Signalsubstansen dopamin gör sitt arbete genom en form av omedvetet lärande
av Kelly Crowe, CBC News
Postat: 2 januari 2013 10:33 ET
Neurovetenskap är det nya svarta, när det kommer till mode inom vetenskaplig forskning.
"Genen var den centrala frågan inom biologin under 20-talet", sa nobelpristagaren Dr Eric Kandel, neuroforskare vid Columbia University i en intervju i Toronto nyligen. "Sinnet är den väsentliga frågan för biologi på 21-talet."
"Och absolut om du tänker på folkhälsokonsekvenser, sjukdomar, smärta, schizofreni, depression, manodepressiv störning, posttraumatisk stressyndrom, gud vet vad, så många elände för mänskligheten kommer från psykiatriska och neurologiska störningar," tillade Kandel.
Tillbaka på 1960-talet, när Kandel började sitt Nobelprisbelönta arbete med att leta efter den biologiska minneskällan, var neurovetenskap ett ensamt område. ”Det intresserade inte många biologer. Anatomin ansågs vara tråkig, och elektrofysiologin var för tekniskt komplicerad för de flesta forskare att uppmärksamma”, sa han.
Richard Beninger är beteendevetare vid Queen's University, som minns att han som student studerade hjärnan som en samling delar. "Du kunde se vit materia och mörk materia och massor av fina detaljer, ända ner till neuronnivån, men det var bara morfologi, struktur," sa han.
"Men allt detta förändrades när forskarna började förstå de kemiska vägarna i hjärnan. Morfologin finns fortfarande kvar, men nu vet vi vilka sändarsystemen är. Så vi har en helt ny hjärna bara under de senaste 40 åren att arbeta med, säger Beninger.
Dagens teknik gör det möjligt för forskare att sätta levande, andande människor i en magnetisk resonansbildmaskin, säga åt dem att tänka på något och se hur de biologiska spåren av tankar dyker upp och försvinner i färgglada skurar, mätt med förändringar i blodets syrenivå. Det betyder att forskare nu kan utforska det neurala landskapet i realtid och kartlägga de kognitiva krafter som har format vår art från våra tidigaste dagar.
När de undersöker detta neurala underland undersöker forskare själva kärnan i vad som gör oss till människor. Det är som om de lyfter huven på mänskligheten och pysslar med kablarna för att hitta vad som får oss att göra det vi gör. Och de upptäcker att hemligheten med allt vi gör, tänker eller känner ligger i den ledningen, ett ständigt föränderligt nätverk av neuronala anslutningar som skulpteras av evolutionen och avfyras av elektriska och kemiska interaktioner.
Sinnet är den väsentliga frågan för biologin under 21-talet, säger Nobelpristagaren Dr Eric Kandel. (Lucas Jackson/Reuters)Dr. Kandel kallar det den mest komplexa organisationsstrukturen i universum. "Så vi är långt ifrån att förstå det helt, väldigt långt, men början har varit ganska dramatisk", säger han.
"Det är verkligen extraordinärt, hela vår upplevelse av livet, alla våra mentala upplevelser, om de alla härrör från aktiviteten av kemi i vår hjärna, aktiviteten hos neurotransmittorer och neurokretsar, det är fantastiskt," sa Beninger.
Dopamin nyckel till beteende
För Beninger är dopamin den mest fascinerande signalsubstansen, som gör att vi kan interagera med vår miljö och skickar oss på jakt efter de saker vi behöver för att överleva. "Något som är biologiskt värdefullt, mat, till exempel vatten, sexpartner, social följeslagare, socialt samarbete, det är saker som aktiverar dopaminsystemet", säger han.
"De här systemen är gamla, du vet, fruktflugor har liknande system och maskar," säger han. "De finns i fiskar och alla ryggradsdjur, de är väldigt gamla, dessa dopaminneuroner," sa Beninger.
Vilket betyder att samma kemiska impulser som får en fruktfluga att dyka ner i ditt vinglas också får dig att sträcka dig efter flaskan och hälla upp det andra glaset.
"När dopaminneuroner aktiveras, får allt som påträffas vid den tiden en starkare förmåga att attrahera i framtiden," säger Beninger. "Så för ett djur i det vilda, matrelaterade stimuli, saker som signalerar mat, som en viss plats, ett visst föremål, får sedan förmågan att rita djuret i framtiden."
När vissa utsatta människor äter mat fylld med socker, salt och fett visar de beteende som liknar andra missbrukare, säger Caroline Davis. (CBC)Dopamin gör sitt arbete genom en form av omedvetet lärande, som lär hjärnan att känna igen miljösignaler, synar ljud, lukter, känslor som leder tillbaka till det som först exciterade belöningsvägen, även om den "saken" är farlig. "Så droger som missbrukas av människor, alla aktiverar dopaminsystemet," förklarar Beninger.
Allt fler forskare tror också att mat kan kapa hjärnans belöningssystem. Vid York University studerar professor Caroline Davis den biologiska grunden för matberoende. Hon säger att hjärnans belöningssystem kan vara särskilt känsligt för högbearbetad mat med kombinationer av salt, socker, fett och smaker som inte finns någonstans i naturen.
Hjärnan och matberoende
"Eftersom de är så välsmakande, tenderar vi att äta mycket av dem och de ger oss en större dopaminboost än broccoli gör," sa Davis. "De saker som är laddade med socker, laddade med fett, salt, i kombination är de väldigt, väldigt svåra att motstå och det finns bevis för att om du äter tillräckligt med dessa livsmedel, hos vissa utsatta människor, uppvisar de ett beteende som är mycket likt beteende som vi ser hos andra missbrukare.”
När laboratorieråttor får tillgång till sockerrik föda blir de hetsiga och när sockret tas bort visar de fysiska abstinenssystem som liknar djurets abstinens från heroin. Forskning har visat att dopamin är en av de vägar som aktiveras i dessa sockerberoende möss.
En råtta i Richard Beningers labb står still när forskare ger den ett läkemedel som blockerar dopaminsvaret. (Med tillstånd av Richard Beninger)Caroline Davis har upptäckt en dopaminlänk hos matberoende människor, en genetisk profil som är associerad med starkare dopaminsignalering, och hon tror att dessa gener kan göra vissa människor mer sårbara för dopamins signaler.
"Människor som tenderar att vara mycket känsliga för belöning, tyder vår data på, att det kan vara svårare för dem i den här miljön. I en annan tid skulle det ha varit ganska adaptivt eftersom de skulle ha fått ett stort nöje av mat och det skulle ha varit de som packade på kilona och överlevde längre. Men det fungerar inte så bra i den här miljön.”
Dopamin kopplat till motivation
Tillbaka på Queen's University i Kingston, Ont., tittar Richard Beninger på en serie videor av laboratorieråttor på en haka, tagna av hans elever. När en vanlig råtta placeras på stången, går den ner direkt. Men något fantastiskt händer när forskare ger djuret ett läkemedel som blockerar dopaminreceptorerna. Nu stannar råttan på hakan uppåt, längre och längre efter varje dos.
"Djuret kommer bara att sitta där om deras dopamin blockeras. Det är inte så att de inte kan röra sig, de är helt enkelt inte motiverade att flytta”, sa Beninger. "Det verkar som att du behöver dopamin för att engagera dig i miljön."
"Jag kämpar fortfarande för att förstå konsekvenserna av det här tillståndet, "katalepsi", sa han. Men han kallar det ett spännande fynd. "Jag tror att det finns en del ny, värdefull information i detta fenomen."
"Jag tror att signalerna som finns runt omkring oss, de saker vi interagerar med dag till dag, allt som vi kan svara på, ta upp och hantera, allt som kräver en viss nivå av dopamin. Och om vi upprepade gånger utsätts för stimuli, med reducerad dopamin, förlorar vi vår förmåga att svara på just dessa stimuli. Det verkar som att dopamin ger dig en anledning att röra på dig, ta dig av stången, agera på ett stimuli, och utan det har du inget intresse av att reagera på stimuli eller miljö.”
Beninger säger att det liknar rörelsestörningen hos personer med Parkinsons sjukdom, som är förknippad med minskad dopaminaktivitet, något han också studerar i sitt labb.
Dopamins roll i relationer
Beninger studerar också hur dopamin formar våra relationer. Det verkar som att när någon är snäll mot oss, kommer vårt dopamin att dra oss tillbaka till den personen.
"Så när jag interagerar i samarbete med någon annan och de samverkar med mig, får den personen, som är en representation i min hjärna, genom inverkan av dopamin, en förbättrad förmåga att attrahera mig i framtiden," säger Beninger. "Så dopaminet skulpterar vårt sociala landskap."
Jag tycker att det är ett absolut under, du kan bara förundras mer när du börjar lära dig mer om hjärnans kemiska neuroanatomi”, säger Beninger. ”Det är allt det där samarbetet som skapar min mentala upplevelse, hela mitt liv. Det är ett absolut under."
Om de förstår hjärnans kemi tror neuroforskare att de kommer att kunna erbjuda terapier för att bekämpa psykisk ohälsa och förbättra hela den mänskliga upplevelsen. Och Dr Eric Kandel säger att upptäckter är oundvikliga, delvis för att det nu finns så många forskare på området.
"När jag var läkarstudent ville jag ta ett valfritt ämne inom hjärncellsvetenskap, men det fanns bara ett labb i New York City som hade en bra person som jag kunde arbeta med. Det var oerhört. Nu går du på gatan och varannan person du möter håller på med hjärnvetenskap.”
”Jag arbetade i ett labb för första gången 1955. År 1969 hade ett sällskap bildats i Nordamerika, kallat Society of Neuroscience, och det hade 600 medlemmar. Nu har den 35,000 XNUMX medlemmar. Antalet personer som nu arbetar med hjärnvetenskap har vuxit enormt. Det är borta från en mystisk disciplin. Nu är det ett av de mest spännande, om inte det mest spännande områdena inom biologi.”
Detta är del två av en serie i fyra delar som heter Inside Your Brain på CBC:s The National, World at Six och CBC.ca som utforskar hur modern neurovetenskap förändrar vårt sätt att tänka på vårt sätt att tänka. I del tre upptäcker Kelly Crowe att våra hjärnor är mycket aktiva även när vi uppfattar dem som sysslolösa och den lediga hjärnan kan vara nyckeln till medvetande. Forskningen för den här serien finansierades av ett Canadian Institutes of Health Research-journalistikpris.
;