Les neurones implicades en la flexibilitat cognitiva es comuniquen a distància
Per adaptar-nos als petits i grans esdeveniments que donen al món el seu caràcter canviant, tenim una capacitat essencial: la flexibilitat cognitiva. Ens permet improvisar en cas d’interrupcions en el nostre desplaçament matinal, fer front al comportament inesperat d’un ésser estimat o acostumar-nos a la vida en un nou país. Kathleen Cho (Inserm) del Brain Institute, i els seus col·legues del laboratori de Vikaas Sohal del departament de psiquiatria i ciències del comportament de la Universitat de Califòrnia, han descrit, en ratolins, una classe de neurones especialitzades en aquesta capacitat d’adaptació. Els investigadors demostren que les interrupcions en el seu funcionament podrien tenir un paper en l’aparició de malalties psiquiàtriques caracteritzades per una certa rigidesa cognitiva, com l’esquizofrènia. Aquests resultats es publiquen a la revista Nature.
La flexibilitat cognitiva
Per adaptar-se als canvis percebuts en el nostre entorn, el cervell modifica constantment l’activitat dels circuits neuronals de l’escorça prefrontal, una regió implicada en l’atenció, l’anticipació i la presa de decisions. Però fins ara, els investigadors no sabien quins mecanismes estaven a l’origen d’aquestes modificacions, tot i que són essencials perquè els rosegadors, els primats i els humans sobrevisquin en un món en constant canvi.
“En estudiar aquesta capacitat fascinant, vam trobar un tipus específic de connexió neuronal a l’escorça prefrontal, que ajuda a actualitzar la nostra representació del món, i sobretot, les seves regles”, explica Kathleen Cho, investigadora de l’equip ‘La fisiologia cel·lular de microcircuits corticals’ al Brain Institute. “Gràcies a això, no persistim a utilitzar una estratègia inadequada per aconseguir un objectiu. Introduir un codi caducat per desbloquejar una porta, per exemple”.
Aquesta connexió recentment descoberta està formada per neurones inhibidores, una classe de cèl·lules nervioses capaces de frenar l’activitat d’altres neurones. Els investigadors creien que aquestes neurones inhibidores simplement transmeten informació elèctrica i química a zones properes del cervell. Però explorant com funcionen en ratolins, Kathleen Cho i els seus col·legues de la Universitat de Califòrnia van fer un descobriment important. “Vam observar que una subclasse de neurones inhibidores, les interneurones que expressen parvalbümina, eren capaços de comunicar-se amb neurones situades molt lluny d’elles, a l’hemisferi oposat de l’escorça prefrontal”, especifica l’investigador.
Els secrets d’una relació a distància
Per entendre millor la funció exacta d’aquestes interneurones, l’equip va observar la seva activitat en ratolins, durant un exercici breu. Els investigadors van presentar als animals bols on s’amagaven aliments. En primer lloc, la presència d’all o sorra al recipient indicava la ubicació precisa de la recompensa. Aleshores, aquesta pista va ser substituïda per una altra, obligant els ratolins a identificar i després explotar la nova regla per trobar el menjar.
No obstant això, quan les famoses connexions neuronals inhibidores de llarga distància es van desactivar en un grup de rosegadors mitjançant una tècnica optogenètica, aquests es van mostrar incapaços d’adaptar-se al canvi, i van persistir en la recerca d’aliments on detectaven aliments, sorra o olor d’all. D’alguna manera, els ratolins estaven atrapats en els seus vells hàbits…
Els investigadors també van demostrar que les connexions inhibidores de llarga distància sincronitzaven les variacions de l’activitat elèctrica neuronal d’alta freqüència (oscil·lacions gamma) entre els dos hemisferis de l’escorça prefrontal. “Aquesta sincronització es va associar amb un esdeveniment particular: el moment en què els ratolins es van adonar que la regla ja no era vàlida”, explica Kathleen Cho.
Els efectes d’aquesta sincronització, sorprenentment, persisteixen al llarg del temps. Els ratolins en els quals s’havien desactivat les interneurones que expressen parvalbúmina no van poder integrar noves regles durant diversos dies. Posteriorment, l’estimulació artificial de la sincronització de les oscil·lacions gamma va permetre compensar aquest dèficit, i després restablir totalment les seves capacitats d’adaptació.
Una lleugera flexibilitat
Investigacions anteriors han demostrat que la mala sincronització de les ones gamma a l’escorça prefrontal i les anomalies en les neurones inhibidores estan presents en molts pacients amb esquizofrènia. Aquesta malaltia psiquiàtrica provoca, sobretot, una gran dificultat per adaptar-se al canvi, un símptoma que també s’observa en els trastorns bipolars o trastorns de l’espectre autista.
Per determinar quin paper podrien tenir les disfuncions de les connexions neuronals inhibidores en aquestes malalties, seran necessaris més estudis. “No sabem amb precisió quines cèl·lules de l’escorça prefrontal reben informació a través d’aquestes connexions inhibidores de llarga distància”, afegeix l’investigador. “Tampoc sabem quins mecanismes moleculars estan implicats en els canvis a llarg termini en l’activitat neuronal”. Respondre aquestes preguntes ens podria ajudar a entendre en quines condicions el cervell renuncia a retenir certa informació… en favor d’estar obert a la novetat.
Font:
Cho, K.K.A. et al., Long-range inhibition synchronizes and updates prefrontal task activity, Nature, 2023. DOI : 10.1038/s41586-023-06012-9.
Llegit a: