilcolina durante i cambiamenti di contingenza rimangono poco chiare, limitando la comprensione concettuale del suo ruolo nella flessibilità comportamentale. Utilizzando un sensore di acetilcolina geneticamente codificato e l’imaging a due fotoni nello striato dorsale di topi in attività, abbiamo visualizzato le dinamiche dell’acetilcolina durante l’acquisizione e l’apprendimento per inversione in un labirinto a Y in realtà virtuale. Gli esiti premiati hanno evocato diminuzioni fasiche dell’acetilcolina, mentre l’assenza di ricompensa inaspettata in seguito all’inversione ha innescato aumenti diffusi che predicevano un comportamento di spostamento verso la perdita. L’inibizione mirata degli interneuroni colinergici ha ridotto questa risposta adattativa. L’analisi spaziale ha rivelato segnali eterogenei e temporalmente distinti che formano microdomini funzionalmente diversi. Questi risultati suggeriscono che il rilascio diffuso e focale di acetilcolina durante eventi inattesi promuove cambiamenti adattativi nella risposta, offrendo un quadro meccanicistico per la comprensione di disturbi come la dipendenza e i rituali ossessivo-compulsivi.
Materials provided by Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) Graduate University. Note: Content may be edited for style and length.
Gideon A. Sarpong, Rachel Pass, Kavinda Liyanagama, Kang-Yu Chu, Kiyoto Kurima, Yumiko Akamine, Julie A. Chouinard, Loren L. Looger, Jeffery R. Wickens. Spatially heterogeneous acetylcholine dynamics in the striatum promote behavioral flexibility. Nature Communications, 2025; 16 (1) DOI: 10.1038/s41467-025-66826-1
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