Langtímaverðlaunakerfi hjartans byggir á dópamíni
Ágúst 5, 2013
Brett Smith fyrir redOrbit.com - Universe Online
Frá akstri yfir land til útskriftar frá háskóla er langtímamarkmið oft erfitt að halda áfram að einbeita sér að þegar strax laun eru ekki í sjónmáli.
Hópur vísindamanna frá University of Washington í Seattle og MIT hefur nýlega uppgötvað nýjar upplýsingar um hvernig heilinn geti haldið áfram að einbeita sér að þessum langtíma markmiðum, samkvæmt skýrslu í tímaritinu Nature.
Rannsóknir sameiginlegu liðsins byggjast á fyrri rannsóknum sem hafa tengt taugaboðefnum dópamíns við launakerfi heilans. Þó að flestir fyrri rannsóknir hafi tekið þátt í að skoða dópamín með tilliti til strax verðlaun, fannst ný rannsóknin að aukin magn dópamíns sem rottur á rannsóknarstofu nálgaði væntanlegt verðlaun eftir seinkun fullnægingar.
Til að mæla magn dópamíns í hjörtum rottanna, notaði liðið kerfi sem var þróað af UW-hegðunarvanda Paul Phillips sem kallast hraðvirkt hringrásarmagn (FSCV) sem felur í sér litla, ígrædda rafskaut sem stöðugt tekur upp dópamínþéttni með því að leita að rafskautafræðilegri undirskrift sinni.
"Við breyttum FSCV aðferðinni svo að við gætum metið dópamín á allt að fjórum mismunandi stöðum í heila samtímis, þar sem dýrin fluttu frjálslega í gegnum völundarhúsið," sagði Mark Howe, núverandi doktoravinnufræðingur við Northwestern University. "Hvert rannsakandi mælir styrk utanfrumu dópamíns innan örlítið rúmmál heilavef, og endurspeglar líklega virkni þúsunda taugaskipta."
Vísindamenn byrjuðu með því að þjálfa rottur til að finna leið sína í gegnum völundarhús í leit að verðlaun. Í hverri rottu rennur í gegnum völundarhúsið hljómar tónn fyrir því að snúa til hægri eða vinstri við gatnamót í leit að súkkulaði mjólkurlaun.
Rannsóknarteymið sagði að þeir væru að sjá að púls dópamíns yrðu gefin út af heila rottum með reglulegum millibili meðan á rannsóknum stóð. Hins vegar komust þeir að því að magn taugaboðefnisins jókst jafnt og þétt í gegnum tilraunina - hámarki í hámarki þegar nagdýrin nálguðust verðlauna sína. Þó að hegðun rottanna við hverja rannsókn var fjölbreytt, hækkaði dópamínþéttni þeirra áreiðanlega þrátt fyrir hraða eða líkur á umbun.
"Í staðinn virðist dopamínmerkið endurspegla hversu langt rottið er frá markmiðinu," sagði Ann Graybiel, sem rekur rannsóknarstofu hjá MIT. "Því nær sem það gerist, því sterkari merki verður."
Liðið komst einnig að því að magn dópamínsins var tengt við stærð væntanlegrar umbunar. Þegar rottur voru skilyrt til að búast við stærri skammti af súkkulaði mjólk hækkaði dópamínmagn þeirra hraðar í hærri hámarki.
Vísindamenn fjölbreyttu tilrauninni með því að lengja völundarhúsið í flóknara form sem gerði rotturnar að renna lengra og gera frekari beygjur til að ná verðlaununum. Í þessum lengri rannsóknum jókst dópamínmerkið meira smám saman en náði að lokum á sama stigi og í fyrri völundarhúsinu.
"Það er eins og dýrið væri að laga væntingar sínar og vissi að það væri frekar að fara," sagði Graybiel.
Hún lagði til að í framtíðinni ætti að líta á þetta sama fyrirbæri hjá mönnum.
"Ég myndi vera hneykslaður ef eitthvað svipað væri ekki að gerast í eigin heila okkar," sagði Graybiel.
Rannsóknir sýna hvernig heilinn heldur augunum á verðlaunin
Mán, 08/05/2013 - 10:15
McGovern Institute for Brain Research
"Erum við komin?"
Eins og einhver sem hefur ferðast með ungum börnum getur það verið erfitt að halda áfram að einbeita sér að fjarlægum markmiðum. Ný rannsókn frá Massachusetts Institute of Technology (MIT) bendir á hvernig heilinn nær þessu verkefni og bendir til þess að taugaboðefnin dópamín geti gefið til kynna verðmæti langtímavinna. Niðurstöðurnar geta einnig útskýrt hvers vegna sjúklingar með Parkinsonsveiki þar sem dopamínmerki er skert hefur oft erfitt með að viðhalda hvatningu til að klára verkefni.
Verkið er lýst í náttúrunni.
Fyrstu rannsóknir hafa tengt dópamín til verðlauna og sýnt að dópamín taugafrumur sýna stuttar sprungur af virkni þegar dýr fá óvæntar umbætur. Þessar dópamínmerki eru talin mikilvægar fyrir styrkleiki, ferlið sem dýr lærir að framkvæma aðgerðir sem leiða til verðlauna.
Taka langan skoðun
Í flestum rannsóknum hefur þessi verðlaun verið afhent innan nokkurra sekúndna. Í raunveruleikanum er þó fullnægingin ekki alltaf strax: Dýr verða oft að ferðast í leit að mat, og verður að viðhalda hvatning fyrir fjarlægu markmiði en einnig að bregðast við fleiri straumljósum. Sama gildir um menn: Ökumaður á langa vegferð þarf að vera áfram að einbeita sér að því að ná endanlegu ákvörðunarstað, en einnig að bregðast við umferð, hætta á snakki og skemmtilegum börnum á aftursætinu.
The MIT lið, undir forystu Institute prófessor Ann Graybiel-sem er einnig rannsóknarmaður á McGovern Institute for Brain Research - ákvað að læra hvernig dópamín breytist á völundarhús verkefni samræma vinnu fyrir seinkun fullnægjandi. Rannsakendur æfðu rottur til að sigla völundarhús til að ná verðlaunum. Í hverri rannsókn var rottur að heyra tón sem gaf þeim leiðbeiningar um að snúa sér til hægri eða vinstri við gatnamót til að finna súkkulaði mjólkurverðlaun.
Í stað þess að mæla aðeins virkni dópamín-innihaldsefnanna, vildu MIT vísindamenn mæla hversu mikið dópamín var gefið út í striatuminu, heilauppbyggingu sem vitað er að er mikilvægt í námsstyrk. Þeir tóku þátt í Paul Phillips í Univ. í Washington, sem hefur þróað tækni sem kallast hraðvirkt hringrásarmagn (FSCV) þar sem örlítið, ígræddar, rafskautar úr kolefnisfibðum leyfa samfellda mælingar á dópamínþéttni miðað við rafefnafræðilega fingrafarið.
"Við breyttum FSCV aðferðinni svo að við gætum metið dópamín á allt að fjórum mismunandi stöðum í heila samtímis, þar sem dýrin fluttu frjálslega í gegnum völundarhúsið", segir fyrsti höfundur Mark Howe, fyrrverandi framhaldsnámsmaður Graybiel sem er nú postdoc í Dýralæknirinn í Northwestern Univ. "Hvert rannsakandi mælir styrk utanfrumu dópamíns innan örlítið rúmmál heilavef, og endurspeglar líklega virkni þúsunda taugaskipta."
Smám saman aukning á dópamíni
Frá fyrri störfum gerðu vísindamenn ráð fyrir að þeir gætu séð púls dópamíns sem losað var á mismunandi tímum í rannsókninni, "en í raun fannum við eitthvað miklu meira á óvart," segir Graybiel: magn dópamíns jókst jafnt og þétt í gegnum hverja rannsókn, Dýr nálgast markmið sitt - eins og það sé í von um verðlaun.
Hegðun rottanna var breytileg frá réttarhöldum til rannsóknar - sumar rásir voru hraðar en aðrir, og stundum stoppuðu dýrin stutta stund - en dópamínmerkið var ekki breytilegt með hlauphraða eða rannsóknarlengd. Það var heldur ekki háð líkum á því að fá laun, eitthvað sem hafði verið lagt til af fyrri rannsóknum.
"Í staðinn virðist dópamínmerkið endurspegla hversu langt rottið er frá markmiðinu," segir Graybiel. "Því nær sem það gerist, því sterkari sem merki verður." Rannsakendur komust einnig að því að stærð merkisins var tengd við stærð væntanlegrar umbunar: Þegar rottur voru þjálfaðir til að sjá stærri gulp af súkkulaði mjólk hækkaði dópamínmerkið meiri bratt í hærri lokastyrk.
Í sumum rannsóknum var T-laga völundarhúsið framlengdur í flóknara formi, sem krefst þess að dýrin hlupu frekar og til að gera auka beygjur áður en þeir náðu laun. Í þessum rannsóknum hófst dópamínmerkið meira smám saman og náði að lokum það sama og í styttri völundarhúsinu. "Það er eins og dýrið væri að laga væntingar sínar, vitandi að það væri lengra að fara," segir Graybiel.
"Innra leiðsagnakerfi"
"Þetta þýðir að hægt er að nota dópamínmagn til að hjálpa dýrum að gera val á leiðinni að markinu og að meta fjarlægðina að markinu," segir Terrence Sejnowski frá Salk Institute, computational neuroscientist sem þekkir niðurstöðurnar en hver var ekki þátt í rannsókninni. "Þetta" innri leiðsögnarkerfi "gæti einnig verið gagnlegt fyrir menn, sem einnig þurfa að taka ákvarðanir á leiðinni til þess sem gæti verið langt markmið."
Ein spurning sem Graybiel vonast til að skoða í framtíðinni er hvernig merki koma upp innan heilans. Rottur og önnur dýr mynda vitræna kort af staðbundnu umhverfi sínu, með svokölluðu "staðfrumur" sem eru virkir þegar dýrið er á ákveðnum stað. "Þar sem rotturnar okkar hlaupa völundarhúsið ítrekað," segir hún, "við grunar að þeir læri að tengja hvert stig í völundarhúsinu með fjarlægð frá þeim umbun sem þeir upplifðu á fyrri hlaupum."
Hvað varðar mikilvægi þessarar rannsóknar fyrir menn, segir Graybiel: "Ég myndi vera hneykslaður ef eitthvað svipað var ekki að gerast í eigin heila okkar." Það er vitað að sjúklingar Parkinsons, þar sem dópamínsmerki er skert, virðist oft vera apathetic, og eiga erfitt með að viðhalda hvatning til að ljúka lengi verkefni. "Kannski er það vegna þess að þeir geta ekki framleitt þetta hægfara dopamínmerki," segir Graybiel.
Heimild: Massachusetts Institute of Technology
;