Der Neurotransmitter Dopamin leistet seine Arbeit durch unbewusstes Lernen
Von Kelly Crowe, CBC Nachrichten
Veröffentlicht: Jan 2, 2013 10: 33 AM ET
Neurowissenschaft ist das neue Schwarze, wenn es um Mode in der wissenschaftlichen Forschung geht.
"Das Gen war im 20. Jahrhundert das zentrale Thema in der Biologie", sagte Nobelpreisträger Dr. Eric Kandel, Neurowissenschaftler an der Columbia University, kürzlich in einem Interview in Toronto. "Der Geist ist das wesentliche Thema für die Biologie im 21. Jahrhundert."
"Und wenn man an die Folgen für die öffentliche Gesundheit denkt, an Krankheiten, Schmerzen, Schizophrenie, Depressionen, manisch-depressive Störungen und posttraumatische Belastungsstörungen, weiß Gott was, so viele Leiden der Menschheit kommen von psychiatrischen und neurologischen Störungen", fügte Kandel hinzu.
In den 1960er Jahren, als Kandel seine mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Arbeit auf der Suche nach der biologischen Quelle des Gedächtnisses begann, war die Neurowissenschaft ein einsames Gebiet. „Es hat viele Biologen nicht interessiert. Die Anatomie wurde als langweilig angesehen, und die Elektrophysiologie war für die meisten Wissenschaftler technisch zu kompliziert, um darauf zu achten “, sagte er.
Richard Beninger ist ein Verhaltensneurowissenschaftler an der Queen's University, der sich daran erinnert, dass er als Student das Gehirn als Sammlung von Teilen studiert hat. "Man konnte weiße und dunkle Materie und viele feine Details bis auf die Neuronenebene sehen, aber es war alles Morphologie, Struktur", sagte er.
„Aber all das änderte sich, als die Wissenschaftler begannen, die chemischen Wege im Gehirn zu verstehen. Die Morphologie ist immer noch da, aber jetzt wissen wir, was die Sendersysteme sind. Wir haben also erst in den letzten 40 Jahren ein ganz neues Gehirn, mit dem wir arbeiten können “, sagte Beninger.
Die heutige Technologie ermöglicht es Wissenschaftlern, lebende, atmende Menschen in eine Magnetresonanztomographie-Maschine zu stecken, ihnen zu sagen, sie sollen über etwas nachdenken und beobachten, wie die biologischen Spuren des Denkens in bunten Ausbrüchen erscheinen und verschwinden, gemessen an Änderungen des Blutsauerstoffgehalts. Dies bedeutet, dass Wissenschaftler jetzt die neuronale Landschaft in Echtzeit erkunden und die kognitiven Kräfte aufzeichnen können, die unsere Spezies seit unseren frühesten Tagen geprägt haben.
Während sie dieses neuronale Wunderland untersuchen, untersuchen Wissenschaftler die Essenz dessen, was uns menschlich macht. Es ist, als würden sie die Haube der Menschheit anheben und an der Verkabelung basteln, um herauszufinden, wie wir das tun, was wir tun. Und sie entdecken, dass das Geheimnis für alles, was wir tun, denken oder fühlen, in dieser Verkabelung liegt, einem sich ständig ändernden Netzwerk neuronaler Verbindungen, die durch Evolution geformt und durch elektrische und chemische Wechselwirkungen ausgelöst werden.
Der Geist ist das wichtigste Thema für die Biologie im 21st-Jahrhundert, sagt Nobelpreisträger Dr. Eric Kandel. (Lucas Jackson / Reuters)Dr. Kandel nennt es die komplexeste Organisationsstruktur im Universum. "Wir sind also weit davon entfernt, es vollständig zu verstehen, aber der Anfang war ziemlich dramatisch", sagt er.
"Es ist sicherlich außergewöhnlich, unsere gesamte Lebenserfahrung, all unsere mentalen Erfahrungen, wenn sie alle aus der Aktivität der Chemie in unserem Gehirn, der Aktivität von Neurotransmittern und Neurokreisläufen resultieren, ist es erstaunlich", sagte Beninger.
Dopamin-Schlüssel zum Verhalten
Für Beninger ist Dopamin der faszinierendste Neurotransmitter, der es uns ermöglicht, mit unserer Umwelt zu interagieren und uns auf die Suche nach den Dingen zu schicken, die wir zum Überleben brauchen. "Etwas, das biologisch wertvoll ist, Nahrung, zum Beispiel Wasser, Sexualpartner, sozialer Begleiter, soziale Zusammenarbeit, das sind Dinge, die das Dopaminsystem aktivieren", sagt er.
"Diese Systeme sind uralt, wissen Sie, Fruchtfliegen haben ähnliche Systeme und Würmer", sagt er. "Sie sind in Fischen und allen Wirbeltieren zu finden, sie sind sehr alt, diese Dopamin-Neuronen", sagte Beninger.
Was bedeutet, dass die gleichen chemischen Impulse, die eine Fruchtfliege dazu bringt, in Ihr Weinglas einzutauchen, auch nach der Flasche greifen und das zweite Glas einschenken.
"Wenn Dopamin-Neuronen aktiviert werden, wird das, was gerade angetroffen wird, in Zukunft stärker angezogen", sagt Beninger. "Für ein wildes Tier, also lebensmittelbezogene Reize, erwerben Dinge, die Nahrung signalisieren, wie ein bestimmter Ort, ein bestimmtes Objekt, die Fähigkeit, das Tier in Zukunft zu zeichnen."
Wenn einige schutzbedürftige Menschen mit Zucker, Salz und Fett beladene Lebensmittel essen, zeigen sie ein ähnliches Verhalten wie andere Süchtige, sagt Caroline Davis. (CBC)Dopamin macht seine Arbeit durch eine Form des unbewussten Lernens und lehrt das Gehirn, Umweltsignale zu erkennen, Geräusche, Gerüche und Gefühle zu erkennen, die zu dem zurückführen, was zuerst den Belohnungspfad angeregt hat, selbst wenn dieses „Ding“ gefährlich ist. „Drogen, die von Menschen missbraucht werden, aktivieren alle das Dopaminsystem“, erklärt Beninger.
Zunehmend glauben Wissenschaftler auch, dass Lebensmittel das Belohnungssystem des Gehirns entführen können. An der York University untersucht Professor Caroline Davis die biologischen Grundlagen der Nahrungssucht. Sie sagt, dass das Belohnungssystem des Gehirns besonders empfindlich auf hochverarbeitete Lebensmittel mit Kombinationen aus Salz, Zucker, Fett und Aromen reagieren kann, die nirgendwo in der Natur zu finden sind.
Das Gehirn und die Sucht nach Nahrung
"Weil sie so schmackhaft sind, neigen wir dazu, viel davon zu essen, und sie geben uns einen größeren Dopaminschub als Brokkoli", sagte Davis. „Die mit Zucker, Fett und Salz beladenen Dinge sind in Kombination sehr, sehr schwer zu widerstehen, und es gibt Hinweise darauf, dass sie bei einigen schutzbedürftigen Menschen ein Verhalten zeigen, das dem sehr ähnlich ist, wenn Sie genug von diesen Lebensmitteln essen Verhalten, das wir bei anderen Süchtigen sehen. “
Wenn Laborratten Zugang zu zuckerhaltigem Futter erhalten, binge sie und wenn der Zucker weggenommen wird, zeigen sie physische Entzugssysteme, die dem Entzug des Tieres aus Heroin ähneln. Untersuchungen haben gezeigt, dass Dopamin einer der Wege ist, die bei diesen zuckersüchtigen Mäusen aktiviert werden.
Eine Ratte in Richard Beningers Labor bleibt still, wenn Forscher ihr ein Medikament geben, das die Dopaminreaktion blockiert. (Mit freundlicher Genehmigung von Richard Beninger)Caroline Davis hat eine Dopamin-Verbindung bei lebensmittelabhängigen Menschen entdeckt, ein genetisches Profil, das mit einer stärkeren Dopamin-Signalübertragung verbunden ist, und sie glaubt, dass diese Gene einige Menschen anfälliger für Dopamin-Signale machen könnten.
„Menschen, die in der Regel sehr empfindlich auf Belohnungen reagieren, deuten darauf hin, dass es in diesem Umfeld für sie möglicherweise schwieriger ist. In einer anderen Ära wäre es ziemlich anpassungsfähig gewesen, weil sie eine große Freude am Essen gehabt hätten und diejenigen gewesen wären, die auf die Pfunde gepackt hätten und länger überlebt hätten. Aber in dieser Umgebung funktioniert es nicht so gut. “
Dopamin mit Motivation verbunden
Zurück an der Queen's University in Kingston, Ontario, sieht Richard Beninger eine Reihe von Videos von Laborratten auf einer Klimmzugstange, die von seinen Schülern aufgenommen wurden. Wenn eine normale Ratte auf die Stange gelegt wird, fällt sie sofort ab. Aber etwas Erstaunliches passiert, wenn Forscher dem Tier ein Medikament geben, das die Dopaminrezeptoren blockiert. Jetzt bleibt die Ratte nach jeder Dosis länger und länger am Kinn.
„Das Tier wird nur dort sitzen, wenn sein Dopamin blockiert ist. Es ist nicht so, dass sie sich nicht bewegen können, sie sind einfach nicht motiviert, sich zu bewegen “, sagte Beninger. "Es scheint, dass Sie Dopamin brauchen, um sich in der Umwelt zu engagieren."
"Ich habe immer noch Schwierigkeiten, die Auswirkungen dieses Zustands zu verstehen," Katalepsie "", sagte er. Aber er nennt es eine aufregende Entdeckung. "Ich denke, es gibt einige neue, wertvolle Informationen in diesem Phänomen."
„Ich denke, die Hinweise, die uns umgeben, die Dinge, mit denen wir Tag für Tag interagieren, alles, worauf wir reagieren, es aufnehmen und handhaben können, alles, was einen bestimmten Dopaminspiegel erfordert. Und wenn wir wiederholt Stimuli ausgesetzt sind und Dopamin reduziert ist, verlieren wir unsere Fähigkeit, auf diese bestimmten Stimuli zu reagieren. Es scheint, dass Dopamin Ihnen einen Grund gibt, sich zu bewegen, die Bar zu verlassen, auf Reize zu reagieren, und ohne Dopamin haben Sie kein Interesse daran, auf die Reize oder die Umgebung zu reagieren. “
Beninger sagt, dass es der Bewegungsstörung bei Menschen mit Parkinson-Krankheit ähnelt, die mit einer verminderten Dopaminaktivität verbunden ist, was er auch in seinem Labor untersucht.
Dopamins Rolle in Beziehungen
Beninger untersucht auch, wie Dopamin unsere Beziehungen prägt. Es scheint, dass, wenn jemand nett zu uns ist, unser Dopamin uns zu dieser Person zieht.
„Wenn ich also kooperativ mit jemand anderem interagiere und dieser kooperativ mit mir interagiert, erhält diese Person, die durch die Wirkung von Dopamin eine Repräsentation in meinem Gehirn darstellt, eine verbesserte Fähigkeit, mich in Zukunft anzulocken“, sagt Beninger. "So formt das Dopamin unsere soziale Landschaft."
Ich denke, es ist ein absolutes Wunder, man kann nur mehr staunen, wenn man anfängt, mehr über die chemische Neuroanatomie des Gehirns zu lernen “, sagt Beninger. „All diese Zusammenarbeit schafft meine mentale Erfahrung, mein ganzes Leben. Es ist ein absolutes Wunder. “
Wenn sie die Gehirnchemie verstehen, glauben Neurowissenschaftler, dass sie Therapien anbieten können, um psychische Erkrankungen zu bekämpfen und die gesamte menschliche Erfahrung zu verbessern. Dr. Eric Kandel sagt, Entdeckungen sind unvermeidlich, zum Teil weil es so viele Wissenschaftler auf diesem Gebiet gibt.
„Als Medizinstudent wollte ich ein Wahlfach in Gehirnzellwissenschaft belegen, aber es gab nur ein Labor in New York City, in dem ich einen guten Menschen hatte, mit dem ich arbeiten konnte. Es war unbekannt. Jetzt gehst du auf die Straße und jede andere Person, die du triffst, macht Gehirnforschung. “
„Ich habe 1955 zum ersten Mal in einem Labor gearbeitet. Bis 1969 hatte sich in Nordamerika eine Gesellschaft namens Society of Neuroscience mit 600 Mitgliedern gegründet. Jetzt hat es 35,000 Mitglieder. Die Zahl der Menschen, die jetzt in der Gehirnforschung arbeiten, ist enorm gewachsen. Es ist aus einer arkanen Disziplin verschwunden. Jetzt ist es eines der aufregendsten, wenn nicht das aufregendste Gebiet in der Biologie. “
Dies ist Teil zwei einer vierteiligen Serie mit dem Titel Inside Your Brain auf CBCs The National, World at Six und CBC.ca, in der untersucht wird, wie die moderne Neurowissenschaft unsere Denkweise verändert. In Teil drei entdeckt Kelly Crowe, dass unser Gehirn sehr aktiv ist, selbst wenn wir es als untätig empfinden und das müßige Gehirn der Schlüssel zum Bewusstsein sein kann. Die Forschung für diese Reihe wurde von einem Journalistenpreis des kanadischen Instituts für Gesundheitsforschung finanziert.
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