Mars 9, 2017
En mus finner veien via et kart i form av et dopaminmolekyls kjemiske struktur, og gjenspeiler forskningsresultatene om at dopamin styrer atferdsvalg. Kreditt: Salk Institute
Si at du strekker deg etter fruktkoppen på en buffé, men i siste sekund bytter du gir og tar deg en cupcake i stedet. Følelsesmessig er avgjørelsen din en kompleks gryte med skyldfølelse og matvannende forventning. Men fysisk er det et enkelt skifte: i stedet for å flytte til venstre, gikk hånden din til høyre. Slike splittede sekunder endrer interesse for nevroforskere fordi de spiller en viktig rolle i sykdommer som involverer problemer med å velge en handling, som Parkinsons og narkotikamisbruk.
I nettpublikasjonen av tidsskriftet Neuron fra 9. mars 2017 rapporterer forskere ved Salk Institute at konsentrasjonen av et hjernekjemikalie kalt dopamin styrer beslutninger om handlinger så presist at det å måle nivået rett før en beslutning lar forskere forskerne forutsi utfallet nøyaktig. I tillegg fant forskerne at det å endre dopaminnivået er tilstrekkelig til å endre kommende valg. Arbeidet kan åpne nye veier for behandling av lidelser både i tilfeller der en person ikke kan velge en bevegelse å starte, som Parkinsons sykdom, så vel som de der noen ikke kan stoppe repeterende handlinger, som for eksempel tvangslidelse (OCD) eller rusavhengighet.
"Fordi vi ikke kan gjøre mer enn én ting om gangen, tar hjernen hele tiden avgjørelser om hva vi skal gjøre videre," sier Xin Jin, assisterende professor i Salks Molecular Neurobiology Laboratory og papirets seniorforfatter. "I de fleste tilfeller kontrollerer hjernen vår disse beslutningene på et høyere nivå enn å snakke direkte til bestemte muskler, og det er det laboratoriet mitt mest ønsker å forstå bedre."
Når vi bestemmer oss for å utføre en frivillig handling, som å binde skolissene, sender den ytre delen av hjernen vår (hjernebarken) et signal til en dypere struktur kalt striatum, som mottar dopamin for å orkestrere hendelsesforløpet: bøye seg ned, ta tak i snørebånd, binde knutene. Nevrodegenerative sykdommer som Parkinsons skade de dopaminfrigjørende nevronene, og svekker en persons evne til å utføre en rekke kommandoer. For eksempel, hvis du ber Parkinsons pasienter om å tegne en V-form, kan de trekke linjen som går helt fint eller linjen som går helt fint. Men de har store problemer med å gjøre byttet fra en retning til en annen, og bruker mye lenger tid på overgangen. Før forskere kan utvikle målrettede terapier for slike sykdommer, må de forstå nøyaktig hva funksjonen av dopamin er på et grunnleggende nevrologisk nivå i normale hjerner.
Jins team utformet en studie der mus valgte mellom å trykke på en av to spaker for å få en sukkerholdig godbit. Spakene var på høyre og venstre side av et spesialbygd kammer, med godbitdispenseren i midten. Spakene trakk seg ut av kammeret ved starten av hvert forsøk og dukket opp igjen etter enten to sekunder eller åtte sekunder. Musene lærte raskt at når spakene dukket opp igjen etter kortere tid, ga den venstre spaken en godbit. Når de dukket opp igjen etter lengre tid, resulterte det i en godbit ved å trykke på høyre spak. Dermed representerte de to sidene en forenklet tovalgssituasjon for musene - de flyttet til venstre side av kammeret i utgangspunktet, men hvis spakene ikke dukket opp igjen innen en viss tid, flyttet musene seg til høyre side basert på en intern beslutning.
"Denne spesielle utformingen lar oss stille et unikt spørsmål om hva som skjer i hjernen under denne mentale og fysiske byttingen fra ett valg til et annet," sier Hao Li, en forskerassistent i Salk og papirets medforfatter.
Mens musene utførte forsøkene, brukte forskerne en teknikk som kalles hurtigskanning av syklisk voltammetri for å måle dopaminkonsentrasjon i dyrenes hjerner via innebygde elektroder mye finere enn et menneskehår. Teknikken tillater måling i veldig fin skala (i denne studien, prøvetaking skjedde 10 ganger i sekundet) og kan derfor indikere raske endringer i hjernens kjemi. Voltammetri-resultatene viste at svingninger i hjernens dopaminnivå var tett forbundet med dyrets beslutning. Forskerne var faktisk i stand til å forutsi nøyaktig dyrets kommende valg av spak basert på dopaminkonsentrasjon alene.
Interessant nok opplevde andre mus som fikk en godbit ved å trykke på en av spakene (slik at du fjernet det valgte elementet) en dopaminøkning etter hvert som forsøk kom i gang, men i motsetning til dette holdt nivåene seg over baseline (svingte ikke under baseline) hele tiden, som indikerer dopamins utviklende rolle når et valg er involvert.
"Vi er veldig begeistret for disse funnene fordi de indikerer at dopamin også kan være involvert i en løpende beslutning, utover den velkjente rollen i læring," legger papirets medforfatter, Christopher Howard, en Salk forskningssamarbeider.
For å verifisere at dopaminnivået forårsaket valgendringen, i stedet for bare å være assosiert med det, brukte teamet genteknologi og molekylære verktøy - inkludert aktivering eller hemming av nevroner med lys i en teknikk som kalles optogenetikk - for å manipulere dyrenes hjernens dopaminnivåer i virkeligheten. tid. De fant ut at de var i stand til toveis å bytte mus fra ett valg av spak til det andre ved å øke eller redusere dopaminnivået.
Jin sier at disse resultatene antyder at dynamisk endring av dopaminnivåer er forbundet med det pågående utvalget av handlinger. “Vi tror at hvis vi kunne gjenopprette den passende dopamindynamikken - i Parkinsons sykdom, OCD og narkotikamisbruk - kan folk ha bedre kontroll over oppførselen. Dette er et viktig skritt for å forstå hvordan du kan oppnå det. ”
Les mer på: https://medicalxpress.com/news/2017-03-hard-choices-brain-dopamine.html#jCp