Depunerea dorinței la un buget: cheltuielile cu dopamina și energia, reconcilierea recompensei și a resurselor (2012)

Introducere

Ideea că funcția primară a dopaminei este de a media răsplata este omniprezentă. Deși controversele abundă peste tot cum dopamina poate contribui la recompensa - sau chiar dacă aceasta (Cannon și Palmiter, 2003; Înțelept, 2004; Berridge, 2007; Goto și colab., 2007; Robbins și Roberts, 2007; Salamone, 2007; Schultz, 2007; Redgrave și colab., 2008), recompensa ca o metaforă de organizare a funcției dopaminei este atât de omniprezentă încât să fie adesea tratată ca un fapt, o tendință deosebit de pronunțată în literatura de obezitate și hrănire, unde dopamina midbrain este echivalentă efectiv cu recompensa (de exemplu, Kenny, 2010; Volkow și colab., 2010; Avena și Bocarsly, 2011; Berthoud și colab., 2011). Cu toate acestea, decenii de cercetare au demonstrat în mod incontestabil un rol clar al dopaminei în activitatea modulativă, cel mai bine ilustrat de proprietățile psihostimulante ale medicamentelor care măresc semnalarea dopaminei. Salamone și colegii au susținut mult timp că efectul primar al dopaminei este de a reglementa activitatea intensă, permițând unui animal să depășească costurile de răspuns asociate cu urmărirea unor stimuli valoroși (Salamone, 2009, 2011). Mai recent, studiile genetice care explorează genele potențiale care reglează activitatea voluntară au evidențiat genele asociate dopaminei cu unii autori sugerând că dopamina poate reprezenta o "cale finală comună" în controlul activității voluntare (Leamy și colab., 2008; Kelly și colab., 2010; Knab și Lightfoot, 2010; Mathes și colab., 2010; Garland și colab., 2011). În ciuda datelor convingătoare și substanțiale care sugerează că dopamina joacă un rol-cheie în cheltuielile cu energia, această viziune a dopaminei este umbrită de perspectiva recompensei. De exemplu, în numeroase lucrări care discută dopamina și obezitatea (Geiger și colab., 2009; Berridge și colab., 2010; Kenny, 2010; Berthoud și colab., 2011), rolul dopaminei în cheltuielile de energie nu este nici măcar luat în considerare, în ciuda faptului că cheltuielile de energie reprezintă în mod conceptual jumătate din ecuația bilanțului energetic.

Până în prezent, un cadru convingător nu a integrat aceste două domenii distincte ale efectelor dopaminei și ale funcției putative, funcția recompensă larg recunoscută și efectele mai puțin proeminente, dar la fel de demonstrabile ale dopaminei asupra activității și cheltuielilor cu energia. Efectele dopaminergice aparente asupra activității sunt deseori încadrate ca o consecință a proceselor de recompensare. De exemplu, rolul dopaminei în modularea ciclului voluntar de rulare la rozătoare a fost propus să apară din modularea dopaminergică a recompensei și armăturii asociate cu rularea roții (Garland și colab., 2011; Roberts și colab., 2011; Yang și colab., 2012). Aici dezvoltăm o ipoteză în care funcția primară a dopaminei este de a reglementa cheltuielile cu energia. În mod specific, susținem că dopamina servește ca o interfață între mediile interne și externe care se potrivesc cheltuielilor de comportament energetice cu economia energetică dominantă. Noi propunem că dopamina reglează cheltuielile de energie de-a lungul a două dimensiuni: (1) how mult energia de a cheltui (conserve-cheltui axa) și (2) cum să distribui sau alocați energie diferitelor activități (o axă explorare-exploatare, elaborată mai jos). În acest punct de vedere, efectele legate de recompensa dopaminei apar secundar și în serviciul gestionării adaptive a cheltuielilor de energie. Suntem profund îndatorați de munca elegantă a lui Salamone și ne concentrăm asupra rolului dopaminei în reglarea efortului și a criticii sale persistente asupra ipotezei recompensei dopaminei. Prezenta ipoteză reprezintă o integrare și extindere a perspectivelor sale fundamentale într-o ipoteză mai largă în care dopamina reglează în mod adaptativ atât efortul, cât și recompensa - scalarea impactului istoriei recompenselor anterioare asupra comportamentului actual - cu privire la disponibilitatea energiei în mediu.

Investigarea dopaminei într-un context adaptiv, semi-naturalist

Mai jos, vom examina mai întâi studii recente din laboratorul nostru care pun în discuție primatul recompensei în modularea dopaminergică a comportamentului și evidențiază rolul său în cheltuielile cu energia. Ulterior, vom elabora o ipoteză a economiei de energie a funcției dopaminei, analizând literatura relevantă. Vom incheia cu o analiza a ipotezei prezente in investigarea rolului dopaminei in obezitate. Termenul de "recompensă" este, din păcate, abuzat în literatura de specialitate, așa cum a fost subliniat de alții (Cannon, 2004; Salamone și colab., 2005; Salamone, 2006; Yin și colab., 2008). În special, cuvântul este utilizat imprecis și ambiguu pentru a capta diferite concepte, inclusiv răspunsuri afective (cum ar fi plăcerea unui lucru), întăriri (un rezultat care mărește probabilitatea repetării comportamentului anterior), stimuli care răspund unei nevoi aperitive (de ex. alimente) și așa mai departe. În prima parte a acestei revizuiri, am folosit (în mod greșit) termenul în general, asemănător cu faptul că este folosit în mod greșit în literatură, ca un termen umbrelă pentru a strânge împreună și pentru a captura teme care pătrund în literatură, în ciuda diferențelor teoretice dintre diferite idei. Ulterior, vom defini recompensa mai precis pe măsură ce ne dezvoltăm ipoteza noastră.

Dopamina crescută: Reducerea cuplajului pentru recompensă

Implicarea în perspectivele recompense ale dopaminei este ideea dopamina mărește impactul recompensării asupra comportamentului. Empiric, acest lucru este susținut de nenumărate studii care arată că creșterea dopaminei mărește efortul pe care un animal îl exercită spre recompensă, în timp ce scăderea dopaminei diminuează efortul (Wise și colab., 1978; Taylor și Robbins, 1986; Aberman și colab., 1998; Peciña și colab., 2003; Kelley, 2004; Cagniard și colab., 2006a,b; Phillips și colab., 2007; Salamone, 2009, 2011). Aceste date cumulate au determinat mai mulți anchetatori să concluzioneze că fie recompensa însăși, fie stimularea asociată cu stimulentele legate de recompensă sunt sporite de dopamină. Alternativ, sensibilitatea la costurile asociate cu obținerea recompensei poate fi diminuată prin creșterea dopaminei (Phillips și colab., 2007; Salamone, 2011). Ceea ce se deduce adesea din aceste studii, chiar dacă autorii lor se opun unor asemenea interpretări (de exemplu, Salamone), este că dopamina modulează relația dintre recompensă și comportament, astfel încât dopamina mărește gradul în care recompensa afectează alegerea comportamentală. De exemplu, Salamone susține că dopamina nu modulează deloc răsplata; el arată că dopamina facilitează efort. Astfel, căutarea recompensei de către animale este mai puțin împiedicată de costul răspunsului. Mulți au interpretat acest lucru ca mărind impactul recompensei asupra alegerii comportamentale nu prin schimbarea recompensei în sine, ci prin modificarea unui factor - costul răspunsului - care constrânge în mod normal căutarea recompensei.

Pentru a examina modul în care dopamina a crescut adaptarea la un mediu semi-naturalist, am întrebat dacă creșterea observată în mod repetat a motivației pentru recompensă ar avea ca rezultat o flexibilitate scăzută a comportamentului (Beeler și colab., 2010). Pentru a testa acest lucru, am folosit o paradigmă a coliviei de origine în care șoarecii au trăit în cuști echipate operant și toate alimentele lor au fost obținute prin presare cu pârghie, 24 / 7. Nu a fost utilizată nicio restricție pentru alimente, iar șoarecilor li sa permis să se auto-reglementeze în întregime consumul lor. Două pârghii au produs hrana unde unul era mereu "ieftin" și necesită un număr redus de prese pentru o peletă (FR20), în timp ce cealaltă era întotdeauna "costisitoare" și necesita un număr mai mare de prese care creșteau odată cu progresul experimentului (FR40-FR200) . Ce pârghie a fost, totuși, care a schimbat aleatoriu fiecare min. 20-40. Astfel, pentru a obtine cea mai mare rentabilitate a efortului depus, soarecii trebuiau sa monitorizeze feedback-ul de recompensa in curs si sa treaca periodic pârghiile pentru a obtine cele mai mici costuri de pelete. Am testat șoareci C57BL / 6 de tip sălbatic (control) și transportatori dopaminergici (DATkd) care au crescut dopamina extracelulară și creșterea activității de ardere a dopaminei tonice (Zhuang și colab., 2001; Cagniard și colab., 2006b).

Am constatat ca soarecii cu dopamina crescuta (DATkd) au apasat mult mai mult pe pârghia cu costuri ridicate decât soarecii de tip sălbatic, în concordanță cu literatura anterioară care arată că dopamina sporește efortul spre recompensă. Cu toate acestea, în acest caz, efortul sporit nu a crescut răsplata, ci doar efortul depus pentru această recompensă. Analiza detaliată a datelor arată că datele DATkd nu erau insensibile sau nu erau conștiente de comutatoarele între pârghii, deoarece comportamentul peri-comutator era în esență identic. Diferența a apărut în perioadele stabile între comutatoarele de pârghii, unde șoarecii DATkd și-au distribuit efortul în mod egal pe ambele pârghii, în timp ce șoarecii de tip sălbatic au apăsat preferențial pârghia ieftină. Pentru a înțelege mai bine strategia care stă la baza comportamentului DATkd, potrivim datele spre un model de învățare diferențială temporală (TD) (Sutton și Barto, 1998). În aceste modele, există doi parametri cheie: o rată de învățare care controlează rata la care sunt încorporate informații noi de recompense (și se estompează) din valoarea presării pârghiei și o "temperatură inversă" care controlează gradul în care această valoare comportă alegerea comportamentului. Ultimul parametru este adesea denumit parametrul explore-exploit ca un rezultat mai mare de prejudecată în exploatarea învățării, în timp ce părtinirea redusă permite o explorare mai mare (Sutton și Barto, 1998; Daw și colab., 2006). Am constatat că nu există diferențe între genotipuri în ceea ce privește rata de învățare, în concordanță cu lipsa diferențelor de învățare observate în jurul switch-urilor, dar că DATkd a prezentat o temperatură inversă redusă. Asta a fost, a fost a redus cuplajul între istoria recompensei și alegerile comportamentale ale acestora. La prima vedere, acest lucru pare paradoxal. Deși șoarecii DATkd au muncit mai mult pentru a obține recompense, conform deceniilor de literatură, acest lucru nu pare să apară ca o consecință a recompensării exercitând un control mai mare asupra comportamentului lor. Dimpotrivă, s-a diminuat cuplajul dintre răsplată și alegerea comportamentală. Mai degrabă decât recompensa având un efect de biasing mai mare asupra comportamentului lor, a avut-o mai puțin. Creșterea dopaminei, în aceste condiții, a dus la o exploatare mai degrabă decât la o creștere mai mare. Interesant, Salamone și colab. (Salamone și colab., 2001) au demonstrat că șobolanii cu depleții de dopamină nucleu accumbens sunt mai mult în funcție de recompensa recentă pentru depășirea costului de răspuns, sugerând conversația sub doză redusă de dopamină a crescut cuplaj între istoria recompensei și alegerea.

Dopamina ridicată: Modularea efortului fără o creștere a consumului

O altă idee implicită în perspectiva recompensării dopaminei este că dopamina, prin creșterea gradului în care recompensa comportă comportamentele, reglează gradul în care un animal va urmări recompensa; adică asta dopamina mediază "doresc": mai mult dopamină, mai multă dorință, mai multă urmărire (Robinson și Berridge, 1993; Leyton și colab., 2002; Volkow și colab., 2002; Tindell și colab., 2005; Berridge și colab., 2010). Acest efect al dopaminei este esențial pentru multe teorii ale dependenței (Robinson și Berridge, 2001; Koob și Volkow, 2010) și, mai recent, teoriile privind dopamina și obezitatea (Volkow și înțelept, 2005; Finlayson și colab., 2007; Zheng și colab., 2009; Berridge și colab., 2010; Volkow și colab., 2010; Avena și Bocarsly, 2011; Berthoud și colab., 2011). Într-un alt studiu recent,Beeler și colab., 2012a), am întrebat dacă, în condiții de mediu diferite, această creștere "dorită" ar putea fi adaptabilă. Pentru a testa acest lucru, am adăpostit din nou șoareci în cuștile de acasă echipate cu pârghii de operație, unde și-au câștigat toată mâncarea prin presare cu pârghie, din nou fără restricții explicite pentru alimente. În această paradigmă, doar o singură pârghie a produs alimente și cererea de muncă pentru acea pârghie a crescut în fiecare zi 3 pe parcursul experimentelor, începând cu FR5 și terminând cu FR250. Aceasta oferă o curbă a cererii care arată gradul în care șoarecii ajustează consumul lor zilnic la costul actual al peleților. Presupunând că dopamina mărește valoarea recompensei și / sau scade sensibilitatea la cost, ne-am aștepta ca șoarecii DATkd cu dopamină ridicată să fie mai buni în această paradigmă și să continue să apese mai mult la costuri mai mari decât șoarecii de tip sălbatic. Desi DATkd a aratat o presiune usoara crescuta la costuri mai mari, in general au prezentat aceeasi ajustare la cresterea costurilor ca soareci de tip salbatic, fara a observa diferenta in schimbarile de greutate corporala sau de supravietuire in cadrul experimentului. Mai mult, atunci când datele erau adecvate unui model de elasticitate a cererii (Hursh și Silberberg, 2008), nu a existat nici o diferență între genotipuri în elasticitate. Deci, unde a fost efectul dopaminei pe efort și recompensă?

Analiza datelor individuale de masă (de exemplu, numărul, durata și dimensiunea meselor) indică un efect genotip mare în cazul în care șoarecii DATkd au mâncat mai mare dar mai puține mese. Adică, deși dopamina nu și-a schimbat în mod semnificativ consumul general, a schimbat modelarea meselor - modul în care acestea și-au distribuit temporar efortul și consumul. Aceste date sugerează că creșterea costurilor a provocat o condiție a deficitului care a implicat mecanisme de conservare homeostatice atât în ​​tipul sălbatic, cât și în DATkd. Pentru a evita această condiție artificială a deficitului, am efectuat un studiu privind raportul progresiv al coliviei de origine, în care costurile escaladate apar în fiecare masă sau la o presiune, deoarece costul fiecărui pelet crește ulterior cu 2. După o întrerupere minimă 30 a tuturor apăsărilor, resetarea raportului. În acest fel, șoarecii își pot schimba efortul spre mese mai mari, mai costisitoare sau mai mici, mai ieftine și mai frecvente, fără a sacrifica consumul global. În acest studiu, nu am observat modificări semnificative ale greutății corporale între grupuri și nici o diferență semnificativă în consumul global. Cu toate acestea, șoarecii DATkd, din nou, au mâncat mese mai mari și au prezentat un punct de rupere mai mare în cadrul unor intervenții individuale, în concordanță cu literatura anterioară, care arată că dopamina crescută mărește punctul de rupere în paradigma raportului progresiv. Cu toate acestea, ca mai sus, acest efort mai mare a fost compensat de mese mai puțin frecvente, astfel încât consumul global nu a fost diferit. Din aceste studii, tragem două concluzii importante. În primul rând, efectele dopaminei asupra urmăririi alimentelor, cel puțin în această paradigmă, par să rămână sub controlul homeostatic. În al doilea rând, dopamina nu pare să modifice "dorința" sau urmărirea globală a alimentelor într-un sens global, dar pare să moduleze efortul petrecut în episoadele temporale locale de urmărire a obiectivelor. Pe scurt, dopamina pare să fi influențat energia și efortul distribuite mai degrabă decât creșterea motivației apetisante în sine.

Observăm aici că creșterea dopaminei nu face cererea mai inelastică; acesta este, global șoarecii hiperdopaminergici își adaptează consumul la costurile de răspuns similar cu cele de tip sălbatic. La suprafață, acest lucru pare contradictor cu multe studii care sugerează că stimularea sau împiedicarea transmiterii dopaminei poate spori sau diminua răspunsul bazat pe efort (respectiv, Aberman și Salamone, 1999; Bardgett și colab., 2009; Salamone și colab., 2009b), care probabil influențează elasticitatea ca răspuns la costuri. Cu toate acestea, observăm același fenomen observat în aceste studii: dopamina facilitează un efort mai mare pe parcursul unui an rând de urmărire a alimentelor, evidențiată aici prin mese mai mari și puncte mai mari de întrerupere. Cu toate acestea, observăm, de asemenea, ce studii pe bază de sesiune nu pot - că aceste diferențe de efort, din care am putea deduce modificări ale elasticității, nu sunt neapărat însoțite de schimbări în consumul și cererea globală. Aceste mese mai mari sunt compensate de mai puține mese, rezultând o elasticitate generală similară ca răspuns la creșterea costurilor. Această dopamină crescută nu a produs elasticitate în aceste studii nu înseamnă că dopamina niciodată nu modulează elasticitatea, ci doar că relația dintre dopamină, efort și cerere poate fi mai complexă decât cele apreciate anterior.

Dopamina crescuta: nu imbunatateste valoarea hedonistica sau schimbarea comportamentala

O altă idee implicită în ipoteza de dopamină și recompensă este aceea dopamina creste urmarirea preferat alimente (Salamone și colab., 1991; Cousins ​​și colab., 1993; Salamone, 1994; Lowe și Levine, 2005; Zheng și colab., 2009; Berridge și colab., 2010; Kenny, 2010; Volkow și colab., 2010), unde "preferat" este în mod tipic definit ca un gust plăcut, alimentat hedonic: lucruri care au un gust bun. Dintr-o perspectivă stimulativă, dopamina mărește stimulentele sporite asociate cu alimentele preferate. Argumentând împotriva acestui fapt, Salamone și colab. (Salamone și colab., 1991; Salamone, 1994) au demonstrat că, în condiții de hrănire liberă, preferința nu este modificată de modificările intervenției dopaminei; adică dopamina nu mărește stimulentele sau nu modifică preferințele alimentare atunci când nu există cerințe de muncă (sau scăzute) de muncă. În studiile sale, cu toate acestea, atunci când obținerea unui aliment preferat is asociat cu un cost de răspuns, dopamina crește efortul pe care îl va exercita un animal, modificând astfel cel al animalului alegerea comportamentală în favoarea unei mai mari căutări a unui produs alimentar preferat (Salamone, 1994; Salamone și colab., 1994), care este adesea luată pentru a sugera că o creștere a dopaminei ar mări urmărirea alimentelor preferate într-un mediu natural de hrănire prin reducerea sensibilității la costurile asociate.

Într-o serie recentă de studii (Beeler și colab., 2012b), am examinat contribuția relativă a valorii nutritive și hedonice, sau a gustului, la consum, preferință și armare și am întrebat modul în care dopamina ridicată le poate modifica. Pentru a testa numai valoarea gustului, am folosit îndulcitori fără calorii (sucraloză și zaharină). Pentru a testa numai valoarea nutritivă, am folosit șoarecii trpm5 knock-out care nu au receptorul gustului dulce și nu gusta dulce (Damak și colab., 2006; de Araujo și colab., 2008), permițându-ne să evaluăm numai impactul nutriției. În ambele cazuri, am folosit șoareci cu și fără un bătut în transportorul de dopamină pentru a testa efectele dopaminei ridicate. Literatura sugerează că mai multe alimente care recompensează hedonic ar fi mai afectate de creșterea dopaminei. Din aceasta, am putea prezice că dopamina ridicată ar afecta preferențial hedonismul față de recompensa nutrițională. Am constatat, în primul rând, că, deși atât valoarea hedonică cât și cea nutrițională au indus creșterea consumului și a preferințelor, valoarea hedonică disociată de valoarea nutritivă a fost un întăritor slab. Astfel, șoarecii ar consuma soluții dulci fără calorii și preferă să se aplice, dar gustul dulce în absența valorii calorice nu avea capacitatea de a induce condiționarea în testul de condiționare a sticlelor. Mai mult, într-un test de progresie progresivă, indicele de zaharoză a crescut răspunzând în timpul sesiunilor. In schimb, îndulcitorii fără calorii au indus o reacție mult mai mică, care a scăzut de-a lungul sesiunilor, asemănătoare așa-numitei "mimicry de extincție" (Wise și colab., 1978). Berridge și Robinson (Robinson și Berridge, 1993) au descris o distinctie intre "dorinta" si "placerea" in dependenta in care dependentii se dezvolta "dorind" pentru droguri fara "plac"; adică stimulentul care dorește căutarea de droguri compulsive este independent de consecințele sale hedonice. Aceste date sugerează o disociere complementară a "plăcerii" fără "dorință" în care se poate întâmpla un răspuns hedonic pozitiv fără a se dezvolta stimulente asociative care să ducă la căutarea compulsivă a acelei experiențe în viitorBeeler și colab., 2012b).

Contrar așteptărilor, dopamina ridicată nu a modificat în mod semnificativ motivația pentru gustul hedonic, dulce, ci a făcut eforturi mai mari pentru gustul / nutriția combinată și numai pentru nutriție. Studiile anterioare privind eliberarea dopaminei au arătat că dopamina este eliberată numai ca răspuns la gust (de exemplu, prin utilizarea canulei intra-orale pentru stimularea gustului fără efecte postingestice) (Mark și colab., 1991; Hajnal și colab., 2004; Norgren și colab., 2006; de Araujo și colab., 2008; Wheeler și colab., 2011). Deci, de ce am observat o armare redusă la gust dulce în absența alimentației? Am efectuat un studiu de voltammetrie în care șobolanii au fost expuși în prealabil atât la peleți de zaharoză cât și de zaharină, fiecare având un gust identificator, pentru a le oferi posibilitatea de a discrimina și de a afla despre valoarea nutritivă relativă a fiecăruiBeeler și colab., 2012b). Apoi am măsurat eliberarea dopaminei evocate ca răspuns fie la sucroză, fie la zaharină. Șobolanii au recuperat și consumat în mod egal ambele tipuri de pelete; totuși, atunci când am măsurat eliberarea dopaminei evocate, răspunsul la zaharină a fost mult atenuat în comparație cu zaharoza. Într-un studiu de urmărire, aceeași atenuare a dopaminei evocate a fost observată ca răspuns la indicii care prezicau fie zaharoză, fie zaharină (McCutcheon și colab., 2012). Răspunsul atenuat al dopaminei la gustul fără calorii este în concordanță cu mimetismul redus de reacție și aparentă a extincției observate în studiile de comportament cu șoarecii. Pe scurt, aceste studii arată că creșterea dopaminei, deși crește efortul și modifică distribuția cheltuielilor cu energia (de exemplu, modelele de masă), nu a modificat consumul sau preferința și nu a mărit "dorința" alimentelor evaluate în mod hedonic în absența alimentației .

În sarcina convențională de alegere concurențială (Salamone, 1994) un animal are posibilitatea de a alege între presarea manetei pentru o mâncare preferată sau consumul de mâncare standard disponibil în timpul unei sesiuni de o oră. Salamone și colegii au arătat că dopamina mărește raportul dintre alimentele preferate și cea standard consumată; adică dopaminele schimbă alegerile comportamentale pentru a favoriza opțiunea mai costisitoare, dar preferată. Multe din aceste lucrări deduce că dopamina va spori căutarea alimentelor preferate. Am testat această deducție realizând un experiment de alegere concurentă pentru alegerea concursului homecage, unde șoarecii puteau apăsa pentru o mâncare preferată (PR2), îndulcitori fără calorii sau zaharoză, sau au mâncat vaca disponibilă în mod liber. În această paradigmă semi-naturalistă, dopamina crescută, așa cum sa raportat în studiile privind raportul progresiv al cererii și al studiilor progresive, a schimbat distribuția efortului către o cheltuială mai mare de energie (adică, perioade mai lungi de presare, un punct mai mare de întrerupere, dar mai puține întreruperi globale). În ciuda eforturilor mai mari, totuși, dopamina ridicată nu și-a modificat alegerea comportamentală, așa cum se reflectă în raportul alimentelor preferate cu cea standard. Salamone a susținut că efortul sporit față de un produs alimentar preferat observat în paradigma de alegere concurente reflectă modificări ale sensibilității la costul de răspuns și al preferințelor nediferențiate (Salamone și colab., 2007). Aceste date confirmă și extind acest argument falsificând concluzia că efortul sporit observat în paradigma alegerii concurente va spori exercitarea de recompense. Într-un mediu semi-natural, observăm același efort sporit față de un aliment preferat observat de Salamone, dar acest lucru nu schimbă consumul, preferința sau alegerea comportamentală, dar reflectă diferitele strategii de cheltuieli cu energia.

Integrarea gestionării recompensei și a comportamentului energetic

Aceste constatări sunt dificil de explicat numai în termenii teoriilor actuale ale dopaminei și ale recompensei. (1) Mai degrabă decât creșterea impactului recompensării asupra comportamentului, observăm o cuplare redusă între istoricul răsplării și alegere, sugerând că dopamina induce o explorare mai mare; acesta este, mai puțin influențarea alegerii prin recompensă. (2) Spre deosebire de mecanismele homeostatice supraaglomerate și de promovarea excesului de consum, dopamina pare să acționeze în limitele impuse de reglementarea homeostatică, modificând distribuirea efortului în urmărirea alimentelor fără a schimba consumul general; adica dopamina induce o vigoarea mai mare, dar nu mai mare "dorind" (3). Mai degraba decat deplasarea efortului, consumul si alegerea comportamentala la alimentele mai preferate, dopamina creste din nou vigoarea fara a altera consumul, preferinta sau alegerea; care este, sensibilitatea aparent scăzută la costuri nu schimbă obiectivele apetisante. Studiile descrise toate indică o temă comună: că dopamina modulează energia comportamentală cheltuieli. Modularea de dopamină a efortului și a cheltuielilor a fost privită ca un efect nespecific - "activitate generalizată" - și / sau ca o realocare a efortului care depășește costurile de răspuns asociate cu urmărirea obiectivelor (Salamone și colab., 2007). În restul lucrării, vom încerca să integrăm aspectele legate de recompensă și activitate care modulează dopamina. Pentru a face acest lucru, vom dezvolta o perspectivă alternativă: efectele dopaminei asupra recompensei apar secundar și în slujba reglementării cheltuielilor de energie comportamentală, plasând sistemul de recompensare într-un context mai amplu de reconciliere a cheltuielilor cu resursele disponibile.

Dopamina: un sistem de management al energiei comportamentale

Energia și utilizarea acesteia reprezintă ultimul rezultat final pentru adaptare. Toate necesitățile și funcțiile organismului, de la termoreglare până la reproducere până la achiziționarea de energie însăși, necesită energie. Menținerea unei aprovizionări adecvate ar putea fi considerată o directivă primară evolutivă. S-a acordat multă atenție sistemelor care reglementează urmărirea, consumul și stocarea energiei, dar mult mai puțină atenție la sistemele care controlează cheltuielile acesteia. Cu toate acestea, în afară de a fi un „partener egal” în determinarea echilibrului energetic (adică consum-cheltuieli = echilibru net), realizarea unei distribuții optime a energiei către diferite activități este esențială pentru adaptare. Adică, ceea ce face un animal cu energia sa disponibilă este, fără îndoială, la fel de important ca și dobândirea de energie. Totuși, modul de a direcționa cel mai bine cheltuielile de energie este condiționat de condițiile de mediu. Într-un mediu bogat în energie, explorarea, exercițiile fizice și cheltuielile de energie sunt adaptative. Într-un mediu sărac din punct de vedere energetic, exploatarea experienței anterioare și conservarea energiei - obținerea maximă a proverbialului de energie - este esențială. În acest punct de vedere, gestionarea eficientă a energiei presupune să decid (1) câtă energie trebuie să cheltuiesc și (2) cât de atent sau selectiv trebuie să o implementez. Caracterizăm aceste două întrebări ca două axe ale managementului energiei: cheltuiți vs. conservați și, respectiv, explorați vs. exploatați (Figura 1).

 

Figura 1. Două axe cadru conceptual pentru reglementarea consumului de energie comportamentală de către dopamină. Axele orizontale reprezintă rolul dopaminei în reglarea nivelurilor de activitate generalizate de-a lungul unui continuum de la activitate scăzută (conservare) la activitate ridicată (cheltuială). Axele verticale reprezintă rolul dopaminei în reglarea echilibrului dintre explorare și exploatare prin modularea gradului în care informațiile de recompensă influențează distribuția activității comportamentale. „Funcția dopaminică” este interpretată în general aici și poate include nu numai concentrațiile extracelulare de dopamină în regiunile țintă, activitatea neuronilor dopaminerici (de exemplu, rata activității tonice, prevalența exploziei), ci și parametrii precum expresia relativă a diferiților receptori (de exemplu, D1 și D2), expresia și activitatea transportorului de doapmină (DAT), precum și proprietățile eliberării veziculare, inclusiv dimensiunea bazinului ușor de eliberat și dimensiunea veziculelor. Ca principiu conceptual general, asociem funcția redusă a dopaminei cu conservarea și exploatarea (cadranul stânga jos) și funcția crescută a dopaminei cu cheltuielile și explorarea (cadranul din dreapta sus), după cum se reflectă în săgeata mai mare. Cu toate acestea, modificările diferitelor aspecte ale sistemului dopaminei (de exemplu, schimbarea expresiei relative a receptorilor D1 și D2) pot schimba această relație, generând un comportament descris de celelalte cadrane, cum ar fi cheltuieli mari, coroborate cu o exploatare mai mare a informațiilor de recompensă ( cadranul inferior drept).

În ipoteza actuală, asociem aceste două axe ale cheltuielilor de energie cu două funcții de dopamină bine documentate. În primul rând, ne conectăm la rolul dopaminei în reglarea activității generalizate la axele de conservare. În al doilea rând, sugerăm că rolul dopaminei în recompensă nu este de a modula stimulentul recompensei și urmărirea apetitivă în sine, dar de a folosi recompensa informații pentru a reglementa distribuire de energie pentru diferite activități, medierea axelor explorare-exploatare; adică, cât de selectiv ar trebui să fie implementată energia? Aranjăm acest al doilea aspect al dopaminei în cadrul modelelor TD de învățare a dopaminei și recompensa în care dopamina mediază atât învățarea (1) despre recompensa - adică, atribuirea de valoare stimulilor care direcționează cheltuielile cu energia și (2) gradul în care această informație recompensă influențează alegerea comportamentală, interpretând a doua axă, explorează-exploata, energetică: cât de atent trebuie să exploatez resursele mele disponibile?

Prin sublinierea gestionării cheltuielilor cu energia, mai degrabă decât prin modul de recompensare ca o funcție primară a dopaminei, multe alte observații greu de reconciliat pot coexista într-o metaforă centrală de organizare pentru înțelegerea rolului dopaminei în comportament. În secțiunile următoare, vom detalia pe scurt elementele esențiale ale acestei ipoteze în contextul ideilor și literaturii actuale despre dopamină.

Trebuie remarcat faptul că sistemul dopaminic este complex și multi-fațetat. În afară de concentrațiile dopaminei extracelulare și a ratelor de ardere a celulelor dopaminergice tonice și fazice, "funcția dopaminei" poate include modularea eliberării la obiectivele sale, modularea sintezei, ambalarea veziculară și bazine ușor eliberabile, modificări în expresia și funcția receptorului și alterarea transportatorului de dopamină și reabsorbție. Ca o simplificare necesară pentru scopurile expunerii, vom vorbi despre funcțiile dopaminei "înalte" și "scăzute", o practică neobișnuită în literatură. Complexitatea acestor obscururi reprezintă mecanisme potențiale prin care sistemul dopaminei poate exercita o reglare mai nuanțată, flexibilă și sofisticată a funcțiilor sale. În figură 1, aceste complexități ne permit să considerăm că dopamina nu este o singură linie de la mare la cea inferioară (așa cum se arată în mijloc), ci ca o funcție mai complexă care ar putea să se situeze în spațiul bidimensional. Înțelegerea acestor complexități, totuși, depinde de un cadru interpretativ în jurul căruia să se organizeze informații mai detaliate. Aici ne concentrăm pe articularea a scheletic cadru alternativ și nu încercați să asimilați tot ceea ce știți despre dopamină și nici să detaliați fiecare mecanism potențial implicat în semnalizarea dopaminei, o provocare dificilă pentru o singură lucrare.

Dopamina: medierea între lumile interne și externe

Sistemul dopaminic este interpus între două lumi de stimuli: extern și intern. Pe de o parte, dopamina modulează răspunsul unui organism la stimulii din mediu. În perspectiva consolidării învățării dopaminei și recompensei (Montague și colab., 1996; Schultz și colab., 1997), dopamina mediază critic învățarea despre valoarea stimulilor (starea) și care sunt răspunsurile (acțiunile) sunt optime (Reynolds și colab., 2001; Schultz, 2002; McClure și colab., 2003; Daw și Doya, 2006; Zi și Carelli, 2007; Day și colab., 2010; Flagel și colab., 2010; Gan și colab., 2010; Day și colab., 2011). Perspectiva stimulativ-salienței susține că dopamina mărește valoarea stimulativă asociată cu stimulii de mediu, modificând gradul în care stimulul comportamental este influențat de stimuli (Phillips și colab., 2003; Berridge, 2004; Roitman și colab., 2004; Cagniard și colab., 2006b; Day și colab., 2006; Cheer și colab., 2007). În ambele cazuri, deși foarte diferit din punct de vedere mecanic, dopamina modulează răspunsul organismului la stimulii de mediu, lumea din afară.

Lucrările mai recente au demonstrat interacțiuni complexe între sistemele de dopamină și homeostatice care monitorizează și semnalează informații despre mediul intern al organismului (Davis și colab., 2010a; de Araujo și colab., 2010; Figlewicz și Sipols, 2010; Opland și colab., 2010; Vucetic și Reyes, 2010). Neuronii dopaminergici ai miezului mama exprimă receptori pentru numeroase semnale de circulație asociate cu mecanisme homeostatice, incluzând leptina, ghrelinul, orexina și insulina (pentru o examinare amplă, Figlewicz și Sipols, 2010). În plus față de detectarea directă a semnalelor homeostatice, nucleele de dopamină primesc proiecții din diverse substraturi asociate mecanismelor de control homeostatic, inclusiv proiecții hipotalamice (Opland și colab., 2010). Se crede că aceste intrări modulează procesele de recompensare. De exemplu, se propune frecvent ca leptina circulantă să scadă activitatea dopaminei, care la rândul ei diminuează valoarea de recompensă a alimentelor, reducând în consecință comportamentul apetit (Morton și colab., 2009; Davis și colab., 2010a; Figlewicz și Sipols, 2010; Opland și colab., 2010; Vucetic și Reyes, 2010). Rolul exact al acestor intrări homeostatice rămâne controversat. Punctul cheie aici este că sistemul de dopamină primește informații substanțiale despre mediul intern și starea homeostatică a organismului, punându-l în poziția de a exploata cunoștințele despre organisme din mediul său, în conformitate cu nevoile și cererile interne; adică să moduleze comportamentul pentru a optimiza relația dintre aceste două lumi, interiorul și exteriorul, organismul și lumea. Bineînțeles, într-un sens, întregul creier a evoluat pentru a media între lumea interioară și cea exterioară, dar proiecțiile largi și difuze ale sistemului dopaminic, împreună cu diversele intrări care converg spre el și rolul său aparent în modularea unei game largi de comportamentele și procesele, de la motivație până la execuția motorului, împreună cu faptul că sunt foarte conservate în rândul speciilor, sugerează că poate, de fapt, au evoluat pentru a juca un rol fundamental, esențial în adaptare.

Dopamina: Puneți dorința pe un buget

Puțini ar argumenta această noțiune că dopamina integrează informații interne și externe pentru a adapta comportamentul la condițiile de mediu și pentru a răspunde în mod optim nevoilor organismului. Întrebarea dificilă este cum face dopamina acest lucru? Asta este ceea ce este primar efectoare mecanism prin care dopamina adaptează comportamentul? Vederea dominantă, aproape hegemonică, este că dopamina modulează procesele de recompensă - indiferent dacă mediază învățarea despre recompensă, expresia stimulului sau o combinație a celor două - și, prin urmare, formează motivația: scopurile și activitățile pe care un organism le urmărește și vigoarea cu care acestea sunt urmărite. Critic, locusul modulației este appetitive: cât de multă recompensă îi determină exercitarea.

Deși mult mai puțin discutate, dopamina modulează și nivelurile de activitate. În concordanță cu această modulare a activității, Salamone și colegii au susținut mult timp că dopamina poate să moduleze ambele eforturi către un scop (Salamone și colab., 1997, 2005, 2009a), precum și nivelurile de activitate generalizate (Cousins ​​și colab., 1993; Correa și colab., 2002), observații centrale pentru ipoteza actuală.

Vom argumenta că dopamina reglează cheltuielile cu energia pentru a concilia comportamentul cu resursele energetice; că este, dopamina nu modulează dorința, o pune pe un buget de energie. În această perspectivă, disponibilitatea energiei, nu recompensa, este principalul factor care influențează regulamentul dopaminergic al comportamentului. În următoarele secțiuni vom elabora această ipoteză a managementului energiei dopaminei care va discuta primele mecanisme efectoare prin care dopamina reglează cheltuielile cu energia urmată de o discuție a mecanismelor prin care sistemul de dopamină reglementează distribuția energiei utilizând informațiile de recompensă. După elaborarea ipotezei, ne vom concentra în mod special pe o analiză alternativă a rolului dopaminei în obezitate.

Axa I: conservare-cheltuieli

În următoarele secțiuni, vom detalia rolul dopaminei în modularea cheltuielilor de energie de-a lungul unei continuități de conservare și cheltuieli. În opinia dezvoltată, reglementarea cheltuielilor cu energia - atât activitatea generalizată, cât și efortul către obiective specifice - este fundamental independentă de recompensă și depinde, în schimb, de resursele de energie disponibile. Recompensa, vom argumenta, joacă un rol distinct în determinarea distribuire sau alocare din acea cheltuială pentru energie, reprezentată de axa explorare-exploatare și discutată în secțiunea "Axa II: explorare-exploatare".

Dopamina și activitatea generalizată: cheltuiți sau salvați?

Doamna crescută a fost asociată cu o activitate crescută de zeci de ani. Medicamentele care măresc eliberarea de dopamină, cum ar fi amfetaminele, inhibitorii de recaptare a cocainei sau a dopaminei, sporesc activitatea generalizată la oameni și la rozătoare (Kelly, 1975; Mogenson și colab., 1980; Beninger, 1983; Ahlenius și colab., 1987; Carlsson, 1993; Xu și colab., 1994; Sedelis și colab., 2000; Correa și colab., 2002; David și colab., 2005; Viggiano, 2008; Charntikov și colab., 2011). Administrarea de agoniști sau antagoniști ai D1 crește și, respectiv, scade activitatea. Medicamentele care acționează D2 acționează post-sinaptic pe neuronii spinoși medii în calea inhibitorie, indirectă; totuși, aceștia acționează pre-sinaptic și pe terminalele dopaminei și glutamatului și ca autoreceptori pe corpurile celulelor dopaminergice. Ca o consecință, dozele mici de chinpirole, un agonist D2, vor diminua activitatea, probabil scăzând eliberarea de dopamină prin activarea autoreceptorului, în timp ce doze mari de activitate de creștere a chinpirolei, probabil prin activarea receptorilor postsynaptici D2 care scad activitatea în calea inhibitorie indirectăLomanowska și colab., 2004). La rozătoare, unele medicamente dependente de abuz care sunt deprimanți ai SNC (de exemplu, morfină) măresc activitatea, un efect considerat că provine din creșterea eliberării dopaminei (Koek și colab., 2012). Medicamentele care blochează reabsorbția dopaminei măresc activitatea (Billes și Cowley, 2008; Young și colab., 2010) și expresia DAT corelează cu activitatea locomotorie. Șoarecii cu exprimare redusă a transportorului de dopamină, având ca rezultat dopamina tonică crescută, sunt hiperactivi (Cagniard și colab., 2006a).

Deși nu există nicio îndoială că dopamina modulează activitatea generalizată, mecanismul prin care aceasta face acest lucru este slab înțeleasă. De fapt, nu există un cadru general pentru a concepe ceea ce, în primul rând, "activitatea generalizată" sau excitarea este în primul rând (Quinkert și colab., 2011). La rozătoare, activitatea generalizată este de obicei măsurată utilizând fie câmpurile deschise, fie roțile de rulare, fie monitoarele de activitate pentru casă. Gradul în care fiecare reflectă un nivel general al activității este dezbătut (Dishman, 2008; Viggiano, 2008; Hesse și colab., 2010; Garland și colab., 2011). Câmpul deschis, de exemplu, poate fi privit ca o măsură a activității generale, a unui comportament exploratoriu sau a unei "emoționalități". Roata de alergare, deoarece alergarea este foarte puternică la rozătoare (Wagner, 2005; Brené și colab., 2007; Greenwood și colab., 2011), pot fi confundate cu procese de recompensă. Cu toate acestea, creșterea dopaminei mărește activitatea pe toate cele trei măsuri și, dimpotrivă, diminuarea dopaminei scade activitatea pe toate cele trei măsuri (Ahlenius și colab., 1987; Zhuang și colab., 2001; Correa și colab., 2002; Leng și colab., 2004; Beeler și colab., 2006, 2009; Dishman, 2008; Kitanaka și colab., 2012).

În loc să văd "activitatea generalizată" ca distinctă de comportamentul bazat pe recompensă, o perspectivă alternativă ar fi aceea că semnalele de dopamină indică disponibilitatea energiei și induc cheltuielile de energie, indiferent dacă acestea sunt direcționate către o activitate recompensă, pârghie de presare), spre explorare, cum ar fi în câmp deschis sau pur și simplu se deplasează în jurul valorii de a face mai mult mouse-ca lucrurile de zi cu zi în cușcă de origine. Deoarece utilizatorii psihostimulante timp de decenii atestă: dopamina este energizantă. Astfel, efectul dopaminei asupra activității generalizate reprezintă un efector fundamental în reglementarea cheltuielilor cu energia prin reglarea în sus sau în jos a cantității de energie consumată în activitatea comportamentală independentă de modul în care poate fi îndreptată această activitate: independent de recompensă.

Dopamina și efortul: Cât de mult pot să fac?

Literatura este plină de dovezi că creșterea dopaminei crește efortul în atingerea obiectivelor, ilustrat canonic prin performanțe sporite în paradigme de proporții progresive în care, după fiecare recompensă câștigată, costul fiecărei recompense ulterioare crește (Hodos, 1961). Din punct de vedere istoric, efortul pe care un subiect îl face într-un test de raport progresiv a fost interpretat ca o măsură a eficacității întăririi: adică, cât de greu lucrez este o măsură a cât de valoroasă sau motivantă a recompensei este (Madden și colab., 2007a,b). Acest lucru este similar cu evaluarea valorii ceva în funcție de prețul pe care cineva este dispus să îl plătească.

Cu toate acestea, punctul de rupere implicit măsoară o determinare cost-beneficiu (Salamone și colab., 2009a). Deși dopamina contribuie la această determinare continuă, rolul său rămâne neclar (Salamone și colab., 1997; Roesch și colab., 2007; Day și colab., 2010, 2011; Ostlund și colab., 2010). Pe de o parte, după cum sa susținut în teoria de stimulare-saliență, dopamina poate spori proprietățile stimulative ale stimulilor asociate cu recompensa, majorând esențial percepția beneficia (Berridge, 2007; Gan și colab., 2010). Pe de altă parte, Salamone și colegii susțin că dopamina reduce sensibilitatea la costuri, reducând astfel costa componentă (Salamone, 2011, Vezi si Phillips și colab., 2007). În ambele cazuri, rezultatul este creșterea gradului de urmărire a recompensei care rezultă din determinarea cost-beneficiu modificată, observată ca punct de prag ridicat. În paradigma raportului progresiv convențional, este dificil să se identifice aceste două posibilități, deoarece rezultatul comportamental ar arăta la fel: efort crescut și răspuns. Cu toate acestea, studiile din cușcă de casă analizate mai sus, pot distinge între aceste două alternative. În cazul în care creșterea dopaminei creștea sensibilitatea pentru a recompensa, ducând la o mai mare "dorință" și o motivație apetită mai accelerată, atunci ne-am aștepta să vedem consum mai mare și preferință sporită pentru alimente mai pline de satisfacții. Nu am observat nici unul. În schimb, am observat opțiuni similare privind consumul, preferința și comportamentul, dar o schimbare în strategiile de alimentație spre creșterea cheltuielilor cu energia. Cu toate acestea, ar fi incorect să spunem că șoarecii DATkd sunt insensibil la costuri; își ajustează consumul și efortul ca răspuns la creșterea costurilor la fel ca șoarecii de tip sălbatic. Mai mult decât atât, în paradigma de comutare a pârghiilor ieftin-costisitoare, dacă pârghiile fac nu comutatorul, șoarecii DATkd preferă pârghia ieftină identică cu cea de tip sălbatic. Mai degrabă, creșterea dopaminei pare să schimbe strategia de alimentație spre o mai mare cheltuială cu energia.

Pentru a determina compromisul optim între cost și beneficiu, ambii factori sunt contingențiali din punct de vedere al situației. Pe de o parte, beneficiile depind de necesitate. Un pelet de mâncare va fi mult mai valoros și motivant pentru un șoarece foame decât unul sătul. Rolul pe care statul motivațional îl joacă în determinarea recompensei și a întăririi are o istorie lungă în psihologie și neurologie (Berridge, 2004) și reprezintă un domeniu activ de investigare (Dayan și Balleine, 2002; Balleine, 2005; Fontanini și Katz, 2009; Haase și colab., 2009). Cu toate acestea, este mult mai puțin apreciat faptul că evaluarea costului poate fi, de asemenea, contingentă. Mai exact, costul asociat cu orice cheltuială depinde de resursele disponibile. Costul unui câine cald din aeroportul 12.00 nu este evaluat la fel de către un director general al unui milionar și un student absolvent slab. În cazul rozătoarelor, pot apărea situații contingente similare. De exemplu, costurile de întârziere pot fi mai importante dacă este disponibilă doar o perioadă limitată de timp (cum ar fi sesiuni de operatori de o oră) pentru a obține recompense. În mod similar, costul asociat preselor de pârghie poate depinde de disponibilitatea generală a energiei la un șoarece. Deci, dacă dopamina reduce sensibilitatea costurilor, există două interpretări. În primul rând, sensibilitatea la costuri este redusă în raport cu beneficiile; adică, atunci când costurile și recompensa sunt comparate, dopamina diminuează factorul de cost pentru a favoriza recompensa (echivalent funcțional cu creșterea stimulentului). În al doilea rând, dopamina modulează sensibilitatea la cost în raport cu resursele disponibile. Dacă energia este disponibilă din abundență, costurile efortului sunt reduse.

Astfel, susținem că reglarea efortului de dopamină este independentă de valoarea recompensei; adică efectele dopaminei asupra efortului reflectă o modulare directă a cheltuielilor de energie în raport cu resursele de energie disponibile, mai degrabă decât o consecință indirectă a modularii unui compromis între cost și recompensă. Deoarece dopamina crește, în general, cheltuielile de energie, așa cum sa discutat mai sus, la fel crește cheltuielile de energie - sau vigoarea urmăririi obiectivelor - în activități specifice, din nou, susținem independent de valoarea de recompensă: dacă aveți energie, utilizați-o.

Axa II: Explorează-Exploit

În următoarele secțiuni susținem că recompensa servește unei funcții centrale în managementul energiei mediate de dopamină: controlul distribuire din cheltuielile de energie pe care le reprezentăm cu axa explorare-exploatare (Figura 1). În această privință, valoarea (valorile) de recompensă determină utilitatea relativă a diferitelor activități; totuși, ceea ce este cu adevărat capturat în această axă este grad la care aceste valori (și contrastul dintre ele) de fapt influențează și modelează alegerile comportamentale. Integrăm în această axă perspectivele de învățare și încurajare a stimulentelor, argumentând că dopamina fazică mediază învățarea și actualizarea valorilor de recompensă, așa cum se crede, în timp ce tonic dopamina, ca sugestii de stimulare, măsoară impactul acestor valori asupra alegerii comportamentale, exprimarea valorilor învățate. Reconceptualizăm această scalare a stimulentelor în mod oficial ca o funcție în cadrul învățării de consolidare care reglementează gradul în care alegerea prealabilă a învățării privind răsplata dobândește; adică, cât de multă învățătură stabilită este exploatată. Noi atribuim această ultimă funcție dopaminei tonice și o interpretăm ca regulatoare cumpătare; care este reglementarea frugalității cheltuielilor cu energia.

Dopaminei și selecția obiectivelor: realizarea de alegeri înțelepte în cheltuielile cu energia

Frugalitatea cheltuielilor depinde de resursele disponibile. O persoană bogată nu trebuie să ceartă despre mii de dolari, în timp ce o persoană săracă trebuie să numere banii. În mod similar, animalele care trăiesc în medii energetice abundente nu trebuie să-și facă griji cu privire la conservarea energiei, în timp ce cei care trăiesc în condiții de lipsă trebuie să cheltuiască energie judicios. Astfel, gestionarea energiei presupune nu numai determinarea amplorii generale a cheltuielilor de energie, așa cum sa discutat mai sus, ci și alocarea acesteia la activități specifice.

Începem de la premisa că atunci când energia este disponibilă, cheltuielile cu energia sunt avantajoase din punct de vedere adaptiv, din două motive principale. În primul rând, activitatea fizică a fost demonstrată în nenumărate studii care au contribuit semnificativ la sănătate și longevitate (Holloszy și colab., 1985; Samorajski și colab., 1985; Paffenbarger și colab., 1986; Holloszy, 1988; Helmrich și colab., 1991; Greendale și colab., 1995; Booth și colab., 2000; Alevizos și colab., 2005; LaMonte și colab., 2005; Warburton și colab., 2006; Gaesser, 2007; Huffman și colab., 2008; Hawley și Holloszy, 2009; Mercken și colab., 2012). În condiții de lipsă, animalele trebuie să muncească din greu pentru a găsi hrană; totuși, în condiții de abundență, nu o fac. Un sistem care a crescut cheltuielile de energie ca răspuns la condiții de abundență ar menține nivelurile de activitate și sănătatea, cel puțin împiedicând un animal să devină o bucată grasă și lentă pentru cina unui prădător. Mai mult, dacă energia este disponibilă, atunci există un avantaj informațional de obținut din explorare care permite unui animal să învețe mai pe deplin despre mediul său, informații care ar putea fi exploatate în viitor (Behrens și colab., 2007). Astfel, atunci când energia este disponibilă, există logică pentru inducerea cheltuielilor și explorarea comportamentală. În schimb, atunci când energia este redusă, animalul trebuie să-și păstreze energia și să-și exploateze la maximum cunoștințele despre mediu. În ipoteza dezvoltată aici, rolul dopaminei în procesele de recompensă apare ca un mecanism de alocare a energiei către activități și stimuli specifici.

Pentru alocarea optimă a energiei, sunt necesare două funcții principale. În primul rând, organismul trebuie să determine în primul rând valoarea stimulilor și a acțiunilor. În al doilea rând, organismul trebuie să determine în ce măsură aceste valori trebuie să fie luate în considerare atunci când se fac alegeri comportamentale: cât de scump ar trebui să fie cheltuielile? Cele două viziuni umbrelă despre dopamină și recompensă, învățarea de întărire și ipotezele de stimulare-saliență oferă aceste două funcții. În secțiunile de mai jos examinăm ambele funcții și contribuția acestora la axa explorare-exploatare (Figura 1) exprimate în termeni de modele de învățare TD.

Învățarea prin dopamină și armare: contabilitatea valorii

După cum sa menționat în introducere, termenul "recompensă" poate fi ambiguu. Aici adoptăm o perspectivă informațională și definim recompensa ca fiind o informație cu rezultate pozitive. Întrebarea principală care trebuie abordată este ce rol joacă dopamina în legarea istoriei recompenselor la alegerile viitoare. Consolidarea perspectivelor de învățare susține că dopamina modulează plasticitatea corticostriatală ca răspuns la recompensă, adică informații pozitive despre rezultate, astfel mediând învățarea despre stimuli și acțiuni care sunt valoroase. Opiniile motivaționale, în special stimulentele, sugerează că dopamina modulează expresie din valorile învățate anterior (stimulent). Ipoteza actuală cuprinde atât un cadru de învățare TD.

Modelele temporale de diferențiere reprezintă o clasă de algoritmi de învățare a armăturilor care s-au aplicat cu succes în înțelegerea modului în care substraturile neuronale, cum ar fi dopamina și ganglionii bazali, mediază învățarea de întărire observată comportamental. În cadrul acestor modele, stimulilor și acțiunilor i se atribuie o "valoare" care încorporează toate recompensele viitoare așteptate asociate cu acei stimuli sau acțiuni. Pe măsură ce timpul se desfășoară și animalul se mișcă progresiv în timp, avansându-se prin stări succesive (adică configurații de stimuli, acțiuni, recompense), la fiecare pas înaintea predicției anterioare (t - 1) este comparat cu ceea ce a fost efectiv primit la timp t plus recompense rămase așteptate în viitor, adică valoarea estimată la t. Dacă există o discrepanță, numită eroare de predicție, valoarea precedentă la t - 1 este ajustat astfel încât atunci când acea stare este întâlnită din nou, va fi mai precisă. Când animalul se mișcă înainte în timp t + 1, același proces va apărea, de această dată ajustând valoarea estimată a t prin compararea cu recompensa efectivă la t + 1 plus valoarea viitoare așteptată din t + 1 și așa mai departe. Numele TD apare deoarece o întreagă succesiune de state, fiecare având propria valoare de predicție a recompensării viitoare "rămase", este ajustată câte un pas la un moment dat. Această colecție de valori asociate cu state diferite - stimuli și acțiuni - permite predicția exactă a recompensei viitoare. Pe scurt, este un algoritm care facilitează învățarea prin încercări și erori în cazul în care animalul este întotdeauna, așa cum era, în medias res, iar o estimare precisă a valorii anumitor stimuli și acțiuni se acumulează treptat în timp prin experiență.

Modelele temporale de diferență au două funcții cheie. În primul rând, ei învață. După cum este descris mai sus, folosind o regulă de actualizare bazată pe erori de predicție, ele ajustează valorile anterioare asociate stimulilor și acțiunilor. În al doilea rând, ei iau decizii. Adică, odată ce aveți un set de valori, există o regulă pentru modul în care aceste valori sunt utilizate pentru selectarea unei acțiuni. Aceste două funcții sunt asociate cu doi parametri, cunoscuți în mod obișnuit ca alfa, rata de învățare și beta, respectiv "temperatura". Rata de învățare determină gradul în care informațiile noi modifică valorile stabilite, atāt ponderānd informațiile noi față de cele vechi, cāt și stabilind o "fereastră de uitare". Parametrul de temperatură determină gradul în care informațiile despre valoarea curentă (istoricul recompenselor) denumit parametru "exploatați-exploatați".

Dovezile substanțiale susțin un rol al dopaminei în medierea învățării de întărire și a plasticității corticostriatale, care nu va fi revizuită aici (Montague și colab., 1996; Schultz și colab., 1997; Reynolds și Wickens, 2002; Schultz, 2002, 2010; Cannon și Palmiter, 2003; Înțelept, 2004; Berridge, 2007; Goto și colab., 2007; Redish și colab., 2007; Robbins și Roberts, 2007; Salamone, 2007; Schultz, 2007; Dayan și Niv, 2008; Kheirbek și colab., 2008, 2009; Redgrave și colab., 2008; Kurth-Nelson și Redish, 2009; Lovinger, 2010; Lüscher și Malenka, 2011). Această funcție de învățare a fost asociată în primul rând cu activitatea de dopamină fazică care operează pe o perioadă de timp de milisecunde și nu se crede că reprezintă recompensă directă. În schimb, desenul de la învățarea TD, așa cum este descris mai sus, se crede că dopamina fazică codifică erorile de predicție. Prin semnalizarea recompensării neprevăzute sau a eșecului recompenselor preconizate (Schultz și colab., 1997; Schultz, 2007; Flagel și colab., 2010; Brown și colab., 2011; Day și colab., 2011), dopamina fazică actualizează valorile asociate stimulilor și acțiunilor prin modificarea greutăților sinaptice prin efectele sale asupra plasticității corticostriatale. În cadrul ipotezei actuale, acceptăm și vedem această funcție a dopaminei fazice în actualizarea valorii ca, într-un sens, o funcție contabilă: dopamina nu stabilește, creează sau scala arbitrar valoarea, ci furnizează funcțional un semnal de predare pentru a modifica învățarea pentru a reflecta cu acuratețe valoarea asociată cu stimulii și acțiunile. Pune pur și simplu, această funcție a dopaminei încearcă să "obțină valoarea corectă": o caracteristică fundamentală a oricărui buget de succes este obținerea corectă a numerelor. Asta este, funcțiile foarte detaliate și mecanistice ale dopaminei în procesul de învățare a armăturilor permit unui animal să învețe despre mediul său pentru a să aloce mai bine și să utilizeze energia disponibilă.

Dopamina și stimulentele-alocație: Alocarea bugetului energetic

Punctul de vedere stimulativ-saliență al dopaminei, în schimb, susține că dopamina mărește doza Impactul a stimulilor asociate recompenselor privind alegerea comportamentală (Cagniard și colab., 2006b; Berridge, 2007). Adică, dopamina modulează gradul în care valoarea stimulativă asociată cu stimulii comportă comportamentele. În general, creșterea dozei de dopamină este privită ca o stimulare crescândă și o ameliorare a comportamentului apetit; adică să inducă o "dorință mai mare". Această viziune este în concordanță cu deceniile din literatura de specialitate care arată că rezultatele dopaminei au crescut în urmărirea și efortul sporit, așa cum sa discutat mai sus. În esență, aceasta ar putea fi conceptualizată ca fiind mărită exploatare de învățare a recompenselor: valoarea recompenselor exercită o mai mare tendință la alegerea comportamentală. Cu toate acestea, dacă creșterea dopaminei duce la o exploatare sporită, se poate aștepta logic că scăderea dopaminei ar duce la o explorare mai mare; care este, comportamentul va fi mai puțin părtinitoare prin informații de recompensă. Cu toate acestea, după cunoștințele noastre, datele nu au demonstrat o creștere a explorării ca o consecință a diminuării dopaminei. În schimb, scăderea dopaminei a fost în mod constant asociată cu scăderea activității și a comportamentului exploratoriu. În studiul privind flexibilitatea comportamentală a coliviei descrise mai sus, am constatat că creșterea dopaminei a redus cuplajul dintre istoria recompensei și alegerea, favorizând explorare, nu în exploatare, în concordanță cu decenii de studii pe teren deschis care arată o activitate exploratorie crescută ca urmare a creșterii dopaminei (de exemplu, Zhuang și colab., 2001). În concordanță cu ipoteza actuală, recenta lucrare de calcul de către Humphries și colegi (Humphries și colab., 2012) demonstrează că dopamina tonică poate modula compromisul dintre explorare și exploatare. În modelul lor, efectele dopaminei asupra acestui compromis sunt complexe și dependente de concentrație, dar indică faptul că dopamina mare poate induce comportament exploratoriu.

Propunem ca viziunea stimulativă a dopaminei, în care dopamina mărește gradul în care valoarea de recompensă influențează alegerea comportamentală, surprinde un mecanism efector critic în gestionarea dopaminergică a cheltuielilor cu energia. Prin modularea echilibrului dintre explorare și exploatare, dopamina reglează frugalitatea cheltuielilor cu energia. Spre deosebire de teoriile curente de stimulare-salience, cu toate acestea, noi susținem că dopamina acționează aproximativ în direcția opusă față de ceea ce este larg interpretat: dopamina favorizează explorare; acesta este, diminuat influențarea alegerii comportamentale prin valoarea recompensă, deși este o lucrare a lui Humphries et al. (Humphries și colab., 2012) demonstrează, funcționarea precisă a acestei funcții a dopaminei este probabil să fie complexă. Creșterea efortului de urmărire a recompensei observate de funcția sporită a dopaminei, în această privință, nu apare ca o consecință a valorii de recompensă sporită, ci ca urmare a unui semnal dopaminergic cheltui energie și să fie mai puțin frugal în realizarea obiectivelor.

Deși, prin rolul său în procesul de învățare a întăririi, dopamina (fazică) contribuie la învățarea despre valoare, domeniul axelor verticale din Figura 1 nu reprezintă valoare în sine, de la o valoare mai mică la o valoare mai mare, dar gradul în care valorile stabilite părtinire sau alegerea directă a comportamentului, variind pe un continuum de la influențarea puternică (exploatare) la influența minimă (explorare). Aceasta ar putea fi interpretată ca o axă de frugalitate în care exploatarea mai mare maximizează recompensa pentru energia consumată, în timp ce exploatarea redusă facilitează explorarea și cheltuielile mai mari de energie.

Cum și în ce măsură valorile învățate alegerile comportamentale directe depind în mod clar de mulți factori, cel mai evident starea motivațională a organismului, „evidența” în „stimulare-evidență”, luând în considerare mediul intern al organismului. extern trebuie luată în considerare și mediul înconjurător, în special disponibilitatea de recompensă, în special energia. După cum sa discutat mai sus, bogăția mediului determină cât de frugal trebuie un animal să fie cu cheltuielile sale de energie și cât de mult are nevoie pentru a exploata la maximum învățarea anterioară. Niv și colab. (2007) au sugerat că dopamina tonică codifică rata medie pe parcursul timpului, o formalizare care leagă abundența relativă sau raritatea recompensării într-un mediu de vigoarea comportamentală. În modelul propus de Niv, răsplata medie mai mare generează o viguroasă comportamentală mai mare pentru a reduce costurile de oportunitate; adică, cu cât mediul este mai bogat, cu atât mai mult este pierdut prin inactivitate, descris colorat ca fiind "costul leneșului". Concentrându-ne în special pe disponibilitatea energiei, împărtășim această opinie că dopamina tonică semnalează abundența sau deficitul de energie în mediul înconjurător peste orar. Cu toate acestea, în opinia actuală, mai degrabă decât să vedem creșterea vigorii asociate cu dopamina, deoarece stimulează o exploatare mai mare pentru a reduce costurile de oportunitate, sugerăm că creșterea dopaminei reflectă abundența energetică și induce o creștere a cheltuielilor cu energia, mai puțin exploatare; adică un comportament mai puțin energetic frugal, favorizând explorarea (dar nu inactivitatea).

În cele din urmă, se crede că valorile învățate pot fi parte a unui sistem orientat spre scop sau unui obicei (Daw și colab., 2005; Balleine și colab., 2007), asociate frecvent cu striatum dorsomedial și dorsolateral (respectivYin și Knowlton, 2006; Balleine și O'Doherty, 2010). În modelele TD, acesta din urmă este exprimat ca un sistem "cache" sau "fără model", unde valoarea stimulilor și acțiunilor este inscrubilă; adică modul în care au fost derivate aceste valori nu este disponibil pentru examinare. În contrast, comportamentul orientat spre scop este asociat sistemelor bazate pe "model" în care un "copac" al stărilor și valoarea lor asociată sunt reprezentate explicit astfel încât animalul poate căuta în mod deliberat arborele pentru a determina cum se obține și evaluă valoarea la orice frunză aceste valori față de statele motivaționale actuale. Spre deosebire de aceasta, se crede că obișnuința sau sistemul de cache nu sunt sensibile la starea motivațională, deși este important, nu este insensibil la noile învățări (Balleine și O'Doherty, 2010). Tocmai pentru că valoarea cache nu poate fi "examinată" în funcție de obiectivele curente, comportamentul obișnuit bazat pe valorile memorate în cache va fi emis ca răspuns la prezentarea stimulilor, chiar și în absența motivației, până când valoarea din cache va determina actualizarea comportamentului. În modelele TD, parametrul de temperatură ajustează gradul de comportament al comportamentului de prejudecată fără a lua în considerare sursa acestor valori, adică dacă acestea fac parte dintr-un sistem de tip cache, fără model sau bazat pe modele. Se pune deci întrebarea dacă reglementarea dopaminei de explorare-exploatare, sugerată aici, se aplică în mod egal atât sistemului obișnuit, cât și sistemului orientat spre țintă, o întrebare pe care nu o putem răspunde. În măsura în care dopamina redusă poate induce exploatarea, economisirea și conservarea, cresterea nivelului de control al învățării anterioare asupra comportamentului, a mediilor de recompensă / energie și a hipodopaminergiei poate crește, prin creșterea influenței învățării și valorilor stabilite asupra comportamentului, creșterea controlului exercitat de obicei sisteme, deși acest lucru necesită în mod clar investigații suplimentare.

Dopamina și cheltuielile energetice de schimbare: revizuirea căilor de vizitare și căilor NOGO

O țintă principală a dopaminei, asociată pe larg cu rolul dopaminei atât în ​​recompensă, cât și în controlul motor, este striatul (Albin și colab., 1989, 1995; Alexander și colab., 1990; Mink, 1996; Everitt și Robbins, 2005; Cagniard și colab., 2006b; Balleine și colab., 2007; Nicola, 2007; DeLong și Wichmann, 2009; Înțelept, 2009; Haber și Knutson, 2010; Humphries și Prescott, 2010; Sesack și Grace, 2010). Striatul este punctul principal de intrare pentru intrările corticale (Bolam și colab., 2000), care sunt prelucrate prin ganglionii bazali care se întorc în cele din urmă în cortex, cuprinzând buclele corticostriatale renumite (Alexander și colab., 1990; Alexandru și Crutcher, 1990; Alexander, 1994; Middleton și Strick, 2000; Haber, 2003; Lehéricy și colab., 2005). Prelucrarea corticostriatală survine prin două căi paralele (cu excepția căii hyperdirect), directe și indirecte care facilitează și inhibă viteza de administrare corticostriatală (Albin și colab., 1995; Mink, 1996), respectiv, uneori denumite căi GO și NOGO (Cohen și Frank, 2009). Calea GO exprimă preponderent D1 în timp ce NOGO exprimă D2 (Surmeier și colab., 2007) astfel încât o creștere a activității dopaminei îmbunătățește activitatea în calea GO facilitatoare și diminuează activitatea în calea inhibitoare NOGO. În schimb, dopamina redusă are ca rezultat o activitate GO mai redusă și o activitate NOGO crescută, o idee centrală pentru modelele clasice de încetinire motorie în boala Parkinson (Albin și colab., 1989; Mink, 1996). Explicația funcțională clasică pentru această arhitectură duală este "selecția concentrată", ideea că calea GO separă și facilitează o acțiune motorie selectată, în timp ce calea NOGO inhibă acțiunile concurente și zgomotul exterior, permițând astfel executarea curată a acțiunilor (Mink, 1996).

Aceeași arhitectură, cu toate acestea, poate fi interpretată ca un mecanism efector pentru reglarea cheltuielilor cu energia. Prin schimbarea echilibrului dintre căile GO și NOGO, dopamina reglează atât cantitatea totală de perfuzie a sistemului corticostriatal, cât și modulând selectivitatea acestuia (Beeler, 2011). În mod specific, creșterea dopaminei favorizează calea GO și diminuează calea NOGO. Aceasta conduce la o mai mare capacitate de corticostriatală globală și la o mai mare explorare, deoarece acțiunile potențiale reprezentate de intrarea corticostriatală pe calea GO se confruntă cu mai puțină opoziție în calea inhibitorie NOGO, reducând constrângerile în selectarea acțiunilor. În contrast, atunci când dopamina scade, există o activitate inhibitorie mai mare a NOGO care are ca rezultat o cantitate mai mică de corticostriatal și o exploatare mai mare, deoarece acțiunile selectate prin calea GO trebuie să fie suficient de puternice pentru a depăși influența inhibitoare a căii NOGO asta, vezi Frank și colab., 2009). Aceasta oferă o bază pentru înțelegerea modului în care poate fi crescută dopamina creşte activitatea de ansamblu, precum și scădea selectivitatea acelei activități, adică creșterea cheltuielilor cu energia și explorarea. Dimpotrivă, dopamina redusă ar diminua activitatea generală, dar ar crește selectivitatea, ducând la scăderea cheltuielilor cu energia și va crește exploatare (Figura 2). O discuție mai detaliată a rolului (rolului) dopaminei în modularea administrării corticostriatale poate fi găsită în altă parte (Beeler, 2011). Această arhitectură duală oferă, așadar, o bază potențială pentru modularea cheltuielilor de energie de-a lungul celor două axe descrise: reglementarea activității generalizate (conservare-cheltuieli) pe de o parte și, pe de altă parte, reglarea gradului în care învățarea prealabilă despre recompensă este exploatat, axele explorare-exploatare.

 

Figura 2. Rolul modulației direcționale și indirecte a traiectoriei corticostriatale în reglarea cheltuielilor cu energia. Striatul modulează procesarea corticală prin bucle corticostriatale-thalamocortice prin gangia bazală prin două căi, directă, nigrostriatală (GO) și indirectă, striatopallidă ("NOGO"), exprimând predominant receptorii dopaminei D1 și D2. Acționând pe D1 în calea GO (cutii roșii tonifiate), dopamina dezinhibă activitatea de facilitare a corticostriatului, în timp ce activarea dopaminei de D2 inhibă calea NOGO (cutii tonifiate albastru), facilitând de asemenea activitatea prin atenuarea influenței inhibitorii indirectului. Dimpotrivă, scăderea diminuării dopaminei diminuează D1 mediată de calea GO și inhibarea D2 mediată de calea NOGO, ambele servind la limitarea vitezei de administrare corticostriatală. Aceste efecte de dopamină sunt reprezentate de săgeți verzi pentru căile GO, ceea ce indică facilitarea deplasării corticostriatale și a săgeților de oprire roșie pentru calea NOGO care indică inhibarea tranzitului corticostriatal. Consecințele creșterii și diminuării dopaminei asupra cheltuielilor și distribuției energiei sunt prezentate mai jos, cele două axe (conserve-expend și explore-exploit) se prăbușesc pe o scară unică de utilizare restrictivă a energiei (cheltuieli constrânse concentrate pe exploatarea informațiilor despre recompense) versus cheltuielile extinse de energie (cheltuieli mari distribuite liber activităților comportamentale, adică explorare), unde utilizarea energiei restrictive este reprezentată de utilizarea energiei albastre și expansive de către roșu.

Dopamina și diversele sale obiective: Orchestrarea sau evoluția Bric-a-Brac?

În secțiunea anterioară, ne concentrăm asupra acțiunilor de dopamină în striatum, interpretate pe scară largă ca un substrat primar pentru învățarea armăturii și implicate atât în ​​motivație, cât și în controlul motorului. Dopamina, totuși, se proiectează pe larg în creier, cu proiecții importante, de exemplu, la cortexul prefrontal. Mai mult decât atât, pe lângă căile nigrostriatale și mesoaccumbens studiate pe scară largă, care se proiectează la striatul dorsal și ventral și asociate cu controlul motorului și obiceiul și motivația, există nuclei de dopamină mult mai puțin studiați, inclusiv cei asociați cu hipotalamus, poate (sau nu poate) să contribuie la gestionarea energiei în moduri potențial diferite. Dezvoltarea unei ipoteze de gestionare a dopaminei și a energiei presupune întrebarea modului în care modularea dopaminei în diferite obiective poate contribui la gestionarea coordonată a energiei. În acest moment, nu putem specula în mod rezonabil această chestiune.

Reflectând asupra acestei întrebări, totuși, provoca întrebarea dacă există într-adevăr o „funcție” dominantă a dopaminei? Sau dopamina a dobândit diferite funcții, fără legătură, astfel încât noțiunea de a găsi funcția „dopamină” a dopaminei reprezintă o misiune a prostului: poate funcțiile dopaminei pe care le observăm astăzi au evoluat ca patchwork, bric-a-brac evolutiv, o colecție oportunistă de adaptări fortuite. . Din literatură, se simte că mulți cred acolo is o functie generala, generala a dopaminei, cel mai frecvent, procesarea "recompensarii", intr-o forma sau alta. Nu pare nerezonabil să credem că, pe măsură ce funcția neurotransmițătorului elaborează și transformă evoluția, aceste elaborări apar ca variații pe o temă, o îmbunătățire suplimentară a unei funcții care deja a conferit aptitudine adaptivă. Chiar dacă o astfel de noțiune se dovedește în cele din urmă falsă, căutarea unui "fir comun" între funcțiile aparent diferite, fără legătură, poate oferi o perspectivă mai aprofundată asupra modului în care aceste funcții aparent disparate interacționează pentru a contribui la adaptarea comportamentală. "Răsplata de mediere", atât de largă și ambiguă, a servit ca numitor comun în majoritatea literaturii și a dat rezultate bogate. Aici vă sugerăm o funcție alternativă, de bază, de gestionare a energiei.

Revenind la întrebarea cum ar putea contribui acțiunea dopaminei la diferite substraturi neuronale la managementul energiei, putem doar să reflectăm întrebarea din perspectiva ipotezei noastre. Gestionarea energiei reprezintă un proces biologic fundamental, la fel ca reproducerea, creșterea și reacția la stres și necesită coordonat activitatea pe mai multe substraturi ca răspuns la condițiile externe, într-un mod care recompensează, un eveniment din lumea externă, poate nu. Această orchestrare coordonată a mai multor substraturi către un singur scop sau scop este caracteristică hormonilor, cum ar fi hormonii de reproducere sau de stres. Având în vedere proiecțiile și acțiunile difuze ale dopaminei asupra mai multor ținte, este tentant să ne gândim că dopamina ar fi putut evolua o funcție asemănătoare hormonilor pentru a coordona mai multe substraturi neuronale și pentru a orchestra un comportament adaptat optim mediului energetic predominant în care se află organismul. Deși, desigur, larg și speculativ (dar vezi Ugrumov și colab., 2012), este interesant să întrebăm modul în care modularea dopaminei în striatumul dorsal față de striatum ventral sau în cortexul prefrontal față de hipotalamus ar putea reprezenta coordonarea diverselor substraturi neurale cu funcții disparate față de un singur scop, adaptarea comportamentului la energie mediul in care organismul trebuie sa isi desfasoare supravietuirea.

Dopamina și obezitatea: o perspectivă alternativă

În ultimii ani sa accentuat în mod deosebit rolul dopaminei în obezitate, cu mai multe lucrări de profil înalt asemănător consumului de alcool la o dependență alimentară (Volkow și înțelept, 2005; Trinko și colab., 2007; Avena și colab., 2008; Corwin și Grigson, 2009; Dagher, 2009; Davis și Carter, 2009; Ifland și colab., 2009; Pelchat, 2009; Johnson și Kenny, 2010; Volkow și colab., 2010). Aceste teorii se concentrează asupra rolului dopaminei în medierea proceselor de recompensă, sugerând că în culturile occidentale moderne, în care sunt ușor disponibile alimente gustoase, aceste alimente gustoase acționează în mod similar cu medicamentele de abuz și determină creșterea dorinței care duce la pierderea controlului asupra consumului, în ciuda, ca un dependent, a intențiilor individuale de a reduce consumul caloric (Berridge și colab., 2010; Berthoud și colab., 2011). Există două situații opuse (Davis și colab., 2007; Davis și Carter, 2009). In primul, a crescut funcția dopaminergică care rezultă din amplificarea escaladării asociată alimentelor gustoase conduce la o motivație sporită care depășește controlul homeostatic normal (Finlayson și colab., 2007; Zheng și colab., 2009; Avena și Bocarsly, 2011). În esență, pierdem controlul în fața unei mâncăruri cu adevărat gustoase, un efect considerat a fi mediat de supraactivarea persistentă a dopaminei. În schimb, a fost propusă o ipoteză de "recompensă-deficiență" în care a deficit în funcția de dopamină are ca rezultat semnalizarea diminuată a recompensării care generează un consum excesiv în timp ce persoana sau animalul încearcă să "umple vidul de recompensă" (Wang și colab., 2004; Geiger și colab., 2009; Kenny, 2010).

În ipoteza actuală, ne propunem că dopamina crescută facilitează o mai mare cheltuială și explorare a energiei, mai puțin influențarea alegerii comportamentale prin recompensă, favorizând stocarea mai redusă a energiei și oferind protecție împotriva obezității, în concordanță cu efectele bine-cunoscute ale psihostimulantelor în inducerea pierderii în greutate (Vanina și colab., 2002; Leddy și colab., 2004). Dimpotrivă, scăderea dopaminei induce conservarea și exploatarea energiei, adică o mai mare influențare a comportamentului prin recompensă. În acest caz, consumul și stocarea energiei sunt favorizate, rezultând o supraalimentare și creșterea în greutate. În mod deosebit, spre deosebire de psihostimulante, antipsihoticele care antagonizează dopamina (în principal D2) au fost în mod constant asociate cu creșterea în greutate de zeci de ani (Allison și Casey, 2001; Vanina și colab., 2002), deși mecanismele exacte rămân incerte.

Leptina, insulina și dopamina: reconcilierea resurselor și a cheltuielilor

Observațiile asupra funcției reduse a dopaminei în obezitate, în special expresia redusă a receptorilor D2, a generat ipoteza privind deficiența de recompensă (Blum și colab., 2000, 2011) în care supra-consumul este condus de o încercare de a compensa semnalul de recompensă redus. În ipoteza propusă aici, am reinterpreta aceste date. Atunci când funcția dopaminei este redusă, aceasta favorizează conservarea și exploatarea energiei informațiilor de recompensă: adică "consumați și mutați cât mai puțin posibil", o rețetă evidentă a obezității.

Motivația de disociere: necesitatea fără a "vrea"

Zeci de ani de muncă elegantă au demonstrat fără îndoială că hormonii circulanți care semnalizează aprovizionarea cu energie, în special insulina și leptina, contribuie la reglarea consumului și a greutății corporale prin acțiuni asupra sistemului nervos central [a se vedea Figlewicz și Sipols, 2010 pentru o examinare excelentă]. În concordanță cu rolul său în medierea echilibrului energetic homeostatic, leptina și insulina acționează asupra unor ținte multiple în hipotalamusul implicat în reglarea hrănirii, incluzând NPY, POMC, α-MSH și AgRP (Figlewicz și Sipols, 2010). Aceste observații sunt în concordanță cu teoriile de reducere a mișcării de motivare în care deficitul energetic sau excedentul promovează sau inhibă consumul.

Creșterea dramatică a obezității în ultimii ani (Ford și Mokdad, 2008), ridică totuși întrebarea de ce aceste mecanisme homeostatice se pare că nu reușesc. Se crede că sistemele de dopamină midbrain care mediază motivația motivantă care provine din valoarea de recompensă asociată cu stimuli (inclusiv alimente) și nu de starea de necesitate - mediază această eșec homeostatic prin promovarea așa-numitei hrană non-homeostatice sau hedoniceSaper și colab., 2002; Zheng și Berthoud, 2007; Lutter și Nestler, 2009; Zheng și colab., 2009; Berthoud și colab., 2011). Dovezi considerabile sugerează că atât leptina, cât și insulina pot modula funcția dopaminei midbrain (Krügel și colab., 2003; Fulton și colab., 2006; Hommel și colab., 2006; Roseberry și colab., 2007; Leinninger și colab., 2009) și să modifice urmărirea și consumul alimentar (Sipols și colab., 2000; Figlewicz și colab., 2001, 2004, 2008, 2006; Hommel și colab., 2006; Morton și colab., 2009; Davis și colab., 2010b).

În opinia dominantă, o mare parte a datelor pare să sugereze că atât insulina, cât și leptina scad funcția dopaminei, scăzând, la rândul său, urmărirea stimulată de stimulare și consumul de alimente. În esență, leptina și insulina, prin semnalizarea energiei adecvate, reprezintă un semnal funcțional de sațietate care diminuează răsplata asociată cu alimentele (Morton și colab., 2009; Davis și colab., 2010b; Figlewicz și Sipols, 2010; Opland și colab., 2010; Vucetic și Reyes, 2010). În schimb, atunci când energia este scăzută, leptina și declinul insulinei, dezinhibarea dopaminei și promovarea intensificării stimulentelor / recompenselor în căutarea alimentelor. Această idee generală este în concordanță cu datele care demonstrează că creșterea leptinei și a insulinei reduce comportamentul bazat pe recompensă (Carr și colab., 2000; Fulton și colab., 2000; Sipols și colab., 2000; Figlewicz și colab., 2004, 2006, 2007; Hommel și colab., 2006; Farooqi și colab., 2007; Rosenbaum și colab., 2008; Morton și colab., 2009) și, invers, că restricția de alimente, asociată cu scăderea leptinei / insulinei (Havel, 2000), sporește comportamentul bazat pe recompense (Carroll și Meisch, 1980; Carr, 2007, 2011; Davis și colab., 2010a). Pe scurt, prin reglarea în sus și în jos a funcției dopaminei, leptina și insulina modulează stimularea asociată cu alimentele și, eventual, sensibilitatea la răsplată (Morton și colab., 2006; Davis și colab., 2010a). Deși acest raport al leptinei și dopaminei este intuitiv, povestea poate fi totuși mai complexă (Palmiter, 2007).

În contextul obezității, relația dintre leptină / insulină, dopamină și comportamentul de recompensă este paradoxală și nu se conformează ideii expuse. În primul rând, mai degrabă decât creșterea preconizată a semnalizării leptinei / insulinei proporțională cu aportul caloric crescut și adipozitatea, obezitatea a fost asociată cu sensibilitate redusă la leptină / insulină (Arase și colab., 1988; Lin și colab., 2001; Wang și colab., 2001b; Myers, 2004; Figlewicz și colab., 2006; Enriori și colab., 2007; Davis și colab., 2010a; Figlewicz și Sipols, 2010; Koek și colab., 2012). În al doilea rând, în timp ce ne-am putea aștepta ca această scădere observată a sensibilității la leptină / insulină să ducă la o creștere a funcției dopaminei, analog cu reducerea semnalelor de leptină / insulină în restricțiile alimentare, majoritatea studiilor scăzut dopamină în obezitate (Di Chiara și colab., 1998; Wang și colab., 2001a; Davis și colab., 2008; Geiger și colab., 2008, 2009; Li și colab., 2009; Vucetic și Reyes, 2010). În cele din urmă, s-ar putea aștepta ca funcția dopaminergică redusă să conducă la scăderea consumului, așa cum sugerează dovezile citate mai sus. În schimb, dopamina redusă și hiperfagia apar simultan. În obezitate, lanțul de recompensă leptină / insulină -> dopamină -> este inversat la fiecare etapă.

Primele două inversiuni evidențiază o distincție critică între balanța energetică pozitivă și cea cronică. Sensibilitatea redusă la leptină / insulină este considerată a fi o consecință cronic echilibru energetic pozitiv, conducând la obezitate și tulburări metabolice și reprezentând o adaptare patologică. Reducerea paradoxală a funcției dopaminei asociată cu obezitatea, în ciuda sensibilității scăzute la leptină / insulină, este probabil și o adaptare (patologică), așa cum se propune adesea în teorii asemănătoare cu obezitatea față de dependență (Volkow și înțelept, 2005; Trinko și colab., 2007; Avena și colab., 2009; Lutter și Nestler, 2009; Avena și Bocarsly, 2011). Acest lucru complică sever ancheta, deoarece înseamnă că pentru fiecare observare a unei relații între consumul de energie, leptină / insulină și dopamină trebuie să ne întrebăm "această observație reflectă o funcție normală sau o adaptare patologică?" Această situație crește riscul de a face inferențe inadecvate ale normalului funcția din condiții patologice și viceversa, o problemă abordată mai jos (secțiunea de obezitate indusă de colivie).

A treia inversiune - că scăderea funcției dopaminei asociată cu obezitatea promovează mai degrabă decât inhibă consumul - contrazice superficial întreaga noțiune că dopamina mărește valoarea stimulativă. Totuși, acest lucru poate reflecta complexitatea substraturilor neuronale care controlează consumul. În special, motivația redusă a stimulentelor și hiperfagia pot coexista. Davis și colab. (Davis și colab., 2010b) au furnizat recent date care sugerează că leptina modulează dopamina prin două mecanisme: semnalizarea directă prin receptorii leptinei de pe celulele dopaminei din creier și indirect prin leptina care exprimă neuronul în hipotalamusul lateral pentru a modula activitatea celulelor dopaminei. Ei sugerează că acțiunile leptinei asupra LH reglează motivația homeostatică, în timp ce acțiunile sale asupra dopaminei midbrain reglează răspunsul efort. Deși aceste două mecanisme funcționează în mod concertat, ele se pot disocia astfel încât consumul și dorința de a lucra pentru alimente nu sunt corelate (de exemplu, Greenwood și colab., 1974; Salamone și colab., 1991; Baldo și colab., 2002; Davis și colab., 2010b; Rasmussen și colab., 2010). Dacă alimentația non-homeostatică este efortul de a obține alimente "dorite" - în absența nevoii (Berridge și colab., 2010), adaptarea patologică a leptinei / insulinei / dopaminei la obezitate poate să reflecte opusul: o nevoie percepută de a consuma alimente fără eforturi excesive, care au nevoie fără "dorință".

Homeostazia dopaminei și energiei: o perspectivă centrată pe cheltuieli

Această lucrare descrisă mai sus se concentrează aproape exclusiv pe consum, partea de alimentare a balanței energetice. Leptin, deși investigat mai puțin sistematic, joacă, de asemenea, un rol în reglementarea cheltuielilor cu energia (Pelleymounter și colab., 1995; Williams și colab., 2001; Elmquist și colab., 2005; Ludwig și colab., 2005; van de Wall și colab., 2008; Leinninger și colab., 2011; Ribeiro și colab., 2011). Cu toate acestea, în ciuda rolului binecunoscut al dopaminei în activitatea de reglare, se știe puțin despre modul în care interacțiunile dintre leptină, insulină și dopamină modulează activitatea și consumul de energie. Din perspectiva cheltuielilor de energie, ne-am putea aștepta ca leptina / insulina, semnalizând disponibilitatea energiei, să sporească cheltuielile de energie și să crească activitatea (Ribeiro și colab., 2011) - "dacă îl ai, folosește-l" - ceea ce nu este în concordanță cu observațiile că leptina scade funcția dopaminei. Cu toate acestea, lucrările recente (Leinninger și colab., 2009; Opland și colab., 2010) sugerează că relația dintre leptină și dopamină nu poate fi simplă și unidirecțională. Leinninger și colegii sugerează că leptina acționează asupra LH creșteri dopamină (Leinninger și colab., 2009) în timp ce activarea receptorilor de leptină asupra celulelor dopamine scade funcția dopaminei (Hommel și colab., 2006; Figlewicz și Benoit, 2009). Leshan și colab. (2010) sugerează că celulele dopaminice care exprimă receptorii leptinei reprezintă o subpopulație mică (~ 10%) care proiectează aproape exclusiv nucleul central al amigdalei. Atunci când leptina crește de la un surplus de energie, atunci, efectul său primar asupra dopaminei, prin intermediul LH, ar putea fi creşte dopamina și sporesc activitatea și cheltuielile cu energia, așa cum au observat Ribeiro și colleauges (Ribeiro și colab., 2011): energia este disponibilă, folosiți-o. Celulele dopaminice și proiecția care exprimă direct receptorii leptinei pot juca un rol diferit în apetitul învăţare- asociat cu CeN (Olanda și Gallagher, 1993; Parkinson și colab., 2000; Connor și colab., 2001; Baxter și Murray, 2002; Lee și colab., 2005; Paton și colab., 2006; El-Amamy și Olanda, 2007) - o idee intrigantă dincolo de sfera discuției actuale. În ipoteza propusă aici, această creștere mediată de leptină în dopamină nu îmbunătățește recompensa, ci schimbă regulamentul activității către cheltuieli mai mari și explorări mai mari. Explorarea mai mare are drept rezultat o reducere aparentă a sensibilității / stimulului de recompensă, așa cum este comportamentul mai puțin părtinitoare prin recompensă, deși important, încă motivați.

Viziunea centrată pe recompensă a dopaminei plasează reglarea în sus sau în jos a recompensei și a motivației de stimulare ca contribuție principală a dopaminei la homeostazia energetică și obezitate. Ipoteza actuală se concentrează pe rolul dopaminei asupra cheltuielilor de energie și sugerează că energia disponibilă crește în mod normal dopamina, ducând la creșterea activității și explorării, unde impactul recompensei asupra alegerii comportamentale este de fapt redus. În schimb, consumul redus de energie ar scădea dopamina, rezultând în conservarea energiei și exploatarea informațiilor de recompensă, crescând impactul recompensei asupra comportamentului. Acesta din urmă este în concordanță cu observațiile adesea citate pentru a susține ipoteza "deficienței de recompensă", dar aici interpretăm aceste date ca fiind o "recompensă a exploata excesul". Această ipoteză ar sugera că aportul caloric mare ar trebui să mărească dopamina și, împotriva obezității. Acest mecanism putativ, cu toate acestea, nu pare mai eficient decât mecanismele homeostatice în prevenirea obezității în mediul nostru actual. De ce?

Diminuarea cheltuielilor cu energia: Obezitatea indusă de celula și de colivie

Această ipoteză ar prevedea că o sursă de energie gata, așa cum se întâmplă în societățile occidentale moderne, ar spori dopamina și ar facilita cheltuielile cu energia, furnizând protecţie împotriva obezității. Critic, acest efect depinde de Oportunitate să cheltuiți energia. Diete induse de obezitate (DIO) la rozătoarele hrănite cu diete bogate în grăsimi și calorii sunt un model predominant de obezitate indusă de mediul înconjurător. Deși sunt interpretate pe scară largă ca un model de medii obezogenice, rozătoarele pe aceste diete nu devin în mod obișnuit obezi, prezentând grade de rezistență care variază între tulpini (Brownlow și colab., 1996; Funkat și colab., 2004; Novak și colab., 2010) și între indivizi, baza pentru creșterea selectivă a rozătoarelor sensibile și rezistente la obezitate (Levin, 2010). Evaluarea rolului efectelor mediate de dopamină asupra cheltuielilor cu energia în DIO este dificilă, deoarece întrebarea nu a fost investigată direct.

Deși sa demonstrat că roata de rulare protejează împotriva DIO în mai multe modele de obezitate (Zachwieja și colab., 1997; Levin și Dunn-Meynell, 2004; Bi, 2005; Moran și Bi, 2006b; Patterson și colab., 2008, 2009; Meek și colab., 2010; Novak și colab., 2010), măsura în care o astfel de activitate voluntară de protecție este modulată de dopamină nu a fost examinată direct în aceste studii. Obezitatea la șobolanii OLEF arată o obezitate foarte scăzută atunci când sunt prevăzute roțile de rulare (Bi, 2005). Interesant este faptul că modelarea meselor acestor șobolani, comparativ cu controalele, este analogă cu ceea ce observăm cu șoarecii DAT: consumă mâncăruri mai mari dar mai puțin, deși, spre deosebire de DAT, consumul lor net este ridicat (Moran și Bi, 2006a, p.1214, Figura 2). Șobolanii OLETF tineri, nediabetici prezintă o creștere a dopaminei extracelulare, în concordanță cu fenotipul de modelare a mesei DAT (Anderzhanova și colab., 2007). Cu toate acestea, la vârste avansate pre-diabetice și diabetice, ele arată o scădere dramatică a dopaminei (Anderzhanova și colab., 2007). O interpretare a acestor date este că nivelurile ridicate de dopamină la acești șobolani îi predispun la o aport mai mare de energie și dar în absența unor oportunități de exercitare voluntară, creșterea cheltuielilor cu energia este blocată, ducând la dezechilibru energetic, obezitate și tulburări metabolice.

Unele studii au demonstrat că dietele cu conținut ridicat de grăsimi / calorii diminuează funcția dopaminei, incluzând TH redusă, eliberarea stimulată a dopaminei redusă și expresia redusă a receptorului D2 (Geiger și colab., 2008, 2009). Cu toate acestea, dacă reducerea observată a funcției dopaminei apare ca o consecință directă a disponibilității crescute a energiei sau secundar altor fiziopatologii este neclară. În mod specific, dietele cu conținut ridicat de grăsimi / calorii au fost asociate cu leptină și / sau insensibilitate la insulină (Arase și colab., 1988; Lin și colab., 2001; Wang și colab., 2001b; Myers, 2004; Figlewicz și colab., 2006; Davis și colab., 2010a; Figlewicz și Sipols, 2010). Acest lucru face dificilă interpretarea modificărilor funcției dopaminei ca răspuns la DIO. De exemplu, deși funcția D2 redusă a fost raportată cu DIO, aceste observații apar în general după multe săptămâni de dietă bogată în grăsimi, introducând posibilitatea ca aceste modificări să apară secundar leptinei și insulinei crescute cronic și insensibilității ulterioare a leptinei / insulinei. Din păcate, această posibilitate este rareori abordată, iar nivelurile de insulină / leptină nu sunt raportate în mod tipic. Cu toate acestea, într-un studiu care a examinat expresia D2 și DAT după zilele 20 de hrănire și raportat nivelurile de insulină / leptină, autorii au observat o scădere a DAT și a creşte în D2 (Sud și Huang, 2007, A se vedea, de asemenea, Huang și colab., 2005), ambele în concordanță cu activitatea crescută. Într-un studiu mai recent, aceiași autori observă o creștere a funcției sistemului dopaminic atunci când șobolanii sunt trecuți de la chow la alimentarea cu energie înaltă (South și colab., 2012). Aceste date sugerează că inițială răspunsul la cantitatea mare de grăsimi și la creșterea disponibilității calorice este de creşte dopamină și creşte exprimarea receptorului dezinhibitor D2, care induce o activitate mai mare. Pentru a răspunde la întrebarea cum reacționează sistemul dopaminic la o cantitate abundentă de calorii disponibile, este esențială dezambiguarea inițială din cronic și să evalueze gradul în care sunt prezente adaptări patologice, cum ar fi insensibilitatea la leptină.

În ce măsură schimbările observate în sistemul de dopamină din cadrul DIO nu apar din dieta cu calorii înalte, ci din lipsa de exerciții fizice? Adică, în observațiile privind diminuarea funcției dopaminei asociate cu DIO, putem să ne întrebăm nu numai în ce măsură aceasta reflectă o adaptare patologică, dar și în ce măsură există o lipsă de oportunitate pentru cheltuieli voluntare de energie a contribui la această patologie? Dovezile sugerează că rularea roților poate modifica caracteristicile funcționale ale sistemului dopaminic (MacRae și colab., 1987; Sabol și colab., 1990; Hattori și colab., 1993, 1994; Wilson și Marsden, 1995; Liste și colab., 1997; Meeusen și colab., 1997; Foley și Fleshner, 2008; Greenwood și colab., 2011), incluzând dopamina extracelulară crescută, cifra de afaceri crescută, ARN mRNA crescut și modificările expresiei D2. Într-un studiu recent care a diferențiat între postsynaptic D2 și autoreceptori, autoreceptorii s-au dovedit a fi downregulated și postsynapticul D2 upregulat (Foley și Fleshner, 2008). Mai mult, activitatea voluntară poate atenua adaptarea patologică a semnelor de leptină și insulină care pot proteja, indirect, funcția dopaminei (Krawczewski Carhuatanta și colab., 2011). Astfel, exercițiul voluntar poate ameliora diminuarea funcției dopaminei observată în DIO, deși acest lucru nu a fost examinat în mod sistematic.

În ipoteza propusă aici, creșterea disponibilității energiei ar determina, prin intermediul unei reglementări susținute a activității comportamentale mediate de dopamină, creșterea explorării și a consumului de energie, permițând animalului să profite de o aprovizionare energetică abundentă și să protejeze împotriva obezității. În măsura în care paradigma DIO nu oferă o oportunitate pentru explorare și cheltuieli cu energia, prin îngrădirea rozătoarelor în cuști mici, cu puține ori fără niciun fel de noutate, stimulente sau oportunități de exercițiu, ea poate reflecta consecințele zădărnicirea consumul de energie în condiții de abundență energetică. Mulți au sugerat că stilul de viață sedentar caracteristic culturilor occidentale moderne poate contribui la obezitate la fel de mult sau mai mult decât dieta (Powell și Blair, 1994; Booth și colab., 2000; Hill și colab., 2003; Chakravarthy și Booth, 2004; Levin și Dunn-Meynell, 2004; Warburton și colab., 2006; Booth și Lees, 2007; Elder și Roberts, 2007; Hawley și Holloszy, 2009; Chaput și colab., 2011), făcând DIO extrem de relevant pentru înțelegerea obezității în societățile moderne. Cu toate acestea, dacă obezitatea indusă rezultă din creșterea consumului de energie calorică sau din lipsa unor oportunități semnificative de a consuma obezitatea cauzată de cușcă de energie - sau de "cubicul" - rămâne neclară. De asemenea, deși a sugerat pe larg că dopamina contribuie la DIO prin modularea motivației de recompensă și apetitului, contribuția sa potențială prin modularea cheltuielilor cu energia rămâne în mare parte neinvestigată și, în paradigma convențională a DIO, ascunsă.

Direcțiile viitoare: reformularea strategiilor de cercetare

Ipoteza de recompensă a dopaminei a dominat cercetarea și gândirea despre dopamină; experimentele sunt de obicei concepute în acest cadru conceptual. Ca o consecință, informațiile necesare pentru a evalua ipoteza propusă sunt mai des decât să nu lipsească. Frecvent, nivelurile de activitate sunt pur și simplu ignorate. Aceasta variază de la ancheta globală, în care există o înclinație profundă spre studierea comportamentului și a consumului apetit, cu o literatură învechită despre mecanismele care controlează cheltuielile voluntare de energie pentru experimente specifice, cum ar fi numeroase studii DIO în care activitatea nu este măsurată sau luată în considerare contează deloc [de exemplu, Geiger și colab., 2008, 2009]. Această subiectivă față de teoriile de recompensare se reflectă și în literatura de specialitate în care sunt elaborate pe larg căi elaborate și sofisticate care controlează ingerarea și / sau recompensarea, în timp ce o mapare comparabilă a mecanismelor și căilor care reglementează activitatea voluntară este practic inexistentă Garland și colab., 2011). Integrarea măsurilor de activitate sistematice și convenite trebuie să se integreze în mod obișnuit în studiile privind funcția dopaminei.

În al doilea rând, adaptarea este dependentă de mediul înconjurător. În prezent, marea majoritate a studiilor pe animale investighează în mod eficient o economie de energie: deficitul periodic și temporar al alimentelor care rezultă din restricționarea produselor alimentare pentru a motiva animalele. Nu numai că acest lucru nu reflectă gamă a condițiilor la care trebuie să se adapteze un animal, dar nu reflectă condiția primară despre care se crede că stă la baza creșterii obezității, care este un mediu al vieții, nu al deficitului. O abordare semi-naturalistă în colivie, așa cum este ilustrată de lucrarea noastră, precum și de altele (Hursh și colab., 1988; Chaney și Rowland, 2008) este esențială pentru obținerea unei imagini „complete” a funcției dopaminei. În astfel de paradigme ale cuștilor casnici, contingențele de mediu pot fi controlate de-a lungul diferitelor dimensiuni pe o perioadă susținută, fără a fi nevoie de deficite de energie induse artificial (adică restricție alimentară) sau introducerea orizonturilor temporale artificiale (sesiunea orară); adică comportamentul autoreglat al animalului ca răspuns la mediul său poate fi investigat mai complet.

În al treilea rând, aproape toate lucrările se concentrează asupra impactului dopaminei modificate asupra comportamentului, cu o mică examinare a modului în care interacțiunile comportamentale cu mediul și rezultatele ulterioare modifică sistemul dopaminei în sine. Aceste tipuri de studii sunt adesea provocatoare, după cum reiese din literatura de specialitate despre modul în care stresul modifică funcția dopaminei. Cu toate acestea, ele par critice pentru a înțelege pe deplin funcția adaptivă a dopaminei. Are un mediu susținut de o multime sau de deficit în reglarea funcției dopaminei? Deși întrebarea poate fi critică, nu există un răspuns clar și convingător până acum și întrebarea este rar întrebată.

Concluzii: o vedere mai largă

Aici dezvoltăm o ipoteză largă a funcției dopaminei care sugerează că numeroasele funcții aparente ale dopaminei pot fi înțelese colectiv ca mecanisme prin care cheltuielile de energie sunt adaptate economiei energetice în care se găsește animalul: un substrat pentru reconcilierea urmăririi recompensei resurse. Am elaborat mai întâi această ipoteză în termeni teoretici care încearcă să integreze diferitele puncte de vedere ale funcției dopaminei într-un cadru mai larg de gestionare a energiei. Apoi am aplicat acest cadru pentru a re-interpreta ideile și datele din domeniul în creștere al dopaminei și al obezității. Propunem noua ipoteză că dopamina, favorizând cheltuielile cu energia, ar fi, în mod normal, protectivă împotriva obezității, dar că stilurile de viață sedentare ale societății moderne împiedică acest proces de protecție și induc adaptările patologice care contribuie mai degrabă decât protecția împotriva obezității. Deși dincolo de sfera discuției actuale, credem că cadrul desenat aici, în contextul unor accidente vasculare cerebrale, poate fi aplicat fructuos și în alte domenii de cercetare în dopamină, incluzând tulburarea de hiperactivitate cu deficit de atenție și dependența, generând perspective noi și ipoteze testabile.

Răsplata - legătura dintre evenimentele externe și stimuli pentru nevoile interne - reprezintă în mod clar o funcție critică dintr-un punct de vedere evolutiv, adaptiv. Cu toate acestea, recompensa și valoarea sunt în mod fundamental relative. Care este măsura în care rata de recompensă este modulată? Aici sugerăm că sistemul de dopamină, la rădăcina sa, sa adresat unei funcții și mai fundamentale decât recompensa: utilizarea optimă a resurselor energetice, inima supraviețuirii adaptative și, literalmente, o chestiune de viață sau de moarte.

Declarația privind conflictul de interese

Autorii declară că cercetarea a fost efectuată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.

recunoasteri

Această lucrare a fost susținută de NIDA R01DA25875 (Jeff A. Beeler), F31DA026802 (Cristianne RM Frazier), R01GM100768 (Xiaoxi Zhuang) și R56DK088515 (Xiaoxi Zhuang). Dorim să le mulțumim recenzorilor pentru comentariile lor riguroase și inspirate care au îmbunătățit substanțial manuscrisul final.

Referinte

Editat de:

John J. Foxe, Colegiul de Medicină Albert Einstein, SUA

Revizuite de:

Thomas A. Stalnaker, Universitatea din Maryland, Scoala de Medicina din Baltimore, SUA
John D. Salamone, Universitatea din Connecticut, Statele Unite ale Americii