Brein se langtermynbeloningstelsel berus op dopamien
Augustus 5, 2013
Brett Smith vir redOrbit.com - Jou Heelal Online
Van die bestuur oor die hele land om van die kollege af te lei, is die langtermyn doelwitte dikwels moeilik om gefokus te bly wanneer 'n onmiddellike beloning nie binne sig is nie.
'N Span navorsers van die Universiteit van Washington in Seattle en MIT het onlangs nuwe besonderhede ontdek oor hoe die brein gefokus kan bly totdat hierdie langtermyndoelwitte bereik word, volgens 'n verslag in die tydskrif Nature.
Die gesamentlike span se navorsing bou voort op vorige studies wat die neurotransmitter dopamien gekoppel het aan die brein se beloningstelsel. Terwyl die meeste vorige studies betrokke was by die ondersoek na dopamien met betrekking tot 'n onmiddellike beloning, het die nuwe studie toenemende vlakke van dopamien gevind, aangesien laboratoriumrotte 'n verwagte beloning na vertraagde bevrediging genader het.
Om die vlakke van dopamien in die rats se brein te meet, gebruik die span 'n stelsel wat ontwikkel is deur UW se gedragswetenskaplike Paul Phillips, genaamd 'Fast-scan cyclic voltammetry (FSCV), wat klein geïmplanteerde elektrodes behels, wat dopamien konsentrasie voortdurend opspoor deur te soek na sy elektrochemiese handtekening.
"Ons het die FSCV-metode aangepas sodat ons dopamien op vier verskillende plekke in die brein gelyktydig kon meet, aangesien diere vryelik deur die doolhof beweeg het," het mede-outeur, Mark Howe, tans 'n postdoktorale neurobioloog aan die Noordwes-Universiteit gesê. "Elke sonde meet die konsentrasie van ekstrasellulêre dopamien binne 'n klein hoeveelheid breinweefsel, en weerspieël waarskynlik die aktiwiteit van duisende senuweesterminale."
Die wetenskaplikes het begin met die opleiding van rotte om hul weg te vind deur 'n doolhof op soek na 'n beloning. Tydens elke rat se loop deur die doolhof, sal 'n toon klink om dit aan te gee om regs of links by 'n kruising in die nastrewing van 'n sjokolade melkbeloning te draai.
Die navorsingspan het gesê hulle verwag dat pulse van dopamien tydens die proewe deur die ratten se brein vrygestel word. Hulle het egter bevind dat vlakke van die neurotransmitter stadig deur die eksperiment gestyg het - wat op 'n piekvlak uitloop toe die knaagdier sy beloning nader. Terwyl die gedrag van die rotte tydens elke proef varieer, het hul dopamienvlakke betroubaar gestyg ten spyte van lopende spoed of waarskynlikheid van beloning.
"In plaas daarvan lyk dit of die dopamien sein weerspieël hoe ver die rot is, is van sy doel," sê Ann Graybiel, wat 'n breinnavorsingslaboratorium by MIT bedryf. "Hoe nader dit word, hoe sterker word die sein."
Die span het ook ontdek dat die grootte van die dopamien sein verband hou met die grootte van die verwagte beloning. Toe rote gekondisioneer was om 'n groter hoeveelheid sjokolade melk te verwag, het hul dopamienvlakke vinniger na 'n hoër piek gestyg.
Navorsers het die eksperiment gevarieer deur die doolhof uit te brei na 'n meer komplekse vorm wat die rotte verder laat loop en addisionele draaie maak om die prys te bereik. Gedurende hierdie langer proewe het die dopamien sein meer geleidelik toegeneem, maar het uiteindelik dieselfde vlak bereik as in die vorige doolhof.
"Dit is asof die dier sy verwagtinge aanpas, omdat hy weet dat dit verder gaan," het Graybiel gesê.
Sy het voorgestel dat toekomstige studies na dieselfde verskynsel in mense moet kyk.
"Ek sal geskok wees as iets soortgelyks nie in ons eie brein gebeur nie," het Graybiel gesê.
Navorsing toon aan hoe die brein oë op die prys hou
Ma, 08/05/2013 - 10:15 vm
McGovern Instituut vir Breinnavorsing
"Is ons nog daar?"
Soos enigiemand wat met jong kinders gereis het, weet, kan die handhawing van fokus op verre doelwitte 'n uitdaging wees. 'N nuwe studie van Massachusetts Institute of Technology (MIT) stel voor hoe die brein hierdie taak bereik, en dui daarop dat die neurotransmitterdopamien die waarde van langtermynbelonings kan aandui. Die bevindings kan ook verduidelik hoekom pasiënte met Parkinson se siekte waarin dopamien sein verswak is, dikwels probleme ondervind om motivering te behou om take te voltooi.
Die werk word in die natuur beskryf.
Vorige studies het dopamien tot belonings gekoppel, en het getoon dat dopamienneurone kort werksaktiwiteite toon wanneer diere 'n onverwagte beloning ontvang. Hierdie dopamien seine word geglo dat dit belangrik is vir versterkingsleer, die proses waardeur 'n dier leer om aksies uit te voer wat tot beloning lei.
Neem die lang uitsig
In die meeste studies is die beloning binne enkele sekondes afgelewer. In die werklike lewe is bevrediging egter nie altyd onmiddellik nie: Diere moet gereeld op soek na kos reis en moet motivering vir 'n verre doel behou terwyl hulle ook op meer onmiddellike aanwysings reageer. Dieselfde geld vir mense: 'n Bestuurder op 'n lang padreis moet gefokus bly op die bereiking van 'n finale bestemming terwyl hy ook op die verkeer reageer, vir die versnaperinge en vermaaklike kinders in die agterste sitplek reageer.
Die MIT-span, onder leiding van institusionele professor Ann Graybiel, wat ook 'n ondersoeker by MIT se McGovern Instituut vir Breinnavorsing is, het besluit om te studeer hoe dopamien verander tydens 'n doolhoftaak wat werk vir vertraagde bevrediging benader. Die navorsers het rotte opgelei om 'n doolhof te navigeer om 'n beloning te bereik. Tydens elke verhoor sal 'n rot 'n toon hoor wat daarop aandring om regs of links by 'n kruising te draai om 'n sjokolade melkbeloning te vind.
Eerder as om bloot die aktiwiteit van dopamien-bevattende neurone te meet, wou die MIT-navorsers bepaal hoeveel dopamien in die striatum vrygestel is, 'n breinstruktuur wat belangrik is vir versterkingsleer. Hulle het saamgewerk met Paul Phillips van die Univ. van Washington, wat 'n tegnologie ontwikkel het, genaamd 'Fast-scan cyclic voltammetry' (FSCV), waarin klein, geïmplanteerde koolstofvesel-elektrodes deurlopende metings van dopamien konsentrasie op grond van sy elektrochemiese vingerafdruk toelaat.
"Ons het die FSCV-metode aangepas sodat ons dopamien op vier verskillende plekke in die brein gelyktydig kon meet, aangesien diere vryelik deur die doolhof beweeg het," verduidelik die eerste skrywer Mark Howe, 'n voormalige gegradueerde met Graybiel wat nou 'n postdoc in die Dept. van Neurobiologie by Northwestern Univ. "Elke sonde meet die konsentrasie van ekstrasellulêre dopamien binne 'n klein hoeveelheid breinweefsel, en weerspieël waarskynlik die aktiwiteit van duisende senuweesterminale."
Geleidelike toename in dopamien
Van vorige werk het die navorsers verwag dat hulle dopamienpulse op verskillende tye in die verhoor kan sien, "maar in werklikheid het ons iets meer verrassend gevind," het Graybiel gesê. Die vlak van dopamien het geleidelik toegeneem gedurende elke verhoor dier het sy doel bereik - asof dit in afwagting van 'n beloning is.
Die gedrag van die rotte het van proef tot proef gevarieer. Sommige lopies was vinniger as ander, en soms sou die diere kortliks stop, maar die dopamien sein het nie met lopende spoed of proeflopie verander nie. Dit was ook nie afhanklik van die waarskynlikheid om 'n beloning te kry nie, iets wat deur vorige studies voorgestel is.
"In plaas daarvan blyk dit dat die dopamien sein weerspieël hoe ver die rot uit sy doel is," verduidelik Graybiel. "Hoe nader dit word, hoe sterker word die sein." Die navorsers het ook bevind dat die grootte van die sein verband hou met die grootte van die verwagte beloning. Toe rote opgelei is om 'n groter sjokolademelk te verwag, het die dopamien sein gestyg meer steil na 'n hoër finale konsentrasie.
In sommige proewe is die T-vormige doolhof uitgebrei tot 'n meer komplekse vorm, wat vereis dat diere verder hardloop en ekstra draaie maak voordat hulle 'n beloning bereik. Tydens hierdie proewe het die dopamien sein meer geleidelik opgevolg en uiteindelik dieselfde vlak bereik as in die korter doolhof. "Dit is asof die dier sy verwagtinge aanpas, omdat hy weet dat dit verder gaan," sê Graybiel.
'N' interne leidingstelsel '
"Dit beteken dat dopamienvlakke gebruik kan word om 'n dier te help om keuses te maak op die pad na die doel en om die afstand tot die doel te skat," sê Terrence Sejnowski van die Salk Instituut, 'n rekenkundige neurowetenskaplike wat bekend is met die bevindings, maar wie was nie betrokke by die studie nie. "Hierdie 'interne leidingstelsel' kan ook vir mense nuttig wees, wat ook keuses moet maak onderweg na wat 'n verre doel kan wees."
Een vraag wat Graybiel hoop om in toekomstige navorsing te ondersoek, is hoe die sein in die brein ontstaan. Rotte en ander diere vorm kognitiewe kaarte van hul ruimtelike omgewing, met sogenaamde "plek selle" wat aktief is wanneer die dier op 'n spesifieke plek is. "Soos ons rotte herhaaldelik die doolhof hardloop," sê sy, "ons vermoed dat hulle leer om elke punt in die doolhof te assosieer met die afstand van die beloning wat hulle op vorige lopies ervaar het."
Wat die relevansie van hierdie navorsing vir die mens betref, sê Graybiel: "Ek sal geskok wees as iets soortgelyks nie in ons eie brein gebeur nie." Dit is bekend dat Parkinson se pasiënte, in wie dopamien sein verswak is, dikwels apaties is, en het moeite om motivering te handhaaf om 'n lang taak te voltooi. "Miskien is dit omdat hulle nie hierdie stadige dopamien sein kan oplewer nie," sê Graybiel.
Bron: Massachusetts Institute of Technology
;
