9 maart 2017
Een muis vindt zijn weg via een kaart in de vorm van de chemische structuur van een dopaminemolecuul, in navolging van de onderzoeksresultaten dat dopamine gedragskeuzes stuurt. Krediet: Salk Institute
Stel dat je bij een buffet naar de fruitbeker reikt, maar op het laatste moment schakel je van versnelling en pak je in plaats daarvan een cupcake. Emotioneel gezien is uw beslissing een complexe stoofpot van schuldgevoelens en overheerlijke anticipatie. Maar fysiek is het een simpele verschuiving: in plaats van naar links te gaan, ging je hand naar rechts. Dergelijke veranderingen in een fractie van een seconde interesseren neurowetenschappers omdat ze een belangrijke rol spelen bij ziekten waarbij het moeilijk is om een handeling te selecteren, zoals Parkinson en drugsverslaving.
In maart 9, 2017 online publicatie van het tijdschrift Neuron, rapporteren wetenschappers van het Salk Institute dat de concentratie van een hersenstof is genoemd dopamine regelt beslissingen over acties zo nauwkeurig dat het meten van het niveau vlak voor een beslissing onderzoekers in staat stelt de uitkomst nauwkeurig te voorspellen. Bovendien ontdekten de wetenschappers dat het veranderen van het dopaminegehalte voldoende is om de aanstaande keuze te veranderen. Het werk kan nieuwe wegen openen voor de behandeling van aandoeningen, zowel in gevallen waarin een persoon geen beweging kan kiezen om te starten, zoals de ziekte van Parkinson, als in gevallen waarin iemand niet kan stoppen met repetitieve handelingen, zoals obsessief-compulsieve stoornis (OCS) of drugsverslaving.
"Omdat we niet meer dan één ding tegelijk kunnen doen, nemen de hersenen voortdurend beslissingen over wat ze vervolgens moeten doen", zegt Xin Jin, een assistent-professor in het Molecular Neurobiology Laboratory van Salk en de senior auteur van het artikel. "In de meeste gevallen beheersen onze hersenen deze beslissingen op een hoger niveau dan door rechtstreeks met bepaalde spieren te praten, en dat is wat mijn lab vooral beter wil begrijpen."
Wanneer we besluiten een vrijwillige handeling uit te voeren, zoals het strikken van onze veters, zendt het buitenste deel van onze hersenen (de cortex) een signaal naar een diepere structuur, het striatum genaamd, die dopamine ontvangt om de opeenvolging van gebeurtenissen te orkestreren: bukken, de veters, het knopen van de knopen. Neurodegeneratieve ziekten zoals Parkinson beschadigen de dopamine-afgevende neuronen, waardoor het vermogen van een persoon om een reeks opdrachten uit te voeren, wordt aangetast. Als u bijvoorbeeld Parkinson-patiënten vraagt om een V-vorm te tekenen, kunnen ze de lijn prima naar beneden trekken of de lijn prima omhoog. Maar ze hebben grote moeite om de overstap van de ene richting naar de andere te maken en besteden veel langer aan de overgang. Voordat onderzoekers gerichte therapieën voor dergelijke ziekten kunnen ontwikkelen, moeten ze precies begrijpen wat de functie van dopamine is op fundamenteel neurologisch niveau in normale hersenen.
Het team van Jin ontwierp een onderzoek waarin muizen kozen tussen het indrukken van een van de twee hendels om een zoete traktatie te krijgen. De hendels bevonden zich aan de rechter- en linkerkant van een op maat gemaakte kamer, met de snoepdispenser in het midden. De hendels trokken zich aan het begin van elke proef terug uit de kamer en kwamen na twee seconden of acht seconden weer tevoorschijn. De muizen leerden snel dat wanneer de hendels na de kortere tijd weer tevoorschijn kwamen, het indrukken van de linkerhendel iets lekkers opleverde. Toen ze na de langere tijd weer verschenen, resulteerde het indrukken van de rechterhendel in een traktatie. De twee kanten vertegenwoordigden dus een vereenvoudigde situatie van twee keuzes voor de muizen - ze bewogen aanvankelijk naar de linkerkant van de kamer, maar als de hendels niet binnen een bepaalde tijd weer tevoorschijn kwamen, verschoven de muizen naar de rechterkant. op een intern besluit.
"Dit specifieke ontwerp stelt ons in staat om een unieke vraag te stellen over wat er in de hersenen gebeurt tijdens deze mentale en fysieke omschakeling van de ene keuze naar de andere", zegt Hao Li, een Salk-onderzoeksmedewerker en de co-eerste auteur van het artikel.
Terwijl de muizen de proeven uitvoerden, gebruikten de onderzoekers een techniek genaamd snelle-scan cyclische voltammetrie om de dopamineconcentratie in de hersenen van de dieren te meten via ingebedde elektroden die veel fijner zijn dan een mensenhaar. De techniek maakt metingen op zeer fijne tijdschaal mogelijk (in deze studie vond bemonstering 10 keer per seconde plaats) en kan daarom snelle veranderingen in de hersenchemie aangeven. De voltammetrie-resultaten toonden aan dat fluctuaties in het dopaminegehalte in de hersenen nauw verband hielden met de beslissing van het dier. De wetenschappers waren eigenlijk in staat om de aanstaande keuze van de hefboom van het dier nauwkeurig te voorspellen op basis van alleen de dopamineconcentratie.
Interessant is dat andere muizen die een traktatie kregen door op een van de hendels te drukken (waardoor het gekozen element werd verwijderd) een toename van dopamine ervoeren naarmate de proeven begonnen, maar in tegenstelling daarmee bleven hun niveaus de hele tijd boven de basislijn (fluctueerde niet onder de basislijn). wat de evoluerende rol van dopamine aangeeft wanneer het om een keuze gaat.
"We zijn erg enthousiast over deze bevindingen, omdat ze aangeven dat dopamine ook betrokken zou kunnen zijn bij lopende beslissingen, naast de bekende rol bij het leren", voegt de co-eerste auteur van het artikel, Christopher Howard, een Salk onderzoeksmedewerker toe.
Om te verifiëren dat het dopaminegehalte de keuze veranderde, in plaats van er alleen maar mee geassocieerd te worden, gebruikte het team genetische manipulatie en moleculaire hulpmiddelen - waaronder het activeren of remmen van neuronen met licht in een techniek die optogenetica wordt genoemd - om de dopaminegehalten in de hersenen van dieren in het echt te manipuleren tijd. Ze ontdekten dat ze in staat waren om muizen bidirectioneel van de ene hefboom naar de andere te schakelen door het dopaminegehalte te verhogen of te verlagen.
Jin zegt dat deze resultaten suggereren dat dynamisch veranderende dopaminegehaltes verband houden met de voortdurende selectie van acties. “We denken dat als we de juiste dopamine-dynamiek zouden kunnen herstellen - bij de ziekte van Parkinson, OCS en drugsverslaving - mensen hun gedrag misschien beter onder controle zouden hebben. Dit is een belangrijke stap om te begrijpen hoe je dat kunt bereiken. "
Lees meer op: https://medicalxpress.com/news/2017-03-hard-choices-brain-dopamine.html#jCp
;
