Mars 9, 2017
En mus hittar sin väg via en karta i form av en dopaminmolekyls kemiska struktur, vilket återspeglar forskningsresultaten att dopamin styr beteendeval. Kredit: Salk Institute
Säg att du sträcker dig efter fruktkoppen på en buffé, men i sista sekund växlar du och tar en cupcake istället. Känslomässigt är ditt beslut en komplex gryta av skuld och aptitretande förväntan. Men rent fysiskt är det ett enkelt skifte: istället för att flytta åt vänster gick din hand åt höger. Sådana förändringar på en del av en sekund intresserar neuroforskare eftersom de spelar en stor roll i sjukdomar som involverar problem med att välja en handling, som Parkinsons och drogberoende.
I tidskriftens onlinepublicering den 9 mars 2017 Neuron, forskare vid Salk Institute rapporterar att koncentrationen av en hjärnkemikalie kallas dopamin styr beslut om handlingar så exakt att mätning av nivån precis innan ett beslut gör det möjligt för forskare att exakt förutsäga resultatet. Dessutom fann forskarna att det är tillräckligt att ändra dopaminnivån för att ändra kommande val. Arbetet kan öppna nya vägar för att behandla störningar både i fall där en person inte kan välja en rörelse att initiera, som Parkinsons sjukdom, såväl som de där någon inte kan stoppa repetitiva handlingar, såsom tvångssyndrom (OCD) eller drogmissbruk.
"Eftersom vi inte kan göra mer än en sak åt gången, fattar hjärnan ständigt beslut om vad vi ska göra härnäst", säger Xin Jin, biträdande professor vid Salks Molecular Neurobiology Laboratory och tidningens senior författare. "I de flesta fall styr vår hjärna dessa beslut på en högre nivå än att prata direkt med vissa muskler, och det är vad mitt labb mest vill förstå bättre."
När vi bestämmer oss för att utföra en frivillig handling, som att knyta våra skosnören, skickar den yttre delen av vår hjärna (barken) en signal till en djupare struktur som kallas striatum, som tar emot dopamin för att orkestrera händelseförloppet: att böja sig ner, ta tag i snören, knyta knutarna. Neurodegenerativa sjukdomar som Parkinsons skadar de dopaminfrisättande nervcellerna, vilket försämrar en persons förmåga att utföra en rad kommandon. Om du till exempel ber Parkinsonspatienter att rita en V-form, kan de rita linjen som går ner bra eller linjen går upp bra. Men de har stora svårigheter att byta från den ena riktningen till den andra och spenderar mycket längre tid på övergången. Innan forskare kan utveckla riktade terapier för sådana sjukdomar måste de förstå exakt vad dopamins funktion är på en grundläggande neurologisk nivå i normala hjärnor.
Jins team designade en studie där möss valde mellan att trycka på en av två spakar för att få en söt godis. Spakarna var på höger och vänster sida av en specialbyggd kammare, med godisdispensern i mitten. Spakarna drogs tillbaka från kammaren i början av varje försök och dök upp igen efter antingen två sekunder eller åtta sekunder. Mössen lärde sig snabbt att när spakarna dök upp igen efter den kortare tiden, gav ett tryck på den vänstra spaken en godbit. När de dök upp igen efter den längre tiden resulterade ett tryck på höger spak i en godbit. Således representerade de två sidorna en förenklad tvåvalssituation för mössen - de flyttade till vänster sida av kammaren initialt, men om spakarna inte dök upp igen inom en viss tid, flyttade mössen till höger sida baserat om ett internt beslut.
"Denna speciella design gör att vi kan ställa en unik fråga om vad som händer i hjärnan under denna mentala och fysiska byte från ett val till ett annat", säger Hao Li, en forskarassistent i Salk och tidningens första författare.
När mössen utförde försöken använde forskarna en teknik som kallas fast-scan cyklisk voltammetri för att mäta dopaminkoncentrationen i djurens hjärnor via inbäddade elektroder som är mycket finare än ett människohår. Tekniken möjliggör mätning i mycket fin tidsskala (i denna studie skedde provtagning 10 gånger per sekund) och kan därför indikera snabba förändringar i hjärnans kemi. Voltammetriresultaten visade att fluktuationer i hjärnans dopaminnivå var nära förknippade med djurets beslut. Forskarna kunde faktiskt exakt förutsäga djurets kommande val av spak baserat på enbart dopaminkoncentration.
Intressant nog upplevde andra möss som fick en behandling genom att trycka på endera spaken (så att ta bort det valda elementet) en ökning av dopamin när försöken började, men i motsats till detta förblev deras nivåer över baslinjen (fluktuerade inte under baslinjen) hela tiden, indikerar dopamins utvecklande roll när ett val är inblandat.
"Vi är mycket glada över dessa fynd eftersom de indikerar att dopamin också kan vara inblandat i pågående beslut, utöver dess välkända roll i lärande," tillägger tidningens första författare, Christopher Howard, en Salk forskningssamarbetspartner.
För att verifiera att dopaminnivån orsakade valändringen, snarare än att bara förknippas med den, använde teamet genteknik och molekylära verktyg – inklusive aktivera eller hämmande neuroner med ljus i en teknik som kallas optogenetik – för att manipulera djurens dopaminnivåer i hjärnan på riktigt tid. De fann att de kunde byta möss dubbelriktat från ett val av spak till en annan genom att öka eller minska dopaminnivåerna.
Jin säger att dessa resultat tyder på att dynamiskt förändrade dopaminnivåer är associerade med det pågående urvalet av åtgärder. "Vi tror att om vi kunde återställa den lämpliga dopamindynamiken - vid Parkinsons sjukdom, OCD och drogberoende - kan människor ha bättre kontroll över sitt beteende. Det här är ett viktigt steg för att förstå hur man kan åstadkomma det."
Läs mer på: https://medicalxpress.com/news/2017-03-hard-choices-brain-dopamine.html#jCp
;
