Az agy hosszú távú jutalmazási rendszere támaszkodik a dopaminra
5. augusztus 2013.
Brett Smith a redOrbit.com számára - Az Ön univerzuma online
Az országszerte történő vezetéstől a főiskolai végzettségig a hosszú távú célokat gyakran nehéz összpontosítani, ha az azonnali jutalom nincs a láthatáron belül.
A Nature folyóirat jelentése szerint a seattle-i washingtoni egyetemi kutatócsoport és az MIT a közelmúltban új részleteket fedezett fel arról, hogy az agy miként képes koncentrálni a hosszú távú célok eléréséig.
A közös csapat kutatása korábbi vizsgálatokra támaszkodik, amelyek összekapcsolták a dopamin neurotranszmittert az agy jutalmazási rendszerével. Míg a legtöbb korábbi vizsgálatban a dopamint vizsgálták azonnali jutalom szempontjából, az új vizsgálat növekvő dopaminszintet talált, amikor a laboratóriumi patkányok a késleltetett kielégülés után megközelítették a várt jutalmat.
A dopamin szintjének mérésére a patkányok agyában a csapat az UW viselkedési tudós, Paul Phillips által kifejlesztett rendszert használta, amelyet gyors letapogatású ciklikus voltammetriának (FSCV) hívtak, amely olyan kicsi, beültetett elektródokat foglal magában, amelyek folyamatosan rögzítik a dopamin koncentrációját, annak elektrokémiai jelét keresve.
"Az FSCV módszerét úgy adaptáltuk, hogy a dopamint akár az agy négy különböző pontján is meg lehessen mérni, mivel az állatok szabadon mozogtak a labirintusban." - mondta Mark Howe, társszerző, jelenleg a doktori posztdoktori neurobiológus az északnyugati egyetemen. "Minden szonda méri az extracelluláris dopamin koncentrációját az agyszövet kis térfogatán belül, és valószínűleg ezer idegvégterápiák aktivitását tükrözi."
A tudósok azzal kezdték, hogy a patkányokat kiképezték, hogy jutalmat keressenek labirintuson keresztül. Minden egyes patkány labirintuson történő futása közben hang hallatszik, amely arra utasítja, hogy forduljon jobbra vagy balra a kereszteződésnél a csokoládétej jutalom elérése érdekében.
A kutatócsoport szerint a kísérletek során időszakos időközönként várták, hogy a patkányok agya dopamin impulzusokat bocsát ki. Megállapították azonban, hogy a neurotranszmitter szintje folyamatosan emelkedett a kísérlet során - csúcspontjába fejeződött be, amikor a rágcsáló közeledett jutalmához. Míg a patkányok viselkedése az egyes vizsgálatok során változott, dopaminszintjük megbízhatóan megnőtt a futási sebesség vagy a jutalom valószínűsége ellenére.
"Ehelyett úgy tűnik, hogy a dopamin jel tükrözi, hogy a patkány milyen messze van a céljától" - mondta Ann Graybiel, aki az MIT agykutató laboratóriumát működteti. "Minél közelebb kerül, annál erősebb a jel."
A csoport azt is felfedezte, hogy a dopamin jel nagyságát a várt jutalom nagysága határozza meg. Amikor a patkányokat úgy kondicionáltuk, hogy nagyobb adag csokoládétejre számítsanak, dopaminszintjük gyorsabban emelkedett magasabb csúcsra.
A kutatók változtattak a kísérletben azáltal, hogy kiterjesztették a labirintust egy összetettebb formára, ami a patkányokat távolabb távozott és további fordulásokat hajtott végre a díj elérése érdekében. A hosszabb kísérletek során a dopamin szignál fokozatosan növekedett, de végül elérte az előző labirintus szintjét.
"Úgy tűnik, mintha az állat beállította volna elvárásait, tudva, hogy tovább kell mennie" - mondta Graybiel.
Javasolta, hogy a jövőbeli tanulmányoknak vizsgálják meg ugyanezt a jelenséget az emberekben.
- Döbbenten lennék, ha valami hasonló nem történne meg a saját agyunkban - mondta Graybiel.
A kutatások azt mutatják, hogy az agy miként tartja szemmel a díjat
Hétfő, 08 - 05:2013
McGovern Agykutató Intézet
"Ott vagyunk már?"
Mint mindenki, aki kisgyermekekkel utazott, tudja, hogy a távoli célokra való összpontosítás továbbra is kihívást jelenthet. A Massachusetts Institute of Technology (MIT) egy új tanulmánya arra utal, hogy az agy miként teljesíti ezt a feladatot, és jelzi, hogy a dopamin neurotranszmitter a hosszú távú jutalmak értékét jelezheti. A megállapítások megmagyarázhatják azt is, hogy miért nehéz a Parkinson-kórban szenvedő betegek - akiknél a dopamin jelátvitel zavart - gyakran nehézségekbe ütközni a feladatok elvégzéséhez szükséges motiváció fenntartása.
A munkát a Nature ismerteti.
A korábbi vizsgálatok összekapcsolták a dopamint a jutalmakkal, és kimutatták, hogy a dopamin idegsejtek rövid aktivitást mutatnak, amikor az állatok váratlan jutalmat kapnak. Ezeket a dopamin szignálokat fontosnak tartják a megerősítő tanuláshoz, amely folyamat az állat megtanulja a jutalomhoz vezető tevékenységeket.
Hosszú kilátás
A legtöbb tanulmányban ezt a jutalmat néhány másodpercen belül átadták. A való életben azonban a kielégülés nem mindig azonnali: Az állatoknak gyakran élelmet keresve kell utazniuk, és fenn kell tartaniuk a távoli cél motivációját, miközben reagálniuk kell az azonnali utalásokra is. Ugyanez vonatkozik az emberekre: A hosszú úton lévő járművezetőnek továbbra is a végső cél elérésére kell összpontosítania, miközben reagálnia kell a forgalomra, meg kell állnia az ételek készítéséhez és a gyermekeket szórakoztatnia kell a hátsó ülésen.
Az MIT csapata, Ann Graybiel intézet professzora vezetésével - aki szintén az MIT McGovern Agykutató Intézetének kutatója - úgy döntött, hogy megvizsgálja, hogyan változik a dopamin egy labirintus feladat során, közelítve a késleltetett kielégüléshez szükséges munkát. A kutatók kiképezték a patkányokat egy labirintus navigálásához, hogy jutalmat érjenek el. Minden egyes kísérlet során egy patkány hangot hall, amely arra utasítja, hogy forduljon jobbra vagy balra egy kereszteződésnél, hogy megkapja a csokoládétej jutalmat.
A dopamint tartalmazó neuronok aktivitásának egyszerű mérése helyett az MIT kutatói meg akarta mérni, hogy mennyi dopamint szabadítottak fel a striatumban, amely agyi szerkezet fontosnak bizonyult a megerősítés tanulásában. Csatlakoztak Paul Phillips-hez az Egyesült Államokból. (Washington, Egyesült Államok), amely kifejlesztett egy gyors letapogatású ciklikus voltammetriának (FSCV) hívott technológiát, amelyben az apró, beültetett, szénszál elektródok lehetővé teszik a dopamin koncentrációjának folyamatos mérését az elektrokémiai ujjlenyomata alapján.
„Az FSCV módszerét úgy adaptáltuk, hogy a dopamint akár az agy négy különböző pontján is meg lehessen mérni, mivel az állatok szabadon mozogtak a labirintusban” - magyarázza az első szerző, Mark Howe, a Graybiel volt posztgraduális hallgatója, aki ma a Neurobiológiai Tanszék Északnyugati Egyetemén. "Minden szonda méri az extracelluláris dopamin koncentrációját az agyszövet kis térfogatán belül, és valószínűleg ezer idegvégterápiák aktivitását tükrözi."
A dopamin fokozatos emelkedése
A korábbi munkák alapján a kutatók arra számítottak, hogy a dopamin impulzusát a vizsgálat különböző időszakain belül szabadítják fel, „valójában valami sokkal meglepőbbnek találtunk”, mondja Graybiel: A dopamin szintje minden kísérlet során folyamatosan emelkedett, és csúcspontjává vált. az állat megközelítette a célját - mintha jutalomra számítana.
A patkányok viselkedése kísérletektől eltérő volt - néhány futtatás gyorsabb volt, mint másoknál, és az állatok néha röviden megálltak -, de a dopamin szignál nem változott a futási sebességtől vagy a vizsgálat időtartamától. Az sem függött a jutalom megszerzésének valószínűségétől, amit korábbi tanulmányok javasoltak.
"Ehelyett úgy tűnik, hogy a dopamin jel tükrözi, hogy a patkány milyen messze van a céljától" - magyarázza Graybiel. „Minél közelebb kerül, annál erősebb lesz a jel.” A kutatók azt is megállapították, hogy a jel nagysága függ a várt jutalom nagyságától: Amikor a patkányokat arra kiképezték, hogy nagyobb csokoládétej előrejelzésére számítsanak, a dopaminjel emelkedett meredesebben magasabb végső koncentrációra.
Néhány kísérletben a T-alakú labirintust bonyolultabb alakra terjesztették ki, amelyben az állatokat tovább kellett futtatni és további fordulatokat kell tenniük a jutalom elérése előtt. Ezen kísérletek során a dopamin szignál fokozatosan emelkedett, végül elérte a szintet, mint a rövidebb labirintusban. "Úgy tűnik, mintha az állat beállította volna elvárásait, tudva, hogy tovább kell mennie" - mondja Graybiel.
„Belső irányítási rendszer”
"Ez azt jelenti, hogy a dopaminszintek felhasználhatók arra, hogy az állatok segítséget nyújtsanak a célhoz vezető úton, és megbecsüljék a célhoz való távolságot" - mondja Terrence Sejnowski a Salk Intézetből, egy számítástechnikai idegtudós orvos, aki ismeri az eredményeket, de ki nem vett részt a vizsgálatban. "Ez a" belső irányítási rendszer "az emberek számára is hasznos lehet, akiknek szintén választásuk során kell választaniuk egy távoli cél felé."
Az egyik kérdés, amelyet Graybiel a jövőbeli kutatásában meg akarja vizsgálni, az, hogy a jel hogyan alakul ki az agyban. A patkányok és más állatok kognitív térképeket képeznek térbeli környezetükről, úgynevezett „helysejtekkel”, amelyek akkor aktívak, amikor az állat egy meghatározott helyen van. "Amint patkányaink többször futtatják a labirintust" - mondja azt gyanítottuk, hogy megtanulják a labirintus minden pontját hozzákapcsolni a korábbi futtatások során megszerzett jutalom távolságához. "
Ami a kutatás emberre gyakorolt relevanciáját illeti, Graybiel azt mondja: „Megdöbbent volna, ha valami hasonló nem történik meg a saját agyunkban.” Ismert, hogy a Parkinson-betegek, akikben a dopamin jelátvitel zavart, gyakran apátiaseknek tűnnek, és nehezen tudják fenntartani a hosszú feladat elvégzéséhez szükséges motivációt. "Lehet, hogy azért van, mert nem tudják előállítani ezt a lassú dopamin jelet" - mondja Graybiel.
Forrás: Massachusetts Institute of Technology
;
