La Longtempa Rekompensa Sistemo de Cerbo fidas al Dopamino
Aŭgusto 5, 2013
Brett Smith por redOrbit.com - Via Universo Online
De veturi tra lando ĝis diplomiĝado de kolegio, longatempaj celoj ofte malfacilas sin fiksi kiam tuja rekompenco ne videblas.
Teamo de esploristoj de la Universitato de Vaŝingtono en Seatlo kaj MIT ĵus malkovris novajn detalojn pri kiel la cerbo kapablas resti enfokusigita ĝis tiuj longdaŭraj celoj estas atingitaj, laŭ raporto en la revuo Nature.
La esploroj de la komuna teamo konstruas antaŭajn studojn, kiuj ligis la neurotransmisilon dopamino al la sistemo de rekompenco de la cerbo. Dum plej multaj antaŭaj studoj implikis rigardon de dopamino rilate al tuja rekompenco, la nova studo trovis kreskantajn nivelojn de dopamino kiel laboratoriaj ratoj alproksimiĝis al atendata rekompenco post prokrastita kontentigo.
Por mezuri nivelojn de dopamino en la cerbo de la ratoj, la teamo uzis sistemon evoluigitan de la kondutema sciencisto Paul Phillips de UW, nomita rapidkaĉa cikla voltametilo (FSCV), kiu enhavas malgrandajn, enplantitajn elektrodojn, kiuj konstante registras koncentriĝon de dopamina per sia elektrokemia subskribo.
"Ni adaptis la FSCV-metodon tiel, ke ni povis mezuri dopaminon je ĝis kvar malsamaj lokoj en la cerbo samtempe, ĉar bestoj libere moviĝis tra la labirinto," diris kunaŭtoro Mark Howe, nuntempe postdoktiva neŭobiologo en Northwestern University. "Ĉiu enketo mezuras la koncentriĝon de eksterĉela dopamino ene de eta volumeno de cerba histo, kaj verŝajne reflektas la agadon de miloj da nervozaj terminaloj."
La sciencistoj komencis trejnante ratojn por trovi vojon tra labirinto serĉante rekompencon. Dum ĉiu rato trapasis la labirinton, tono instruus ĝin turni sin dekstren aŭ maldekstren ĉe intersekco serĉante ĉokoladan laktan rekompencon.
La esplora teamo diris, ke ili atendas pulsojn de dopamino liberigitaj de la cerbo de la ratoj je periodaj intervaloj dum la provoj. Tamen, ili trovis, ke niveloj de la neurotransmisoro konstante leviĝis dum la eksperimento - kulminante per maksimuma nivelo kiam la rodulo alproksimiĝis al ĝia rekompenco. Dum la konduto de la ratoj dum ĉiu testo variis, ilia dopamina niveloj fidinde pliiĝis malgraŭ kurado de rapideco aŭ probablo de rekompenco.
"Anstataŭe la signalo pri dopamino ŝajnas reflekti kiom malproksime la rato estas de ĝia celo," diris Ann Graybiel, kiu estras cerban-esploran laboratorion ĉe MIT. "Ju pli ĝi alproksimiĝas, des pli forta fariĝas la signalo."
La teamo ankaŭ malkovris, ke la grando de la dopamina signalo asociis kun la grandeco de la atendata rekompenco. Kiam ratoj estis kondiĉigitaj por atendi pli grandan servadon de ĉokolada lakto, iliaj dopaminaj niveloj altiĝis pli rapide al pli alta pinto.
Esploristoj variis la eksperimenton etendante la labirinton al pli kompleksa formo, kiu igis la ratojn pli for kaj fari pliajn turnojn por atingi la premion. Dum ĉi tiuj pli longaj provoj, la dopamina signalo pliiĝis iom post iom, sed fine atingis la saman nivelon kiel en la antaŭa labirinto.
"Estas kvazaŭ la besto ĝustigus siajn atendojn, sciante, ke ĝi devas plu iri," Graybiel diris.
Ŝi sugestis, ke estontaj studoj devas trakti ĉi tiun saman fenomenon en homoj.
"Mi estus ŝokita se io simila ne okazus en nia propra cerbo," Graybiel diris.
Esplorado montras, kiel la cerbo rigardas la premion
Mon, 08/05/2013 - 10:15 a.m.
Mezlernejo McGovern por Esplorado de Cerbo
"Ĉu ni ankoraŭ estas tie?"
Ĉar ĉiuj, kiuj vojaĝis kun junaj infanoj scias, konservi fokusadon al malproksimaj celoj povas esti defio. Nova studo de Masaĉuseca Instituto de Teknologio (MIT) sugestas, kiel la cerbo atingas ĉi tiun taskon, kaj indikas, ke la neurotransmisoro dopamino eble signos la valoron de longperspektivaj rekompencoj. La rezultoj ankaŭ povas klarigi kial pacientoj kun Parkinson-en kiu dopamina signalado estas malpliigita - ofte havas malfacilecon por daŭrigi instigon fini taskojn.
La verko estas priskribita en Naturo.
Antaŭaj studoj ligis dopaminon al rekompencoj, kaj montris, ke dopaminaj neŭronoj montras mallongajn eksplodojn de agado kiam bestoj ricevas neatenditan rekompencon. Oni supozas, ke tiuj dopaminaĵoj estas gravaj por plifortikigo de la lernado, la procezo per kiu besto lernas plenumi agojn, kiuj kondukas al rekompenco.
Prenante la longan vidon
En la plej multaj studoj, tiu rekompenco estis liverita post kelkaj sekundoj. En reala vivo, tamen, kontentigo ne ĉiam estas tuja: Bestoj ofte devas vojaĝi serĉante manĝaĵon, kaj devas daŭrigi motivadon por malproksima celo samtempe respondi al pli tujaj atestoj. La sama validas por homoj: ŝoforo dum longa vojaĝvojaĝo devas resti celita atingi finan celon dum ĝi ankaŭ reagas al trafiko, haltante por manĝetoj, kaj amuzas infanojn en la malantaŭa seĝo.
La MIT-teamo, gvidata de Instituto Profesoro Ann Graybiel, kiu ankaŭ estas esploristo ĉe McGovern-Mezlernejo por Cerbo-Esplorado, decidis studi kiel dopamino ŝanĝiĝas dum labirinto celante proksimiĝantan laboron al prokrastita kontentigo. La esploristoj trejnis ratojn por navigi labirinton por atingi rekompencon. Dum ĉiu provo rato aŭdis tonon instruanta al ĝi turniĝi ĉu dekstren aŭ maldekstren ĉe intersekco por trovi ĉokoladan laktan rekompencon.
Prefere ol simple mezuri la agadon de dopamin-enhavantaj neŭronoj, la MIT-esploristoj volis mezuri kiom da dopamino estis liberigita en la striato, cerba strukturo konata kiel grava en plifortiga lernado. Ili asociis kun Paul Phillips de la Univ. de Vaŝingtono, kiu disvolvis teknologion nomatan Rapida-Skanada Cikla Voltametrio (FSCV) en kiu eta enplantitaj karbonfibraj elektrodoj permesas kontinuajn mezuradojn de dopamina koncentriĝo surbaze de ĝia elektrokemia fingrospuro.
"Ni adaptis la FSCV-metodon tiel ke ni povis mezuri dopaminon je ĝis kvar malsamaj lokoj en la cerbo samtempe, ĉar bestoj libere moviĝis tra la labirinto," klarigas la unua aŭtoro Mark Howe, iama studento kun Graybiel kiu nun estas postdokto en la Departemento de Neurobiologio en Nordokcidenta Unuv. "Ĉiu enketo mezuras la koncentriĝon de eksterĉela dopamino ene de eta volumeno de cerba histo, kaj verŝajne reflektas la agadon de miloj da nervozaj terminaloj."
Laŭgrada pliiĝo de dopamino
De antaŭaj laboroj, la esploristoj atendis, ke ili povus vidi pulsojn de dopamino liberigitaj en malsamaj momentoj en la testo, "sed fakte ni trovis ion multe pli mirindan," Graybiel diras: La nivelo de dopamino kreskis konstante dum ĉiu testo, pintante kiel la besto alproksimiĝis al ĝia celo - kvazaŭ anticipante rekompencon.
La konduto de la ratoj variis de elprovo al juĝo - iuj kuroj estis pli rapidaj ol aliaj, kaj foje la bestoj haltis nelonge - sed la dopamina signalo ne variis kun kurado de rapido aŭ elprovo. I ankaŭ ne dependis de la probablo akiri rekompencon, io sugestita de antaŭaj studoj.
"Male, la signalo pri dopamino ŝajnas reflekti kiom malproksime la rato estas de ĝia celo," Graybiel klarigas. "La esploristoj ankaŭ trovis, ke la grandeco de la signalo estis rilatita al la grandeco de la atendata rekompenco: kiam ratoj estis trejnitaj por anticipi pli grandan trinkaĵon de ĉokolada lakto, la dopamina signalo altiĝis. pli krute al pli alta fina koncentriĝo.
En iuj provoj la labormforma labirinto estis etendita al pli kompleksa formo, postulante ke bestoj plu kuras kaj faru ekstrajn turnojn antaŭ ol atingi rekompencon. Dum ĉi tiuj provoj, la dopamina signalo pliigis laŭgrade, eventuale atingante la saman nivelon kiel en la pli mallonga labirinto. "I kvazaŭ la besto ĝustigis siajn atendojn, sciante, ke ĝi devas plu iri," Graybiel diras.
"Interna gvido sistemo"
"Ĉi tio signifas, ke niveloj de dopaminoj povus esti uzitaj por helpi beston fari elektojn survoje al la celo kaj taksi la distancon al la celo," diras Terrence Sejnowski de la Instituto Salk, komputa neŭrosciencisto, kiu konas la rezultojn, sed kiu ne implikis kun la studo. "Ĉi tiu" interna gvido sistemo "povus ankaŭ esti utila por homoj, kiuj ankaŭ devas fari elektojn laŭ la vojo al kio eble estas fora celo."
Unu demando kiun Graybiel esperas ekzameni en estonta esplorado estas kiel la signalo ekestas en la cerbo. Ratoj kaj aliaj bestoj formas kognajn mapojn de ilia spaca medio, kun tiel nomataj "lokaj ĉeloj", kiuj estas aktivaj kiam la besto estas en specifa loko. "Ĉar niaj ratoj trarigardas la enigmon," ŝi diras, "ni suspektas, ke ili lernas asocii ĉiun punkton en la labirinto per sia distanco de la rekompenco, kiun ili spertis pri antaŭaj kuroj."
Koncerne la gravecon de ĉi tiu esplorado al homoj, Graybiel diras, "Mi estus ŝokita se io simila ne okazus en nia propra cerbo." Thati estas konata ke Parkinson-pacientoj, en kiuj dopamina signalado estas malpliigita, ofte ŝajnas apatia, kaj havas malfacilecon por subteni motivadon por plenumi longan taskon. "Eble pro tio, ke ili ne povas produkti ĉi tiun malrapidan signalon pri dopamino," Graybiel diras.
Fonto: Masaĉuseca Instituto de Teknologio
;
