Smadzeņu ilgtermiņa atalgojuma sistēma balstās uz dopamīnu
Augusts 5, 2013
Brett Smith par redOrbit.com - Jūsu Universe Online
No braukšanas pāri valstij, beidzot ar koledžu, ilgtermiņa mērķi bieži vien ir grūti apturēt, kad tūlītēja atlīdzība nav redzama.
Vašingtonas Universitātes zinātnieku komanda Sietlā un MIT nesen atklāja jaunas ziņas par to, kā smadzenes spēj koncentrēties, līdz šie ilgtermiņa mērķi tiek sasniegti, saskaņā ar ziņojumu žurnālā Nature.
Kopīgās komandas pētījums balstās uz iepriekšējiem pētījumiem, kas ir saistīti ar neirotransmitera dopamīnu ar smadzeņu atalgojuma sistēmu. Lai gan lielākā daļa iepriekšējo pētījumu ir aplūkojuši dopamīnu saistībā ar tūlītēju atlīdzību, jaunajā pētījumā konstatēja pieaugošu dopamīna līmeni, jo laboratorijas žurkas tuvojās gaidītajam atalgojumam pēc kavēšanās.
Lai izmērītu dopamīna līmeni žurku smadzenēs, komanda izmantoja UW uzvedības zinātnieka Paula Phillipsa izstrādātu sistēmu, ko sauc par ātrās skenēšanas ciklisko voltammetriju (FSCV), kas ietver nelielus implantētus elektrodus, kas nepārtraukti reģistrē dopamīna koncentrāciju, meklējot tās elektrochemisko parakstu.
„Mēs pielāgojām FSCV metodi, lai mēs varētu mērīt dopamīnu līdz pat četrām dažādām smadzeņu vietām vienlaicīgi, jo dzīvnieki brīvi pārvietojās caur labirintu,” sacīja līdzautore Marks Howe, šobrīd Ziemeļrietumu universitātes postdoktorantūras neirobiologs. “Katrs zonde mēra ekstracelulāro dopamīna koncentrāciju nelielā smadzeņu audu tilpumā un, iespējams, atspoguļo tūkstošiem nervu terminālu darbību.”
Zinātnieki sāka mācīties žurkas, lai atrastu ceļu caur labirintu, meklējot atlīdzību. Katra žurkas brauciena laikā caur labirintu, tonis izklausās, liekot viņam krustojumā apgriezties pa labi vai pa kreisi, veicot šokolādes piena atlīdzību.
Pētījuma komanda teica, ka viņi sagaidīs, ka žurku smadzenes izmēģinājumu laikā periodiski atbrīvos dopamīna pulsus. Tomēr viņi konstatēja, ka neiromediatoru līmenis visā eksperimentā vienmērīgi palielinājās - kulminācija sasniedza maksimālo līmeni, kad grauzēji tuvojās atalgojumam. Kamēr žurku uzvedība katrā pētījumā bija dažāda, to dopamīna līmenis ticami palielinājās, neraugoties uz braukšanas ātrumu vai atalgojuma varbūtību.
„Tā vietā dopamīna signāls, šķiet, atspoguļo to, cik tālu žurkas ir no tās mērķa,” sacīja Ann Graybiel, kurš vada smadzeņu pētniecības laboratoriju MIT. "Jo tuvāk tas kļūst, jo spēcīgāks signāls."
Komanda arī atklāja, ka dopamīna signāla lielums bija saistīts ar paredzamās atlīdzības lielumu. Kad žurkas tika kondicionētas, lai sagaidītu lielāku šokolādes piena porciju, to dopamīna līmenis palielinājās straujāk līdz augstākajam maksimumam.
Pētnieki mainīja eksperimentu, paplašinot labirintu līdz sarežģītākai formai, kas padarīja žurkas ilgāk un padarīja papildu pagriezienus, lai sasniegtu balvu. Šo ilgāku pētījumu laikā dopamīna signāls pakāpeniski palielinājās, bet galu galā sasniedza tādu pašu līmeni kā iepriekšējā labirintā.
"Tas ir tā, it kā dzīvnieks būtu pielāgojis savas cerības, zinot, ka tam ir jādodas tālāk," sacīja Graybiel.
Viņa ierosināja, ka turpmākajos pētījumos būtu jāņem vērā tas pats fenomens cilvēkiem.
"Es būšu satriekts, ja kaut kas līdzīgs nebūtu mūsu smadzenēs," teica Graybiel.
Pētījumi atklāj, kā smadzenes atstāj acis uz balvu
Pirmdiena, 08 - 05:2013
McGovern smadzeņu pētniecības institūts
"Vai esam jau klāt?"
Kā zina ikviens, kurš ir ceļojis ar maziem bērniem, izaicinājums ir koncentrēties uz tālākajiem mērķiem. Jauns pētījums no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT) norāda, kā smadzenes sasniedz šo uzdevumu, un norāda, ka neirotransmiters dopamīns var nozīmēt ilgtermiņa ieguvumu vērtību. Atklātie dati var arī izskaidrot, kāpēc pacientiem ar Parkinsona slimību, kurā traucēta dopamīna signalizācija, bieži ir grūtības uzturēt motivāciju pabeigt uzdevumus.
Darbs ir aprakstīts dabā.
Iepriekšējie pētījumi ir saistīti ar dopamīnu ar atlīdzību, un ir pierādījuši, ka dopamīna neironi uzrāda īsas aktivitātes pārrāvumus, kad dzīvnieki saņem negaidītu atlīdzību. Tiek uzskatīts, ka šie dopamīna signāli ir svarīgi stiprināšanas mācībām, process, kurā dzīvnieks mācās veikt darbības, kas noved pie atlīdzības.
Ņemot garo skatu
Lielākajā daļā pētījumu šī atlīdzība ir nodota dažu sekunžu laikā. Tomēr reālajā dzīvē apmierinātība ne vienmēr ir tūlītēja: dzīvniekiem bieži jādodas pārtikas meklējumos, un viņiem ir jāsaglabā tāls mērķis, vienlaikus reaģējot uz tūlītējiem norādījumiem. Tas pats attiecas uz cilvēkiem: vadītājam, kas brauc uz garas ceļa, jāturpina koncentrēties uz galamērķa sasniegšanu, vienlaikus reaģējot uz satiksmi, apstādinot uzkodas un izklaidējot bērnus aizmugurējā sēdeklī.
MIT komanda, kuru vada Institūta profesors Ann Graybiel, kurš arī ir MIT McGovern institūta smadzeņu izpētes institūta pētnieks, nolēma izpētīt, kā dopamīns mainās labirints uzdevuma laikā, tuvinot darbu aizkavētā apmierinātībā. Pētnieki apmācīja žurkas, lai pārvietotos uz labirints, lai sasniegtu atalgojumu. Katra izmēģinājuma laikā žurka dzirdēja signālu, kas norādīja, ka krustojumā jārodas pa labi vai pa kreisi, lai atrastu balvu par šokolādes pienu.
Tā vietā, lai vienkārši mērītu dopamīnu saturošu neironu aktivitāti, MIT pētnieki vēlējās izmērīt, cik daudz dopamīna izdalījās striatumā, proti, smadzeņu struktūra, kas ir zināma kā svarīga pastiprināšanas mācīšanās procesā. Viņi apvienojās ar Paulu Fillipsu no Univas. Vašingtona, kura ir izstrādājusi tehnoloģiju, ko sauc par ātrās skenēšanas ciklisko voltammetriju (FSCV), kurā sīkie, implantētie, oglekļa šķiedras elektrodi ļauj nepārtraukti mērīt dopamīna koncentrāciju, pamatojoties uz tā elektrokemisko pirkstu nospiedumu.
„Mēs pielāgojām FSCV metodi, lai mēs varētu mērīt dopamīnu līdz pat četrām dažādām smadzeņu vietām vienlaicīgi, jo dzīvnieki brīvi pārvietojās caur labirintu,” skaidro pirmais autors Marks Howe, bijušais absolvents ar Graybiel, kurš tagad ir postdoc Ziemeļrietumu Univas Neirobioloģijas katedra. “Katrs zonde mēra ekstracelulāro dopamīna koncentrāciju nelielā smadzeņu audu tilpumā un, iespējams, atspoguļo tūkstošiem nervu terminālu darbību.”
Pakāpeniska dopamīna palielināšanās
No iepriekšējiem pētījumiem pētnieki sagaida, ka viņi varēs redzēt dažādus izmēģinājuma laikos izlaistos dopamīna impulsus, "bet patiesībā mēs atklājām kaut ko daudz pārsteidzošāku," Graybiel saka: Dopamīna līmenis vienmērīgi palielinājās katrā pētījumā, sasniedzot visu dzīvnieks tuvojas savam mērķim - it kā gaidot atalgojumu.
Žurku uzvedība bija atšķirīga no izmēģinājuma līdz izmēģinājumam - daži braucieni bija ātrāki nekā citi, un dažreiz dzīvnieki apstājās īsi - bet dopamīna signāls nemainījās atkarībā no braukšanas ātruma vai izmēģinājuma ilguma. Tā arī nebija atkarīga no atlīdzības iegūšanas varbūtības, ko jau iepriekš bija ierosinājis.
„Tā vietā dopamīna signāls, šķiet, atspoguļo to, cik tālu žurka ir no tās mērķa,” skaidro Graybiel. "Jo tuvāk tas kļūst, jo spēcīgāks signāls." Pētnieki arī konstatēja, ka signāla lielums bija saistīts ar paredzamās atlīdzības lielumu: Kad žurkas tika apmācītas, lai paredzētu lielāku šokolādes piena gulpu, dopamīna signāls pieauga straujāk uz augstāku galīgo koncentrāciju.
Dažos pētījumos T-veida labirints tika paplašināts līdz sarežģītākai formai, liekot dzīvniekiem turpināt braukt un veikt papildu apgriezienus pirms atalgojuma sasniegšanas. Šo pētījumu laikā dopamīna signāls pakāpeniski palielinājās, beidzot sasniedzot tādu pašu līmeni kā īsākajā labirintā. "Tas ir tā, it kā dzīvnieks būtu pielāgojis savas cerības, zinot, ka tam ir jādodas tālāk," saka Graybiel.
“Iekšējās vadības sistēma”
“Tas nozīmē, ka dopamīna līmeni var izmantot, lai palīdzētu dzīvniekam izdarīt izvēli ceļā uz mērķi un novērtēt attālumu līdz mērķim,” saka Terence Sejnowski no Salk institūta, skaitļošanas neirologs, kurš ir iepazinies ar konstatējumiem, bet kurš pētījumā nebija iesaistīts. „Šī“ iekšējās vadības sistēma ”varētu būt noderīga arī cilvēkiem, kuriem ir arī jāizvēlas ceļš uz to, kas var būt tāls mērķis.”
Viens jautājums, ko Graybiel cer izpētīt nākotnē, ir tas, kā signāls rodas smadzenēs. Žurkas un citi dzīvnieki veido savas telpiskās vides kognitīvās kartes ar tā sauktajām “vietu šūnām”, kas ir aktīvas, ja dzīvnieks atrodas noteiktā vietā. "Tā kā mūsu žurkas atkārtoti veic labirints," viņa saka, "mēs uzskatām, ka viņi iemācās saistīt katru labirints punktu ar tā attālumu no atlīdzības, ko viņi piedzīvoja iepriekšējos braucienos."
Attiecībā uz šī pētījuma atbilstību cilvēkiem, Graybiel saka: „Es būšu satriekts, ja kaut kas līdzīgs nenotiek mūsu pašu smadzenēs.” Ir zināms, ka Parkinsona slimnieki, kuriem ir traucēta dopamīna signalizācija, bieži vien šķiet apātiski, un viņiem ir grūti uzturēt motivāciju, lai pabeigtu ilgu uzdevumu. „Varbūt tas ir tāpēc, ka viņi nespēj ražot šo lēno dopamīna signālu,” saka Graybiels.
Avots: Masačūsetsas Tehnoloģiju institūts
;
