È certo che in questo periodo di emergenza sanitaria mondiale, tra dispositivi di protezione individuali e distanziamento sociale, di pazienza bisogna averne tanta. Molto di più di quando rimaniamo bloccati nel traffico cittadino alla fine di una lunga giornata di lavoro, o di quando dobbiamo aspettare la moglie ad un appuntamento importante. No, le fidanzate sono puntuali, niente da dire. Ma che cos’è la pazienza in fin dei conti? I neurofisiologi ci spiegano che questa virtù – che, non dimentichiamolo, è la virtù dei “forti” – è una specie di autocensura per impedire a noi stessi di sbilanciarsi verso azioni impulsive che potrebbero mettere a rischio il nostro futuro immediato. In termini più tecnici, è la soppressione di un impulso alla gratificazione istantanea, quasi sempre fondamentale per la buona riuscita di qualunque cosa debba accadere nel futuro prossimo più vicino.
I neuroni che producono serotonina a partire dal triptofano
A questo punto, direbbe Antonio Lubrano, la domanda sorge spontanea: come viene regolata la pazienza dall’organo che tutto presiede nella nostra vita, ovvero il cervello? Un grandissimo buco nero almeno fino a poche settimana fa. A penetrare le tenebre è stato un gruppo di ricerca giapponese, capitanato da Katsuhiko Miyazaki e Kayoko Miyazaki della Neural Computation Unit diretta dal professor Kenji Doya all’Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University |OIST| di Okinawa, che grazie all’onnipresente e insostituibile aiuto di modelli animali murini hanno individuato aree specifiche del cervello capaci di promuovere in ogni individuo la pazienza attraverso l’azione di un neuromediatore chimico: la serotonina. Una molecola, definita dai biochimici anche 5-idrossitriptamina |5-HT|, che viene prodotta da neuroni serotoninergici del cervello a partire dall’aminoacido triptofano. I risultati del loro studio sono stati pubblicati sulla rivista Science Advances.
Una molecola chimica per modulare comportamento e attesa
La serotonina, spiega Katsuhiko Miyazaki, è uno dei più conosciuti neuromodulatori del comportamento: aiuta a regolare l’umore, i cicli sonno-veglia e l’appetito. La nostra ricerca mostra come il rilascio di questo messaggero chimico svolga anche un ruolo cruciale nel promuovere la pazienza, aumentando per esempio il tempo che i topi sono disposti ad aspettare per ottenere una ricompensa sottoforma di cibo.
A questo scopo i ricercatori giapponesi hanno allevato topi geneticamente modificati dotati di neuroni serotoninergici con una proteina sensibile alla luce. Una volta attivata la proteina dallo stimolo luminoso di una fibra ottica, il neurone cerebrale rilascia serotonina. Stimolare questi neuroni mentre i topi aspettano il cibo aumenta il loro tempo di attesa, con un effetto massimale quando la probabilità di ricevere una ricompensa è più elevata nonostante l’incertezza di quando ciò possa avvenire.
«In altre parole – sottolinea l’autore principale dello studio Katsuhiko – affinché la serotonina favorisca l’attesa e quindi la pazienza, i topi devono essere sicuri dell’arrivo di una ricompensa, ma incerti su quando possa arrivare».
Più un individuo è impulsivo, meno sa aspettare
In uno studio precedente, gli scienziati del Sol Levante si sono concentrati su un’area del cervello chiamata “nucleo dorsale del rafe”, core strategico popolato da neuroni serotoninergici, che si estendono in altre aree del proencefalo contribuendo ad approfondire i meccanismi biochimici di regolazione della pazienza.
Sono tre in particolare le aree cerebrali che hanno dimostrato di aumentare i comportamenti impulsivi in caso di danneggiamento: una struttura cerebrale profonda chiamata “nucleo accumbens” e due aree del lobi frontali del cervello: la “corteccia orbitofrontale”, situata per capirci sopra i bulbi oculari, e la “corteccia prefrontale mediale”. La prima delle due è coinvolta nell’elaborazione cognitiva del processo decisionale, mentre la seconda è una regione specificamente dedicata all’apprendimento e alla previsione della probabilità dei risultati delle azioni. Non è un caso che importanti alterazioni di tale regione, evidenziate con tecniche diagnostiche di neuroimaging, vengano riscontrate nei giocatori d’azzardo durante la loro attività preferita.
Secondo il team di ricerca, dunque, i comportamenti impulsivi sono intrinsecamente legati alla pazienza: più un individuo è impulsivo e meno ha voglia di attendere = pazienza.
Il successo alla fine arride a chi ha la forza di attendere
Per portare a termine lo studio i ricercatori hanno addestrato i topi a svolgere un compito di attesa, che consisteva nell’inserire il naso all’interno di un foro del box che li conteneva finché non veniva consegnato loro un’appetitosa pallina di cibo. In questo modo i topi sono stati premiati nel 75% delle prove. In alcune condizioni di test, la tempistica della ricompensa è stata fissata a 6 o 10 secondi dopo l’inserimento del naso nel foro da parte dei topi, mentre in altri casi la tempistica della ricompensa era variabile.
Nel restante 25% delle prove, chiamate prove di omissione, gli scienziati non hanno fornito una ricompensa in cibo ai topi, osservando invece per quanto tempo i topi hanno continuato ad inserire il naso nel foro durante le prove di omissione. In pratica misurando quanto i topi erano dotati di pazienza in base alla stimolazione o meno con la luce dei neuroni serotoninergici.
Anche tra i topi c’è chi si azzarda nella previsione
Quando i ricercatori hanno stimolato le fibre nervose serotoninergiche che raggiungevano il nucleo accumbens, non hanno riscontrato aumenti del tempo di attesa, forse perché la serotonina in quest’area del cervello non ha alcun ruolo nella regolazione della pazienza. Ma quando gli scienziati hanno stimolato il rilascio di serotonina nella corteccia orbitofrontale e nella corteccia prefrontale mediale, mentre i topi inserivano il naso dentro il foro del box, hanno scoperto che i topi mostravano tempi di attesa prolungati con differenze talvolta importanti.
Nella corteccia orbitofrontale il rilascio di serotonina promoveva l’attesa con la stessa efficacia dell’attivazione della serotonina nel nucleo dorsale del rafe, sia quando la tempistica della ricompensa era fissata sia quando era incerta, con effetti più significativi in quest’ultimo caso. Ma nella corteccia prefrontale mediale gli scienziati hanno registrato un aumento dell’attesa solo quando i tempi della ricompensa sono stati variati, senza alcun effetto invece quando i tempi erano fissi. Le differenze osservate nella risposta alla serotonina tra le diverse area cerebrali fa pensare che ognuna di queste aree possa contribuire in modo diversificato al comportamento generale di attesa dei topi.
Un modello computazionale per simulare il cervello
Per aggiungere contributi più precisi gli scienziati hanno messo a punto un modello computazionale per spiegare il diverso comportamento di attesa dei topi. Il modello di calcolo presume che i topi abbiano un modello interno dei tempi di consegna della ricompensa e continuino a stimare la probabilità che venga consegnata loro una ricompensa. Nel corso del tempo possono quindi giudicare se stanno partecipando ad una prova con o senza ricompensa e decidere se continuare o meno ad attendere l’oggetto del desiderio. Il modello presuppone anche che la corteccia orbitofrontale e la corteccia prefrontale mediale, quest’ultima più sensibile alle variazioni della tempistica, utilizzino diversi modelli interni di tempistica della ricompensa per calcolare individualmente le probabilità di tale ricompensa.
Aperta la strada allo sviluppo di nuovi farmaci antidepressivi
Risultato: la serotonina ha aumentato del 75-94% la convinzione dei topi di essere in una prova con ricompensa, allungando in questo modo più a lungo il tempo di attesa.
«La conferma – spiega Katsuhiko Miyazaki – che queste due aree cerebrali calcolano la probabilità di ottenere una ricompensa indipendentemente l’una dall’altra e che tali calcoli vengano poi combinati insieme per determinare in ultima analisi quanto tempo i topi dovranno attendere. Un meccanismo simile a quello che consente agli animali di comportarsi in modo più flessibile al mutare degli ambienti».
Una scoperta questa che potrebbe avere ricadute importanti sullo sviluppo futuro di farmaci come gli inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina (SSRI), capaci di aumentare i livelli di serotonina a livello cerebrale per contrastare i disturbi dell’umore come la depressione. «In determinate condizioni genetiche o ambientali – conclude il primo autore dello studio – potremmo scoprire che alcune di queste aree cerebrali identificate hanno funzioni alterate. Individuando queste regioni, si potrebbero aprire strade a trattamenti più mirati che agiscono su aree specifiche del cervello, piuttosto che sull’intero organo».
Giorgio Cavazzini
IMMAGINE RICERCATORI MIYAZAKI:
DIDA: Dr.ssa Kayoko Miyazaki (a sinistra) e Dr. Katsuhiko Miyazaki (a destra)
CREDIT IMMAGINI STUDIO:
Miyazaki et al., Sci. Adv. 2020; 6:eabc7246, 27 November 2020
