Systém dlhodobého odmeňovania mozgu je založený na dopamíne
Augusta 5, 2013
Brett Smith pre redOrbit.com - Váš Universe Online
Dlhodobé ciele sú často náročné na to, aby sme sa sústredili na to, kedy sa z jazdy po celej krajine až po maturitu z vysokej školy nedostane okamžitá odmena.
Tím vedcov z University of Washington v Seattli a MIT nedávno objavil nové detaily o tom, ako je mozog schopný sústrediť sa, kým sa tieto dlhodobé ciele nedosiahnu, podľa správy v časopise Nature.
Výskum spoločného tímu nadväzuje na predchádzajúce štúdie, ktoré spojili neurotransmiter dopamín s systémom odmeňovania mozgu. Zatiaľ čo väčšina predchádzajúcich štúdií sa týkala pozorovania dopamínu, čo sa týka okamžitej odmeny, nová štúdia zistila, že zvýšenie hladiny dopamínu, keďže laboratórne potkany sa po oneskorenom uspokojení priblížili k očakávanej odmene.
Na meranie hladín dopamínu v mozgoch potkanov, tím použil systém vyvinutý UW behaviorálnym vedcom Paulom Phillipsom, ktorý nazval cyklickú voltametriu s rýchlym skenovaním (FSCV), ktorá zahŕňa malé, implantované elektródy, ktoré kontinuálne zaznamenávajú koncentráciu dopamínu hľadaním jeho elektrochemického podpisu.
„Prispôsobili sme metódu FSCV tak, že sme mohli merať dopamín až na štyroch rôznych miestach v mozgu súčasne, keďže zvieratá sa voľne pohybovali v bludisku,“ povedal spoluautor Mark Howe, v súčasnosti post-doktorandský neurobiológ na Northwestern University. "Každá sonda meria koncentráciu extracelulárneho dopamínu v malom objeme mozgového tkaniva a pravdepodobne odráža aktivitu tisícov nervových zakončení."
Vedci začali trénovaním potkanov nájsť cestu cez bludisko pri hľadaní odmeny. Počas každého potkana, ktorý prechádza bludiskom, zaznie tón, ktorý ho nasmeruje, aby odbočil doprava alebo doľava na križovatke za účelom získania odmeny čokoládového mlieka.
Výskumný tím povedal, že očakávajú, že pulzy dopamínu budú uvoľňované mozgom potkanov v pravidelných intervaloch počas pokusov. Zistili však, že hladiny neurotransmitera počas experimentu neustále stúpali - kulminovali v špičkovej hladine, keď sa hlodavec priblížil k svojej odmene. Zatiaľ čo správanie potkanov počas každého pokusu sa líšilo, ich hladiny dopamínu sa spoľahlivo zvýšili napriek rýchlosti jazdy alebo pravdepodobnosti odmeny.
„Namiesto toho sa zdá, že signál dopamínu odráža, ako ďaleko je potkan od svojho cieľa,“ povedala Ann Graybiel, ktorá prevádzkuje laboratórium na výskum mozgu na MIT. „Čím bližšie sa dostane, tým silnejší sa signál stáva.“
Tím tiež zistil, že veľkosť dopamínového signálu bola spojená s veľkosťou očakávanej odmeny. Keď boli potkany podmienené očakávaním väčšieho porcie čokoládového mlieka, ich hladiny dopamínu stúpli rýchlejšie na vyšší vrchol.
Výskumníci experimentu rozšírili tým, že rozšírili bludisko na komplexnejší tvar, ktorý spôsobil, že potkany bežali ďalej a robili ďalšie obraty, aby dosiahli cenu. Počas týchto dlhších pokusov sa dopamínový signál zvyšoval postupne, ale nakoniec dosiahol rovnakú úroveň ako v predchádzajúcom bludisku.
"Je to, ako keby si zviera prispôsobovalo svoje očakávania a vedelo, že má ísť ďalej," povedal Graybiel.
Navrhla, aby budúce štúdie skúmali tento istý jav u ľudí.
„Bol by som šokovaný, keby sa niečo podobné nedialo v našom vlastnom mozgu,“ povedal Graybiel.
Výskum ukazuje, ako mozog drží oči na cenu
Po, 08. 05. 2013 - 10:15 hod
Inštitút McGovern pre výskum mozgu
"Už tam budeme?"
Ako každý, kto cestoval s malými deťmi, vie, že zachovanie zamerania na vzdialené ciele môže byť výzvou. Nová štúdia z Massachusetts Institute of Technology (MIT) naznačuje, ako mozog dosahuje túto úlohu, a naznačuje, že neurotransmiter dopamín môže signalizovať hodnotu dlhodobých odmien. Zistenia môžu tiež vysvetliť, prečo pacienti s Parkinsonovou chorobou - v ktorých je porucha dopamínovej signalizácie narušená - majú často problémy s udržaním motivácie dokončiť úlohy.
Práca je opísaná v Prírode.
Predchádzajúce štúdie spojili dopamín s odmenami a ukázali, že dopamínové neuróny vykazujú krátke záblesky aktivity, keď zvieratá dostávajú neočakávanú odmenu. Predpokladá sa, že tieto dopamínové signály sú dôležité pre posilnenie učenia, procesu, ktorým sa zviera učí vykonávať činnosti, ktoré vedú k odmene.
Dlhý pohľad
Vo väčšine štúdií bola táto odmena doručená v priebehu niekoľkých sekúnd. V reálnom živote však nie je uspokojenie vždy bezprostredné: Zvieratá musia často cestovať za potravou a musia udržiavať motiváciu pre vzdialený cieľ a zároveň reagovať na bezprostrednejšie podnety. To isté platí pre ľudí: Vodič na dlhej ceste musí zostať zameraný na dosiahnutie konečného cieľa a zároveň reagovať na dopravu, zastaviť na občerstvenie a zábavné deti na zadnom sedadle.
Tím MIT, vedený profesorom Inštitútu Ann Ann Graybiel, ktorý je tiež vyšetrovateľkou v MIT McGovern Institute for Brain Research, sa rozhodol preštudovať, ako sa dopamín mení počas úlohy bludiska, ktorá približuje prácu pre oneskorené uspokojenie. Výskumníci vyškolili potkany, aby sa dostali do bludiska, aby dosiahli odmenu. Počas každého pokusu by potkan počul tón, ktorý by ho upozornil, aby odbočil doprava alebo doľava na križovatke, aby našiel odmenu v čokoládovom mlieku.
Namiesto merania aktivity neurónov obsahujúcich dopamín chceli výskumníci MIT merať, koľko dopamínu bolo uvoľnené v striate, mozgovej štruktúre, o ktorej je známe, že je dôležitá pri posilňovaní učenia. Spojili sa s Paulom Phillipsom z Univ. Washington, ktorý vyvinul technológiu nazývanú fast-scan cyklická voltametria (FSCV), v ktorej malé, implantované elektródy z uhlíkových vlákien umožňujú kontinuálne meranie koncentrácie dopamínu na základe jeho elektrochemického odtlačku prsta.
„Prispôsobili sme metódu FSCV tak, aby sme mohli merať dopamín až na štyroch rôznych miestach v mozgu súčasne, keďže zvieratá sa voľne pohybovali v bludisku,“ vysvetľuje prvý autor Mark Howe, bývalý postgraduálny študent s Graybielom, ktorý je v súčasnosti postdoc. Oddelenie neurobiológie v severozápadnom Univ. "Každá sonda meria koncentráciu extracelulárneho dopamínu v malom objeme mozgového tkaniva a pravdepodobne odráža aktivitu tisícov nervových zakončení."
Postupné zvyšovanie dopamínu
Výskumníci z predchádzajúcej práce očakávali, že uvidia pulzy dopamínu uvoľnené v rôznych časoch v skúške, „ale v skutočnosti sme našli niečo oveľa prekvapivejšie,“ hovorí Graybiel: Úroveň dopamínu sa počas každého pokusu neustále zvyšovala, pričom vrcholil ako vrchol. zviera sa priblížilo k svojmu cieľu - akoby v očakávaní odmeny.
Chovanie potkanov sa líšilo od pokusu k súdu - niektoré boli rýchlejšie ako iné a niekedy sa zvieratá krátko zastavili - ale dopamínový signál sa nelíšil s rýchlosťou behu alebo trvaním pokusu. Nezáležalo ani na pravdepodobnosti získania odmeny, čo bolo navrhnuté v predchádzajúcich štúdiách.
„Namiesto toho sa zdá, že signál dopamínu odráža, ako ďaleko je potkan od svojho cieľa,“ vysvetľuje Graybiel. „Čím bližšie sa dostane, tým silnejší signál sa stane.“ Výskumníci tiež zistili, že veľkosť signálu súvisí s veľkosťou očakávanej odmeny: Keď boli potkany vyškolené, aby predvídali väčší dúšok čokoládového mlieka, signál dopamínového signálu vzrástol. strmšie k vyššej konečnej koncentrácii.
V niektorých pokusoch sa bludisko v tvare písmena T rozšírilo na zložitejší tvar, ktorý vyžaduje, aby zvieratá bežali ďalej a robili ďalšie odbočky pred dosiahnutím odmeny. Počas týchto pokusov sa dopamínový signál postupne zvyšoval, prípadne dosiahol rovnakú úroveň ako v kratšom bludisku. "Je to, akoby zviera prispôsobovalo svoje očakávania, pretože vedelo, že to má ísť ďalej," hovorí Graybiel.
„Vnútorný poradenský systém“ \ t
„To znamená, že hladiny dopamínu by sa mohli použiť na pomoc zvieratám pri rozhodovaní na ceste k cieľu a na odhadnutie vzdialenosti k cieľu,“ hovorí Terrence Sejnowski z Inštitútu Salk Institute, počítačového neurológa, ktorý je oboznámený so zisteniami, ale kto nebol zapojený do štúdie. „Tento„ vnútorný poradenský systém “by mohol byť užitočný aj pre ľudí, ktorí tiež musia robiť rozhodnutia na ceste k tomu, čo môže byť vzdialený cieľ.“
Jedna otázka, ktorú Graybiel dúfa, že v budúcnosti bude skúmať, je, ako signál vzniká v mozgu. Potkany a iné zvieratá tvoria kognitívne mapy svojho priestorového prostredia s takzvanými „miestnymi bunkami“, ktoré sú aktívne, keď sa zviera nachádza na určitom mieste. „Keďže naši potkany opakovane spúšťajú bludisko,“ hovorí, „máme podozrenie, že sa naučia spájať každý bod v bludisku s jeho vzdialenosťou od odmeny, ktorú zažili na predchádzajúcich kolách.“
Čo sa týka relevantnosti tohto výskumu pre ľudí, Graybiel hovorí: „Bol by som šokovaný, keby sa niečo podobné nedialo v našich vlastných mozgoch.“ Je známe, že pacienti s Parkinsonovou chorobou, u ktorých je porucha dopamínovej signalizácie narušená, sa často zdajú byť apatické, a majú problémy s udržaním motivácie dokončiť dlhú úlohu. "Možno je to preto, že nedokážu produkovať tento pomaly sa šíriaci dopamínový signál," hovorí Graybiel.
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology
;
