De neurotransmitter dopamine doet zijn werk door middel van een vorm van onbewust leren
Door Kelly Crowe, CBC News
Geplaatst: Jan 2, 2013 10: 33 AM ET
Neurowetenschap is het nieuwe zwart, als het gaat om mode in wetenschappelijk onderzoek.
"Het gen was de centrale kwestie in de biologie in de 20e eeuw", zei Nobelprijswinnaar Dr. Eric Kandel, neurowetenschapper aan de Columbia University, onlangs in een interview in Toronto. "De geest is de essentiële kwestie voor de biologie in de 21e eeuw."
"En zeker als je denkt aan de gevolgen voor de volksgezondheid, de ziekten, pijn, schizofrenie, depressie, manisch-depressieve stoornis, posttraumatische stressstoornis, God weet wat, zoveel ellende van de mensheid komt voort uit psychiatrische en neurologische aandoeningen," voegde Kandel eraan toe.
In de jaren zestig, toen Kandel zijn Nobelprijswinnende werk begon op zoek naar de biologische bron van het geheugen, was de neurowetenschap een eenzaam veld. “Veel biologen interesseerden het niet. Anatomie werd als saai beschouwd en elektrofysiologie was technisch te ingewikkeld voor de meeste wetenschappers om op te letten, ”zei hij.
Richard Beninger is een gedragsneurowetenschapper aan de Queen's University, die eraan herinnert dat hij als student de hersenen bestudeerde als een verzameling onderdelen. "Je kon witte materie en donkere materie zien en heel veel fijne details, tot op neuroneniveau, maar het was allemaal morfologie, structuur," zei hij.
'Maar dat veranderde allemaal toen wetenschappers de chemische paden in de hersenen begonnen te begrijpen. De morfologie is er nog, maar nu weten we wat de zendersystemen zijn. Dus we hebben pas de laatste 40 jaar een heel nieuw brein om mee te werken, ”zei Beninger.
Met de huidige technologie kunnen wetenschappers levende, ademende mensen in een magnetische resonantiebeeldvormingsmachine stoppen, hen vertellen ergens over na te denken en toe te kijken hoe de biologische sporen van gedachten verschijnen en verdwijnen in kleurrijke uitbarstingen, gemeten door veranderingen in het zuurstofgehalte in het bloed. Het betekent dat wetenschappers nu het neurale landschap in realtime kunnen verkennen en de cognitieve krachten in kaart kunnen brengen die onze soort vanaf onze vroegste dagen hebben gevormd.
Terwijl ze dit neurale wonderland onderzoeken, onderzoeken wetenschappers de essentie van wat ons menselijk maakt. Het is alsof ze de kap van de mensheid opheffen en aan de bedrading sleutelen om te ontdekken hoe we doen wat we doen. En ze ontdekken dat het geheim van alles wat we doen, denken of voelen zit in die bedrading, een constant veranderend netwerk van neuronale verbindingen gevormd door evolutie en geactiveerd door elektrische en chemische interacties.
De geest is de essentiële kwestie voor de biologie in de 21ST eeuw, zegt Nobelprijswinnaar dr. Eric Kandel. (Lucas Jackson / Reuters)Dr. Kandel noemt het de meest complexe organisatiestructuur in het universum. "Dus we begrijpen het nog lang niet helemaal, heel ver, maar het begin was behoorlijk dramatisch", zegt hij.
"Het is zeker buitengewoon, onze hele ervaring van het leven, al onze mentale ervaringen, als ze allemaal het resultaat zijn van de activiteit van chemie in onze hersenen, de activiteit van neurotransmitters en neurocircuits, het is verbazingwekkend", zei Beninger.
Dopamine sleutel tot gedrag
Voor Beninger is dopamine de meest fascinerende neurotransmitter, waardoor we kunnen communiceren met onze omgeving en ons op zoek kunnen gaan naar de dingen die we nodig hebben om te overleven. "Iets dat biologisch waardevol is, voedsel, bijvoorbeeld water, seksuele partner, sociale metgezel, sociale samenwerking, dat zijn dingen die het dopaminesysteem activeren", zegt hij.
"Deze systemen zijn oud, weet je, fruitvliegjes hebben vergelijkbare systemen en wormen", zegt hij. "Ze worden aangetroffen in vissen en alle gewervelde dieren, ze zijn erg oud, deze dopamine-neuronen," zei Beninger.
Dat betekent dat dezelfde chemische impulsen die een fruitvlieg leiden om in uw wijnglas te duiken, u ook naar de fles reiken en dat tweede glas schenken.
"Wanneer dopamine-neuronen worden geactiveerd, krijgt alles wat op dat moment wordt aangetroffen in de toekomst een sterker vermogen om aan te trekken", zegt Beninger. "Dus voor een dier in het wild krijgen voedselgerelateerde stimuli, dingen die voedsel signaleren, zoals een bepaalde plaats, een bepaald object, het vermogen om het dier in de toekomst te tekenen."
Wanneer sommige kwetsbare mensen voedsel eten dat vol zit met suiker, zout en vet, vertonen ze gedrag dat vergelijkbaar is met dat van andere verslaafden, zegt Caroline Davis. (CBC)Dopamine doet zijn werk door een vorm van onbewust leren, waarbij het de hersenen leert omgevingsfactoren, zichtgeluiden, geuren en gevoelens te herkennen die terugleiden naar het ding dat eerst het beloningspad opwekte, zelfs als dat 'ding' gevaarlijk is. "Dus drugs die door mensen worden misbruikt, activeren allemaal het dopaminesysteem", legt Beninger uit.
Wetenschappers geloven ook steeds vaker dat voedsel het beloningssysteem van de hersenen kan kapen. Aan de York University bestudeert professor Caroline Davis de biologische basis van voedselverslaving. Ze zegt dat het beloningssysteem van de hersenen bijzonder gevoelig kan zijn voor sterk bewerkt voedsel met combinaties van zout, suiker, vet en smaken die nergens in de natuur voorkomen.
De hersenen en voedselverslaving
"Omdat ze zo smakelijk zijn, eten we er vaak veel van en ze geven ons een grotere dopamine-boost dan broccoli," zei Davis. "De dingen die beladen zijn met suiker, beladen met vet, zout, in combinatie zijn ze erg, erg moeilijk te weerstaan en er zijn aanwijzingen dat als je genoeg van deze voedingsmiddelen eet, ze bij sommige kwetsbare mensen gedrag vertonen dat sterk lijkt op de gedrag dat we zien bij andere verslaafden. "
Wanneer laboratoriumratten toegang krijgen tot suikerhoudend voedsel, eten ze eetbuien en wanneer de suiker wordt weggenomen, vertonen ze fysieke ontwenningssystemen die lijken op het terugtrekken van heroïne door het dier. Onderzoek heeft aangetoond dat dopamine een van de routes is die wordt geactiveerd bij deze suikerverslaafde muizen.
Een rat in het laboratorium van Richard Beninger blijft stil als onderzoekers hem een medicijn geven dat de dopamine-respons blokkeert. (Met dank aan Richard Beninger)Caroline Davis heeft een dopamine-link ontdekt bij voedselverslaafde mensen, een genetisch profiel dat wordt geassocieerd met sterkere dopamine-signalering, en ze gelooft dat die genen sommige mensen kwetsbaarder kunnen maken voor de signalen van dopamine.
“Mensen die over het algemeen erg gevoelig zijn voor beloning, suggereren onze gegevens dat het in deze omgeving misschien moeilijker voor hen is. In een ander tijdperk zou het behoorlijk adaptief zijn geweest, omdat ze een groot plezier uit eten zouden hebben gehaald en zij degenen zouden zijn geweest die de kilo's moesten pakken en het langer zouden hebben overleefd. Maar het werkt niet zo goed in deze omgeving. "
Dopamine gekoppeld aan motivatie
Terug aan de Queen's University in Kingston, Ontario, kijkt Richard Beninger naar een reeks video's van laboratoriumratten op een optrekstang, gemaakt door zijn studenten. Wanneer een normale rat op de balk wordt geplaatst, gaat hij onmiddellijk naar beneden. Maar er gebeurt iets verbazingwekkends als onderzoekers het dier een medicijn geven dat de dopaminereceptoren blokkeert. Nu blijft de rat op de kinbeugel, steeds langer na elke dosis.
“Het dier zal daar gewoon zitten als hun dopamine geblokkeerd is. Het is niet dat ze niet kunnen bewegen, ze zijn gewoon niet gemotiveerd om te bewegen, ”zei Beninger. "Het lijkt erop dat je dopamine nodig hebt om deel te nemen aan het milieu."
'Ik heb nog steeds moeite om de implicaties van deze aandoening,' catalepsie ', te begrijpen, zei hij. Maar hij noemt het een spannende vondst. "Ik denk dat er nieuwe, waardevolle informatie is over dit fenomeen."
“Ik denk dat de signalen die om ons heen zijn, de dingen waarmee we dagelijks omgaan, alles waar we op kunnen reageren, oppikken en omgaan, allemaal een bepaald niveau van dopamine vereisen. En als we herhaaldelijk worden blootgesteld aan stimuli, met verminderde dopamine, verliezen we ons vermogen om op die specifieke stimuli te reageren. Het lijkt erop dat dopamine je een reden geeft om te bewegen, van de bar af te komen, op stimuli te reageren, en zonder dat heb je geen interesse in het reageren op de stimuli of de omgeving. "
Beninger zegt dat het lijkt op de bewegingsverstoring bij mensen met de ziekte van Parkinson, die wordt geassocieerd met een verminderde dopamine-activiteit, iets dat hij ook in zijn laboratorium bestudeert.
De rol van dopamine in relaties
Beninger onderzoekt ook hoe dopamine onze relaties vormt. Het lijkt erop dat wanneer iemand aardig voor ons is, ons dopamine ons terug naar die persoon zal trekken.
"Dus wanneer ik samenwerk met iemand anders en zij samenwerken met mij, krijgt die persoon, die een representatie is in mijn hersenen, door de werking van dopamine, een verbeterd vermogen om mij in de toekomst aan te trekken", zegt Beninger. "Dus de dopamine vormt ons sociale landschap."
Ik vind het een absoluut wonder, je kunt je alleen maar meer verwonderen als je meer begint te leren over de chemische neuroanatomie van de hersenen, ”zegt Beninger. “Door al die samenwerking ontstaat mijn mentale ervaring, mijn hele leven. Het is een absoluut wonder. "
Als ze hersenchemie begrijpen, denken neurowetenschappers dat ze therapieën kunnen aanbieden om geestesziekten te bestrijden en de hele menselijke ervaring te verbeteren. En Dr. Eric Kandel zegt dat ontdekkingen onvermijdelijk zijn, deels omdat er nu zoveel wetenschappers in het veld zijn.
“Toen ik geneeskundestudent was, wilde ik een keuzevak hersencelwetenschap volgen, maar er was maar één lab in New York City waar een goed mens was met wie ik kon werken. Het was ongehoord. Nu ga je de straat op en elke andere persoon die je tegenkomt, doet hersenwetenschap. "
“In 1955 werkte ik voor het eerst in een laboratorium. In 1969 had zich in Noord-Amerika een vereniging gevormd, de Society of Neuroscience genaamd, die 600 leden had. Nu heeft het 35,000 leden. Het aantal mensen dat nu in de hersenwetenschap werkt, is enorm gegroeid. Het is verdwenen uit een geheimzinnige discipline. Nu is het een van de meest opwindende, zo niet de meest opwindende gebieden in de biologie. "
Dit is deel twee van een vierdelige serie genaamd Inside Your Brain op CBC's The National, World at Six en CBC.ca waarin wordt onderzocht hoe de moderne neurowetenschappen de manier waarop we denken over onze manier van denken verandert. In deel drie ontdekt Kelly Crowe dat onze hersenen zeer actief zijn, zelfs als we zien dat ze inactief zijn en dat de inactieve hersenen de sleutel tot bewustzijn kunnen zijn. Het onderzoek voor deze serie werd gefinancierd door een Canadese prijs voor journalistiek van Institutes of Health Research.
;