Ĉu vi estas Dio Ĝia mi dopamina neŭro
Septembro 30, 2013 · de Talia Lerner
Dopamaj neŭronoj estas iuj el la plej studitaj, plej sensaciaj neŭronoj. Lastatempe ili tamen trapasis iom da identeca krizo. Kio estas dopamina neŭro? Iuj interesaj lastatempaj tordoj en dopamina esplorado definitive forpuŝis la miton, ke dopaminaj neŭronoj estas ĉiuspecaj - kaj vi devas pridubi iun ajn studon, kiu traktas ilin kiel tia.
Estas multaj manieroj, ke dopamina neŭro (difinita kiel neŭrono, kiu liberigas la neurotransmisilon dopaminon) ne estas nur dopamina neŭro. Mi fokusos pri tri vere malvarmaj manieroj ĉi tie:
- Ne ĉiuj neŭronoj, kiuj liberigas dopaminon, liberigas ĝin en la sama loko samtempe. Dopamaj neŭronoj havas malsamajn rolojn en cerba funkcio kaj konduto depende de kiel ili estas kuntiritaj en neŭrajn cirkvitojn.
- Ne ĉiuj neŭronoj, kiuj liberigas dopaminon, liberigas nur dopaminon. Iuj povas ankaŭ liberigi aliajn neurotransmisilojn, kiuj povus havi profundajn efikojn pri kiel ili influas neŭrajn cirkvitajn funkciojn.
- Ne ĉiuj neŭronoj, kiuj liberigas dopaminon, ĉiam liberigas dopaminon. Iuj neŭronoj povas ŝalti aŭ malŝalti sian sintezan maŝinon de dopamina. Pro tiu kapablo, ili eble eĉ ne estis rekonitaj en antaŭaj esploroj kiel dopaminaj neŭronoj.
Tamen antaŭ ol mi priskribos ĉi tiujn ekscitajn novajn trovojn, permesu al mi doni al vi la norman enkondukon de Neŭroscienca 101 al dopaminaj neŭronoj. Ĉi tiu influa teorio de dopamina neŭronfunkcio venas al ni de la scienca papero 1997 de Wolfram Schultz kaj kolegoj, "Neŭra Substrato de Antaŭdiro kaj Rekompenco. " Ĝi montris, ke dopaminaj neŭronoj, kiuj ekbruligas ian fonan indicon, ekbruliĝas pli en respondo al neviditaj, sed ne antaŭviditaj, rekompencas. Aldone, se vi atendas rekompencon kaj ne akiras ĝin, la dopaminaj neŭronoj ekbruliĝas malpli. Ĉi tiu trovo kondukis Schultz et al. proponi ke dopaminaj neŭronoj kodu "rekompencan antaŭdividan eraron." Tio estas, ili diras al vi, ĉu aferoj estas tiel bonaj, pli bonaj, aŭ pli malbonaj ol vi atendis. Schultz et al. daŭrigu konstati "La respondoj de ĉi tiuj neŭronoj estas relative homogenaj. Malsamaj neŭronoj respondas sammaniere kaj malsamaj apetitaj stimuloj estigas similajn neuronajn respondojn. Ĉiuj respondoj estas en la plej multaj dopaminaj neŭronoj (55 al 80%). "
La rolo de dopaminaj neŭronoj kiel komputiloj de rekompenca antaŭdira eraro restas fascina kaj inda linio de esplorado, sed se rekompenca prognoza eraro estas ĈIUJ, kion faras dopaminaj neŭronoj, tiam por kio ni bezonas 400,000-600,000? * Jen mapo de kie la dopaminaj neŭronoj de la cerbo situas (en sekcio de ronĝula cerbo):
Distribuado de dopaminaj neŭronaj ĉelaj grupoj A8-A16 en la plenkreskan ronĝan cerbon. Adaptita de Björklund, A. & Dunnett, SB Dopamine-neŭronaj sistemoj en la cerbo: ĝisdatigo. Tendencoj en Neŭrosciencoj 30, 194–202 (2007).
* Ĉe homoj. Estas 160,000-320,000 en simioj kaj nur 20,000-45,000 en ronĝuloj.
Rigardante ĉi tiun diagramon, ŝajne jam ekzistas iuj dikaj anatomiaj distingoj inter grupoj de dopaminaj neŭronoj, tial ili estas etikeditaj A8-A16. Ekzistas ankaŭ pli bonegaj anatomiaj distingoj, kiuj rezultas havi ne tiom subtilajn funkciajn implicojn. En la unua linio de studo mi fokusos ĉi tie, Lammel et al. temas pri distingi dopaminajn neŭronojn en la ventrala tegmenta areo (VTA, aŭ A10 en la supra bildo) per ilia konektebleco al aliaj cerbaj areoj. Lammel et al. observis, ke estas almenaŭ du disigeblaj populacioj de dopaminaj neŭronoj ene de la VTA. Unu loĝantaro ricevas enajn signalojn de cerba areo nomata laterodorsal tegmentum kaj sendas ellasajn signalojn al cerba areo nomata la kerno accumbens (nomataj ĉi tiuj neŭronoj LDT-dopamine-NAc). La alia populacio ricevas enigaĵojn de la flanka habenula kaj sendas rezultojn al la prefrontal-kortekso (nomu ĉi tiujn neŭronojn LHb-dopamina-PFC). Do kio? Ĉu la fakto, ke ĉi tiuj dopaminaj neŭronoj kabligitaj en malsamaj cerbaj cirkvitoj gravas tute por konduto? Lammel et al. montris, ke gravas. Kiam (uzante) optogenetiko!) ili aktivigis la enigaĵojn al neŭronoj de LDT-dopamina-NAc en musoj, ili trovis, ke la bestoj formas pozitivajn asociojn kun la kunteksto en kiu ili estis stimulitaj. Ili elektis pasigi pli da tempo en la parto de skatolo, kie ili ricevis la cerban stimuladon. En kontrasto, kiam Lammel et al. aktivigis la enigaĵojn al neŭronoj de LHb-dopamina-PFC, oni observis la ĝustan malon. Bestoj evitis parton de skatolo, kie ili ricevis la stimuladon. En alia studo de la sama grupo, kiam la musoj nature spertis ion bonan aŭ ion malbonan, la fortoj de ĉi tiuj apartaj cirkvitoj estis modulitaj malsame. Musoj donitaj kokainon montris pliigitan forton de la LDT-dopamina-NAc-vojo, sed neniu ŝanĝo en la LHb-dopamina-PFC-vojo. Musoj donitaj koleron sur ilia pato montris neniun ŝanĝon en la LDT-dopamina-NAc-vojo, sed pliigita forto de la LHb-dopamina-PFC-vojo.
Minimigante la komencan aserton de Schultz et al., ke dopaminaj neŭronoj estas homogenaj, Lammel et al. malkovris ke ili ne estas. Ĉi tiu revizio probable okazis pro la kreskanta sentiveco de la disponeblaj iloj, kiuj iom ŝanĝiĝis de la 1990-oj al la 2010-oj. Pli novaj kaj pli bonaj iloj, kune kun malmulta kreivo, permesis Lammel et al. distingi subtilaĵojn, kiuj ne estis alireblaj de Schultz et al. Malkaŝante ĉi tiujn subtilaĵojn, Lammel et al. helpis pruvi la hubris kredi, ke vi eksciis tutan klason de neŭronoj, ĉar vi vidas respondojn en 55-80% de loĝantaro, precipe kiam vi ne tute certas (aŭ ne devas esti) pri la kriterioj. Ni kutimis difini tiun loĝantaron. (La demando pri difino de dopaminaj neŭronoj dum en vivo neŭralaj registradoj estas ĈIU alia afero). La tuta kredito en la mondo al Schultz et al. por lumigado de la fajro de dopamina esplorado, sed ĝi estis pli de deirpunkto ol de finpunkto.
Grupigi neŭronojn laŭ la cerbaj cirkvitoj, en kiuj ili partoprenas, havas komprenon se vi provas kalkuli kiel funkcias cerbaj cirkvitoj. Sed kio se vi provas konstati la dopaminan parton de dopaminaj neŭronoj? Plej multaj dopaminaj neŭronaj esploroj supozis, ke kiam dopamina neurono ekbruliĝas, ĝi liberigas la neurotransmisilon dopamine, malgranda molekulo kiu aspektas jene:
Fakte, tiel ni difinis "dopaminan neŭronon." Tamen, kiel ofte okazas en scienco, la situacio montriĝas ne tiel simpla. En la dua linio de lastatempaj esploroj, kiujn mi diskutos ĉi tie, sciencistoj montris evidentecon, ke dopaminaj neŭronoj povas liberigi aliajn neurotransmisorajn molekulojn, nomitajn glutamato kaj GABA, kune kun dopamino.
Efektive, malsamaj subaroj de dopaminaj neŭronoj plej probable ĉefe liberigas aŭ glutamaton aŭ GABA. Studoj de Hnasko et al. kaj Stuber et al. pruvis, ke dopaminaj neŭronoj en la VTA-liberigas glutamaton. Unue, ili rimarkis, ke multaj VTA-dopaminaj neŭronoj esprimas glutamatan transportilon nomatan VGLUT2, proteino, kiu enpakas glutamaton por liberigo de neŭronoj. Ĉu la ĉeesto de VGLUT2 signifis, ke dopaminaj neŭronoj pakis glutamaton aldone al dopamino? Por rigardi ĉi tiun demandon, la sciencistoj rigardis la respondojn de neŭronoj en la kerno accumbens (unu loko al kiu dopaminaj neŭronoj sendas rezultojn, vidu la diskuton de Lammel et al. Supre) al dopamina neŭrona stimulado. Efektive, ili observis rapidajn, ekscitajn respondojn de nukleaj akcentaj neŭronoj al stimulado de VTA-dopaminaj neŭronoj de tipo, kiuj estus konformaj al glutamatergia, anstataŭ dopaminergia respondo. Ĉi tiuj respondoj estis blokitaj de antagonistoj de glutamataj riceviloj sed ne de antagonistoj de dopamaj riceviloj. Aldone, ĉe musoj genetike manipulitaj por manki VGLUT2 en dopaminaj neŭronoj, oni ne vidis tiajn respondojn.
La kunliberigo de glutamato eble ne okazas en ĉiuj dopaminaj neŭronoj. Kiel en la studoj de Lammel et al., la konektebleco gravas. Stuber et al. observis, ke dopaminaj neŭronoj en najbara regiono nomata la substantia nigra (A9), kiu sendas rezultojn al la dorsstria strio, ne montris evidentecon de liberigo de glutamato. Tiu negativa rezulto daŭre estas diskutinda. Alia grupo, Tritsch et al., observis iujn evidentecojn de liberigo de glutamato de neŭronoj de substantia nigra dopamino. Plie, ili pruvis, ke ĉi tiuj substantivaj nigra dopamina neŭronoj ankaŭ ko-liberigas ankoraŭ alian neurotransmisilon: GABA. Mirige, tamen, substantivaj nigra dopaminaj neŭronoj ne esprimas VGAT, la normalan GABA-transportilon. Anstataŭe, Tritsch et al. trovis, ke VMAT, la dopamina transportilo, ankaŭ povas kunporti GABA-n, pakante ĝin por sinaptika liberigo kune kun dopamino. La trovo de Tritsch kaj aliaj povus ĝeneraligi preter substantivaj nigra dopaminaj neŭronoj. Tiel longe kiel estas iu GABA ĉirkaŭe, io ajn esprimanta VMAT povus eventuale paki kaj liberigi tiun GABA. Unu ŝlosila demando, kiu ekestas de la studo de Tritsch et al., estas ĝuste kie kaj kiam la GABA en la substantia nigra estas sintezita. Tamen ĝi estas tie.
La implicoj de glutamato kaj GABA-liberigo de dopaminaj neŭronoj plejparte restas videblaj. La sola raportita konduta efiko devenas de la Hnasko et al. papero. Ili montras, ke musoj malhavantaj VGLUT2 en dopaminaj neŭronoj kuras ĉirkaŭ malpli en respondoj al kokaino ol normalaj musoj. Jen nun. Se nenio alia, ĝi pruvas kiom pli ni devas lerni pri la fenomeno de dissendilo de dissendilo.
Ĝis nun ni vidis, ke dopaminaj neŭronoj povas signali malsamajn aferojn, se ili interligiĝas en malsamajn cerbajn cirkvitojn, kaj ke ili povas ludi sian asignitan rolon en cerba cirkvito almenaŭ parte uzante kemiaĵojn krom nur dopamina. En la tria esploro, kiun mi ekzamenos ĉi tie, ni aldonos ankoraŭ alian tavolon de vere malvarmeta komplikeco al la bildo: dopaminaj neŭronoj povas ŝanĝi la manieron kiel ili partoprenas cerban cirkviton per ŝanĝo, ĉu ili faras aŭ ne liberigante dopaminon entute. Tiuokaze, Dulcis et al. rigardis iomete malsaman grupon de dopaminaj neŭronoj de tiuj, pri kiuj mi parolis ĝis nun, situantaj en la hipotalamo. Ili rimarkis ke la nombro de dopaminaj neŭronoj en ratoj ŝajnis fluctui kun la longeco de "taglumo" spertita de la ratoj. Mi metas taglumon inter komandoj ĉar ĝi ne estas vera taglumo - nur ĉu aŭ ne la lumoj estas enŝaltitaj en tre kontrolita laboratorio. Plej multaj laboratorio-bestoj vidas 12-horojn da lumo ĉiutage, sed Dulcis et al. ankaŭ provis nur 5 horojn ĉiutage aŭ ĝis 19. Ratoj, kiuj spertis longajn tagojn, havis malpli da dopaminaj neŭronoj en sia hipotalamo, dum ratoj, kiuj spertis mallongajn tagojn, havis pli. Post plia ekzameno, ili determinis, ke la ŝanĝoj en la nombro de dopaminaj neŭronoj en la malsamaj lumaj kondiĉoj ne kaŭzis neŭronajn mortojn kaj naskiĝojn. La samaj neŭronoj estis tie en ĉiuj kondiĉoj, sed ili ŝaltis aŭ malŝaltis sian dopamin-kompanion. Ankoraŭ ne klaras kial malpeza ekspozicio kaŭzas ĉi tiujn ŝanĝojn, aŭ kiaj estas la ĝustaj kondutaj sekvoj. Ratoj, kiuj havis longajn tagojn, kaj malpli da dopaminaj neŭronoj kiel rezulto, montris deprimajn kaj maltrankvilajn kondutojn (memoru, ke ratoj estas noktaj kaj preferas la mallumon). Tiel okazis ankaŭ ratoj, kies hipotalamaj dopaminaj neŭronoj estis mortigitaj per toksino. Tamen, se la dopaminaj neŭronoj estis mortigitaj per toksino dum la ratoj ricevis 12-horojn da lumo ĉiutage kaj tiam al la ratoj oni donis nur 5-horojn da lumo ĉiutage, antaŭe ne-dopaminergiaj neŭronoj estis rekrutitaj por liberigi dopaminon kaj malpli da deprimaj kaj maltrankvilaj. kondutoj estis observataj. Tre mojosa! Kaj grave, ĉi tiu laboro pruvas, ke neŭronoj, kiujn ni eĉ antaŭe ne identigus, kiel dopaminaj neŭronoj povas transformiĝi en la ĝustaj kondiĉoj. Iuj aspektoj de niaj cerboj estas konstruitaj por esti stabilaj, sed multaj ŝanĝas la tutan tempon, permesante nin internigi kaj adaptiĝi al nia sperto.
Post ĉiuj ĉi tiuj studoj, kion ni lernis? Por mi, la granda bildo por enspezi estas, ke kompreni la cerbon signifas estimi komplikecon. Por esti iomete pli specifa, ĝi signifas ligi molekulojn kaj ĉelojn kun cirkvitoj kaj konduto por doni difinojn de biologiaj entoj, kiuj ampleksas studojn. Ne plu grupigi neŭronojn nur per unu neurotransmisilo, kiun ili povas liberigi. Tiu grupigo povus foje ankoraŭ esti grava, sed kiel ni jam vidis en la supraj studoj, ne ĉiam. Pripensante redifini la grupon formale konatan kiel dopaminaj neŭronoj, ni ankaŭ devas retrorigardi la jardekojn de antaŭaj literaturoj kun la perspektivo, kiu donas postrigardon. Ne estas, ke la datumoj en pli malnovaj dopaminaj neŭronaj studoj estas malĝustaj, sed konkludoj eble ne estas ĝuste tio, kion ni pensis. Kiu povus esti bona afero. Multaj arĝentaj argumentoj pri ĝuste tio, kion dopamineaj neŭronoj kodigas, efektive finiĝos per kompreno, ke ili faras multajn malsamajn aferojn en malsamaj kuntekstoj. Ne timu: ĝi povas aspekti konfuza, sed ĉi tio estas la tre normala procezo de maturiĝo de scienco. Ne nur la procezo estas normala, sed ĝi estas absolute grava. Sciencistoj devas konstante pridemandi kaj revizii niajn difinojn por reflekti gravajn konceptajn progresojn.
Difinoj povas esti malklaraj. Ili ankaŭ povas esti sufiĉe enuigaj, kaj mi zorgas, ke ili tro ofte forpelas homojn for de scienco. Kiam mi estis komenca studento pri biologio, mi pasigis multajn horojn farante bildkartojn por helpi min memmemori tion, kio aspektis kiel senfinaj difinoj. Mi vidis ĝin teda sed necesa iniciato al la klubo de biologoj. Esence, kvankam tre stoke, mi diris al mi mem, ke mi devas lerni la vortprovizon por povi pridiskuti problemojn de pli alta ordo kun laborantaj sciencistoj. Kion mi spertis dum mi progresis plu en mia kariero estas kiel nuancitaj tiuj iam ŝajnaj nigraj kaj nigraj, ĝustaj aŭ malĝustaj difinoj - kiom da subtileco kaj historio englutas en ili. Sciencaj difinoj, kiel la difino de dopamina neŭro, ne nur provizas komunan lingvon; ili strukturas la tre naturon de niaj esploroj. Ni bezonas ĉi tiun strukturon por daŭrigi niajn eksperimentojn, sed dum ni faras tion ni ankaŭ devas konstati la manierojn, kiel ĉi tiuj difinoj povas limigi nin. Ni komparas difinitajn grupojn unu kun la alia. Ni parolas pri mezumaj grupoj. Do ĝuste kiuj aferoj estas inkluzivitaj en niaj grupoj povas draste influi kiel aspektas niaj datumoj kaj kion ni decidas, ke ili celas diri. Tiel, ni devas ĉiam esti konsciaj pri la biasoj enecaj en niaj kategoriigoj. Eble difinoj ne estas tiel enuigaj post ĉio! Diskutoj pri ĉi tiuj avertoj povus iom spicigi intro-kursan materialon dum instruado al studentoj kiel pensi kiel veraj sciencistoj.
La aparta demando pri difino de neŭronaj ĉelaj tipoj efektive ŝajnas sufiĉe ĝustatempa. Antaŭ nur kelkaj semajnoj, la unua intera raporto de la laborgrupo de la iniciato BRAIN eliris (vidu ankaŭ tiun de Astra Bryant post pri la temo). En ĝi, naŭ altaj prioritataj esploraj areoj por FY 2014 estas skizitaj, la unua el ili estas "generi censon de ĉelaj tipoj." La raporto rekonas la problemojn, kiujn mi diskutis ĉi tie:
Ankoraŭ ne ekzistas konsento pri tio, kio estas neŭrona tipo, ĉar diversaj faktoroj inkluzive de sperto, konektebleco kaj neuromodulatoroj povas diversigi molekulajn, elektrajn kaj strukturajn proprietojn de komence similaj neŭronoj. En iuj kazoj, eĉ ne povas esti akraj limoj apartigantaj subtipojn unu de la alia. Tamen ekzistas ĝenerala konsento pri tio, ke tipoj povas esti difinitaj provizore per nevariaj kaj ĝenerale neintensaj ecoj, kaj ke ĉi tiu klasifiko povas doni bonan deirpunkton por censo. Tiel, la censo devas komenci kun bone priskribitaj klasoj de neŭronoj (ekz. Ekscitaj piramidaj neŭronoj de la kortekso) kaj tiam pasi al pli fajnaj kategorioj ene de ĉi tiuj klasifikoj. Ĉi tiu censo estus prenita kun la scio, ke ĝi komence estos nekompleta, kaj plibonigos super iteracioj.
La respondo al la demando "Kio estas dopamina neŭrono?" Ne estas sufiĉe frua, sed tre konata rekono de la demando kaj la financado, kiu devas sekvi ĝin, estas grava unua paŝo. Salutoj al tio.
;
