9 marca 2017 r.
Mysz odnajduje drogę poprzez mapę w kształcie struktury chemicznej cząsteczki dopaminy, co odzwierciedla wyniki badań, że dopamina kieruje wyborami behawioralnymi. Kredyt: Salk Institute
Powiedzmy, że sięgasz po kubek z owocami w bufecie, ale w ostatniej chwili zmieniasz bieg i zamiast tego bierzesz babeczkę. Pod względem emocjonalnym Twoja decyzja jest złożonym gulaszem poczucia winy i apetycznego oczekiwania. Ale fizycznie to prosta zmiana: zamiast poruszać się w lewo, twoja ręka poszła w prawo. Takie ułamkowe zmiany interesują neuronaukowców, ponieważ odgrywają oni ważną rolę w chorobach, które wiążą się z problemami z wyborem działania, jak choroba Parkinsona i narkomania.
W marcu 9, 2017 publikacja online czasopisma Neuron, naukowcy z Salk Institute donoszą, że stężenie substancji chemicznej w mózgu nazywa się dopaminy zarządza decyzjami dotyczącymi działań tak precyzyjnie, że pomiar poziomu tuż przed podjęciem decyzji pozwala badaczom dokładnie przewidzieć wynik. Ponadto naukowcy odkryli, że zmiana poziomu dopaminy wystarczy, aby zmienić nadchodzący wybór. Praca może otworzyć nowe możliwości leczenia zaburzeń zarówno w przypadkach, gdy osoba nie może wybrać ruchu do zainicjowania, jak choroba Parkinsona, jak i tych, w których nie można powstrzymać powtarzających się czynności, takich jak zaburzenia obsesyjno-kompulsyjne (OCD) lub uzależnienie od narkotyków.
„Ponieważ nie możemy zrobić więcej niż jednej rzeczy naraz, mózg nieustannie podejmuje decyzje o tym, co robić dalej” - mówi Xin Jin, adiunkt w Laboratorium Neurobiologii Molekularnej Salka i główny autor artykułu. „W większości przypadków nasz mózg kontroluje te decyzje na wyższym poziomie niż rozmowa bezpośrednio z określonymi mięśniami i właśnie to moje laboratorium chce lepiej zrozumieć”.
Kiedy decydujemy się na dobrowolne działanie, takie jak zawiązanie sznurówek, zewnętrzna część naszego mózgu (kora) wysyła sygnał do głębszej struktury zwanej prążkowiem, która otrzymuje dopaminę, aby zaaranżować sekwencję zdarzeń: schylanie się, chwytanie sznurówki, zawiązywanie węzłów. Choroby neurodegeneracyjne, takie jak choroba Parkinsona, uszkadzają neurony uwalniające dopaminę, upośledzając zdolność osoby do wykonywania serii poleceń. Na przykład, jeśli poprosisz pacjentów z chorobą Parkinsona o narysowanie litery V, mogą narysować linię idącą w dół lub linię idącą w górę. Ale mają duże trudności z przejściem z jednego kierunku na drugi i spędzają dużo więcej czasu na przejściu. Zanim naukowcy będą mogli opracować ukierunkowane terapie dla takich chorób, muszą dokładnie zrozumieć, jaką funkcję pełni dopamina na podstawowym poziomie neurologicznym w normalnym mózgu.
Zespół Jina zaprojektował badanie, w którym myszy wybierały między naciśnięciem jednej z dwóch dźwigni, aby dostać słodki smakołyk. Dźwignie znajdowały się po prawej i lewej stronie specjalnie zbudowanej komory, z dozownikiem smakołyków pośrodku. Dźwignie wysunęły się z komory na początku każdej próby i pojawiły się ponownie po dwóch lub ośmiu sekundach. Myszy szybko zorientowały się, że kiedy dźwignie pojawiają się ponownie po krótszym czasie, naciśnięcie lewej dźwigni przyniosło ucztę. Kiedy pojawiły się ponownie po dłuższym czasie, naciśnięcie prawej dźwigni spowodowało ucztę. Zatem obie strony reprezentowały uproszczoną sytuację dwóch opcji dla myszy - początkowo przeniosły się na lewą stronę komory, ale jeśli dźwignie nie pojawiły się ponownie w określonym czasie, myszy przesunęły się na prawą stronę w oparciu o na podstawie decyzji wewnętrznej.
„Ten konkretny projekt pozwala nam zadać wyjątkowe pytanie o to, co dzieje się w mózgu podczas tego psychicznego i fizycznego przejścia z jednego wyboru do drugiego” - mówi Hao Li, współpracownik Salk i współautor artykułu.
Gdy myszy przeprowadzały próby, naukowcy wykorzystali technikę zwaną szybko skanującą woltamperometrią cykliczną do pomiaru stężenia dopaminy w mózgach zwierząt za pomocą wbudowanych elektrod znacznie drobniejszych niż ludzki włos. Technika ta pozwala na bardzo precyzyjne pomiary w skali czasu (w tym badaniu próbkowanie następowało 10 razy na sekundę) i dlatego może wskazywać na szybkie zmiany w chemii mózgu. Wyniki woltamperometrii wykazały, że wahania poziomu dopaminy w mózgu były ściśle związane z decyzją zwierzęcia. Naukowcy byli w stanie dokładnie przewidzieć, jaki plan zwierzę wybierze w przyszłości na podstawie samego stężenia dopaminy.
Co ciekawe, inne myszy, które otrzymały smakołyk przez naciśnięcie jednej z dźwigni (czyli usunięcie wybranego elementu), doświadczyły wzrostu dopaminy w trakcie trwających prób, ale dla kontrastu ich poziomy pozostawały powyżej linii bazowej (nie wahały się poniżej linii podstawowej) przez cały czas, wskazując na ewoluującą rolę dopaminy, gdy w grę wchodzi wybór.
„Jesteśmy bardzo podekscytowani tymi odkryciami, ponieważ wskazują one, że dopamina może być również zaangażowana w podejmowanie bieżących decyzji, wykraczając poza jej dobrze znaną rolę w uczeniu się” - dodaje współautor artykułu, Christopher Howard, współpracownik badawczy Salka.
Aby sprawdzić, czy poziom dopaminy spowodował zmianę wyboru, a nie tylko był z nią związany, zespół wykorzystał inżynierię genetyczną i narzędzia molekularne - w tym aktywację lub hamowanie neuronów za pomocą światła w technice zwanej optogenetyką - w celu rzeczywistego manipulowania poziomem dopaminy w mózgu zwierząt czas. Odkryli, że byli w stanie dwukierunkowo przełączać myszy z jednej dźwigni na drugą, zwiększając lub zmniejszając poziom dopaminy.
Jin mówi, że te wyniki sugerują, że dynamicznie zmieniające się poziomy dopaminy są związane z ciągłym wyborem działań. „Uważamy, że gdybyśmy mogli przywrócić odpowiednią dynamikę dopaminy - w chorobie Parkinsona, ZOK i narkomanii - ludzie mogliby mieć lepszą kontrolę nad swoim zachowaniem. To ważny krok w zrozumieniu, jak to osiągnąć ”.
Dowiedz się więcej: https://medicalxpress.com/news/2017-03-hard-choices-brain-dopamine.html#jCp
;