Sistemul Brain de recompensă pe termen lung se bazează pe dopamină
August 5, 2013
Brett Smith pentru redOrbit.com - Universul tău online
De la conducerea în întreaga țară până la absolvirea colegiului, obiectivele pe termen lung sunt adesea dificil de a rămâne axat pe când o recompensă imediată nu este în vedere.
O echipa de cercetatori de la Universitatea Washington din Seattle si MIT a descoperit recent noi detalii despre modul in care creierul este capabil sa ramana concentrat pana cand aceste obiective pe termen lung sunt atinse, potrivit unui raport in revista Nature.
Cercetarea echipei comune se bazează pe studii anterioare care au legat neurotransmitatorul dopamina de sistemul de recompense al creierului. In timp ce majoritatea studiilor anterioare au implicat privirea la dopamina cu privire la o recompensa imediata, noul studiu a constatat cresterea nivelului de dopamina ca sobolani de laborator abordat o recompensa preconizata dupa satisfactie intarziata.
Pentru a măsura nivelurile de dopamină în creierul șobolanilor, echipa a folosit un sistem dezvoltat de cercetătorul de comportament UW, Paul Phillips, numit voltammetrie ciclică de scanare rapidă (FSCV), care implică electrozi mici, implantați, care înregistrează continuu concentrația de dopamină prin căutarea semnăturii sale electrochimice.
"Am adaptat metoda FSCV pentru a putea măsura dopamina la până la patru situsuri diferite ale creierului simultan, deoarece animalele s-au mișcat liber prin labirint", a declarat co-autorul Mark Howe, în prezent un neurobiolog postdoctoral la Universitatea Northwestern. Fiecare sondă măsoară concentrația de dopamină extracelulară într-un volum mic de țesut cerebral și probabil reflectă activitatea a mii de terminale nervoase. "
Oamenii de știință au început prin șobolani de instruire să-și găsească drumul printr-un labirint în căutarea unei recompense. În timpul fiecărui șobolan, alerga prin labirint, un ton ar suna instruind-o să se întoarcă la dreapta sau la stânga la o intersecție în căutarea unei recompense de lapte de ciocolată.
Echipa de cercetare a declarat ca se asteapta ca pulsurile de dopamina sa fie eliberate de creierul sobolanilor la intervale periodice in timpul studiilor. Cu toate acestea, au descoperit că nivelurile neurotransmițătorului au crescut constant în tot experimentul - culminând cu un nivel de vârf, pe măsură ce rozătoarele și-a apropiat răsplata. În timp ce comportamentul șobolanilor a variat în timpul fiecărui proces, nivelul lor de dopamină a crescut în mod credibil, în ciuda vitezei de rulare sau a probabilității de recompensă.
"În schimb, semnalul dopaminei pare să reflecte cât de departe șobolanul este de la obiectivul său", a declarat Ann Graybiel, care conduce un laborator de cercetare a creierului la MIT. "Cu cât devine mai aproape, cu atât semnalul devine mai puternic."
Echipa a descoperit, de asemenea, că amploarea semnalului dopaminei a fost asociată cu mărimea recompenselor așteptate. Atunci când șobolanii erau condiționați să aștepte o cantitate mai mare de lapte de ciocolată, nivelurile lor de dopamină au crescut mai rapid până la un maxim mai mare.
Cercetătorii au variat experimentul prin extinderea labirintului la o formă mai complexă, care a făcut șobolanii să ruleze mai departe și să facă viraje suplimentare pentru a ajunge la premiu. În timpul acestor încercări mai lungi, semnalul dopaminei a crescut mai treptat, dar în cele din urmă a atins același nivel ca în labirintul precedent.
"Este ca și cum animalul și-ar adapta așteptările, știind că trebuia să meargă mai departe", a spus Graybiel.
Ea a sugerat că studiile viitoare ar trebui să analizeze același fenomen la om.
"Aș fi șocat dacă nu s-ar întâmpla ceva similar în creierul nostru", a spus Graybiel.
Cercetările arată modul în care creierul păstrează ochii asupra premiului
Luni, 08/05/2013 - 10:15
Institutul McGovern pentru cercetarea creierului
"Am ajuns?"
Așa cum știe cineva care a călătorit cu copii mici, menținerea atenției asupra obiectivelor îndepărtate poate fi o provocare. Un nou studiu realizat de Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT) sugereaza modul in care creierul realizeaza aceasta sarcina si indica faptul ca neurotransmitatorul dopamina poate semnala valoarea recompenselor pe termen lung. Rezultatele pot explica, de asemenea, de ce pacienții cu boala Parkinson - în care semnalarea dopaminei este afectată - au adesea dificultăți în susținerea motivației de a termina sarcini.
Lucrarea este descrisă în Nature.
Studiile anterioare au legat dopamina de recompense și au arătat că neuronii dopaminergici prezintă explozii scurte de activitate când animalele primesc o recompensă neașteptată. Aceste semnale de dopamină sunt considerate a fi importante pentru învățarea prin întărire, procesul prin care un animal învață să efectueze acțiuni care duc la recompensă.
Luând o vedere lungă
În cele mai multe studii, această recompensă a fost livrată în câteva secunde. În viața reală, totuși, mulțumirea nu este întotdeauna imediată: animalele trebuie de multe ori să călătorească în căutarea hranei și trebuie să mențină motivația pentru un obiectiv îndepărtat, răspunzând în același timp unor indicații mai imediate. Același lucru este valabil și pentru om: un șofer pe o călătorie lungă trebuie să rămână axat pe atingerea destinației finale, reacționând totodată la trafic, oprirea pentru gustări și distracția copiilor pe bancheta din spate.
Echipa MIT, condusa de profesorul de la Institutul Ann Graybiel, care este de asemenea un anchetator la Institutul McGovern al Cercetarii Brainice din cadrul MIT, a decis sa studieze modul in care schimbarile de dopamina in timpul unei misiuni de labirint aproximeaza munca pentru satisfactia intarziata. Cercetătorii au instruit șobolanii să navigheze într-un labirint pentru a ajunge la o recompensă. În timpul fiecărui proces, un șobolan va auzi un ton care îl instruiește să se întoarcă fie la dreapta, fie la stânga la o intersecție pentru a găsi o recompensă de lapte de ciocolată.
Mai degraba decat masurarea pur si simplu de activitate a neuronilor care contin dopamina, cercetatorii MIT a vrut sa masura cat de mult dopamina a fost eliberat in striatum, o structura creierului cunoscute a fi important in procesul de invatare de consolidare. Ei s-au aliat cu Paul Phillips de la Univ. din Washington, care a dezvoltat o tehnologie numita voltammetrie ciclica de scanare rapida (FSCV), in care mici, implantate, de electrozi de fibra de carbon permite masuratori continue a concentratiei de dopamina pe baza amprentei sale electrochimice.
"Am adaptat metoda FSCV pentru a putea măsura dopamina la până la patru locuri diferite ale creierului simultan, deoarece animalele s-au mișcat liber prin labirint", explică primul autor Mark Howe, fost student absolvent cu Graybiel, care este acum un postdoc Departamentul de Neurobiologie la Universitatea Northwestern. Fiecare sondă măsoară concentrația de dopamină extracelulară într-un volum mic de țesut cerebral și probabil reflectă activitatea a mii de terminale nervoase. "
Creșterea treptată a dopaminei
Din lucrarea anterioară, cercetătorii se așteptau să vadă pulsații de dopamină eliberate la diferite momente din studiu ", dar de fapt am găsit ceva mult mai surprinzător", spune Graybiel: Nivelul de dopamină a crescut constant în timpul fiecărui proces, animalul și-a atins scopul - ca în așteptarea unei recompense.
Comportamentul șobolanilor a variat de la studiu la proces - unele alergări au fost mai rapide decât altele, iar uneori animalele s-ar opri pe scurt - dar semnalul dopaminei nu variază în funcție de viteza de rulare sau de durata procesului. Nici nu depinde de probabilitatea obținerii unei recompense, ceva sugerat de studiile anterioare.
"În schimb, semnalul dopaminei pare să reflecte cât de departe șobolanul este de la obiectivul său", explică Graybiel. "Cu cât devine mai aproape, cu atât semnalul devine mai puternic." Cercetătorii au constatat, de asemenea, că mărimea semnalului a fost legată de mărimea recompenselor așteptate: Atunci când șobolanii au fost instruiți să anticipeze un gust mai mare de lapte de ciocolată, mai abrupt până la o concentrație finală mai mare.
În unele încercări, labirintul în formă de T a fost extins la o formă mai complexă, necesitând animale să meargă mai departe și să facă schimbări suplimentare înainte de a ajunge la o recompensă. În timpul acestor studii, semnalul dopaminei a crescut mai treptat, ajungând în cele din urmă la același nivel ca în labirintul mai scurt. "Este ca și cum animalul ar fi ajustat așteptările sale, știind că trebuie să meargă mai departe", spune Graybiel.
Un "sistem de orientare internă"
Acest lucru inseamna ca nivelurile de dopamina ar putea fi folosite pentru a ajuta un animal sa faca alegeri pe drumul spre obiectiv si sa estimeze distanta fata de obiectivul, spune Terrence Sejnowski de la Institutul Salk, un neuroscientist computationale care este familiarizat cu constatarile, dar care nu a fost implicat în studiu. "Acest" sistem de orientare internă "ar putea fi de asemenea util pentru oamenii care trebuie, de asemenea, să facă alegeri de-a lungul drumului către ceea ce poate fi un obiectiv îndepărtat."
O întrebare pe care Graybiel speră să o examineze în cercetarea viitoare este modul în care semnalul apare în creier. Șobolanii și alte animale formează hărți cognitive ale mediului lor spațial, cu așa-numitele "celule locale" care sunt active atunci când animalul se află într-o locație specifică. "Pe măsură ce șobolanii rula labirintul în repetate rânduri", spune ea, "bănuiți că ei învață să asocieze fiecare punct din labirint cu distanța față de răsplata pe care au experimentat-o pe versiunile anterioare".
În ceea ce privește relevanța acestei cercetări pentru oameni, Graybiel spune: "Aș fi șocat dacă nu s-ar întâmpla ceva similar în creierul nostru." Se știe că pacienții Parkinson, în care semnalarea dopaminei este afectată, par adesea apatică, și au dificultăți în susținerea motivației pentru a îndeplini o sarcină lungă. "Poate că acest lucru se datorează faptului că nu pot produce acest semnal lent de dopamină", spune Graybiel.
Sursa: Institutul de Tehnologie din Massachusetts
;