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domenica 10 agosto 2014

Perché chi ha il Parkinson spesso non si sente motivato a finire ciò che ha iniziato?

Perché chi ha il Parkinson spesso non si sente motivato a finire ciò che ha iniziato?

"Non siamo ancora arrivati?". Come chiunque abbia viaggiato con bambini piccoli sa, mantenere l’attenzione su obiettivi lontani può essere una sfida. Un nuovo studio del MIT suggerisce come il cervello realizza questo compito, e indica che il neurotrasmettitore dopamina può segnalare il valore delle ricompense a lungo termine.

I risultati possono anche spiegare perché i pazienti con malattia di Parkinson - in cui è compromessa la segnalazione della dopamina - hanno spesso difficoltà nel sostenere la motivazione a portare a termine gli impegni presi.

Lo studio è stato riportato sulla rivista Nature.

Precedenti studi hanno collegato la dopamina alle ricompense, e hanno dimostrato che i neuroni dopaminergici mostrano brevi esplosioni di attività quando gli animali ricevono un premio inaspettato. Questi segnali di dopamina sono ritenuti importanti per il rinforzo dell'apprendimento, il processo mediante il quale un animale impara a eseguire azioni che portano a un premio nel lungo periodo.

Nella maggior parte degli studi, il premio è stato consegnato nel giro di pochi secondi. Nella vita reale, però, la gratificazione non è sempre immediata: gli animali devono viaggiare spesso in cerca di cibo, e devono mantenere la motivazione per una meta lontana ma anche rispondere agli stimoli più immediati.

Lo stesso vale per gli esseri umani: un automobilista che fa un lungo viaggio su strada deve rimanere focalizzato sul raggiungimento di una destinazione finale ma anche reagire al traffico, fare soste per spuntini e intrattenere i bambini nel sedile posteriore.

La squadra del MIT, guidata dal professore dell'Istituto Ann Graybiel - che è anche un ricercatore presso McGovern Institute del MIT per la ricerca sul cervello - ha deciso di studiare come i cambiamenti della dopamina agiscono per una gratificazione ritardata. I ricercatori hanno addestrato dei ratti a percorrere un labirinto per raggiungere una ricompensa. Durante ogni prova un topo avrebbe sentito un segnale acustico di istruzione per girare a destra o a sinistra a un incrocio e trovare una ricompensa di latte al cioccolato.

Piuttosto che semplicemente misurare l'attività dei neuroni contenenti dopamina, i ricercatori del MIT hanno voluto misurare la quantità di dopamina che è stata rilasciata nello striato, una struttura del cervello conosciuta per essere importante nel rinforzo dell'apprendimento.

Hanno collaborato con Paul Phillips, dell'Università di Washington, che ha sviluppato una tecnologia chiamata voltammetria ciclica a scansione veloce (FSCV) in cui minuscoli elettrodi impiantati, in fibra di carbonio, consentono di misure in continuo la concentrazione di dopamina.

"Noi abbiamo adattato il metodo FSCV così che abbiamo potuto misurare la dopamina fino a quattro siti diversi del cervello simultaneamente, mentre gli animali si muovevano liberamente nel labirinto ", spiega il primo autore Mark Howe, un ex studente laureato con Graybiel che ora si sta specializzando presso il Dipartimento di Neurobiologia alla Northwestern University. "Ogni sonda misura la concentrazione di dopamina extracellulare all'interno di un piccolo volume di tessuto cerebrale, e probabilmente riflette l'attività di migliaia di terminazioni nervose."

Graduale aumento della dopamina

Da lavori precedenti, i ricercatori si aspettavano di vedere gli impulsi di dopamina rilasciata in momenti diversi nel processo “…ma in realtà abbiamo trovato qualcosa di molto più sorprendente" dice Graybiel “Il livello di dopamina è aumentato costantemente nel corso di ogni prova, fino ad avere un picco quando l'animale si avvicinava il suo obiettivo, come se prevedesse la ricompensa”.

Il comportamento dei topi varia da prova a prova – alcuni erano più veloci di altri, e talvolta gli animali si sono fermati brevemente - ma il segnale della dopamina non varia con la velocità di esecuzione o di durata della prova. Né essa dipende dalla probabilità di ottenere una ricompensa, qualcosa che era stato suggerito da studi precedenti.

"Invece, il segnale di dopamina sembra indicare quanto lontano il ratto è dal suo obiettivo", spiega Graybiel. "Più si avvicina, più forte il segnale diventa". I ricercatori hanno anche scoperto che la dimensione del segnale è correlata alla dimensione della ricompensa attesa: quando i ratti sono stati addestrati a prevedere un più grande sorso di latte al cioccolato, il segnale della dopamina è aumentato più rapidamente fino a una maggiore concentrazione finale.

In alcuni studi il labirinto a forma di T è stato esteso a una forma più complessa, costringendo gli animali a correre più avanti e a fare più curve prima di raggiungere la ricompensa. Durante queste prove, il segnale della dopamina è aumentato più gradualmente, raggiungendo alla fine lo stesso livello nel labirinto più breve. “È come se l'animale stesse adeguando le sue aspettative, sapendo che aveva ancora molto da fare", dice Graybiel.

Un 'sistema di guida interno'

"Questo significa che i livelli di dopamina potrebbero essere utilizzati per aiutare un animale a fare scelte sulla strada per l'obiettivo e per stimare la distanza alla meta", dice Terrence Sejnowski del Salk Institute, neuroscienziato computazionale che conosce i risultati, ma che non era coinvolto con lo studio. "Questo 'sistema di guida interno' potrebbe essere utile anche per gli esseri umani, che hanno da fare delle scelte, lungo la strada per quello che potrebbe essere un obiettivo lontano".

Una domanda che Graybiel spera di esaminare nella ricerca futura è come il segnale cresce all'interno del cervello. Ratti e altri animali formano mappe cognitive del loro ambiente spaziale, con le cosiddette "cellule di posizione" che sono attive quando l'animale si trova in una posizione specifica. "Se i nostri ratti percorrono il labirinto più volte", dice, "abbiamo il sospetto che imparano ad associare ciascun punto del labirinto con la sua distanza dalla ricompensa che essi hanno sperimentato in precedenti esecuzioni.

"Per quanto riguarda la rilevanza di questa ricerca per gli esseri umani, Graybiel dice: "Sarei sorpreso se qualcosa di simile non stesse accadendo nel nostro cervello. "È noto che i pazienti di Parkinson, in cui è compromessa la funzione della dopamina, spesso sembrano essere apatici, e hanno difficoltà nel sostenere motivazione per completare un compito a lungo termine. "Forse è perché non possono produrre questo graduale aumento di dopamina", afferma Graybiel.

Anche Patrick Tierney al MIT e Stefan Sandberg presso l'Università di Washington hanno contribuito allo studio, che è stato finanziato dal National Institutes of Health, la National Parkinson Foundation, la Fondazione CHDI, la Sydney Family e Mark Gorenberg.


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