(L) Svåra val? Fråga din hjärns dopamin (2017)

Mars 9, 2017

En mus hittar sig via en karta i form av en dopaminmolekyls kemiska struktur, och ekar forskningsresultaten att dopamin styr beteendeval. Upphovsman: Salk Institute

Anta att du når fruktkoppen vid en buffé, men i sista sekunden byter du redskap och tar en cupcake istället. Känslomässigt är ditt beslut en komplex gryta av skuld och läckra förväntningar. Men fysiskt är det ett enkelt skift: istället för att flytta åt vänster gick din hand åt höger. Sådana sekundsändringar förändrar neurovetenskapsmän eftersom de spelar en viktig roll i sjukdomar som innebär problem med att välja en åtgärd, som Parkinsons och drogberoende.

I 9, 2017 online publikation av tidningen Neuron, forskare på Salk institutet rapporterar att koncentrationen av en hjärna kemikalie 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, tar hjärnan ständigt beslut om vad vi ska göra nästa", säger Xin Jin, biträdande professor i Salks Molecular Neurobiology Laboratory och tidningens seniorförfattare. "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 laboratorium mest vill förstå bättre."

När vi bestämmer oss för att utföra en frivillig handling, som att binda våra skosnören, skickar den yttre delen av vår hjärna (hjärnbarken) en signal till en djupare struktur som kallas striatum, som tar emot dopamin för att ordna händelseförloppet: 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 serie kommandon. Om du till exempel ber Parkinsons patienter att rita en V-form, kan de rita linjen som går ner helt bra eller linjen går upp bra. Men de har stora svårigheter att växla från en riktning till en annan och spenderar mycket längre vid övergången. Innan forskare kan utveckla riktade terapier för sådana sjukdomar måste de förstå exakt vilken funktion dopamin har på en grundläggande neurologisk nivå i normala hjärnor.

Jins team utformade en studie där möss valde mellan att trycka på en av två spakar för att få en söt behandling. Hävarmarna var på höger och vänster sida av en specialbyggd kammare, med behandlingsdispensern i mitten. Hävarmarna drog sig tillbaka från kammaren i början av varje försök och återkom efter antingen två sekunder eller åtta sekunder. Mössen lärde sig snabbt att när spakarna dök upp igen efter kortare tid, gav en vänster spak en behandling. När de dykt upp igen efter längre tid resulterade det i en behandling att trycka på höger spak. Således representerade de två sidorna en förenklad tvåvalssituation för mössen - de flyttade till vänster sida av kammaren från början, men om spakarna inte dyker upp igen inom en viss tid, skiftade mössen till höger sida baserat på om ett internt beslut.

"Denna speciella design gör det möjligt för oss att ställa en unik fråga om vad som händer i hjärnan under denna mentala och fysiska övergång från ett val till ett annat", säger Hao Li, en forskningsassistent i Salk och tidningens medförfattare.

När mössen utförde försöken använde forskarna en teknik som kallades snabbscannad cyklisk voltammetri för att mäta dopaminkoncentration i djurens hjärnor via inbäddade elektroder mycket finare än ett människohår. Tekniken möjliggör mätning i mycket fin tidsskala (i denna studie inträffade provtagning 10 gånger per sekund) och kan därför indikera snabba förändringar i hjärnkemin. Voltammetri-resultaten visade att fluktuationer i hjärnans dopaminnivå var nära förknippade med djurets beslut. Forskarna kunde faktiskt förutsäga djurets kommande val av spak baserat på enbart dopaminkoncentration.

Intressant är att andra möss som fick en behandling genom att trycka på endera spaken (för att ta bort det val som valts) upplevde en ökning av dopamin när försöken påbörjades, men däremot förblev deras nivåer över baslinjen (fluktuerade inte under baslinjen) hela tiden, vilket indikerar dopamins utvecklande roll när ett val är inblandat.

"Vi är mycket glada över dessa resultat eftersom de indikerar att dopamin också kan vara inblandat i ett pågående beslut, utöver dess välkända roll i lärandet", tillägger tidningens medförfattare, Christopher Howard, en Salk-forskningssamarbetare.

För att verifiera att dopaminnivån orsakade valförändringen, snarare än att bara förknippas med den, använde teamet genteknik och molekylära verktyg - inklusive aktivering eller hämning av neuroner med ljus i en teknik som kallas optogenetik - för att manipulera djurens hjärnans dopaminnivåer i verkligheten. tid. De fann att de kunde byta möss i två riktningar från ett val av spak till det andra genom att öka eller minska dopaminnivåerna.

Jin säger att dessa resultat antyder att dynamiskt förändrade dopaminnivåer är förknippade med det pågående urvalet av åtgärder. ”Vi tror att om vi kunde återställa lämplig dopamindynamik - i Parkinsons sjukdom, OCD och narkotikamissbruk - kan människor ha bättre kontroll över sitt beteende. Detta är ett viktigt steg för att förstå hur man kan uppnå det. ”

Läs mer på: https://medicalxpress.com/news/2017-03-hard-choices-brain-dopamine.html#jCp