Behoefte aan 'n begroting: dopamien- en energie-uitgawes, beloning en hulpbronne versoen (2012)

Inleiding

Die idee dat die primêre funksie van dopamien om beloning te bemiddel, is deurdringend. Alhoewel kontroversies oorvloedig oorvloedig is hoe dopamien kan bydra tot beloning - of selfs al doen dit (Kanon en Palmiter, 2003; Wys, 2004; Berridge, 2007; Goto et al., 2007; Robbins en Roberts, 2007; Salamone, 2007; Schultz, 2007; Redgrave et al., 2008), beloning as 'n organiserende metafoor vir dopamienfunksie is so alomteenwoordig dat dit dikwels as feit beskou word, 'n tendens wat veral in die vetsug en voedingsliteratuur uitgespreek word, waar midbrain dopamien effektief met beloning gelyk gestel word (bv. Kenny, 2010; Volkow et al., 2010; Avena en Bocarsly, 2011; Berthoud et al., 2011). Dekades van navorsing het egter onbetwisbaar 'n duidelike rol vir dopamien in modulerende aktiwiteit gedokumenteer, die beste geïllustreer deur die psigostimulerende eienskappe van dwelms wat dopamien seinverhoging toeneem. Salamone en kollegas het lank geargumenteer dat die primêre effek van dopamien is om inspannende aktiwiteit te reguleer, sodat 'n dier die reaksie koste kan oorkom wat gepaard gaan met die voortsetting van waardevolle stimuli (Salamone, 2009, 2011). Meer onlangs het genetiese studies wat potensiële gene ondersoek wat vrywillige aktiwiteit reguleer, na dopamienverwante gene verwys met sommige outeurs wat daarop dui dat dopamien 'n "finale gemeenskaplike pad" kan verteenwoordig in die beheer van vrywillige aktiwiteit (Leamy et al., 2008; Kelly et al., 2010; Knab and Lightfoot, 2010; Mathes et al., 2010; Garland et al., 2011). Ten spyte van dwingende en aansienlike data wat daarop dui dat dopamien 'n sleutelrol speel in energieverbruik, word hierdie siening van dopamien oorskadu deur die beloningsperspektief. Byvoorbeeld, in baie referate wat dopamien en vetsug bespreek (Geiger et al., 2009; Berridge et al., 2010; Kenny, 2010; Berthoud et al., 2011) word dopamine se rol in energieverbruik nie eens oorweeg nie, ondanks die feit dat energieverbruik konseptueel die helfte van die energiebalansvergelyking verteenwoordig.

Tot op datum het geen dwingende raamwerk hierdie twee afsonderlike domeine van dopamien-effekte en vermeende funksie geïntegreer, die wye erkende beloningsfunksie en die minder prominente maar ewe aantoonbare effekte van dopamien op aktiwiteit en energiebesteding. Skynbare dopaminerge effekte op aktiwiteit word dikwels geraam as gevolg van beloningsprosesse. Byvoorbeeld, die rol van dopamien in modulerende vrywillige wiel wat in knaagdiere uitgevoer word, is voorgestel om voort te kom uit dopaminerge modulasie van die beloning en versterking wat verband hou met wielrigting (Garland et al., 2011; Roberts et al., 2011; Yang et al., 2012). Hier ontwikkel ons 'n hipotese waarin die primêre funksie van dopamien energiebesteding is. Spesifiek, ons redeneer dat dopamien dien as 'n koppelvlak tussen die interne en eksterne omgewings wat ooreenstem met gedragsuitgawes aan die heersende omgewingsenergie-ekonomie. Ons stel voor dat dopamien energieverbruik op twee dimensies reguleer: (1) hoe baie energie om te bestee (bewaar-bestee as) en (2) hoe om te versprei of energie aan verskillende aktiwiteite toewys ('n ondersoek-ontgin-as, hieronder uiteengesit). In hierdie siening ontstaan ​​die beloningsverwante effekte van dopamien sekondêr tot en in diens van die aanpassing van energieverbruik. Ons is baie dank verskuldig aan Salamone se elegante werk en fokus hard op die rol van dopamien in die regulering van inspanning en sy aanhoudende kritiek op die beloningshipotese van dopamien. Die huidige hipotese verteenwoordig 'n integrasie en uitbreiding van sy fundamentele insigte in 'n breër hipotese waarin dopamien inspanning sowel as beloning aanpas - wat die impak van die vorige beloningsgeskiedenis op huidige gedrag - ten opsigte van die beskikbaarheid van energie in die omgewing reguleer.

Ondersoek Dopamien in 'n Adaptiewe, Semi-Naturalistiese Konteks

Hierna sal ons eers onlangse studies van ons laboratorium ondersoek wat die voorrang van beloning in die dopaminerge modulasie van gedrag in die gedrang bring en sy rol in energiebesteding beklemtoon. Vervolgens sal ons 'n energie-ekonomie-hipotese van dopamienfunksie uitwerk en relevante literatuur hersien. Ons sal aflei met die oorweging van die huidige hipotese om die rol van dopamien in vetsug te ondersoek. Die term "beloning" word ongelukkig in die literatuur misbruik, soos deur ander opgemerk is (Kanon, 2004; Salamone et al., 2005; Salamone, 2006; Yin et al., 2008). In die besonder word die woord onvoorwaardelik en dubbelsinnig gebruik om verskillende konsepte te vang, insluitende affektiewe reaksies (soos iets soos iets), versterking ('n uitkoms wat die waarskynlikheid verhoog dat die vorige gedrag herhaal word), stimuli wat 'n aptyt benodig (bv. kos) en so aan. In die eerste gedeelte van hierdie oorsig gebruik ons ​​(mis-) die term breedweg, net soos dit in die literatuur misbruik word, as 'n sambreelterm om saam te klap en temas wat die literatuur deurdring, ondanks verskeie teoretiese verskille tussen verskillende idees. Vervolgens sal ons beloning presies definieer soos ons ons hipotese ontwikkel.

Verhoogde Dopamien: Verminderde Koppeling tot Beloning

Implisiete in beloningperspektiewe van dopamien is die idee dat dopamien verhoog die impak van beloning op gedrag. Empiries word dit ondersteun deur ontelbare studies wat toon dat toenemende dopamien die inspanning wat 'n dier uitoefen, uitoefen teenoor beloning, terwyl dopamienvermindering die vermindering van inspanning verminder (Wise et al., 1978; Taylor en Robbins, 1986; Aberman et al., 1998; Peciña et al., 2003; Kelley, 2004; Cagniard et al., 2006a,b; Phillips et al., 2007; Salamone, 2009, 2011). Hierdie kumulatiewe data het daartoe gelei dat baie ondersoekers tot die gevolgtrekking gekom het dat óf die beloning self óf aansporing geassosieer met beloningsverwante stimuli verbeter word deur dopamien. Alternatiewelik kan die sensitiwiteit vir koste verbonde aan die verkryging van die beloning verminder word deur verhoogde dopamien (Phillips et al., 2007; Salamone, 2011). Wat dikwels uit hierdie studies afgelei word, is dat dopamien die verwantskap tussen beloning en gedrag op so 'n wyse moduleer dat dopamien die graad verhoog waaraan beloning die gedragskeuse vooroordeel. Salamone argumenteer byvoorbeeld dat dopamien glad nie beloning beloon nie; Hy wys dat dopamien fasiliteer poging. Dus word die strewe na die beloning van diere minder belemmer deur reaksiekoste. Baie het dit geïnterpreteer as die verhoging van die impak van beloning op gedragskies, nie deur die beloning self te verander nie, maar deur 'n faktor - reaksiekoste - te verander wat normaalweg die beloning van strewe beperk.

Om te ondersoek hoe verhoogde dopamien aanpassing aan 'n semi-naturalistiese omgewing verander, het ons gevra of die herhaaldelike waargenome toename in motivering vir beloning tot verminderde gedragsbepalings sou lei (of nieBeeler et al., 2010). Om dit te toets, het ons 'n huishokparadigma gebruik waar die muise in operante toegeruste huiskuise gewoon het en al hul kos is verkry deur middel van hefboomdruk, 24 / 7. Geen voedselbeperking was in gebruik nie en muise het toegelaat om hul verbruik heeltemal te reguleer. Twee hefbome het kos gegee waar 'n mens altyd "goedkoop" was en het 'n lae aantal perse vir 'n pellet (FR20) nodig gehad, terwyl die ander altyd "duur" was en 'n groter aantal perse benodig wat toegeneem het toe die eksperiment vorder het (FR40-FR200) . Watter hefboom was willekeurig elke 20-40 min. Om die grootste opbrengs vir inspanning te verkry, moes die muise terugvoering op die lopende bedrag monitor en periodiek skakelaars om die laagste koste pellets te verkry, oorskakel. Ons het wilde-tipe C57BL / 6 (beheer) en dopamien transporterende knock-down (DATkd) muise getoets wat verhoogde ekstrasellulêre dopamien en verhoogde toniese dopamien-vuuraktiwiteit (Zhuang et al., 2001; Cagniard et al., 2006b).

Ons het bevind dat die muise met verhoogde dopamien (DATkd) aansienlik meer op die hoëkoste-hefboom as wilde-tipe muise gedruk het, in ooreenstemming met vorige literatuur wat toon dat dopamien die poging tot beloning verhoog. In hierdie geval het die verhoogde poging egter nie die beloning verhoog nie, bloot die hoeveelheid moeite wat op daardie beloning aangewend is. Gedetailleerde analise van die data toon dat die DATkd nie onsensitief of onbewus was van skakelaars tussen die hefbome nie, aangesien hul peri-switch gedrag in wese identies was. Die verskil het ontstaan ​​tydens die stabiele tydperke tussen hefboomskakelaars waar die DATkd-muise hul pogings eweredig aan albei hefbome versprei het, terwyl die wilde-tipe muise die goedkoop hefboom verkieslik druk gedruk het. Om die strategie wat onderliggend is aan die DATkd-gedrag beter te verstaan, pas ons die data by 'n temporale verskil leermodel (TD)Sutton en Barto, 1998). In hierdie modelle is daar twee sleutelparameters: 'n leersyfer wat die tempo beheer waarteen nuwe beloningsinligting ingesluit word in (en vervaag) die waarde van die druk van die hefboom en 'n "inverse temperatuur" wat die mate waarin die waarde beheer word vooroordeel gedragskeuse. Laasgenoemde parameter word dikwels die verkenning-ontginningsparameter genoem as 'n groter vooroordeel wat lei tot die uitbuiting van leer, terwyl verminderde vooroordeelpermitte groter eksplorasie (Sutton en Barto, 1998; Daw et al., 2006). Ons het bevind dat daar geen verskille tussen die genotipes met betrekking tot die leerkoers was nie, in ooreenstemming met die gebrek aan leerverskille waargeneem rondom skakelaars, maar dat die DATkd 'n verminderde omgekeerde temperatuur vertoon het. Dit is, daar was 'n verminder koppeling tussen beloningsgeskiedenis en hul gedragskeuses. Op die eerste oogopslag lyk dit paradoksaal. Alhoewel die DATkd-muise harder gewerk het om beloning te verkry, in ooreenstemming met dekades literatuur, blyk dit nie as gevolg van beloning wat groter beheer oor hul gedrag uitoefen nie. Inteendeel, daar was 'n verminderde koppeling tussen beloning en gedragskeuse. Eerder as om te beloon om 'n groter vooroordeel-effek op hul gedrag te hê, het dit gehad minder. Verhoogde dopamien, onder hierdie toestande, het gelei tot afgeneem eerder as verhoogde uitbuiting. Interessant genoeg, Salamone et al. (Salamone et al., 2001) het getoon dat rotte met nukleus dopamien uitputting is meer afhanklik van onlangse beloning om reaksie koste te oorkom, wat die omgekeerde onder verminderde dopamien voorstel, an verhoog koppeling tussen beloning geskiedenis en keuse.

Verhoogde dopamien: Modulasie van inspanning sonder verhoogde verbruik

Nog 'n idee wat impliseer in die beloningsperspektief van dopamien, is dat dopamien, deur die mate waarin beloning gedrag bevorder, die mate waarin 'n dier beloning sal volg, reguleer; dit is dit dopamien bemiddel â € œwantingâ € : meer dopamien, meer wil, meer strewe (Robinson en Berridge, 1993; Leyton et al., 2002; Volkow et al., 2002; Tindell et al., 2005; Berridge et al., 2010). Hierdie effek van dopamien is sentraal vir baie teorieë van verslawing (Robinson en Berridge, 2001; Koob en Volkow, 2010) en meer onlangs teorieë van dopamien en vetsug (Volkow and Wise, 2005; Finlayson et al., 2007; Zheng et al., 2009; Berridge et al., 2010; Volkow et al., 2010; Avena en Bocarsly, 2011; Berthoud et al., 2011). In 'n ander onlangse tuisstudie (Beeler et al., 2012a), het ons gevra of dit onder verskillende omgewingsomstandighede hierdie verhoogde â € œwantingâ € kan aanpas. Om dit te toets, het ons weer muise in huiskooie gehuisves wat toegerus was met operante hefbome waar hulle al hul kos verdien het deur middel van hefboomdruk, weer sonder eksplisiete voedselbeperking. In hierdie paradigma het net een hefboom kos gegee en die werkbehoefte vir daardie hefboom het elke 3-dae gedurende die eksperimente toegeneem, begin by FR5 en eindig by FR250. Dit gee 'n vraagkurwe wat die mate aandui waarop muise hul daaglikse verbruik aan die huidige koste van pellets pas. As ons aanvaar dat dopamien die waarde van beloning verhoog en / of sensitiwiteit vir koste verlaag, sou ons verwag dat die DATkd-muise met verhoogde dopamien beter in hierdie paradigma sou gaan en meer druk teen hoër kostes as wilde-tipe muise. Alhoewel die DATkd met 'n effens verhoogde druk teen hoër koste gedemonstreer het, het hulle oor die algemeen dieselfde aanpassing vertoon as toenemende koste as wilde-tipe muise, met geen verskil waargeneem in liggaamsgewig verandering of oorlewing binne die eksperiment. Verder, wanneer die data geskik was vir 'n model van vraagelastisiteit (Hursh en Silberberg, 2008), was daar geen verskil tussen die genotipes in elastisiteit nie. So waar het die dopamien-effek op inspanning en beloning gegaan?

Analise van individuele maaltyddata (dws nommer, duur, en grootte van etes) dui op 'n groot genotipe-effek waar die DATkd-muise geëet het groter maar minder etes. Dit is, hoewel dopamien hul totale verbruik nie beduidend verander het nie, het dit hul maaltydpattering verander. Die manier waarop hulle hul inspanning en verbruik tydelik verdeel het. Hierdie data dui daarop dat stygende koste 'n toestand van skaarsheid veroorsaak het wat homeostatiese bewaringsmeganismes in beide die wild-tipe en DATkd betrek het. Om hierdie kunsmatige skaarsheidstoestand te vermy, het ons 'n progressiewe studie in die huiskas gedoen waar die toenemende koste binne elke maaltyd of druk plaasvind, aangesien die koste van elke daaropvolgende korrel by 2 toeneem. Na 'n 30 min beëindiging van alle druk, die verhouding herstel. Op hierdie manier kan muise hul pogings verskuif na groter, meer kosbare etes, of kleiner, goedkoper en meer gereelde maaltye sonder om die totale verbruik te oorkom. In hierdie studie het ons geen beduidende liggaamsgewig veranderinge tussen groepe waargeneem nie en geen beduidende verskil in totale verbruik. Die DATkd-muise het egter weer groter maaltye geëet en 'n hoër breekpunt in individuele botsings vertoon, in ooreenstemming met vorige literatuur wat toon dat verhoogde dopamien die breekpunt in die progressiewe verhouding paradigma verhoog. Soos hierbo is hierdie groter poging egter geneutraliseer deur minder gereelde maaltye, sodat die algehele verbruik nie anders was nie. Uit hierdie studies trek ons twee belangrike gevolgtrekkings. Eerstens blyk die effekte van dopamien op die strewe na voedsel, ten minste in hierdie paradigma, onder homeostatiese beheer. Tweedens, dopamien blyk nie te verander â € œwantingâ € of die algehele strewe na voedsel in 'n globale sin nie, maar blyk dat die poging aangewend word om binne die tydelike plaaslike episodes van doelwituitoefening uit te voer. Kortom, dopamien het die invloed van die energie en moeite beïnvloed versprei eerder as om appetitiewe motivering te verhoog per se.

Ons sien hier dat verhoogde dopamien nie die vraag meer onelasties maak nie; dit is, algehele Hiperdopaminerge muise pas hul verbruik aan op reaksie koste soortgelyk aan wild-tipe. Op die oppervlak blyk dit teenstrydig met baie studies wat daarop dui dat die stimulering of belemmering van dopamien-oordrag onderskeidelik inspanningsgebaseerde reaksie kan verbeter of verminder (bv. Aberman en Salamone, 1999; Bardgett et al., 2009; Salamone et al., 2009b), wat vermoedelik elastisiteit beïnvloed in reaksie op koste. Ons sien egter dieselfde verskynsel waargeneem in daardie studies: dopamien fasiliteer groter moeite tydens a bout van voedseluitoefening, wat hier bewys word deur groter maaltye en hoër breekpunte. Ons sien egter ook wat sessiegebaseerde studies nie kan nie, dat hierdie verskille in pogings, waaruit ons veranderinge in elastisiteit kan aflei, nie noodwendig gepaard gaan met veranderinge in die algemene verbruik en vraag nie. Die groter maaltye word vergoed deur minder maaltye, wat 'n algehele soortgelyke elastisiteit tot gevolg het op die toenemende koste. Dat verhoogde dopamien nie onelastisiteit in hierdie studies veroorsaak het nie, beteken nie dat dopamien nooit elastisiteit moduleer nie, net dat die verhouding tussen dopamien, inspanning en vraag dalk meer kompleks as voorheen gewaardeer kan word.

Verhoogde Dopamien: Verbeter Hedonic Value of Shift Gedrags Choice

Nog 'n idee wat implisiet in die dopamien- en beloningshypotese is, is dat dopamien verhoog die strewe na verkies kos (Salamone et al., 1991; Niggies et al., 1993; Salamone, 1994; Lowe en Levine, 2005; Zheng et al., 2009; Berridge et al., 2010; Kenny, 2010; Volkow et al., 2010), waar â € œpreferredâ € word tipies omskryf as smaaklike, hedonies-belonende kosse: dinge wat goed proe. Uit 'n insiggewende perspektief, verhoog dopamien die groter aansporing wat met voorkeurvoedsel geassosieer word. In teenstelling hiermee, Salamone et al. (Salamone et al., 1991; Salamone, 1994) het gedemonstreer dat voorkeur onder vrye voedingstoestande nie verander word deur veranderinge in dopamienfunksie nie; dit wil sê, dopamien verhoog nie aansporing of verander voedselvoorkeur wanneer geen (of lae) werkvereiste teenwoordig is nie. In sy studies, egter, wanneer die verkryging van 'n voorkeur kos is wat verband hou met 'n reaksiekoste, verhoog dopamien die inspanning wat 'n dier sal inspan, en verander dit die dier gedragskeuse ten gunste van groter strewe na 'n voorkeur voedsel (Salamone, 1994; Salamone et al., 1994), wat dikwels geneem word om te suggereer dat verhoogde dopamien die strewe na voorkeurvoedsel in 'n naturalistiese voedsame omgewing sal verhoog deur sensitiwiteit vir geassosieerde koste te verminder.

In 'n onlangse reeks studies (Beeler et al., 2012b), het ons die relatiewe bydrae van voedings- en hedonies, of smaak, waarde vir verbruik, voorkeur en versterking ondersoek en gevra hoe verhoogde dopamien dit kan verander. Om alleen vir smaakwaarde te toets, gebruik ons kalorievrye versoeters (beide sucralose en sakkaraan). Om alleen vir voedingswaarde te toets, gebruik ons trpm5 knock-out-muise wat nie die soet smaakreseptor bevat nie en smaak nie soet nie (Damak et al., 2006; die Araujo et al., 2008), sodat ons die impak van voeding alleen kan assesseer. In albei gevalle het ons muise met en sonder 'n knock-down in die dopamien vervoerder gebruik om die effekte van verhoogde dopamien te toets. Die literatuur dui daarop dat meer hedonies belonende kosse meer geraak sal word deur verhoogde dopamien. Hiervan kan ons voorspel dat verhoogde dopamien die heuning oor die voedingswaarde sal beïnvloed. Ons het in die eerste plek gevind dat hoewel beide hedoniese en voedingswaarde waardevolle verbruik en voorkeure veroorsaak het, is die hedoniese waarde wat van voedingswaarde af dissosieer, 'n swak versterker. Dit is dat muise kalorievrye soetoplossings sal verteer en verkies om dit te water, maar soet smaak in die afwesigheid van kalorie-waarde het nie die vermoë gehad om kondisionering in die twee bottel kondisioneringstoets te veroorsaak nie. Verder, in 'n progressiewe verhoudingstoets, het sukrose geïnduceerde reageer oor sessies. Kalorievrye versoeters het in teenstelling hiermee baie minder reageer wat eintlik oor sessies afgekeur het, wat gelyk het aan sogenaamde â € œextinction mimicryâ € (Wise et al., 1978). Berridge en Robinson (Robinson en Berridge, 1993) het bekend gemaak 'n dissosiasie tussen â € œwantingâ € en â € œlikingâ € in verslawing waar verslaafdes ontwikkel â € œwantingâ € vir dwelms sonder â € œlikingâ €; dit wil sê, die aansporende ry-kompulsiewe dwelmsoektog is onafhanklik van die hedoniese gevolge daarvan. Hierdie data dui op 'n aanvullende dissosiasie van â € œbindingâ € sonder â € œwantingâ € waar 'n mens 'n positiewe hedoniese reaksie kan ervaar sonder om assosiatiewe aansporings te ontwikkel wat in die toekoms kompulsiewe op soek na daardie ervaring (Beeler et al., 2012b).

In teenstelling met verwagting het verhewe dopamien nie die motivering vir hedoniese, soet smaak alleenlik verander nie, maar het die inspanning vir gekombineerde smaak / voeding sowel as voeding alleen verhoog. Vorige studies van dopamien vrylating het getoon dat dopamien vrygestel word in reaksie op smaak alleen (bv. Deur intra-mondelinge kannulering te gebruik om smaak te stimuleer sonder postingestiewe effekte) (Mark et al., 1991; Hajnal et al., 2004; Norgren et al., 2006; die Araujo et al., 2008; Wheeler et al., 2011). So hoekom het ons verminderde versterking na soet smaak in die afwesigheid van voeding waargeneem? Ons het 'n voltammetrie-studie uitgevoer waarin die rotte vooraf blootgestel is aan beide sukrose- en sakkarinpellets, elk met 'n identifiserende geur, om hulle die geleentheid te bied om te diskrimineer en te leer oor die relatiewe voedingswaarde van elkeen (Beeler et al., 2012b). Ons het toe gemonitor dopamien vrystelling in reaksie op óf sukrose of sakkara. Die rotte het gelyktydig beide soorte pellets opgespoor en verteer; egter, toe ons gemeet dopamien vrystelling gemonitor het, is die respons op sarkarine aansienlik verswak in vergelyking met sukrose. In 'n opvolgstudie is dieselfde demping van opgewekte dopamien waargeneem in reaksie op leidrade wat sukrose of sarkarine voorspel (McCutcheon et al., 2012). Die verswakte dopamienreaksie op kalorie vrye smaak alleen is in ooreenstemming met die verminderde reageerbare en skynbare uitsterfmimiek wat in die gedragstudies met die muise waargeneem word. Kortliks, hierdie studies toon dat verhoogde dopamien, alhoewel dit inspanning verhoog en die verspreiding van energieverbruik (dws etenspatrone) verander, nie die verbruik of voorkeur beïnvloed het nie en nie die waarde van voedsel wat geëet is, verhoog het nie, in die afwesigheid van voeding.

In die konvensionele gelyktydige keuse taak (Salamone, 1994) 'n dier het 'n keuse tussen hendel-druk vir 'n voorkeur kos of 'n vrye beskikbare standaard chow gedurende een uur sessies. Salamone en kollegas het getoon dat dopamien die verhouding van voorkeurvoedsel na standaard chow verteer, verhoog; dit wil sê, dopamien skuif gedragskeuses om die kostbaarste maar voorkeuropsie te bevoordeel. Baie aflei van hierdie werk dat dopamien die strewe na voorkeurvoedsel sal verhoog. Ons het hierdie inferensie getoets deur 'n tuisversorgende progressiewe verhouding met gelyke keuse eksperimente te voer waar muise druk vir 'n voorkeur kos (PR2), of kalorievrye versoeters of sukrose, of vrye beskikbare chow kan eet. In hierdie semi-naturalistiese paradigma het toenemende dopamien, soos gerapporteer in die aanvraag- en tuisblad progressiewe verhoudingstudies hierbo, die verspreiding van pogings na groter energieverbruik verskuif (dws langer aanvalle van druk, groter breekpunt, maar minder algehele botsings). Ten spyte van groter moeite, het verhewe dopamien hul gedragskeuse nie verander nie, soos weerspieël in die verhouding van voorkeur kos tot standaard chow. Salamone het aangevoer dat verbeterde poging na 'n voorkeur voedsel wat in die gelyktydige keuseparadigma waargeneem word, weerspieël veranderinge in sensitiwiteit vir reaksie koste en nie verander voorkeur nie (Salamone et al., 2007). Hierdie data bevestig en brei hierdie argument uit deur die gevolgtrekking te vervals dat die verhoogde inspanning wat in die gelyktydige keuseparadigma waargeneem word, die beloningstoename sal verhoog. In 'n semi-naturalistiese omgewing sien ons dieselfde verbeterde poging teenoor 'n voorkeur voedsel wat deur Salamone waargeneem word, maar dit verander nie verbruiks-, voorkeur- of gedragskeuse nie, maar weerspieël verskillende energiebestedingstrategieë.

Integrasie Belonings- en Gedrags Energiebestuur

Hierdie bevindings is moeilik om uitsluitlik te verduidelik in terme van huidige teorieë van dopamien en beloning. (1) Eerder as om die impak van beloning op gedrag te verhoog, sien ons 'n verminderde skakel tussen beloningsgeskiedenis en keuse, wat dopamien voorstel om groter verkenning te bewerkstellig; dit is, minder voorspraak van keuse deur beloning. (2) In plaas van om homeostatiese meganismes te oorreed en oortollige verbruik te bevorder, lyk dopamien om binne die beperkings van homeostatiese regulering te werk, om die verspreiding van inspanning in die nastrewing van kos sonder om algehele verbruik te verander; dopamien veroorsaak meer krag, maar nie meer 'wil' nie. (3) In plaas van om poging, verbruik en gedragskeuse na meer voorkeurvoedsel te verskuif, verhoog dopamien weer krag sonder om verbruik, voorkeur of keuse te verander; dit wil sê, die oënskynlike verminderde sensitiwiteit vir koste verskuif nie aptytdoelwitte nie. Die studies beskryf alles dui op 'n algemene tema: dat dopamien is modulerende gedrags energie uitgawes. Dopamien modulasie van inspanning en uitgawes is beskou as óf 'n nie-spesifieke effek - "algemene aktiwiteit" - en / of as 'n herverdeling van pogings wat die reaksie-koste verbonde aan die bereiking van doelwitte oorskry (Salamone et al., 2007). In die res van die vraestel sal ons poog om die beloning en aktiwiteit modulerende aspekte van dopamien te integreer. Om dit te doen, sal ons 'n alternatiewe perspektief ontwikkel: die gevolge van dopamien op beloning kom sekondêr tot en in diens van die regulering van gedragsuitgawes, en plaas die beloningstelsel binne 'n groter konteks om energieverbruik met die beskikbare hulpbronne te versoen.

Dopamien: 'n Gedrags energiebestuurstelsel

Energie en die gebruik daarvan is die laaste reël vir aanpassing. Alle organisme se behoeftes en funksies, van termoregulering tot voortplanting tot die verkryging van energie self, benodig energie. Die handhawing van voldoende voorraad kan beskou word as 'n primêre riglyn vir evolusie. Daar is baie aandag geskenk aan stelsels wat die strewe na, verbruik en opberging van energie reguleer, maar veel minder aandag aan stelsels wat die uitgawes daarvan beheer. Afgesien van 'n 'gelyke vennoot' in die bepaling van energiebalans (dws verbruik - uitgawes = netto saldo), is dit noodsaaklik om aan te pas 'n optimale verspreiding van energie na verskillende aktiwiteite. Wat 'n dier met sy beskikbare energie doen, is waarskynlik net so belangrik as om energie te bekom. Die beste manier om energie te spandeer, is egter afhanklik van die omgewingstoestande. In 'n energieryke omgewing is verkenning, oefening en energieverbruik aanpasbaar. In 'n energie-slegte omgewing is die ontginning van vorige ervaring en energiebesparing noodsaaklik. In hierdie siening behels effektiewe energiebestuur om te besluit (1) hoeveel energie ek moet spandeer en (2) hoe noukeurig, of selektief, dit nodig het om dit te gebruik. Ons tipeer hierdie twee vrae as twee asse van energiebestuur: onderskeidelik bestee teen bewaar en ondersoek (gebruik Figuur 1).

 

Figuur 1. Twee asse konseptuele raamwerk vir die regulering van gedrags energie uitgawes deur dopamien. Die horisontale asse verteenwoordig die rol van dopamien in die regulering van algemene aktiwiteitsvlakke langs 'n kontinuum van lae aktiwiteit (bewaar) tot hoë aktiwiteit (verbruik). Die vertikale asse verteenwoordig die rol van dopamien om die balans tussen verkenning en uitbuiting te reguleer deur die mate waarin beloningsinligting die verspreiding van gedragsaktiwiteit bevoordeel, te moduleer. "Dopamienfunksie" word hier breed vertolk en kan nie net ekstrasellulêre konsentrasies van dopamien in teikengebiede insluit nie, aktiwiteit van dopamienneurone (dws tempo van toniese aktiwiteit, voorkoms van bars), maar ook parameters soos relatiewe uitdrukking van verskillende reseptore (bv. D1 en D2), uitdrukking en aktiwiteit van die doapmientransporter (DAT) sowel as eienskappe van vesikulêre vrystelling, insluitend die grootte van die swembad en die grootte van die vesikel. As 'n algemene konseptuele beginsel assosieer ons verminderde dopamienfunksie met bewaring en uitbuiting (linker kwadrant) en verhoogde dopamienfunksie met uitgawes en verkenning (kwadrant regs bo), soos weerspieël deur die groter pyl. Veranderings van verskillende aspekte van die dopamienstelsel (byvoorbeeld die verskuiwing van die relatiewe uitdrukking van D1- en D2-reseptore) kan hierdie verband egter verskuif, wat gedrag kan veroorsaak wat deur die ander kwadrante beskryf word, soos hoë uitgawes tesame met 'n groter benutting van beloningsinligting ( regter kwadrant).

In die huidige hipotese assosieer ons hierdie twee asse van energieverbruik met twee goed gedokumenteerde dopamienfunksies. Eerstens koppel ons aan die rol van dopamien in die regulering van algemene aktiwiteit na die asse wat gebruik word om te spaar. Tweedens stel ons voor dat die rol van dopamien in beloning nie die beloning van die beloning en die aanloklike strewe is nie per se, maar om te gebruik beloon inligting om die verspreiding van energie aan verskillende aktiwiteite, wat die verkenning-ontginning van byle bemiddel; dit is hoe selektief energie moet ontplooi word? Ons raam hierdie tweede aspek van dopamien binne TD leer modelle van dopamien en beloning waar dopamien beide (1) leer bemiddel oor beloning-dit is die toewysing van waarde aan stimuli wat energie-uitgawes reguleer en (2) die mate waartoe daardie beloning inligting vooroordeel vir die keuse van die gedrag, die tweede as interpreteer, verken-ontgin, as energieke spaarsaamheid: Hoe versigtig moet ek my beskikbare bronne gebruik?

Deur die bestuur van energieverbruik te beklemtoon eerder as om die modulering van beloning as 'n primêre funksie van dopamien te beklemtoon, kan baie andersins moeilike versoeningswaarnemings in 'n sentrale organiserende metafoor aansluit om die rol van dopamien in gedrag te verstaan. In die volgende gedeeltes gee ons kortliks die kernelemente van hierdie hipotese in die konteks van huidige idees en literatuur oor dopamien.

Daar moet kennis geneem word dat die dopamienstelsel kompleks en veelsydig is. Afgesien van ekstrasellulêre dopamien konsentrasies en dosisse van toniese en fasiese dopamien selontbranding, kan "dopamienfunksie" modulasie van vrystelling by sy teikens, modulasie van sintese, vesikulêre verpakking en geredelik ontoeganklike poele insluit, veranderinge in reseptoruitdrukking en funksie en veranderinge in dopamien-transporter en heropneem. As 'n vereenvoudiging vir die doeleindes van uiteensetting, sal ons praat van "hoë" en "lae" dopamienfunksie, 'n nie ongewone oefening in die literatuur. Die kompleksiteite wat hierdie obskure verteenwoordig, verteenwoordig potensiële meganismes waardeur die dopamienstelsel meer genuanseerde, buigsame en gesofistikeerde regulering van sy funksie (s) kan uitoefen. In Figuur 1, dit is hierdie kompleksiteite wat ons toelaat om dopamien nie as 'n enkele lyn van hoog na laag te beskou nie (soos in die middel getoon), maar as 'n meer komplekse funksie wat moontlik oor die tweedimensionele ruimte uitgebeeld kan word. Om hierdie kompleksiteite te verstaan, hang egter af van 'n interpretatiewe raamwerk om meer gedetailleerde inligting te organiseer. Hier fokus ons op die artikulering van 'n skeletale alternatiewe raamwerk en probeer nie om alles wat bekend is oor dopamien of detail te assimileer nie, of elke meganisme wat moontlik betrokke is by dopamien sein, 'n ondankbare uitdaging vir 'n enkele papier.

Dopamien: Bemiddeling tussen die interne en eksterne wêreld

Die dopamienstelsel is tussen twee wêrelde stimuli geplaas: die eksterne en die interne. Aan die een kant moduleer dopamien die reaksie van 'n organisme op omgewingsprikkels. In die versterkingsleerperspektief van dopamien en beloning (Montague et al., 1996; Schultz et al., 1997), dopamien bemiddel krities die leer van die waarde van stimuli (staat) en watter response (aksies) is optimale (Reynolds et al., 2001; Schultz, 2002; McClure et al., 2003; Daw en Doya, 2006; Dag en Carelli, 2007; Dag et al., 2010; Flagel et al., 2010; Gan et al., 2010; Dag et al., 2011). Die aansporing-perspektief perspektief argumenteer dat dopamien skaal die aansporing waarde wat verband hou met omgewingsprikkel, die verandering van die mate waarin die stimuli bias gedrags keuse (Phillips et al., 2003; Berridge, 2004; Roitman et al., 2004; Cagniard et al., 2006b; Dag et al., 2006; Cheer et al., 2007). In albei gevalle, alhoewel meganies baie anders, moduleer dopamien die reaksie van die organisme op omgewingstimuli, die wêreld daarbuite.

Meer onlangse werk het gedemonstreer komplekse interaksies tussen die dopamien en homeostatiese stelsels wat die inligting oor die interne organisme-omgewing monitor en aandui (Davis et al., 2010a; die Araujo et al., 2010; Figlewicz en Sipols, 2010; Opland et al., 2010; Vucetic en Reyes, 2010). Midbrain dopamienneurone druk reseptore uit vir talle sirkulerende seine wat verband hou met homeostatiese meganismes, insluitend leptien, ghrelien, orexien en insulien (vir uitgebreide oorsig, Figlewicz en Sipols, 2010). Benewens die direkte waarneming van homeostatiese seine, ontvang dopamien-kerne projeksies van verskeie substrates wat verband hou met homeostatiese beheermeganismes, insluitende hipotalamiese projeksies (Opland et al., 2010). Daar word algemeen geglo dat hierdie insette die beloningsprosesse moduleer. Byvoorbeeld, dit word dikwels voorgestel dat sirkulerende leptien dopamienaktiwiteit verminder wat op sy beurt die beloningswaarde van kos verminder, gevolglik verminderende aptyt gedrag (Morton et al., 2009; Davis et al., 2010a; Figlewicz en Sipols, 2010; Opland et al., 2010; Vucetic en Reyes, 2010). Die presiese rol van hierdie homeostatiese insette bly omstrede. Die belangrikste punt hier is dat die dopamienstelsel aansienlike inligting ontvang oor die interne omgewing en homeostatiese toestand van die organisme, sodat dit die organismes se kennis van sy omgewing kan gebruik in ooreenstemming met interne behoeftes en eise; dit is om gedrag te moduleer om die verhouding tussen hierdie twee wêrelde, die innerlike en uiterste, organisme en wêreld te optimaliseer. Natuurlik, in die sin het die hele brein ontwikkel om te bemiddel tussen die innerlike en die buitenste wêrelde, maar die breë en diffuse projeksies van die dopamienstelsel, tesame met die uiteenlopende insette wat daarop konsentreer en sy oënskynlike rol in die modulering van 'n wye verskeidenheid van gedrag en prosesse, van motivering tot motoruitvoering tesame met die feit dat dit hoogs bewaar word oor spesies, dui daarop dat dit eintlik ontwikkel het om 'n fundamentele, kritiese rol in aanpassing te speel.

Dopamien: 'n begeerte op 'n begroting

Min mense sou met hierdie idee argumenteer dat dopamien interne en eksterne inligting integreer om gedrag aan te pas by omgewingsomstandighede en optimaal te voldoen aan organisatoriese behoeftes. Die moeilike vraag is hoe bereik dopamien dit? Dit is, wat is die primêre effektor meganisme waardeur dopamien gedrag aanpas? Die heersende siening, amper hegemonies, is dat dopamien die beloningsprosesse moduleer - ongeag of dit medelye leer oor beloning, die uitdrukking van aansporing of 'n kombinasie van beide - en gevolglik vormsmotivering: die doelwitte en aktiwiteite wat 'n organisme streef en die krag waarmee dit word nagestreef. Kritiek is die lokus van modulasie appetitive: hoeveel beloning lei sy strewe na.

Alhoewel dit minder bespreek word, moduleer dopamien ook aktiwiteitsvlakke. In ooreenstemming met hierdie modulasie van aktiwiteite, het Salamone en kollegas lank geargumenteer dat dopamien albei pogings tot 'n doel kan moduleer (Salamone et al., 1997, 2005, 2009a) asook algemene aktiwiteitsvlakke (Niggies et al., 1993; Correa et al., 2002), waarnemings sentraal tot die huidige hipotese.

Ons sal argumenteer dat dopamien energieverbruik reguleer om gedrag met energiehulpbronne te versoen; dopamien moduleer nie begeerte nie, dit stel dit op 'n energiebegroting. In hierdie siening is energie beskikbaarheid, nie beloon nie, die primêre faktor wat dopaminerge regulering van gedrag beïnvloed. In die volgende gedeeltes sal ons hierdie hipotese vir energiebestuur uitwerk oor dopamien wat die eerste effek meganismes bespreek, waardeur dopamien energieverbruik reguleer, gevolg deur 'n bespreking van meganismes waarvolgens die dopamienstelsel die verspreiding van energie reguleer deur beloningsinligting te gebruik. Na die uitwerking van die hipotese, sal ons spesifiek fokus op 'n alternatiewe weergawe van die rol van dopamien in vetsug.

Ass I: Conserve-Expend

In die volgende afdelings sal ons die rol van dopamien in die modulering van energie-uitgawes uiteensit, langs 'n kontinuum van bewaring en besteding. In die siening is die regulering van energiebesteding - beide algemene aktiwiteit en poging tot spesifieke doelwitte - fundamenteel onafhanklik van beloning en hang dit eerder van beskikbare energiebronne. Beloning, ons sal argumenteer, speel 'n duidelike rol in die bepaling van die verspreiding of toekenning van daardie energie-uitgawes, wat deur die ondersoek-ontginningsas verteenwoordig word en in die afdeling "As II: Verken-ontginning" bespreek word.

Dopamien en algemene aktiwiteit: Spandeer of stoor?

Verhoogde dopamien is vir dekades geassosieer met verhoogde aktiwiteit. Dwelms wat dopamien vrylating verhoog, soos amfetamien, kokaïen of dopamien heropname inhibeerders, verhoog algemene aktiwiteit by mense en knaagdiere (Kelly, 1975; Mogenson et al., 1980; Beninger, 1983; Ahlenius et al., 1987; Carlsson, 1993; Xu et al., 1994; Sedelis et al., 2000; Correa et al., 2002; David et al., 2005; Viggiano, 2008; Charntikov et al., 2011). Toediening van D1 agoniste of antagoniste verhoog respektiewelik aktiwiteit. D2-werkende middels tree na-sinapties op medium-spinyneurone op in die inhibitiewe, indirekte weg; Hulle tree egter ook voor-sinapties op dopamien- en glutamaat-terminale en as outoreceptors op dopamien-selliggame. Gevolglik sal lae dosisse quinpirole, 'n D2-agonis, die aktiwiteit wat vermoedelik afname in dopamien vrystelling deur middel van outoreceptoraktivering verminder, terwyl hoë dosisse quinpirole aktiwiteit verhoog, vermoedelik deur aktivering van postsynaptiese D2-reseptore wat aktiwiteit in die inhibitiewe indirekte weg verminderLomanowska et al., 2004). By knaagdiere word sommige verslawende middels van misbruik wat CNS-depressante (bv. Morfien) verhoog aktiwiteit, 'n effek wat na verwagting voortspruit uit verhoogde dopamien vrystelling (Koek et al., 2012). Dwelms wat dopamien heropname blokkeer verhoog aktiwiteit (Billes en Cowley, 2008; Young et al., 2010) en DAT uitdrukking korreleer met lokomotoriese aktiwiteit. Muise met verminderde uitdrukking van die dopamien-vervoerder, wat verhoogde toniese dopamien tot gevolg het, is hiperaktief (Cagniard et al., 2006a).

Alhoewel daar geen twyfel bestaan ​​dat dopamien die algemene aktiwiteit moduleer nie, is die meganisme waardeur dit swak verstaan ​​word. Trouens, daar is geen algemene raamwerk vir die konseptualisering van wat presies "algemene aktiwiteit" of opwinding in die eerste plek is nie (Quinkert et al., 2011). In knaagdiere word algemene aktiwiteit tipies gemeet met behulp van óf die oop veld, lopende wiele of huiswerk aktiwiteit monitors. Die mate waarin elkeen 'n algemene aktiwiteitsvlak weerspieël word, word bespreek (Dishman, 2008; Viggiano, 2008; Hesse et al., 2010; Garland et al., 2011). Die oop veld, byvoorbeeld, kan beskou word as 'n maatstaf van algemene aktiwiteit, verkennende gedrag of "emosionaliteit." Die lopende wiel, omdat lopie sterk in knaagdiere versterk (Wagner, 2005; Brene et al., 2007; Greenwood et al., 2011), kan beskaamd wees met beloningsprosesse. Nietemin, toenemende dopamien verhoog aktiwiteit op al drie die maatreëls en omgekeerd, verminder dopamien verminder aktiwiteit op al drie die maatreëls (Ahlenius et al., 1987; Zhuang et al., 2001; Correa et al., 2002; Leng et al., 2004; Beeler et al., 2006, 2009; Dishman, 2008; Kitanaka et al., 2012).

Eerder as om 'n algemene aktiwiteit te beskou, onderskei van doelgerigte, beloningsgedrewe gedrag, sou 'n alternatiewe perspektief wees dat dopamien die beskikbaarheid van energie aandui en energieverbruik veroorsaak, of dit gerig word op 'n lonende, versterkte aktiwiteit soos wielrigting (of hendel druk), na verkenning soos in die oop veld of net om te beweeg om meer muisagtige dinge daagliks in die huishok te doen. Soos psigostimulerende gebruikers vir dekades getuig: dopamien is energiserend. Die effek van dopamien op algemene aktiwiteit verteenwoordig dus 'n fundamentele effektor in die regulering van energieverbruik deur op- of af te reguleer hoeveel energie in gedragsaktiwiteit bestee word, onafhanklik van hoe die aktiwiteit gerig kan word: onafhanklik van beloning.

Dopamien en poging: Hoeveel kan ek bekostig?

Die literatuur is vol met bewyse dat verhoogde dopamien verhoogde pogings in die nastrewing van doelwitte, kanonoom geïllustreer deur verhoogde prestasie in progressiewe verhouding paradigmas waarna elke beloning verdien, die koste van elke daaropvolgende beloning toeneem (Hodos, 1961). Histories is die poging wat 'n vak in 'n progressiewe verhoudingstoets maak, uitgelê as 'n mate van versterkingsdoeltreffendheid: dit is hoe hard ek werk, 'n maatstaf van hoe waardevol of motiveer die beloning is (Madden et al., 2007a,b). Dit is analoog om die waarde van iets te evalueer volgens die prys wat iemand bereid is om te betaal.

Breekpunt meet egter implisiet 'n koste-voordeelbepaling (Salamone et al., 2009a). Alhoewel dopamien bydra tot hierdie deurlopende bepaling, bly die rol onduidelik (Salamone et al., 1997; Roesch et al., 2007; Dag et al., 2010, 2011; Ostlund et al., 2010). Aan die een kant, soos aangevoer in die aansporing-saligheidsteorie, kan dopamien die aansporingseienskappe van stimuli wat met beloning geassosieer word, verbeter baat (Berridge, 2007; Gan et al., 2010). Aan die ander kant, Salamone en kollegas argumenteer dat dopamien verminder sensitiwiteit vir die koste, dus die vermindering van die kos komponent (Salamone, 2011, sien ook Phillips et al., 2007). In albei gevalle is die resultaat verhoogde strewe na beloning wat voortspruit uit die verandering in koste-voordeelbepaling, waargeneem as 'n verhoogde breekpunt. In die konvensionele progressiewe verhouding paradigma is dit moeilik om hierdie twee moontlikhede te onderskei aangesien die gedragsuitkoms dieselfde sal lyk: verhoogde inspanning en reageer. Die bostaande hokstudies wat hierbo hersien word, kan egter tussen hierdie twee alternatiewe onderskei. As verhoogde dopamien toenemende sensitiwiteit vir beloning was, wat 'n groter "wil" en opregterende aptytmotivering tot gevolg gehad het, sou ons verwag om groter verbruik en beter voorkeur vir meer belonende kosse te sien. Ons het ook nie waargeneem nie. In plaas daarvan het ons soortgelyke verbruiks-, voorkeur- en gedragskeuses waargeneem, maar 'n verskuiwing in bewerkingsstrategieë teenoor groter energieverbruik. Dit sou egter verkeerd wees om te sê dat die DATkd-muise is onsensitief tot koste; hulle pas hul verbruik en moeite aan in reaksie op stygende koste, net soos die wilde-tipe muise. Boonop, in die goedkoop-duur hefboomskakelparadigma, as die hefbome dit doen nie skakel, die DATkd-muise verkies die goedkoop hefboom identies aan die wildtipe. Eerder, verhoogde dopamien blyk om oorheersende strategie na groter energieverbruik te verskuif.

By die bepaling van die optimale afweging tussen koste en voordeel, is beide faktore situasioneel kontingent. Aan die een kant is voordele afhanklik van behoefte. 'N Voedselpille sal baie meer waardevol wees en motiveer vir 'n honger muis as 'n sated. Die rol wat motiveringstoestand speel in die bepaling van beloning en versterking het 'n lang geskiedenis in sielkunde en neurowetenskap (Berridge, 2004) en verteenwoordig 'n aktiewe ondersoekveld (Dayan en Balleine, 2002; Balleine, 2005; Fontanini en Katz, 2009; Haase et al., 2009). Baie minder waardeer egter dat die evaluering van koste ook voorwaardelik kan wees. Spesifiek, die koste verbonde aan enige uitgawes hang af van beskikbare hulpbronne. Die koste van 'n $ 12.00-lughawe-hotdog word nie deur 'n miljoenêr-uitvoerende hoof en 'n arm gegradueerde student evalueer nie. Met knaagdiere kan soortgelyke hulpbronvoorsienings van toepassing wees. Byvoorbeeld, vertragingskoste kan meer betekenisvol wees indien slegs 'n beperkte hoeveelheid tyd beskikbaar is (soos in een uur operante sessies) om beloning te verkry. Net so kan die koste wat verband hou met hefboomperse afhang van die algemene beskikbaarheid van energie aan 'n muis. Dus, as dopamien die koste-sensitiwiteit verminder, is daar twee interpretasies. In die eerste plek word die koste-sensitiwiteit relatief tot voordeel verminder; dit is wanneer koste en beloning vergelyk word, verminder dopamien die kostefaktor om beloning te bevorder (funksioneel gelykstaande aan die verhoging van die aansporingswaarde). In die tweede fase moduleer dopamien koste-sensitiwiteit relatief tot beskikbare hulpbronne. As energie oorvloedig beskikbaar is, word die pogingskoste verdiskonteer.

Dus argumenteer ons dat die dopamienregulering van inspanning onafhanklik is van beloningswaarde; dit wil sê dopamine se effekte op inspanning weerspieël 'n direkte modulasie van energieverbruik in verhouding tot beskikbare energiebronne eerder as 'n indirekte gevolg van die modulering van 'n kompromie tussen koste en beloning. Aangesien dopamien die energieverbruik in die algemeen verhoog, soos hierbo bespreek, verhoog dit die energieverbruik - of die krag van die strewe na doelwitte - in spesifieke aktiwiteite, beweer ons weer: onafhanklik van beloningswaarde: As jy energie het, gebruik dit.

As II: Verken-Uitoefening

In die volgende afdelings argumenteer ons dat beloning 'n sentrale funksie in die dopamien-gemedieerde energiebestuur behels: die beheer van die verspreiding van energie uitgawes, wat ons verteenwoordig met die verkenning-ontginning as (Figuur 1). In hierdie siening bepaal geleerde beloningswaarde (e) die relatiewe nut van verskillende aktiwiteite; egter wat in hierdie as wesenlik gevang word, is die graad waaraan hierdie waardes (en die kontras tussen hulle) eintlik vooroordeel en gedragskeuses vorm. Ons integreer in hierdie as versterking leer en aansporing-salience perspektiewe argumenteer dat fasiese dopamien bemiddel leer oor en opdatering van beloning waardes, soos algemeen geglo, terwyl tonikum dopamien, soos voorgestel word, skaal die impak van hierdie waardes op gedragskeuse, die uitdrukking van geleerde waardes. Ons herformuleer hierdie aansporingskalering formeel as 'n funksie binne versterkingsleer wat die graad reguleer waaraan voorafbeloning leer die voorkeur verleen; dit wil sê, hoeveel gevestigde leer uitgebuit word. Ons gee hierdie laasgenoemde funksie toe aan toniese dopamien en interpreteer dit as regulering spaarsamigheid; dit is die regulering van die spaarsaamheid van energieverbruik.

Dopamien en Doelwit Keuse: Wyse Keuses In Energie Uitgawes

Die soberheid van u uitgawes hang af van die beskikbare bronne. 'N Ryk persoon hoef nie oor duisende dollars te twis nie, terwyl 'n arm persoon sent hoef te tel. Net so hoef diere wat in baie energieke omgewings woon, hulle nie te bekommer oor energiebesparing nie, terwyl diegene wat onder skaarsheidstoestande leef, energie oordeelkundig moet gebruik. Energiebestuur behels dus nie net die bepaling van die totale omvang van energieverbruik, soos hierbo bespreek nie, maar ook die toewysing daarvan aan spesifieke aktiwiteite.

Ons begin uit die veronderstelling dat wanneer energie beskikbaar is, energieverbruik aangepas is, vir twee primêre redes. Eerstens is fisieke aktiwiteit getoon in talle studies om aansienlik by te dra tot gesondheid en lang lewe (Holloszy et al., 1985; Samorajski et al., 1985; Paffenbarger et al., 1986; Holloszy, 1988; Helmrich et al., 1991; Greendale et al., 1995; Booth et al., 2000; Alevizos et al., 2005; LaMonte et al., 2005; Warburton et al., 2006; Gaesser, 2007; Huffman et al., 2008; Hawley en Holloszy, 2009; Mercken et al., 2012). Onder omstandighede van skaarsheid moet diere hard werk om voedsel te vind; onder omstandighede van oorvloed doen hulle dit egter nie. 'N Stelsel wat die energieverbruik verhoog na aanleiding van oorvloedtoestande, sal die aktiwiteitsvlakke en gesondheid handhaaf, en dit sal ten minste voorkom dat 'n dier 'n vet, stadige stukkie word vir 'n roofdiere. As daar boonop energie beskikbaar is, is daar 'n informatiewe voordeel om te verken deur die verkenning wat 'n dier in staat stel om meer inligting oor sy omgewing te leer, inligting wat in die toekoms gebruik kan word (Behrens et al., 2007). As daar dus energie beskikbaar is, is daar logika daarin om uitgawes en gedragsverkenning aan te wakker. Daarenteen, as energie skaars is, moet die dier sy energie bespaar en sy kennis van die omgewing maksimaal benut. In die hipotese wat hier ontwikkel word, ontstaan ​​die rol van dopamien in beloningsprosesse as 'n meganisme vir die toekenning van energie aan spesifieke aktiwiteite en stimuli.

Om energie optimaal te kan toeken, word twee primêre funksies benodig. Eerstens moet die organisme die waarde van stimuli en dade in die eerste plek bepaal. Tweedens moet die organisme bepaal in watter mate hierdie waardes in ag geneem moet word wanneer gedragskeuses gemaak word: hoe spaarsamig of "waardebewus" moet uitgawes wees? Die twee sambreel-aansigte van dopamien en beloning, die versterkingsleer en die aansporing-saligheidshypotheses, bied hierdie twee funksies. In die onderstaande afdelings ondersoek ons ​​beide funksies en hul bydrae tot die verkennings-ontginningsas (Figuur 1) gegooi in terme van TD-leermodelle.

Dopamien- en versterkingsleer: Waarde-rekeningkunde

Soos in die inleiding genoem, kan die term "beloning" dubbelsinnig wees. Hier neem ons 'n inligtingsperspektief aan en definieer beloning as positief gekose uitkomsinligting. Die primêre vraag wat aangespreek moet word, is watter rol dopamien speel in die koppel van beloninggeskiedenis tot toekomstige keuses. Versterking leerperspektiewe argumenteer dat dopamien moduloseer kortikostriatale plastisiteit in reaksie op beloning, dit wil sê positiewe uitkomsinligting, dus bemiddelende leer oor stimuli en aksies wat waardevol is. Motiverende sienings, spesifiek aansporingsvermoë, dui daarop dat dopamien die uitdrukking van voorheen geleerde waardes (aansporing). Die huidige hipotese behels beide binne 'n TD-leerraamwerk.

Temporêre verskil-modelle is 'n klas van versterkingsleeralgoritmes wat suksesvol toegepas word om te verstaan ​​hoe neurale substraten, soos dopamien en die basale ganglia, gedragswaargenome versterkingsleer bemiddel. Binne hierdie modelle word stimuli en aksies toegeken aan 'n "waarde" wat alle verwagte toekomstige belonings verbonde aan daardie stimuli of aksies insluit. Soos die tyd ontvou en die dier progressief vorentoe beweeg, vorder ons deur opeenvolgende state (dws konfigurasies van stimuli, aksies, belonings), in elke stap vorentoe die voorafgaande voorspelling (t - 1) word vergelyk met wat eintlik by die tyd ontvang is t plus die oorblywende verwagte belonings in die toekoms, dit is die waardeberaming by t. As daar 'n verskil is, word 'n voorspellingsfout genoem, die vorige waarde by t - 1 is aangepas sodat wanneer die toestand weer voorkom, dit meer akkuraat sal wees. Wanneer die dier vorentoe beweeg in die tyd na t + 1, dieselfde proses sal plaasvind, hierdie keer die voorspelde waarde van t deur dit te vergelyk met werklike beloning by t + 1 plus die verwagte toekomstige waarde van t + 1, ensovoorts. Die naam TD ontstaan ​​omdat 'n hele opeenvolging van state, elk met sy eie waardevoorspelling van 'n oorblywende toekomstige beloning, een tree op 'n slag aangepas word. Dit is hierdie versameling waardes wat verband hou met verskillende state-stimuli en aksies - wat akkurate voorspelling van toekomstige beloning moontlik maak. Kortom, dit is 'n algoritme wat verhoor- en foutleer fasiliteer waar die dier altyd, soos dit is, in media res, en 'n akkurate skatting van die waarde van spesifieke stimuli en aksies word geleidelik oor tyd deur ervaring opgedoen.

Temporale verskilmodelle het twee sleutelfunksies. Eerstens leer hulle. Soos hierbo beskryf, gebruik 'n opdateringsreël wat gebaseer is op voorspellingsfoute, die vorige waardes wat verband hou met stimuli en aksies, aan te pas. Tweedens maak hulle besluite. Dit is wanneer jy 'n stel waardes het, is daar 'n reël vir hoe hierdie waardes gebruik word om 'n aksie te kies. Hierdie twee funksies word geassosieer met twee parameters, algemeen bekend as alfa, die leersyfer, en beta, die "temperatuur" onderskeidelik. Die leersyfer bepaal in watter mate nuwe inligting verander waardes wat gevestig word, beide gewig nuwe inligting teen ou en die vestiging van 'n "vergeet venster." Die temperatuur parameter bepaal die mate waartoe huidige waarde inligting (bv. waarna verwys word as die "explore-exploit" parameter.

Substantiewe bewyse ondersteun 'n rol vir dopamien om bemiddeling van versterkingsleer en kortikostriatale plastisiteit, wat nie hier hersien sal word nie (Montague et al., 1996; Schultz et al., 1997; Reynolds en Wickens, 2002; Schultz, 2002, 2010; Kanon en Palmiter, 2003; Wys, 2004; Berridge, 2007; Goto et al., 2007; Redish et al., 2007; Robbins en Roberts, 2007; Salamone, 2007; Schultz, 2007; Dayan en Niv, 2008; Kheirbek et al., 2008, 2009; Redgrave et al., 2008; Kurth-Nelson en Redish, 2009; Lovinger, 2010; Lüscher en Malenka, 2011). Hierdie leerfunksie is hoofsaaklik geassosieer met fasiese dopamienaktiwiteit wat op 'n millisekondige tydskaal funksioneer en word nie geglo om direk beloning te verteenwoordig nie. In plaas daarvan word geglo dat tegnologiese dopamien die voorspellingsfoute koördineer om te teken van TD-leer soos hierbo beskryf. Deur onvoorsiene beloning of die mislukking van verwagte beloning te teken (Schultz et al., 1997; Schultz, 2007; Flagel et al., 2010; Brown et al., 2011; Dag et al., 2011), verhoog fasiese dopamien die waardes wat verband hou met stimuli en aksies deur sinaptiese gewigte te verander deur die effek daarvan op kortikostriatale plastisiteit. Binne die huidige hipotese aanvaar en beskou ons hierdie funksie van fasiese dopamien in die opdatering van waarde as, in 'n sekere sin, 'n rekeningkundige funksie: dopamien stel nie, skep of willekeur skaalwaarde nie, maar bied funksioneel 'n onderrigsein om leer te verander om akkuraat te weerspieël die waarde wat verband hou met stimuli en aksies. Simpelweg, hierdie funksie van dopamien probeer om die waarde reg te kry: 'n fundamentele kenmerk van enige suksesvolle begroting is om die getalle reg te kry. Dit wil sê, die hoogs gedetailleerde en meganistiese funksies van dopamien in versterkingsleer stel 'n dier in staat om oor sy omgewing te leer in orde om sy beskikbare energie beter toe te ken en te benut.

Dopamien en aansporingsvermoë: Energiebegrotingstoewysing

Die aansporingskennis van dopamien, in teenstelling hiermee, beweer dat dopamien die impak van beloning-geassosieerde stimuli op gedragskeuse (Cagniard et al., 2006b; Berridge, 2007). Dit is, dopamien modulateer die mate waartoe aansporingswaarde geassosieer word met stimuli-vooroordeel gedrag. Oor die algemeen word verhoogde dopamien beskou as toenemende aansporing en opskietende aptytgedrag; dit wil sê 'n groter 'wil' veroorsaak. Hierdie siening is in ooreenstemming met die dekades van literatuur wat verhoogde dopamien resultate toon in verhoogde doelwitstryd en -poging, soos hierbo bespreek. In wese kan dit as verhoogde konseptualiseer word uitbuiting van beloning leer: beloningswaarde oefen 'n groter vooroordeel op gedragskeuse uit. As dopamien egter verhoog word, sal dit logies verwag dat dopamien verminder sal word tot groter verkenning; dit is, gedrag sal wees minder bevoordeel deur beloningsinligting. Volgens ons het geen data egter meer verkenning as gevolg van verminderde dopamien getoon nie. In plaas daarvan is afgeneem dopamien konsekwent geassosieer met verminderde aktiwiteit en verkennende gedrag. In die bostaande gedrags-buigsaamheidshuiskuurstudie het ons bevind dat verhoogde dopamienvermindering koppeling tussen beloningsgeskiedenis en keuse, bevoordeel eksplorasie, nie uitbuiting, in ooreenstemming met dekades van oop veld studies wat verhoogde verkennende aktiwiteit as gevolg van verhoogde dopamien (bv. Zhuang et al., 2001). In ooreenstemming met die huidige hipotese, onlangse rekenwerk deur Humphries en kollegas (Humphries et al., 2012) toon dat toniese dopamien die afwisseling tussen eksplorasie en uitbuiting kan moduleer. In hul model is die gevolge van dopamien op hierdie afhandeling kompleks en konsentrasie afhanklik, maar dui daarop dat hoë dopamien verkennende gedrag kan veroorsaak.

Ons stel voor dat die insiggewende siening van dopamien, waar dopamien die mate waarin beloningswaarde beïnvloed gedragskeuse beïnvloed, 'n kritiese effekmeganisme in dopaminerge bestuur van energieverbruik opneem. Deur die balans tussen eksplorasie en uitbuiting te moduleer, reguleer dopamien die vrugbaarheid van energieverbruik. In teenstelling met die huidige teorieë van aansporingsvermoë, argumenteer ons egter dat dopamien dadelik in die teenoorgestelde rigting optree van wat wyd verstaan ​​word: dopamien gunste eksplorasie; dit is, verminder voorspraak van gedragskeuse deur beloningswaarde, alhoewel soos die werk van Humphries et al. (Humphries et al., 2012) toon, die presiese werking van hierdie funksie van dopamien sal waarskynlik kompleks wees. Die verhoogde poging in beloningstoekenning wat deur verhoogde dopamienfunksie waargeneem word, kom in hierdie siening nie voor as gevolg van verhoogde beloningswaarde nie, maar as gevolg van 'n dopaminerge sein na bestee energie en wees minder spaarsaam in die strewe na doelwitte.

Alhoewel, deur sy rol in versterkingsleer, (fasiese) dopamien bydra tot die leer van waarde, is die omvang van die vertikale asse in Figuur 1 verteenwoordig nie waarde nie per se, van minder tot groter waarde, maar die mate waarin gevestigde waardes vooroordeel of direkte gedragskeuse, wat wissel op 'n kontinuum van die swaar invloed van keuse (ontgin) tot minimale invloed (verken). Dit kan beskou word as 'n vrugbaarheidsas, waar groter uitbuiting die beloning vir energie bestee, terwyl verminderde uitbuiting verkenning en groter energieverbruik fasiliteer.

Hoe en tot watter mate aangeleerde waardes direkte gedragskies behels, hang baie af van baie faktore, veral die motiveringstoestand van die organisme, die 'opvallendheid' in 'aansporing-opvallendheid', met inagneming van die interne omgewing van die organisme. Die eksterne omgewing moet ook in ag geneem word, spesifiek die beskikbaarheid van beloning, veral energie. Soos hierbo bespreek, bepaal die rykdom van die omgewing hoe ywerig 'n dier moet wees met sy energie-uitgawes en hoeveel dit nodig is om die voorafgaande leeruitkoms maksimaal te benut. Niv et al. (2007) het voorgestel dat toniese dopamien oor die jare gemiddelde beloning koördineer, 'n formalisering wat die relatiewe oorvloed of skaarsheid van beloning in 'n omgewing tot gedragsvlak verbind. In die model wat deur Niv voorgestel word, veroorsaak hoër gemiddelde beloning groter gedragsgewrig om geleentheidskoste te verminder; dit is hoe meer ryk die omgewing is, hoe meer verlore gaan deur onaktiwiteit, kleurvol beskryf as "die koste van luiheid." Fokus spesifiek op die beskikbaarheid van energie, deel ons hierdie siening dat toniese dopamien die oorvloed of skaarsheid van energie in die omgewing aandui. oortyd. In die huidige siening, eerder as om die verhoogde krag wat verband hou met dopamien te beskou, as om groter uitbuiting te gebruik om geleentheidskoste te verminder, stel ons voor dat verhoogde dopamien energie oorvloed weerspieël en meer energieverbruik veroorsaak, maar minder uitbuiting; dit is, minder energie spiergedrag, bevoordeel eksplorasie (maar nie onaktiwiteit nie).

Laastens word daar algemeen geglo dat geleerde waardes deel kan wees van 'n doelgerigte of 'n gewoontestelsel (Daw et al., 2005; Balleine et al., 2007), wat dikwels met die dorsomediale en dorsolaterale striatum geassosieer word (Yin en Knowlton, 2006; Balleine en O'Doherty, 2010). In TD-modelle word laasgenoemde gegooi as 'n "kas" of "modelvrye" stelsel waar die waarde van stimuli en aksies onuitvoerbaar is; dit is hoe hierdie waardes afgelei is, is nie beskikbaar vir ondersoek nie. In teenstelling hiermee word doelgerigte gedrag geassosieer met "modelgebaseerde" stelsels waar 'n "boom" van state en hul geassosieerde waarde eksplisiet verteenwoordig word sodat die dier doelbewus die boom kan soek om vas te stel hoe waarde by enige blaar afgelei word en evalueer daardie waardes teen huidige motiverende toestande. In teenstelling hiermee word die gewoonte- of kasstelsel beskou as ongevoelig vir motiveringsstaat, alhoewel dit belangrik is, nie onsensitief vir nuwe leer nie (Balleine en O'Doherty, 2010). Presies omdat die gekaste waarde nie "ondersoek" kan word met betrekking tot huidige doelwitte nie, sal gewone gedrag gebaseer op die gekaste waardes uitgereik word in reaksie op stimuli-voorlegging, selfs in die afwesigheid van motivering totdat die gekaste waarde wat die gedrag bestuur, opgedateer word. In TD-modelle pas die temperatuurparameter die mate aan waardes vooroordeel gedrag sonder inagneming van die bron van daardie waardes, dit wil sê of hulle deel is van 'n kas, modelvrye of modelgebaseerde stelsel. Die vraag ontstaan ​​of die dopamienregulering van ondersoek-ontginning, wat hier voorgestel word, gelyk is aan beide die gewoonte en doelgerigte stelsel, 'n vraag wat ons nie kan beantwoord nie. In soverre verminderde dopamien uitbuiting, spaarsaamheid en bewaring kan veroorsaak, verhoog die beheer wat voorafleer het oor gedrag, beloning / energie arm omgewings en hipodopaminergie kan, deur die invloed van gevestigde leer en waardes op gedrag te verhoog, die beheer wat deur gewoonte gebaseer word, verhoog. stelsels, maar dit vereis duidelik verdere ondersoek.

Dopamien en Verskuiwing Energie Uitgawes: Herziening van die GO en NOGO Paaie

'N Primêre teiken van dopamien, wat wyd verband hou met die rol van dopamien in beloning en motoriese beheer, is die striatum (Albin et al., 1989, 1995; Alexander et al., 1990; Mink, 1996; Everitt en Robbins, 2005; Cagniard et al., 2006b; Balleine et al., 2007; Nicola, 2007; DeLong en Wichmann, 2009; Wys, 2009; Haber en Knutson, 2010; Humphries en Prescott, 2010; Sesack en Grace, 2010). Die striatum is die hoof toegangspunt vir kortikale insette (Bolam et al., 2000) wat deur die basale ganglia verwerk word, word uiteindelik teruggekeer na die korteks, wat bestaan ​​uit die bekende terugkomende kortikostriatale lusse (Alexander et al., 1990; Alexander en Crutcher, 1990; Alexander, 1994; Middleton en Strick, 2000; Haber, 2003; Lehericy et al., 2005). Kortikostriatale prosessering vind plaas deur twee parallelle paaie (uitgesluit die hiperdirekteur), die direkte en indirekte wat kortikostriatale deurset fasiliteer en inhibeer (Albin et al., 1995; Mink, 1996), onderskeidelik, soms na verwys as die GO en NOGO-paaie (Cohen en Frank, 2009). Die GO-pad gee oorwegend D1 uit terwyl die NOGO D2 uitdruk (Surmeier et al., 2007) sodanig dat 'n toename in dopamienaktiwiteit aktiwiteit in die fasiliterende GO-baan verhoog en aktiwiteit in die remmende NOGO-baan verminder. Omgekeerd het verminderde dopamien minder GO-aktiwiteit en verhoogde NOGO-aktiwiteit, 'n idee wat sentraal staan ​​in klassieke modelle van motoriese verlangsaming by Parkinson se siekte (Albin et al., 1989; Mink, 1996). Die klassieke funksionele verduideliking vir hierdie dual pathway-argitektuur is "gefokusde keuse", die idee dat die GO-pad 'n geselekteerde motoriese aksie isoleer en fasiliteer terwyl die NOGO-roete mededingende aksies en buitengewone geraas inhibeer, wat sodoende 'n skoon uitvoering van aksies moontlik maak (Mink, 1996).

Dieselfde argitektuur kan egter gesien word as 'n effektormeganisme vir die regulering van energieverbruik. Deur die balans tussen die GO en NOGO-paaie te verskuif, reguleer dopamien beide die totale deurset van die kortikostriatale stelsel asook die modulering van sy selektiwiteit (Beeler, 2011). Spesifiek, verhoogde dopamien gun die GO-pad en verminder die NOGO-pad. Dit lei tot groter algehele kortikostriatale deurset en groter eksplorasie aangesien die potensiële aksies wat voorgestel word in kortikostriatale insette op die GO-pad, minder gesig in die inhibitoriese NOGO-roete in die gesig staar, wat beperkings op die kies van aksies verminder. In teenstelling hiermee, wanneer dopamien afneem, is daar 'n groter inhibitiewe NOGO-aktiwiteit wat lei tot algehele minder kortikostriatale deurset en groter uitbuiting aangesien die aksies wat gekies word deur die GO-pad voldoende sterk moet wees om die inhibitiewe invloed van die NOGO-pad te oorkom (vir 'n leerperspektief op dit, sien Frank et al., 2009). Dit bied 'n basis om te verstaan ​​hoe verhoogde dopamien kan verhoog aktiwiteit algeheel sowel as verminder Die selektiwiteit van daardie aktiwiteit, dit wil sê, verhoog energieverbruik en verkenning. In teenstelling hiermee sal verminderde dopamien algehele aktiwiteit verlaag, maar selektiwiteit verhoog, wat verminderde energieverbruik tot gevolg sal hê en verhoog uitbuiting (Figuur 2). 'N meer gedetailleerde bespreking van die rol (s) van dopamien in modulerende kortikostriatale deurset kan elders gevind word (Beeler, 2011). Hierdie dubbele padargitektuur bied dan 'n potensiële basis vir die modulering van energieverbruik langs die twee asse wat beskryf word. Reguleer algehele, veralgemeende aktiwiteit (bewaaruitgawes) aan die een kant en aan die ander kant die regulering van die mate waartoe vorige leer oor beloning word uitgebuit, die verkennings-ontginningse asse.

 

Figuur 2. Rol van direkte en indirekte padmodulasie van kortikostriatale deurset in die regulering van die energieverbruik. Die striatum moduleer kortikale prosessering via kortikostriatale-thalamokortiese lusse deur die basale gangia deur twee weë, die direkte, nigrostriatale ("GO") en die indirekte, striatopallidale ("NOGO"), wat hoofsaaklik D1 en D2 dopamienreseptore uitdruk. Dopamien in die GO-roete (rooi tonedakkies), dopamien disinhibits kortikostriatale deurset fasiliterende aktiwiteit terwyl dopamien-aktivering van D1 die NOGO-pad (blou toned bokse) inhibeer, wat ook die aktiwiteit vergemaklik deur die inhibitiewe invloed van die indirekte Omgekeerd verminder dalings in dopamien D2-gemedieerde disinhibisie van die GO-pad en D1-gemedieerde inhibisie van die NOGO-pad, wat beide dien om kortikostriatale deurset te beperk. Hierdie dopamien-effekte word voorgestel deur groen pyle vir die GO-paaie, wat die fasilitering van kortikostriatale deurset en rooi stoppyle vir die NOGO-pad aandui wat inhibisie van kortikostriatale deurset aandui. Die gevolge van verhoogde en verminderde dopamien op die uitgawes en verspreiding van energie word hieronder opgesom met die twee asse (besparings en verkenning-ontginning) in duie stort op 'n enkele skaal van beperkte gebruik van energie (beperkte uitgawes wat gefokus is op die gebruik van beloningsinligting) versus Uitgebreide energiebesteding (hoë uitgawes wat liberaal versprei word aan gedragsaktiwiteite, nl. eksplorasie), waar beperkende energieverbruik verteenwoordig word deur blou en ekspansiewe energieverbruik met rooi.

Dopamien en sy diverse teikens: Orkestrasie of Evolusionêre Bric-a-Brac?

In die vorige gedeelte fokus ons op dopamien-aksies in die striatum, wyd uitgelê as 'n primêre substraat vir versterkingsleer en betrek beide in motivering en motoriese beheer. Dopamien projekteer egter breedweg oor die brein, met belangrike projeksies, byvoorbeeld na die prefrontale korteks. Verder, afgesien van die wyd bestudeerde nigrostriatale en mesoaccumbens-paaie, wat na die dorsale en ventrale striatum uitsteek en geassosieer word met motoriese beheer en gewoonte, en onderskeidelik, is daar veel minder bestudeer dopamien-kerne, insluitend dié wat met die hipotalamus geassosieer word. Al wat mag (dalk nie) bydra tot energiebestuur op potensieel verskillende maniere. Die ontwikkeling van 'n hipotese vir dopamien en energiebestuur vereis om te vra hoe dopamienmodulasie in verskillende teikens kan bydra tot gekoördineerde energiebestuur. Op hierdie punt kan ons nie redelik spekuleer oor hierdie vraag nie.

As u oor hierdie vraag nadink, ontlok dit egter die vraag of daar regtig 'n oorheersende "funksie" van dopamien is? Of het dopamien verskillende, nie-verwante funksies verwerf, sodat die idee van 'bevinding' die 'funksie van dopamien 'n dwaasopdrag is: miskien het die dopamienfunksies wat ons vandag waarneem, ontwikkel as lapwerk, evolusionêre bric-a-brac, 'n opportunistiese versameling van toevallige aanpassings . Uit die literatuur kry 'n mens die gevoel dat baie daar glo is 'n algemene, groot funksie van dopamien - meestal, 'beloning' verwerking, in een of ander vorm. Dit lyk nie onredelik om te dink dat aangesien die funksie van 'n neurotransmitter oor evolusie ontwikkel en transformeer, ontstaan ​​hierdie uitwerkings as variasies op 'n tema, 'n verdere verbetering van 'n funksie wat reeds aanpassingsfiksheid toegeken het. Selfs as so 'n idee uiteindelik onwaar is, soek 'n "algemene draad" tussen skynbaar diverse, nie-verwante funksies, dieper insig in hoe hierdie oënskynlik uiteenlopende funksies interaksie het om by te dra tot gedragsaanpassing. "Bemiddelende beloning," so breed en dubbelsinnig soos dit is, het in baie van die literatuur as hierdie gemeenskaplike noemer gedien en het ryk resultate opgelewer. Hier stel ons voor 'n alternatiewe, oorkoepelende funksie, energiebestuur.

Om terug te keer na die vraag hoe dopamienwerking by verskillende neurale substrate kan bydra tot energiebestuur, kan ons die vraag net vanuit die perspektief van ons hipotese reflekteer. Energiebestuur vorm 'n fundamentele biologiese proses, soos reproduksie, groei en reaksie op stres, en vereis gekoördineer aktiwiteit oor verskeie substrate in reaksie op eksterne toestande, op 'n manier wat 'n gebeurtenis in die eksterne wêreld beloon, miskien nie. Hierdie gekoördineerde orkestrasie van veelvuldige substrate na 'n enkele doel of doel is kenmerkend van hormone, soos reproduksie- of streshormone. Gegewe die diffuse projeksies en optrede van dopamien op verskeie teikens, is dit aanloklik om die gedagte te vermaak dat dopamien 'n hormoonagtige funksie kon ontwikkel het om meerdere neurale substrate te koördineer en gedrag te orkestreer wat optimaal aangepas is vir die heersende energieomgewing waarin die organisme verkeer. Alhoewel wel breed en spekulatief (maar sien Ugrumov et al., 2012), is dit interessant om te vra hoe dopamienmodulasie in die dorsale versus ventrale striatum, of in die prefrontale korteks teenoor die hipotalamus, die koördinasie van diverse neurale substraten kan verteenwoordig met uiteenlopende funksies in 'n enkele doel, die aanpassing van die gedrag aan die energie omgewing waarin die organisme sy oorlewing moet uitwerk.

Dopamien en vetsug: 'n Alternatiewe Perspektief

In onlangse jare was daar 'n toenemende fokus op die rol van dopamien in vetsug met verskeie hoëprofielvraestelle wat vergelykbaar was met voedselverslawing (Volkow and Wise, 2005; Trinko et al., 2007; Avena et al., 2008; Corwin en Grigson, 2009; Dagher, 2009; Davis en Carter, 2009; Ifland et al., 2009; Pelchat, 2009; Johnson en Kenny, 2010; Volkow et al., 2010). Hierdie teorieë fokus op die rol van dopamien in bemiddelende beloningsprosesse, wat daarop dui dat in moderne westerse kulture waarin hoogs smaaklike kosse geredelik beskikbaar is, hierdie smaaklike kosse op dieselfde wyse optree as misbruikmiddels en 'n verhoogde "wil" veroorsaak wat lei tot 'n verlies aan beheer Oor verbruik, ondanks, soos 'n verslaafde, individuele bedoelings om kalorie-inname te beperk (Berridge et al., 2010; Berthoud et al., 2011). Daar is twee teenoorgestelde neem dit aan (Davis et al., 2007; Davis en Carter, 2009). In die eerste, verhoog dopaminerge funksie wat voortspruit uit toenemende versterking wat geassosieer word met smaaklike voedsel, lei tot verhoogde motivering wat normale homeostatiese beheer oorheers (Finlayson et al., 2007; Zheng et al., 2009; Avena en Bocarsly, 2011). In wese verloor ons beheer in die gesig van regtig lekker kos, 'n effek wat geglo word om bemiddel te word deur die aanhoudende ooraktivering van dopamien. In teenstelling hiermee is 'n "beloning-tekort" hipotese voorgestel waarin a tekort in dopamien funksie lei tot verminderde beloning sein wat oormatige verbruik veroorsaak as die persoon of dier probeer om die beloning leeg te maak (vgl.Wang et al., 2004; Geiger et al., 2009; Kenny, 2010).

Binne die huidige hipotese stel ons voor dat verhoogde dopamien makliker energieverbruik en verkenning fasiliteer, dit wil sê, minder bevooroordeel van gedragskeuse deur beloning, bevordering van minder energieopberging en beskerming teen vetsug, in ooreenstemming met die bekende effekte van psigostimulante om gewigsverlies te veroorsaak (Vanina et al., 2002; Leddy et al., 2004). In teenstelling hiermee verminder dopamien energiebesparing en -uitbuiting, dws groter voorspanning van gedrag deur beloning. In hierdie geval word energieverbruik en berging bevoordeel, wat lei tot ooreet en gewigstoename. In teenstelling met psigostimulante het anti-psigotika wat dopamien (hoofsaaklik D2) antagoniseer, konsekwent geassosieer met gewigstoename vir dekades (Allison en Casey, 2001; Vanina et al., 2002), alhoewel die presiese meganismes onseker bly.

Leptien, Insulien, en Dopamien: Hulpbronne en Uitgawes

Waarneming van verminderde dopamienfunksie in vetsug, veral verminderde uitdrukking van die D2-reseptore, het die beloningstekort hipotese gegenereer (Blum et al., 2000, 2011) in watter oor-verbruik word aangedryf deur 'n poging om te vergoed vir verminderde beloning sein. In die hipotese wat hier voorgestel word, sal ons hierdie data herinterpreteer. Wanneer dopamienfunksie verminder word, bevoordeel dit energiebewaring en uitbuiting van beloningsinligting: dit is, "verteer en beweeg so min as moontlik", 'n voor die hand liggende resep vir vetsug.

Motiverende dissosiasie: benodig sonder "wil"

Dekades van elegante werk het verder bewys dat sirkulerende hormone wat energiebronne, veral insulien en leptien, aandui, bydra tot die regulering van verbruik en liggaamsgewig deur middel van aksies op die sentrale senuweestelsel. Figlewicz en Sipols, 2010 vir 'n uitstekende resensie]. In ooreenstemming met sy rol in die mediasie van homeostatiese energiebalans, speel leptien en insulien op verskeie teikens in die hipotalamus betrokke by die regulering van voeding, insluitend NPY, POMC, α-MSH en AgRP (Figlewicz en Sipols, 2010). Hierdie waarnemings stem ooreen met drywingsreduksie teorieë van motivering waar energie tekort of surplus onderskeidelik verbruik of inhibeer.

Die dramatiese toename in vetsug in onlangse jare (Ford en Mokdad, 2008) stel egter die vraag na waarom hierdie homeostatiese meganismes blykbaar misluk. Daar word wyd geglo dat midbrain dopamienstelsels wat aansporingsmotivering-motivering meebring wat voortspruit uit die beloningswaarde wat verband hou met stimuli (insluitende voedsel) eerder as van noodtoestand - vergemaklik hierdie homeostatiese mislukking deur sogenaamde nie-homeostatiese of hedoniese voeding te bevorder (Saper et al., 2002; Zheng en Berthoud, 2007; Lutter en Nestler, 2009; Zheng et al., 2009; Berthoud et al., 2011). Aansienlike bewyse dui daarop dat beide leptien en insulien die middelbrein dopamienfunksie kan modelleer (Krügel et al., 2003; Fulton et al., 2006; Hommel et al., 2006; Roseberry et al., 2007; Leinninger et al., 2009) en verander kos najaag en verbruik (Sipols et al., 2000; Figlewicz et al., 2001, 2004, 2008, 2006; Hommel et al., 2006; Morton et al., 2009; Davis et al., 2010b).

In die heersende siening blyk dit dat baie insulien en leptien dopamienfunksie daal, wat daartoe lei dat die stimulansgedrewe strewe en verbruik van voedsel verminder word. In wese verteenwoordig leptien en insulien, deur voldoende energie aan te dui, 'n funksionele versadigingssignaal wat die beloning verbonde aan voedsel verminder (Morton et al., 2009; Davis et al., 2010b; Figlewicz en Sipols, 2010; Opland et al., 2010; Vucetic en Reyes, 2010). Omgekeerd, wanneer energie laag is, leptien en insulien afneem, dopamien disinhibeer en bevordering van verhoogde aansporing / beloning gedrewe voedsel soek. Hierdie algemene idee is in ooreenstemming met data wat aantoon dat toenemende leptien en insulien vergoedingsgedrewe gedrag verminder (Carr et al., 2000; Fulton et al., 2000; Sipols et al., 2000; Figlewicz et al., 2004, 2006, 2007; Hommel et al., 2006; Farooqi et al., 2007; Rosenbaum et al., 2008; Morton et al., 2009) en omgekeerd, daardie voedselbeperking, geassosieer met verminderde leptien / insulien (Havel, 2000), verhoog beloningsgedrewe gedrag (Carroll en Meisch, 1980; Carr, 2007, 2011; Davis et al., 2010a). Kortom, deur op en af ​​regulering van dopamienfunksie, leptien en insulien moduleer die aansporing wat met kos geassosieer word en waarskynlik die sensitiwiteit oor die algemeen beloon (Morton et al., 2006; Davis et al., 2010a). Alhoewel hierdie rekening van leptien en dopamien intuïtief is, kan die storie tog komplekser wees (Palmiter, 2007).

In die konteks van vetsug is die verhouding tussen leptien / insulien, dopamien en beloningsgedrag paradoksaal en strook dit nie met die pas uiteengesette idee nie. Eerstens, in plaas van die verwagte toename in leptien / insulien sein wat ooreenstem met 'n verhoogde kalorie-inname en vet, is vetsug geassosieer met verminderde sensitiwiteit vir leptien / insulien (Arase et al., 1988; Lin et al., 2001; Wang et al., 2001b; Myers, 2004; Figlewicz et al., 2006; Enriori et al., 2007; Davis et al., 2010a; Figlewicz en Sipols, 2010; Koek et al., 2012). Tweedens, terwyl ons verwag dat hierdie waargenome afname in leptien- / insuliengevoeligheid lei tot verhoogde dopamienfunksie, analoog aan verminderde leptien / insulien seine in voedselbeperking, meld die meeste studies afgeneem dopamienfunksie in vetsug (Di Chiara et al., 1998; Wang et al., 2001a; Davis et al., 2008; Geiger et al., 2008, 2009; Li et al., 2009; Vucetic en Reyes, 2010). Ten slotte kan 'n mens verwag dat verminderde dopaminerge funksie tot 'n afname in verbruik sal lei, soos die getuienis hierbo aandui. In plaas daarvan kom verminderde dopamien en hiperfagie saam voor. By vetsug word die leptien / insulien -> dopamien -> beloningsketting by elke stap omgekeer.

Die eerste twee inversies beklemtoon 'n kritiese onderskeid tussen akute en chroniese positiewe energiebalans. Verminderde sensitiwiteit vir leptien / insulien word algemeen aanvaar as gevolg van chroniese positiewe energie balans, wat lei tot vetsug en metaboliese afwykings, en wat 'n patologiese aanpassing verteenwoordig. Die paradoksale vermindering van dopamienfunksie wat verband hou met vetsug ten spyte van verminderde sensitiwiteit vir leptien / insulien is waarskynlik ook 'n (patologiese) aanpassing, soos dikwels voorgestel in teorieë vergelyking van vetsug tot verslawing (Volkow and Wise, 2005; Trinko et al., 2007; Avena et al., 2009; Lutter en Nestler, 2009; Avena en Bocarsly, 2011). Dit bemoeilik die ondersoek ernstig, want dit beteken dat vir elke waarneming van 'n verband tussen energie inname, leptien / insulien en dopamien ons moet vra: "Hierdie waarneming weerspieël normale funksie of patologiese aanpassing?" Hierdie situasie verhoog die risiko om onvanpaste afleidings van normale funksioneer uit patologiese toestande en omgekeerd, 'n probleem wat hieronder bespreek word (kooi-geïnduseerde vetsugafdeling).

Die derde inversie wat dopamienfunksie wat met vetsug verband hou, bevorder eerder as om verbruik te inhibeer, oppervlakkig in stryd met die hele idee dat dopamien aansporingswaarde verhoog. Dit kan egter die kompleksiteit van neurale substrate wat verbruik beheer, weerspieël. In die besonder kan verminderde aansporingsmotivering en hipofagie saamleef. Davis et al. (Davis et al., 2010b) verskaf onlangs data wat daarop dui dat leptien dopamien deur twee meganismes moduleer: direkte sein deur leptienreseptore op middelbrein dopamien selle en indirek deur leptien wat neuron in die laterale hipotalamus uitdruk om dopamien selaktiwiteit te moduleer. Hulle stel voor dat die optrede van leptien op die LH die homeostatiese motivering reguleer, terwyl die werking daarvan op dopamien in die middelbrein 'n vinnige reaksie reguleer. Alhoewel hierdie twee meganismes normaalweg saamwerk, kan dit gedissosieer word sodat verbruik en bereidwilligheid om vir voedsel te werk nie ooreenstem nie (bv. Greenwood et al., 1974; Salamone et al., 1991; Baldo et al., 2002; Davis et al., 2010b; Rasmussen et al., 2010). As nie-homeostatiese voeding die moeite doen om kos te kry - "wil" - in die afwesigheid van behoefte (Berridge et al., 2010), kan die patologiese aanpassing van leptien / insulien / dopamien tot vetsug die teenoorgestelde weerspieël: 'n waarneembare behoefte om kos te verteer sonder om uit te spuit, sonder behoefte te hê.

Dopamien- en energie-homeostase: 'n uitgawes-sentriese perspektief

Hierdie bogenoemde werk fokus amper uitsluitlik op verbruik, die inname van energiebalans. Leptien, hoewel minder sistematies ondersoek, speel ook 'n rol in die regulering van energie-uitgawes (Pelleymounter et al., 1995; Williams et al., 2001; Elmquist et al., 2005; Ludwig et al., 2005; Van die Wall et al., 2008; Leinninger et al., 2011; Ribeiro et al., 2011). Ten spyte van die bekende rol van dopamien in die regulering van aktiwiteit, is daar egter min bekend oor hoe die interaksies tussen leptien, insulien en dopamien die aktiwiteit en energieverbruik moduleer. Vanuit die perspektief van energieverbruik kan mens verwag dat leptien / insulien, wat die beskikbaarheid van energie aandui, die energieverbruik sal verhoog en die aktiwiteit sal verhoog (Ribeiro et al., 2011) - "as jy dit het, gebruik dit" wat strydig is met waarnemings wat leptien dopamienfunksie verminder. Egter onlangse werk (Leinninger et al., 2009; Opland et al., 2010) stel voor dat die verhouding tussen leptien en dopamien nie eenvoudig en unidirectioneel kan wees nie. Leinninger en kollegas stel voor dat leptien op die LH optree toeneem dopamienfunksie (Leinninger et al., 2009) terwyl aktivering van leptienreseptore op dopamien selle dopamienfunksie verminder (Hommel et al., 2006; Figlewicz en Benoit, 2009). Leshan et al. (2010) stel voor dat die dopamien selle wat leptienreseptore uitdruk, 'n klein (~ 10%) subpopulasie verteenwoordig wat amper uitsluitlik tot die sentrale kern van die amygdala projekteer. Wanneer leptien toeneem van 'n oorskot van energie, kan die primêre effek daarvan op dopamien, via LH, wees verhoog dopamien funksie en verbeter aktiwiteit en energie uitgawes, soos waargeneem deur Ribeiro en colleauges (Ribeiro et al., 2011): Energie is beskikbaar, gebruik dit. Die dopamien selle en projeksie wat direk leptienreseptore uitdruk, kan 'n ander rol speel in die aptyt leer- geassosieer met die CeN (Holland en Gallagher, 1993; Parkinson et al., 2000; Connor et al., 2001; Baxter en Murray, 2002; Lee et al., 2005; Paton et al., 2006; El-Amamy en Holland, 2007) -'N intrigerende idee buite die bestek van die huidige bespreking. In die hipotese wat hier voorgestel word, verbeter hierdie leptiengemiddelde toename in dopamien nie beloning nie, maar skuif eerder die regulering van aktiwiteit na groter uitgawes en groter eksplorasie. Groter eksplorasie lei tot 'n skynbare vermindering in beloning sensitiwiteit / aansporing as gedrag is minder bevooroordeeld deur beloning, al is dit belangrik, steeds gemotiveer.

Die beloningsgerigte siening van dopamien plaas die op- of afregulering van beloning en aansporingsmotivering as dopamien se primêre bydrae tot energie homeostase en vetsug. Die huidige hipotese sentreer die rol van dopamien op energieverbruik en stel voor dat beskikbare energie dopamien normaalweg verhoog, wat lei tot verhoogde aktiwiteit en verkenning, waar die impak van beloning op gedragskeuse eintlik verminder word. Omgekeerd sal lae energie dopamien verminder, wat lei tot energiebesparing en ontginning van beloningsinligting, toenemende die impak van beloning op gedrag. Laasgenoemde is in ooreenstemming met die waarnemings wat dikwels aangehaal word om die hipotese van die "beloningstekort" te ondersteun, maar hier interpreteer ons hierdie data as 'n "beloning wat oormaat gebruik." Hierdie hipotese sal daarop dui dat hoë kalorie-inname dopamien moet verhoog en deur verhoogde aktiwiteit beskermend wees teen vetsug. Hierdie vermeende meganisme lyk egter nie meer suksesvol as homeostatiese meganismes om obesiteit in ons huidige omgewing te voorkom nie. Hoekom?

Krimpende Energie Uitgawes: Kubikel en Kooie Induksie Vetsug

Hierdie hipotese sal voorspel dat 'n regstreekse verskaffing van energie, soos algemeen in die moderne westerse samelewings is, dopamien sal verbeter en energie-uitgawes sal vergemaklik. beskerming teen vetsug. Kritiek is hierdie effek afhanklik van die Geleentheid om energie te bestee. Dieetgeïnduceerde vetsug (DIO) by knaagdiere wat hoë vet, hoë kalorie-dieet gevoer het, is 'n algemeenste voorbeeld van omgewingsinduksie. Alhoewel wyd beskou word as 'n model van obesogene omgewings, word knaagdiere op sulke diëte nie universeel vetsugtig nie, met mate van weerstand wat wissel tussen stamme (Brownlow et al., 1996; Funkat et al., 2004; Novak et al., 2010) en tussen individue, die basis vir selektiewe teling van vetsug vatbare en weerstandbiedende knaagdiere (Levin, 2010). Die beoordeling van die rol van dopamien-gemedieerde effekte op energieverbruik in DIO is moeilik omdat die vraag nie direk ondersoek is nie.

Alhoewel wielrigting getoon is om teen DIO in verskeie modelle van vetsug te beskerm (Zachwieja et al., 1997; Levin en Dunn-Meynell, 2004; Bi, 2005; Moran en Bi, 2006b; Patterson et al., 2008, 2009; Meek et al., 2010; Novak et al., 2010), die mate waartoe sodanige beskermende vrywillige aktiwiteit deur dopamien gemoduleer is, is nie direk in hierdie studies ondersoek nie. Vetsug-vatbare OLEF rotte toon aansienlik verminderde vetsug wanneer dit voorsien word van wiele (Bi, 2005). Interessant genoeg is die maaltydpatroon van hierdie rotte, in vergelyking met kontroles, soortgelyk aan wat ons met die DAT-muise waarneem: hulle verbruik groter, maar minder maaltye, maar in teenstelling met die DAT is hul netto verbruik verhef (Moran en Bi, 2006a, p.1214, Figuur 2). Jonger, nie-diabetiese OLETF rotte toon verhoogde ekstrasellulêre dopamien, in ooreenstemming met die DAT-eterpatroon-fenotipeAnderzhanova et al., 2007). In meer gevorderde voor diabetiese en diabetiese ouderdomme toon hulle egter 'n dramatiese afname in dopamien (Anderzhanova et al., 2007). Een interpretasie van hierdie data is dat verhoogde dopamienvlakke in hierdie rotte hulle aan groter energie-inname voorspel en uitgawes, maar as daar nie vrywillige oefengeleenthede is nie, word die verhoogde energie uitgawes geblokkeer, wat lei tot energiewanbalans, vetsug en metaboliese wanorde.

Sommige studies het getoon dat hoë vet / kalorie dieet verminder dopamien funksie, insluitend verminderde TH, verminder gestimuleerde dopamien vrylating en verminderde D2 reseptor uitdrukking (Geiger et al., 2008, 2009). Maar of die waargenome afname in dopamienfunksie ontstaan ​​as 'n direkte gevolg van die verhoogde beskikbaarheid van energie of sekondêr tot ander patofisiologie, is onduidelik. Spesifiek, hoë vet / kalorie diëte is geassosieer met leptien en / of insulien ongevoeligheid (Arase et al., 1988; Lin et al., 2001; Wang et al., 2001b; Myers, 2004; Figlewicz et al., 2006; Davis et al., 2010a; Figlewicz en Sipols, 2010). Dit interpreteer veranderinge in dopamienfunksie in reaksie op DIO moeilik. Byvoorbeeld, alhoewel verminderde D2-funksie by DIO gerapporteer is, vind hierdie waarnemings gewoonlik na baie weke hoë vet dieet plaas. Dit stel die moontlikheid voor dat hierdie veranderinge sekondêr tot chronies verhoogde leptien en insulien en daaropvolgende leptien / insulien ongevoeligheid voorkom. Ongelukkig word hierdie moontlikheid selde aangespreek en word insulien / leptienvlakke nie tipies aangemeld nie. In een studie wat D2 en DAT uitdrukking egter ondersoek het na 20 dae van HF dieet en gerapporteer insulien / leptien vlakke, het die skrywers 'n afname in DAT en 'n verhoog in D2 (Suid en Huang, 2007; sien ook Huang et al., 2005), beide in ooreenstemming met verhoogde aktiwiteit. In 'n meer onlangse studie waargeneem dieselfde skrywers 'n toename in dopamienstelselfunksie wanneer rotte van chow na hoë energie dieet oorgeskakel word (Suid et al., 2012). Hierdie data dui daarop dat die aanvanklike reaksie op hoë vet en verhoogde kalorie beskikbaarheid is om verhoog dopamien en verhoog uitdrukking van die disinhibitiewe D2-reseptor, wat groter aktiwiteit induseer. Om die vraag te beantwoord oor hoe die dopamienstelsel reageer op 'n oorvloed van beskikbare kalorieë, is dit krities om te disambiguateer aanvanklike van chroniese reageer en evalueer die mate waartoe patologiese aanpassings, soos leptien-onsensitiwiteit, teenwoordig is.

In watter mate kom die veranderinge waargeneem in die dopamienstelsel onder DIO nie uit die hoë kalorie dieet self nie, maar uit 'n gebrek aan oefengeleentheid? Dit is, in die waarnemings van verminderde dopamienfunksie wat met DIO geassosieer word, kan ons nie net vra in watter mate dit 'n patologiese aanpassing weerspieël nie, maar ook in watter mate 'n gebrek aan geleentheid vir vrywillige energie uitgawes bydra tot hierdie patologie? Bewyse dui daarop dat wielbewerking funksionele eienskappe van die dopamienstelsel kan verander (MacRae et al., 1987; Sabol et al., 1990; Hattori et al., 1993, 1994; Wilson en Marsden, 1995; Lys et al., 1997; Meeusen et al., 1997; Foley en Fleshner, 2008; Greenwood et al., 2011), insluitend verhoogde ekstracellulêre dopamien, verhoogde omset, verhoogde TH mRNA en veranderinge in D2 uitdrukking. In 'n onlangse studie wat gedifferensieer is tussen postsynaptiese D2 en outoreceptors, is die outoreceptors afgekreguleer en die postsynaptiese D2 opreguleer (Foley en Fleshner, 2008). Daarbenewens kan vrywillige aktiwiteit patologiese aanpassings in leptien- en insulien seinverligting verminder wat indirek dopamienfunksie kan beskerm (Krawczewski Carhuatanta et al., 2011). Dus, vrywillige oefening kan die verminderde dopamienfunksie wat in DIO waargeneem word, verbeter, hoewel dit nie sistematies ondersoek is nie.

In die hipotese wat hier voorgestel word, sal verhoogde beskikbaarheid van energie deur opregulering van dopamien-gemedieerde gedragsaktiwiteite lei tot verhoogde eksplorasie- en energie-uitgawes, waardeur die dier voordeel kan trek uit 'n oorvloedige energievoorsiening en teen vetsug beskerm. Vir sover die DIO-paradigma nie voorsiening maak vir eksplorasie- en energiebesteding deur knaagdiere aan kleinhokke te beperk met min of geen nuwigheid, stimulasie of oefengeleenthede nie, kan dit die gevolge van thwarting energie uitgawes onder toestande van energieke oorvloed. Baie het voorgestel dat sedentêre lewenstyle wat kenmerkend is van moderne Westerse kulture, soveel of meer as vetsug kan bydra tot vetsug (Powell en Blair, 1994; Booth et al., 2000; Hill et al., 2003; Chakravarthy en Booth, 2004; Levin en Dunn-Meynell, 2004; Warburton et al., 2006; Booth and Lees, 2007; Ouer en Roberts, 2007; Hawley en Holloszy, 2009; Chaput et al., 2011), wat DIO baie relevant maak vir die begrip van vetsug in moderne samelewings. Maar of die geïnduseerde obesiteit voortspruit uit verhoogde kalorieverbruik of van 'n gebrek aan betekenisvolle geleenthede om energie-hok- of "hokje" -geïnduceerde vetsug te bestee, bly onduidelik. Eweneens, alhoewel wyd voorgestel word dat dopamien bydra tot DIO deur loon en aptytmotivering te moduleer, bly die potensiële bydrae daarvan deur die modulering van energiebesteding steeds grotendeels onontgin en in die konvensionele DIO-paradigma verduister.

Toekomstige aanwysings: Hervorming van navorsingsstrategieë

Die beloningshipotese van dopamien het ondersoek en denke oor dopamien oorheers; eksperimente word tipies binne daardie konseptuele raamwerk ontwerp. Gevolglik is die inligting wat nodig is om die voorgestelde hipotese te evalueer, meer dikwels as wat nie ontbreek nie. Dikwels word aktiwiteitsvlakke eenvoudig geïgnoreer. Dit wissel van 'n breë, algehele ondersoek waarin daar 'n diepgaande vooroordeel bestaan ​​ten opsigte van die bestudering van eetlus en gedrag met slegs onlangs 'n ontluikende literatuur oor meganismes wat die vrywillige energiebesteding vir spesifieke eksperimente beheer, soos baie DIO-studies waarin aktiwiteit nie gemeet of ingeneem word nie. rekening hoegenaamd [bv. Geiger et al., 2008, 2009]. Hierdie vooroordeel teenoor beloningsteorieë word ook weerspieël in die literatuur waarin uitgebreide en gesofistikeerde paaie wat inname en / of beloning beheer, omvattend uitgewys is, terwyl 'n vergelykbare kartering van meganismes en paaie wat vrywillige aktiwiteit reguleer, feitlik nie bestaan ​​nie (maar sien Garland et al., 2011). Integrasie van sistematiese en ooreengekome werkingsmaatreëls moet roetine geïntegreer word in studies van dopamienfunksie.

Tweedens, aanpassing is omgewingsafhanklik. Tans ondersoek die oorgrote meerderheid dierstudies effektief een energie-ekonomie: periodieke, tydelike voedselskaarste voortspruitend uit voedselbeperkings wat gebruik word om diere te motiveer. Dit weerspieël nie net die reeks van die toestande waaraan 'n dier moet aanpas, maar dit weerspieël nie die primêre toestand wat geglo word dat die styging in vetsug onderliggend is nie, wat 'n omgewing van genoeg is, nie skaarsheid nie. 'N Semi-naturalistiese huiskasbenadering, soos geïllustreer deur ons werk sowel as ander (Hursh et al., 1988; Chaney en Rowland, 2008) is noodsaaklik om 'n 'volledige' beeld van dopamienfunksie te verkry. In sulke tuishokparadigmas kan die omgewingsgebeurtenisse oor verskillende dimensies oor 'n volgehoue ​​tydperk beheer word sonder dat dit kunsmatig geïnduseerde energietekorte (dws voedselbeperking) of die instelling van kunsmatige tydelike horisonne (die uur-sessie) nodig het; dit wil sê die dier se selfgereguleerde gedrag in reaksie op sy omgewing kan meer volledig ondersoek word.

Derde, feitlik alle werk fokus op die impak van veranderde dopamien op gedrag met min ondersoek na hoe gedragsinteraksies met die omgewing en die daaropvolgende uitkomste die dopamienstelsel self verander. Hierdie tipe studies is weliswaar uitdagend, soos blyk uit die literatuur oor hoe stres dopamienfunksie verander. Nietemin, hulle lyk krities om die aanpassingsfunksie van dopamien ten volle te verstaan. Het 'n volgehoue ​​omgewing van genoeg of skaarsheid op of af-reguleer dopamienfunksie? Alhoewel die vraag wel kritiek kan wees, is daar geen duidelike of dwingende antwoord tot op datum nie en word die vraag selde gevra.

Gevolgtrekkings: 'n Breër aansig

Hier ontwikkel ons 'n breë hipotese van dopamienfunksie wat daarop dui dat die talle oënskynlike funksies van dopamien gesamentlik verstaan ​​kan word as meganismes waardeur energiebesteding aangepas word vir die energie-ekonomie waarin die dier bevind: 'n substraat om die strewe na beloning met mekaar te versoen hulpbronne. Ons het hierdie hipotese in teoretiese terme uitgebrei om verskillende sienings van dopamienfunksie in 'n breër energiebestuursraamwerk te integreer. Ons het toe hierdie raamwerk toegepas om idees en data te herinterpreteer in die groeiende gebied van dopamien en vetsug. Ons stel die nuwe hipotese voor dat dopamien deur die besteding van energiebesteding normaalweg teen vetsug beskerm sal word, maar dat die sedentêre lewenstyl van die moderne samelewing hierdie beskermende proses belemmer en patologiese aanpassings veroorsaak wat eerder bydra tot die beskerming teen vetsug. Alhoewel dit buite die bestek van die huidige bespreking is, glo ons dat die raamwerk wat hier geskets word in breë beroertes, vrugbaar kan toegepas word op ander terreine van navorsing in dopamien, insluitende aandag-tekort hiperaktiwiteitsversteuring en verslawing, wat moontlik nuwe insigte en toetsbare hipoteses kan oplewer.

Beloning - die koppeling van eksterne gebeure en stimulering van interne behoeftes - verteenwoordig 'n kritiese funksie vanuit 'n evolusionêre, adaptiewe standpunt. Beloning en waarde is egter fundamenteel relatief. Wat is die maatstaf waarop beloning gemoduleer word? Hier stel ons voor dat die dopamienstelsel by sy wortel ontstaan ​​het om 'n selfs meer fundamentele funksie as beloning aan te spreek: optimaal gebruik van energiebronne, die hart van adaptiewe oorlewing en letterlik 'n kwessie van lewe of dood.

Konflik van belangstelling

Die skrywers verklaar dat die navorsing gedoen is in die afwesigheid van enige kommersiële of finansiële verhoudings wat as 'n potensiële botsing van belange beskou kan word.

Erkennings

Hierdie werk is ondersteun deur NIDA R01DA25875 (Jeff A. Beeler), F31DA026802 (Cristianne RM Frazier), R01GM100768 (Xiaoxi Zhuang) en R56DK088515 (Xiaoxi Zhuang). Ons wil graag die beoordelaars dankie vir hul streng en insiggewende kommentaar wat die finale manuskrip aansienlik verbeter het.

Verwysings

Geredigeer deur:

John J. Foxe, Albert Einstein College of Medicine, VSA

Nagesien deur:

Thomas A. Stalnaker, Universiteit van Maryland Skool vir Geneeskunde Baltimore, VSA
John D. Salamone, Universiteit van Connecticut, VSA