Smegenų ilgalaikio atlygio sistema priklauso nuo dopamino
Rugpjūtis 5, 2013
Brettas Smithas redOrbit.com - jūsų visata internete
Nuo vairavimo visoje šalyje iki studijų baigimo, ilgalaikiams tikslams dažnai sunku sutelkti dėmesį, kai tiesioginis atlygis nėra akivaizdoje.
Mokslininkų komanda iš Vašingtono universiteto Sietle ir MIT neseniai atrado naujų detalių, kaip smegenys gali išlikti susikaupusios, kol bus pasiekti šie ilgalaikiai tikslai, rašoma žurnale „Nature“.
Bendros komandos tyrimai remiasi ankstesniais tyrimais, kurie susiejo neuromediatorių dopaminą su smegenų atlygio sistema. Nors daugumoje ankstesnių tyrimų buvo tiriama dopamino koncentracija, atsižvelgiant į tiesioginį atlygį, tačiau naujajame tyrime nustatyta, kad dopamino lygis didėja, kai laboratorinės žiurkės priartėjo prie numatomo atlygio po atidėto pasitenkinimo.
Norėdami išmatuoti dopamino kiekį žiurkių smegenyse, komanda naudojo UW elgsenos mokslininko Paulo Phillipso sukurtą sistemą, vadinamą greitojo nuskaitymo cikline voltamperija (FSCV), kuri apima mažus implantuotus elektrodus, kurie nuolat registruoja dopamino koncentraciją ieškodami jo elektrocheminio signalo.
„Mes pritaikėme FSCV metodą taip, kad galėtume išmatuoti dopaminą ne daugiau kaip keturiose skirtingose smegenyse vietose, nes gyvūnai laisvai judėjo per labirintą“, - sakė bendraautorius Markas Howe, šiuo metu Šiaurės Vakarų Vakarų universiteto neurobiologas. „Kiekvienas zondas matuoja tarpląstelinio dopamino koncentraciją mažame smegenų audinio tūryje ir tikriausiai atspindi tūkstančių nervinių galūnių aktyvumą“.
Mokslininkai pradėjo mokyti žiurkes, kad galėtų atrasti kelią per labirintą ieškodami atlygio. Kiekvienos žiurkės bėgiojimo po labirintą metu pasigirs garsinis signalas, nurodantis, kad sankryžoje reikia šokti į dešinę ar kairę, siekiant atlygio už šokoladinį pieną.
Tyrimų komanda teigė, kad tikėjosi, jog tyrimų metu žiurkių smegenys periodiškai išleis dopamino impulsus. Tačiau jie nustatė, kad per visą eksperimentą neurotransmiterio lygis stabiliai kilo - kulminacija pasiekė aukščiausią lygį graužikams artėjant prie savo atlygio. Nors žiurkių elgesys kiekvieno tyrimo metu skyrėsi, jų dopamino kiekis patikimai padidėjo, nepaisant bėgimo greičio ar atlygio tikimybės.
„Vietoj to, atrodo, kad dopamino signalas parodo, kaip toli žiurkė yra nuo savo tikslo“, - sakė Ann Graybiel, vadovaujanti smegenų tyrimų laboratorijai MIT. „Kuo arčiau jis tampa, tuo stipresnis signalas tampa“.
Komanda taip pat išsiaiškino, kad dopamino signalo dydis buvo susijęs su numatomo atlygio dydžiu. Kai žiurkės buvo kondicionuojamos tikėtis didesnės šokoladinio pieno porcijos, jų dopamino lygis greičiau pakilo iki aukštesnės smailės.
Tyrėjai įvairino eksperimentą, išplėsdami labirintą į sudėtingesnę formą, priversdami žiurkes bėgti toliau ir atlikti papildomus posūkius, kad pasiektų prizą. Per šiuos ilgesnius bandymus dopamino signalas didėjo palaipsniui, tačiau galiausiai pasiekė tą patį lygį kaip ir ankstesniame labirinte.
„Atrodo, tarsi gyvūnas pakoreguotų savo lūkesčius žinodamas, kad jis turi eiti toliau“, - teigė Graybiel.
Ji pasiūlė, kad būsimuose tyrimuose reikėtų panagrinėti tą patį žmonių reiškinį.
„Būčiau šokiruotas, jei kažkas panašaus neįvyktų mūsų pačių smegenyse“, - sakė Graybielis.
Tyrimai atskleidžia, kaip smegenys prižiūri prizą
Pirmadienis, 08-05-2013 - 10:15
McGovern smegenų tyrimų institutas
"Ar mes jau čia?"
Kaip žino visi, kurie keliavo su mažais vaikais, išlaikyti iššūkį tolimiems tikslams gali būti iššūkis. Naujas Masačusetso technologijos instituto (MIT) tyrimas rodo, kaip smegenys įgyvendina šią užduotį, ir nurodoma, kad neuromediatorius dopaminas gali reikšti ilgalaikio atlygio vertę. Rezultatai taip pat gali paaiškinti, kodėl pacientams, sergantiems Parkinsono liga - kai sutrikusi dopamino signalizacija - dažnai sunku išlaikyti motyvaciją baigti užduotis.
Darbas aprašytas „Gamtoje“.
Ankstesni tyrimai dopaminą susiejo su nauda ir parodė, kad dopamino neuronai rodo trumpą aktyvumo periodą, kai gyvūnai gauna netikėtą atlygį. Manoma, kad šie dopamino signalai yra svarbūs stiprinant mokymąsi - procesą, kurio metu gyvūnas išmoksta atlikti veiksmus, kurie sukelia atlygį.
Ilgas vaizdas
Daugelyje tyrimų tas atlygis buvo įteiktas per kelias sekundes. Tačiau realiame gyvenime pasitenkinimas ne visada būna greitas: gyvūnai turi dažnai keliauti ieškodami maisto ir išlaikyti motyvaciją siekti tolimo tikslo, taip pat reaguoti į skubesnius nurodymus. Tas pats pasakytina ir apie žmones: Ilgoje kelionėje vairuotojas turi ir toliau stengtis pasiekti galutinį tikslą, taip pat reaguoti į eismą, sustoti užkandžiauti ir linksminti vaikus galinėje sėdynėje.
MIT komanda, vadovaujama instituto profesorės Ann Graybiel, kuri taip pat yra MIT McGovern smegenų tyrimų instituto tyrėja, nusprendė ištirti, kaip dopaminas keičiasi labirinto užduoties metu, suderinant darbą su atidėtu pasitenkinimu. Tyrėjai išmokė žiurkes plaukti labirintais, kad pasiektų atlygį. Kiekvieno tyrimo metu žiurkė išgirdo toną, liepiantį sankryžoje pasukti į dešinę arba į kairę ir rasti šokolado pieno atlygį.
Užuot tiesiog matavę dopamino turinčių neuronų aktyvumą, MIT tyrėjai norėjo išmatuoti, kiek dopamino išsiskiria striatumoje - tai smegenų struktūra, kuri, kaip žinoma, svarbi mokantis sustiprinti. Jie susibūrė į komandą su Paul Phillips iš Univ. Vašingtono valstijoje, sukūrusi technologiją, vadinamą greitojo nuskaitymo cikliniu voltamperometrija (FSCV), kurioje mažyčiai, implantuoti, anglies pluošto elektrodai leidžia nuolat matuoti dopamino koncentraciją, remiantis jo elektrocheminiu pirštų atspaudu.
„Mes pritaikėme FSCV metodą taip, kad galėtume išmatuoti dopaminą ne daugiau kaip keturiose skirtingose smegenų vietose, nes gyvūnai laisvai judėjo per labirintą“, - aiškina pirmasis autorius Markas Howe, buvęs Graybiel universiteto abiturientas, kuris dabar yra doktorantas. Šiaurės Vakarų universiteto Neurobiologijos katedra. „Kiekvienas zondas matuoja tarpląstelinio dopamino koncentraciją mažame smegenų audinio tūryje ir tikriausiai atspindi tūkstančių nervinių galūnių aktyvumą“.
Palaipsniui padidėja dopamino kiekis
Remdamiesi ankstesniu darbu, tyrėjai tikėjosi, kad jie gali pamatyti dopamino impulsus, išsiskiriančius skirtingu tyrimo metu, „bet iš tikrųjų mes radome kažką daug labiau stebinančio“, sako Graybiel: Dopamino lygis stabiliai didėjo kiekvieno tyrimo metu, pasiekdamas aukščiausią tašką. gyvūnas artėjo prie savo tikslo - tarsi tikėdamasis atlygio.
Žiurkių elgesys įvairiais bandymais buvo skirtingas - kai kurie važiavimai buvo greitesni nei kiti, o kartais gyvūnai trumpam sustotų -, tačiau dopamino signalas nesiskyrė nuo bėgimo greičio ar tyrimo trukmės. Tai taip pat nepriklausė nuo atlyginimo tikimybės, to, kas buvo pasiūlyta ankstesniuose tyrimuose.
„Vietoj to, atrodo, kad dopamino signalas parodo, kaip toli žiurkė yra nuo savo tikslo“, - aiškina Graybiel. „Kuo jis arčiau, tuo stipresnis signalas tampa.“ Tyrėjai taip pat nustatė, kad signalo dydis buvo susijęs su tikėtino atlygio dydžiu: Kai žiurkės buvo išmokytos numatyti didesnį šokolado pieno gurkšnį, dopamino signalas pakilo. staigiau iki didesnės galutinės koncentracijos.
Kai kuriais tyrimais T formos labirintas buvo išplėstas į sudėtingesnę formą, reikalaujant, kad gyvūnai bėgtų toliau ir, prieš pasiekdami atlygį, atliktų papildomus posūkius. Šių tyrimų metu dopamino signalas didėjo palaipsniui, galiausiai pasiekdamas tą patį lygį kaip ir trumpesniame labirinte. „Atrodo, tarsi gyvūnas pakoreguotų savo lūkesčius žinodamas, kad jis turi eiti toliau“, - sako Graybiel.
„Vidinė orientavimo sistema“
„Tai reiškia, kad dopamino lygis gali būti panaudotas tam, kad padėtų gyvūnui pasirinkti kelią į tikslą ir įvertinti atstumą iki tikslo“, - sako Terrence Sejnowski iš Salko instituto, skaičiavimo neurologijos mokslininko, kuris yra susipažinęs su išvadomis, bet kuris nebuvo susijęs su tyrimu. „Ši„ vidinio orientavimo sistema “taip pat galėtų būti naudinga žmonėms, kurie taip pat turi pasirinkti kelią, kuris gali būti tolimas tikslas“.
Vienas klausimas, kurį Graybiel tikisi išnagrinėti ateityje atlikdamas tyrimus, yra tai, kaip signalas atsiranda smegenyse. Žiurkės ir kiti gyvūnai sudaro pažintinius savo erdvinės aplinkos žemėlapius su vadinamosiomis „vietos ląstelėmis“, kurios yra aktyvios, kai gyvūnas yra tam tikroje vietoje. „Kadangi mūsų žiurkės pakartotinai bėga labirintą, - sako ji, - įtariame, kad jos išmoko susieti kiekvieną labirinto tašką su atstumu nuo atlygio, kurį patyrė ankstesniais važiavimais“.
Kalbant apie šio tyrimo svarbą žmonėms, Graybiel sako: „Būčiau šokiruotas, jei kažkas panašaus neatsitiktų mūsų pačių smegenyse.“ Yra žinoma, kad Parkinsono pacientai, kuriems sutrikusi dopamino signalizacija, dažnai būna apatiški, ir jums sunku išlaikyti motyvaciją atlikti ilgą užduotį. „Galbūt todėl, kad jie negali sukurti šio lėtai plinkančio dopamino signalo“, - sako Graybiel.
Šaltinis: Masačusetso technologijos institutas
;
