เผยแพร่ออนไลน์ 2018 อาจ 14 ดอย: 10.1038 / s41593-018-0152-Y
นามธรรม
โดปามีนเป็นตัวดัดแปลงสำคัญของการเรียนรู้และแรงจูงใจ สิ่งนี้นำเสนอปัญหา: เซลล์เป้าหมายจะรู้ได้อย่างไรว่าโดปามีนที่เพิ่มขึ้นเป็นสัญญาณที่จะเรียนรู้หรือจะย้ายอย่างไร บ่อยครั้งสันนิษฐานว่าแรงจูงใจเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโดปามีน ("ยาชูกำลัง)" ช้าในขณะที่โดปามีนเปลี่ยนแปลงเร็ว (“ ฟาสซิก”) ถ่ายทอดข้อผิดพลาดในการทำนายผลการเรียนรู้ ยังมีการศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่าโดพามีนบ่งบอกถึงค่าที่สร้างแรงบันดาลใจและส่งเสริมการเคลื่อนไหวแม้ในครั้งที่สอง subcales ที่นี่ฉันอธิบายบัญชีทางเลือกว่าโดพามีนควบคุมพฤติกรรมที่กำลังดำเนินอยู่อย่างไร การปลดปล่อยโดปามีนที่เกี่ยวข้องกับแรงจูงใจนั้นเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและถูกสร้างขึ้นในท้องถิ่นโดยผู้รับบนโดปามีนซึ่งเป็นอิสระจากการเผาเซลล์โดปามีน เซลล์เป้าหมายจะเปลี่ยนอย่างทันทีทันใดระหว่างโหมดการเรียนรู้และโหมดการทำงานกับ interneurons cholinergic striatal ที่ให้กลไกการสลับผู้สมัครหนึ่งคน ผลกระทบเชิงพฤติกรรมของโดปามีนนั้นแตกต่างกันไปตามแต่ละภูมิภาค แต่ในแต่ละกรณีโดพามีนนั้นประมาณการณ์แบบไดนามิกว่ามันคุ้มค่าที่จะใช้ทรัพยากรภายในที่ จำกัด เช่นพลังงานความสนใจหรือเวลาหรือไม่
โดปามีนเป็นสัญญาณสำหรับการเรียนรู้เพื่อสร้างแรงจูงใจหรือทั้งสองอย่าง?
ความเข้าใจเกี่ยวกับโดปามีนของเราเปลี่ยนไปในอดีตและมีการเปลี่ยนแปลงอีกครั้ง ความแตกต่างที่สำคัญอย่างหนึ่งคือระหว่างผลกระทบของสารโดปามีน ปัจจุบัน พฤติกรรม (ประสิทธิภาพ) และผลโดปามีนที่มีต่อ อนาคต พฤติกรรม (การเรียนรู้) ทั้งสองเป็นของจริงและมีความสำคัญ แต่ในหลาย ๆ ครั้งคนเราได้รับความโปรดปรานและคนอื่นไม่ได้
เมื่อ (ใน '70s) มันเป็นไปได้ที่จะทำการเลือกที่สมบูรณ์, รอยโรคโดปามีนที่สมบูรณ์, ผลลัพธ์ทางพฤติกรรมที่เห็นได้ชัดคือการลดการเคลื่อนไหวอย่างรุนแรง1. เหมาะกับผลกระทบที่คล้ายกันของการสูญเสียโดปามีนในมนุษย์ที่ผลิตโดยโรคพาร์คินสันขั้นสูงยาพิษหรือโรคไข้สมองอักเสบ2. กระนั้นทั้งหนูและมนุษย์ก็ไม่สามารถที่จะเคลื่อนไหวได้ หนูต้องใจว่ายน้ำโดปามีนในน้ำเย็น3และผู้ป่วยที่มีอาการคล้ายกันอาจลุกขึ้นและวิ่งได้หากเสียงสัญญาณเตือนไฟไหม้ (kinesia ขัดแย้งกัน) และไม่มีการขาดดุลขั้นพื้นฐานในการเห็นคุณค่าของรางวัล: หนูโดปามีนที่มีรอยโรคจะกินอาหารที่อยู่ในปากของพวกเขาและแสดงสัญญาณของการเพลิดเพลินไปกับมัน4. แต่พวกเขาจะไม่เลือกใช้ความพยายามเพื่อรับรางวัลอย่างกระตือรือร้น ผลลัพธ์เหล่านี้และผลลัพธ์อื่น ๆ อีกมากมายได้สร้างความเชื่อมโยงพื้นฐานระหว่างโดปามีนและแรงจูงใจ5. แม้แต่การเคลื่อนไหวที่ช้าลงที่สังเกตในกรณีที่มีความรุนแรงน้อยกว่าของโรคพาร์กินสันก็อาจถูกมองว่าเป็นการขาดแรงจูงใจซึ่งสะท้อนการตัดสินใจโดยปริยายว่ามันไม่คุ้มค่าที่จะใช้พลังงานที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนไหวที่เร็วขึ้น6.
จากนั้น (ใน '80s) ได้มีการบันทึกการสำรวจของเซลล์ประสาทโดปามีนในพฤติกรรมลิง (ในพื้นที่มิดเบรนที่คาดว่าจะเลี้ยงไว้ล่วงหน้า: พื้นที่ tegmental หน้าท้อง, VTA / substantia nigra pars compacta, SNc) รูปแบบการยิงที่สังเกตได้คือการระเบิดกิจกรรมสั้น ๆ เพื่อกระตุ้นให้เกิดการเคลื่อนไหวทันที การยิงโดปามีนแบบ“ phasic” นี้ถูกตีความในขั้นต้นว่าเป็นการรองรับ“ การกระตุ้นพฤติกรรม”7 และ“ เร้าอารมณ์เร้าอารมณ์”8 - กล่าวอีกนัยหนึ่งคือกระตุ้นพฤติกรรมในปัจจุบันของสัตว์
การเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงเกิดขึ้นใน '90s พร้อมการตีความซ้ำของ phasic dopamine burst เป็นการเข้ารหัส ให้รางวัลข้อผิดพลาดการทำนาย (RPEs9) สิ่งนี้มีพื้นฐานจากการสังเกตที่สำคัญ: เซลล์โดปามีนตอบสนองต่อสิ่งเร้าที่ไม่คาดคิดที่เกี่ยวข้องกับรางวัลในอนาคต แต่มักจะหยุดตอบสนองหากสิ่งเร้าเหล่านี้กลายเป็นสิ่งที่คาดหวัง10. ความคิด RPE เกิดขึ้นในทฤษฎีการเรียนรู้ก่อนหน้านี้และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาวิทยาการคอมพิวเตอร์ที่พัฒนาแล้วของการเรียนรู้การเสริมแรง11. จุดของสัญญาณ RPE คือการอัพเดท ค่า(ประมาณการของรางวัลในอนาคต) ค่าเหล่านี้จะถูกนำมาใช้ในภายหลังเพื่อช่วยในการเลือกตัวเลือกที่ให้ผลตอบแทนสูงสุด เนื่องจากการเผาโดปามีนเซลล์คล้าย RPE และการใช้ RPEs เพื่อการเรียนรู้จึงกลายเป็นเรื่องธรรมดาที่จะเน้นบทบาทของโดปามีนในการเรียนรู้ กิจวัตรของออพโตจีเนติกต่อมายืนยันตัวตนของโดปามินเนอจีอิกของเซลล์เข้ารหัส RPE12,13 และแสดงให้เห็นว่าพวกเขาปรับการเรียนรู้แน่นอน14,15.
ความคิดที่ว่าโดพามีนเป็นสัญญาณการเรียนรู้ที่เหมาะกับวรรณคดีที่โดปามีนปรับเปลี่ยนซินดิแคปพลาสติกใน striatum ซึ่งเป็นเป้าหมายหลักของโดปามีน ยกตัวอย่างเช่นความบังเอิญสามประการของการกระตุ้นกลูตาเมตของกระดูกสันหลัง dendrite striatal, การสลับขั้ว postsynaptic และการปล่อยโดปามีนทำให้กระดูกสันหลังเติบโต16. การปรับ Dopaminergic ของกลไกการเรียนรู้ในระยะยาวช่วยอธิบายผลกระทบเชิงพฤติกรรมของยาเสพติดซึ่งแบ่งปันคุณสมบัติของการเพิ่มการปลดปล่อยโดปามีน17. แม้แต่ akinesia ที่ลึกซึ้งที่มีการสูญเสียโดปามีนก็สามารถถูกนำมาใช้เป็นส่วนหนึ่งในกลไกการเรียนรู้ดังกล่าว18. การขาดโดปามีนอาจถูกพิจารณาว่าเป็น RPE เชิงลบอย่างต่อเนื่อง ลักษณะคล้ายกันที่มีความก้าวหน้าและมีลักษณะคล้ายการสูญพันธุ์ต่อพฤติกรรมสามารถสร้างขึ้นได้โดยโดปามีนคู่อริ19,20.
แต่ความคิดที่ว่าโดปามีนมีส่วนเกี่ยวข้องอย่างยิ่งในแรงจูงใจอย่างต่อเนื่องไม่เคยหายไป - ตรงกันข้ามนักประสาทวิทยาเชิงพฤติกรรมได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง สิ่งนี้เหมาะสมเนื่องจากมีหลักฐานที่ชัดเจนว่าการทำงานของโดพามีนในการกระตุ้น / การเคลื่อนไหว / การกระตุ้นนั้นไม่สามารถแยกออกได้จากการเรียนรู้15,20-23. ความนิยมที่น้อยลงอย่างกว้างขวางคือความท้าทายที่เกี่ยวข้องในการกระทบยอดบทบาทที่สร้างแรงบันดาลใจกับทฤษฎีที่ DA ให้สัญญาณการเรียนรู้ RPE
แรงจูงใจ“ มองไปข้างหน้า”: ใช้การคาดการณ์ของรางวัลในอนาคต (ค่า) เพื่อรวมพลังพฤติกรรมปัจจุบันอย่างเหมาะสม ในทางตรงกันข้ามการเรียนรู้“ มองย้อนกลับไป” ที่รัฐและการกระทำในอดีตที่ผ่านมาและปรับปรุงคุณค่าของพวกเขา เหล่านี้เป็นขั้นตอนที่สมบูรณ์ของวงจร: ค่าที่อัปเดตอาจถูกนำมาใช้ในการตัดสินใจที่ตามมาหากรัฐเหล่านั้นจะถูกพบอีกครั้งจากนั้นปรับปรุงอีกครั้งและอื่น ๆ แต่ช่วงใดของวงจรที่โดปามีนเกี่ยวข้องกับ - การใช้ค่านิยมในการตัดสินใจ (ประสิทธิภาพ) หรือปรับปรุงค่า (การเรียนรู้)
ในบางสถานการณ์มันเป็นเรื่องง่ายที่จะจินตนาการถึงโดปามีนที่เล่นบทบาททั้งสองพร้อมกัน24สิ่งที่คาดไม่ถึงและคาดเดาได้ก็คือเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นตามแบบฉบับสำหรับการกระตุ้นและปล่อยเซลล์โดปามีนซึ่งตัวชี้นำเหล่านี้มักจะกระตุ้นพฤติกรรมและกระตุ้นการเรียนรู้ (มะเดื่อ. 1). ในสถานการณ์เฉพาะนี้ทั้งการทำนายรางวัลและข้อผิดพลาดในการทำนายรางวัลจะเพิ่มขึ้นพร้อมกัน - แต่ก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้นเสมอไป เป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งที่คนและสัตว์อื่น ๆ มักถูกกระตุ้นให้ทำงานเพื่อรับรางวัลแม้จะเกิดขึ้นเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีอะไรน่าประหลาดใจ พวกเขาอาจทำงานหนักขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อเข้าใกล้รางวัลมากขึ้นเรื่อย ๆ (มูลค่าเพิ่มขึ้นเมื่อรางวัลใกล้เข้ามา) ประเด็นก็คือการเรียนรู้และแรงจูงใจนั้นมีความแตกต่างกันในเชิงแนวคิดการคำนวณและพฤติกรรม - แต่ดูเหมือนว่าโดปามีนจะทำทั้งสองอย่าง
ด้านล่างฉันประเมินความคิดในปัจจุบันเกี่ยวกับวิธีที่โดปามีนสามารถบรรลุทั้งการเรียนรู้และหน้าที่สร้างแรงบันดาลใจ ฉันเสนอรูปแบบที่ปรับปรุงโดยยึดตามข้อเท็จจริงสำคัญสามประการ: 1) การปลดปล่อยโดปามีนจากเทอร์มินัลนั้นไม่ได้เกิดจากการเผาเซลล์โดปามีนเพียงอย่างเดียว แต่ยังสามารถควบคุมได้ในท้องถิ่น 2) โดปามีนมีผลต่อทั้งพลาสติกซินแนปท์และความตื่นเต้นง่ายของเซลล์เป้าหมายโดยมีผลที่แตกต่างกันสำหรับการเรียนรู้และประสิทธิภาพตามลำดับ; 3) ผลโดปามีนที่มีต่อความเป็นพลาสติกสามารถเปิดหรือปิดได้โดยองค์ประกอบวงจรใกล้เคียง คุณลักษณะเหล่านี้อาจช่วยให้วงจรสมองสลับไปมาระหว่างข้อความโดปามีนที่แตกต่างกันสองข้อความเพื่อการเรียนรู้และแรงจูงใจตามลำดับ
มีสัญญาณโดปามีน“ phasic” และ“ โทนิค” แยกจากกันโดยมีความหมายต่างกันหรือไม่?
มักเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าบทบาทการเรียนรู้และสร้างแรงบันดาลใจของโดปามีนเกิดขึ้นในช่วงเวลาต่างกัน25. เซลล์โดปามีนยิงอย่างต่อเนื่อง (“ เต็มกำลัง”) ที่แหลมสองสามครั้งต่อวินาทีโดยมีช่วงสั้น ๆ (“ phasic”) เกิดการระเบิดหรือหยุดชั่วคราว ระเบิดโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าซิงโครไนซ์เทียมไปยังเซลล์โดปามีน26 ที่ไม่สูงมาก (ช่วงเวลาย่อยวินาที27) การแยกส่วนของเซลล์โดพามีนแบบโทนิกที่เผาเพื่อความเข้มข้นของโดพามีน forebrain นั้นมีความชัดเจนน้อยกว่า หลักฐานบางอย่างชี้ให้เห็นว่าการบริจาคนี้มีขนาดเล็กมาก28. มันอาจจะเพียงพอที่จะสร้างตัวกระตุ้น D2 ที่ใกล้ชิดอย่างต่อเนื่องมากขึ้นทำให้ระบบสามารถสังเกตเห็นการหยุดชั่วครู่ชั่วคราวในการเผาเซลล์โดปามีน29 และใช้การหยุดชั่วคราวเหล่านี้เป็นข้อผิดพลาดในการทำนายเชิงลบ
Microdialysis ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดระดับโดพามีนใน forebrain โดยตรงถึงแม้ว่าจะมีความละเอียดทางขมับต่ำ (โดยทั่วไปเฉลี่ยในหลายนาที) การตรวจวัดโดปามีนที่ช้าเช่นนี้อาจเป็นสิ่งที่ท้าทายในการสัมพันธ์กับพฤติกรรมอย่างแม่นยำ กระนั้น microdialysis ของโดปามีนในนิวเคลียส accumbens (NAc; ventral / medial striatum) แสดงความสัมพันธ์เชิงบวกกับกิจกรรมของหัวรถจักร30 และดัชนีอื่น ๆ ของแรงจูงใจ5. สิ่งนี้ได้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเพื่อแสดงให้เห็นว่ามีการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นของโดปามีน ("ยาชูกำลัง") ช้าและการเปลี่ยนแปลงที่ช้าเหล่านี้ถ่ายทอดสัญญาณแรงจูงใจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งรูปแบบการคำนวณได้เสนอว่าระดับโดพามีนในโทนิคจะติดตามอัตราผลตอบแทนเฉลี่ยในระยะยาว31 - ตัวแปรสร้างแรงบันดาลใจที่มีประโยชน์สำหรับการจัดสรรเวลาและการตัดสินใจในการหาอาหาร เป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การเน้นย้ำว่ามีเอกสารเพียงไม่กี่ฉบับที่ระบุระดับโดพามีน "โทนิค" อย่างชัดเจน - โดยปกติแล้วพวกเขามักจะสันนิษฐานว่าความเข้มข้นของโดพามีนเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆในช่วงเวลาหลายนาทีของการฟอกไต
แต่มุมมอง“ phasic dopamine = RPE / การเรียนรู้, โดปามีนโทนิค = แรงจูงใจ” นั้นเผชิญกับปัญหามากมาย อย่างแรกไม่มีหลักฐานโดยตรงที่ว่าเซลล์โดพามีนแบบโทนิกที่ยิงปกติจะแตกต่างกันไปตามช่วงเวลาที่ช้า อัตราการยิงโทนิคไม่เปลี่ยนแปลงกับการเปลี่ยนแปลงแรงจูงใจ32,33. เป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าระดับโดพามีนเปลี่ยนไปเนื่องจากสัดส่วนของเซลล์โดปามีนที่เปลี่ยนแปลง34,35. แต่จากการศึกษาจำนวนมากในสัตว์โดปามีนที่ไม่แข็งแรงไม่เคยมีเซลล์โดปามีนยังไม่เคยถูกรายงานเพื่อสลับไปมาระหว่างสภาวะเงียบและกระฉับกระเฉง
นอกจากนี้ความจริงที่ว่า microdialysis วัดระดับโดพามีนอย่างช้า ๆ ไม่ได้หมายความว่าระดับโดปามีนจะเปลี่ยนไปอย่างช้าๆ เราเมื่อเร็ว ๆ นี้15 ตรวจดูโดปามีนหนู NAc ในงานให้รางวัลความน่าจะเป็น, ใช้ทั้งไมโครดีเซียมและโวลแทมเมทรีไซโคลสแกนแบบรวดเร็ว เรายืนยันว่าโดปามีน mesolimbic ซึ่งวัดโดย microdialysis มีความสัมพันธ์กับอัตราการให้รางวัล (รางวัล / นาที) อย่างไรก็ตามถึงแม้จะมีการปรับปรุงความคมชัดชั่วขณะ microdialysis (1min) โดปามีนที่ผันผวนอย่างรวดเร็วในขณะที่เราสุ่มตัวอย่าง: เราไม่เห็นหลักฐานใด ๆ สำหรับสัญญาณโดปามีนที่ช้า
การใช้ความละเอียดเชิงเวลาที่ละเอียดกว่านั้นยังคงเป็นโวลแทมเมทรีเราสังเกตเห็นความสัมพันธ์ใกล้ชิดระหว่างความผันผวนของโดปามีนในช่วงที่สองกับแรงจูงใจ ในขณะที่หนูดำเนินการตามลำดับของการกระทำที่จำเป็นเพื่อให้ได้ผลโดปามีนก็เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ และสูงขึ้นไปถึงจุดสูงสุดเมื่อพวกเขาได้รับรางวัล (และลดลงอย่างรวดเร็วในขณะที่บริโภค) เราแสดงให้เห็นว่าโดปามีนมีความสัมพันธ์อย่างมากกับมูลค่าของรัฐในทันที - กำหนดเป็นรางวัลในอนาคตที่คาดหวังลดราคาตามเวลาที่คาดหวังที่จะได้รับ พลศาสตร์โดปามีนที่รวดเร็วเหล่านี้ยังสามารถอธิบายผลลัพธ์ของไมโครไดอะซิสซิสได้โดยไม่ต้องใช้สัญญาณโดปามีนแยกต่างหากในช่วงเวลาที่ต่างกัน เมื่อสัตว์ได้รับผลตอบแทนมากขึ้นพวกเขาก็เพิ่มความคาดหวังของรางวัลในอนาคตในแต่ละขั้นตอนในลำดับการทดลอง แทนที่จะเป็นสัญญาณอัตรารางวัลเฉลี่ยที่พัฒนาอย่างช้าๆความสัมพันธ์ระหว่างโดปามีนและอัตราการให้รางวัลนั้นได้รับการอธิบายอย่างดีที่สุดในฐานะค่าเฉลี่ยในช่วงเวลาเก็บตัวอย่างไมโครไดอะซิสซิสระยะยาว
การตีความค่าของการปลดปล่อยโดปามีน mesolimbic นี้สอดคล้องกับผลของแรงดันไฟฟ้าจากกลุ่มวิจัยอื่น ๆ ซึ่งพบซ้ำ ๆ ว่าโดพามีนปลดปล่อยออกมาทางลาดพร้อมกับระยะใกล้ที่เพิ่มขึ้นเพื่อให้รางวัล36-38(มะเดื่อ. 2) สัญญาณแรงจูงใจนี้ไม่ได้ "ช้า" โดยเนื้อแท้ แต่สามารถสังเกตได้ในช่วงเวลาต่อเนื่อง แม้ว่าโดปามีนจะเพิ่มความสามารถในไม่กี่วินาทีเมื่อพฤติกรรมของวิธีการยังคงอยู่เป็นเวลาหลายวินาที38สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นถึงช่วงเวลาของพฤติกรรมมากกว่าการเปลี่ยนแปลงของโดปามีนที่แท้จริง ความสัมพันธ์ระหว่างการปลดปล่อยสารโดปามีนจาก mesolimbic และค่าความผันผวนสามารถมองเห็นได้เร็วที่สุดเท่าที่เทคนิคการบันทึกอนุญาตให้ใช้ได้คือ ~ 100ms timescale พร้อมอิเล็กโทรดโวลแทมเมทรีเฉียบพลัน15.
ความผันผวนของโดปามีนที่รวดเร็วไม่เพียง แต่สะท้อนถึงแรงจูงใจ แต่ยังขับเคลื่อนพฤติกรรมที่กระตุ้นได้ทันที การตอบสนองแบบเฟสเซอร์ขนาดใหญ่ของเซลล์โดปามีนเพื่อกระตุ้นการทำนายทำนายเวลาตอบสนองที่สั้นลงในการทดลองเดียวกันนี้39. การกระตุ้น Optogenetic ของเซลล์โดปามีน VTA ทำให้หนูมีแนวโน้มที่จะเริ่มทำงานในงานให้รางวัลความน่าจะเป็น15ราวกับว่าพวกเขามีความคาดหวังของรางวัลที่สูงขึ้น การกระตุ้น Optogenetic ของเซลล์ประสาทโดปามีน SNc หรือซอนของพวกเขาใน dorsal striatum เพิ่มความน่าจะเป็นของการเคลื่อนไหว40,41. ผลกระทบเชิงพฤติกรรมเหล่านี้มีความชัดเจนภายในสองร้อยมิลลิวินาทีของการเริ่มต้นของการกระตุ้น optogenetic ความสามารถในการชี้นำรางวัลที่คาดการณ์เพื่อเพิ่มแรงจูงใจดูเหมือนจะเป็นสื่อกลางโดยการปรับ dopaminergic อย่างรวดเร็วของความตื่นเต้นง่ายของเซลล์ประสาทหนาม NAc42. เนื่องจากโดปามีนมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและการเปลี่ยนแปลงโดพามีนเหล่านี้มีผลต่อแรงกระตุ้นอย่างรวดเร็วหน้าที่กระตุ้นแรงบันดาลใจของโดปามีนนั้นอธิบายได้ดีกว่าอย่างรวดเร็ว (“ phasic”) ไม่ใช่ช้า (“ โทนิค”)
นอกจากนี้การเรียกใช้สเกลเวลาที่รวดเร็วและช้าแยกจากกันไม่ได้ช่วยแก้ปัญหาการถอดรหัสที่เซลล์ประสาทที่มีตัวรับโดปามีนต้องเผชิญ หากโดปามีนส่งสัญญาณการเรียนรู้การมอดูเลตของซินแนปติกพลาสติกจะดูเหมือนเป็นการตอบสนองของเซลล์ที่เหมาะสม แต่ผลกระทบในทันทีต่อพฤติกรรมที่ถูกกระตุ้นบ่งบอกถึงผลกระทบในทันทีต่อการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเช่นการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในความตื่นเต้น โดปามีนสามารถมีผลทั้งสองอย่างนี้ได้ (และอื่น ๆ ) ดังนั้นความเข้มข้นของโดพามีนจึงมีความหมายเฉพาะหรือไม่? หรือจำเป็นต้องสร้างความหมายนี้ - เช่นโดยการเปรียบเทียบระดับโดพามีนในช่วงเวลาหนึ่งหรือโดยใช้สัญญาณบังเอิญอื่น ๆ เพื่อพิจารณาว่าจะใช้เครื่องจักรเซลล์ใด ความเป็นไปได้นี้จะกล่าวถึงเพิ่มเติมด้านล่าง
การปล่อยสารโดปามีนถ่ายทอดข้อมูลเช่นเดียวกับเซลล์โดปามีนในการเผาไหม
ความสัมพันธ์ระหว่างความแปรปรวนอย่างรวดเร็วของโดพามีนและค่าแรงจูงใจดูเหมือนแปลกเนื่องจากเซลล์โดปามีนที่ถูกเผาคล้ายกับ RPE นอกจากนี้การศึกษาบางส่วนได้รายงานสัญญาณ RPE ในการปลดปล่อยโดปามีน mesolimbic43. สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตความท้าทายในการตีความข้อมูลประสาทบางรูปแบบ สัญญาณค่าและ RPE มีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน - ไม่น่าแปลกใจที่ RPE มักถูกกำหนดให้เป็นการเปลี่ยนแปลงของค่าจากช่วงเวลาหนึ่งไปอีกช่วงเวลาหนึ่ง (“ ผลต่างชั่วคราว” RPE) เนื่องจากความสัมพันธ์นี้จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องใช้การออกแบบและการวิเคราะห์เชิงทดลองที่แยกความแตกต่างของมูลค่าจากบัญชี RPE ปัญหาจะรวมกันเมื่อใช้การวัดประสาทที่อาศัยการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณแบบสัมพัทธ์แทนที่จะเป็นค่าสัมบูรณ์ การวิเคราะห์โวลแทมเมตรีมักจะเปรียบเทียบโดพามีนในช่วงเวลาหนึ่งที่น่าสนใจกับยุค "พื้นฐาน" ก่อนหน้านี้ในการทดลองแต่ละครั้ง (เพื่อลบส่วนประกอบสัญญาณที่ไม่ขึ้นกับโดปามีนรวมทั้งการชาร์จอิเล็กโทรดในการกวาดแรงดันไฟฟ้าแต่ละครั้งและการลอยในช่วงเวลานาที) แต่การลบค่าพื้นฐานออกไปอาจทำให้สัญญาณค่ามีลักษณะคล้ายกับสัญญาณ RPE นี่คือสิ่งที่เราสังเกตเห็นในข้อมูลโวลต์มิเตอร์ของเราเอง (รูปที่ 2e) การเปลี่ยนแปลงในความคาดหวังของรางวัลสะท้อนให้เห็นในการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของโดปามีนในช่วงต้นของการทดลองแต่ละครั้งและการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะพลาดไปหากมีเพียงแค่ค่าคงที่พื้นฐานในการทดลอง15. ข้อสรุปเกี่ยวกับการปลดปล่อยโดปามีนและการเข้ารหัส RPE จึงต้องดูด้วยความระมัดระวัง อันตรายจากการตีความข้อมูลนี้ไม่เพียง แต่ใช้กับโวลต์มิเตอร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการวิเคราะห์ใด ๆ ที่อาศัยการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ซึ่งอาจรวมถึง fMRI และโฟโตมิเตอร์ด้วย44.
อย่างไรก็ตามเรายังจำเป็นต้องกระทบยอดการปลดปล่อยโดปามีนที่เกี่ยวข้องกับค่าในแกน NAc ด้วยการขาดอย่างต่อเนื่องของ spiking ที่เกี่ยวข้องกับค่าโดยโดปามีนเซลล์ประสาท13แม้ในพื้นที่ VTA ด้านข้างที่ให้โดปามีนแก่แกน NAc45. ปัจจัยหนึ่งที่อาจเกิดขึ้นคือเซลล์โดปามีนมักจะถูกบันทึกไว้ในสัตว์ที่มีการควบคุมศีรษะที่ทำงานแบบปรับสภาพดั้งเดิมในขณะที่โดปามีนจะถูกปล่อยออกมาในสัตว์ที่ไม่ได้ถูกควบคุมอย่างเข้มงวด เราเสนอว่าโดปามีน mesolimbic อาจบ่งบอกถึงคุณค่าของ“ งาน” โดยเฉพาะ15 - สะท้อนถึงข้อกำหนดในการอุทิศเวลาและความพยายามเพื่อให้ได้มาซึ่งรางวัล สอดคล้องกับสิ่งนี้โดพามีนจะเพิ่มขึ้นตามสัญญาณที่สั่งให้เคลื่อนไหว แต่ไม่ใช่สัญญาณที่สั่งให้หยุดนิ่งแม้ว่าจะบ่งบอกถึงรางวัลในอนาคตที่คล้ายกันก็ตาม46. ถ้า - เช่นเดียวกับในงานปรับสภาพแบบคลาสสิกจำนวนมาก - ไม่มีประโยชน์สำหรับ "งาน" ที่ใช้งานอยู่การเปลี่ยนแปลงโดปามีนเนอร์จิกที่บ่งบอกถึงคุณค่าของงานอาจไม่ชัดเจน
สิ่งสำคัญยิ่งกว่านั้นก็คือความจริงที่ว่าการปล่อยโดปามีนนั้นสามารถควบคุมได้ที่เครื่องปลายทางและแสดงรูปแบบ spatio-temporal ที่เป็นอิสระจากการเคลื่อนที่ของเซลล์ ตัวอย่างเช่น amygdala basolateral (BLA) สามารถมีผลต่อการปลดปล่อยโดปามีน NAc แม้ว่า VTA จะไม่ทำงาน47. ในทางกลับกันการปิดใช้งาน BLA จะลดการปล่อยโดปามีน NAc และพฤติกรรมการกระตุ้นที่สอดคล้องกันโดยไม่กระทบกับการยิง VTA48. โดปามีนมีตัวรับสัญญาณสำหรับสารสื่อประสาทหลายชนิดรวมถึงกลูตาเมต opioids และ acetylcholine ตัวรับ acetylcholine Nicotinic อนุญาตให้ striatins cholinergic interneurons (CINs) เพื่อควบคุมการปล่อยโดปามีนอย่างรวดเร็ว49,50. แม้ว่าจะมีการตั้งข้อสังเกตว่าการควบคุมโดพามีนในท้องที่นั้นมีความสำคัญเป็นเวลานาน7,51มันไม่ได้รวมอยู่ในบัญชีการคำนวณของฟังก์ชั่นโดปามีน ฉันเสนอว่าพลวัตการปลดปล่อยโดปามีนที่เกี่ยวข้องกับการเข้ารหัสค่าเกิดขึ้นส่วนใหญ่ผ่าน ในประเทศ ควบคุมแม้ในขณะที่การยิงโดปามีนเซลล์ให้สัญญาณคล้าย RPE ที่สำคัญสำหรับการเรียนรู้
โดปามีนหมายถึงทั้งการเรียนรู้และแรงบันดาลใจโดยไม่สับสน
โดยหลักการแล้วสัญญาณค่ามีความเพียงพอที่จะถ่ายทอด RPE เช่นกันเนื่องจาก RPE ที่มีความแตกต่างชั่วคราวนั้นเป็นการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในค่า (รูปที่ 2B) ตัวอย่างเช่นเซลล์ภายในเซลล์ที่แตกต่างในเซลล์ประสาทเป้าหมายอาจมีความไวต่อความเข้มข้นของโดปามีนที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน (เทียบกับค่า) กับการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์อย่างรวดเร็วของความเข้มข้น (เป็นตัวแทนของ RPE) โครงการนี้ดูเหมือนจะเป็นไปได้เนื่องจากการปรับโดปามีนที่ซับซ้อนของสรีรวิทยาของเซลล์ประสาทหนาม52 และความไวต่อรูปแบบแคลเซียมในร่างกายชั่วคราว53. แต่นี่ก็ดูเหมือนจะซ้ำซ้อนกันบ้าง หากสัญญาณคล้าย RPE มีอยู่แล้วในการขยายเซลล์โดปามีนมันควรจะเป็นไปได้ที่จะใช้มันแทนที่จะได้รับ RPE ซ้ำจากสัญญาณค่า
เพื่อใช้ RPE และสัญญาณค่าที่แตกต่างกันอย่างเหมาะสมวงจรผู้รับสารโดปามีนอาจเปลี่ยนวิธีการตีความโดปามีนอย่างแข็งขัน มีหลักฐานที่น่าสนใจว่าอะซิติลโคลีนอาจทำหน้าที่บทบาทการสับเปลี่ยนนี้เช่นกัน ในขณะเดียวกันเมื่อเซลล์โดปามีนยิงสไปเดอร์ไปยังสัญญาณที่ไม่คาดคิด CIN จะแสดงบทสรุป (~ 150ms) หยุด ในการยิงซึ่งไม่ได้ปรับขนาดด้วย RPE54. การหยุด CIN ชั่วคราวเหล่านี้สามารถขับเคลื่อนโดยเซลล์ประสาท VTA GABAergic55 เช่นเดียวกับเซลล์“ ประหลาดใจ” ที่เกี่ยวข้องในธาลัสตาอินทาลามีนและได้รับการเสนอให้ทำหน้าที่เป็นสัญญาณเชื่อมโยงที่ส่งเสริมการเรียนรู้56. มอร์ริสและเบิร์กแมนแนะนำ54 cholinergic หยุดชั่วคราวกำหนดหน้าต่างชั่วคราวสำหรับการปั้นพลาสติกในระหว่างที่โดปามีนสามารถใช้เป็นสัญญาณการเรียนรู้ได้ โดปามีนที่ขึ้นกับโดปามีนถูกระงับอย่างต่อเนื่องโดยกลไกต่าง ๆ รวมถึงตัวรับ muscarinic m4 บนเซลล์ประสาท striatal ทางเดินตรง57. แบบจำลองของการส่งสัญญาณภายในเซลล์แนะนำว่าในช่วง CIN หยุดชั่วคราวการขาดการเชื่อม m4 อาจทำหน้าที่เสริมฤทธิ์กันด้วย phasic dopamine bursts เพื่อเพิ่มการกระตุ้นการทำงานของ PKA58ดังนั้นการส่งเสริมการเปลี่ยนแปลง synaptic
เซลล์ cholinergic Striatal จึงอยู่ในตำแหน่งที่ดีที่จะเปลี่ยนความหมายของข้อความโดปามีนแบบมัลติเพล็กซ์แบบไดนามิก ในช่วง CIN หยุดชั่วคราวการบรรเทาของกล้ามเนื้อบล็อกมากกว่าปั้นซินแนปติกจะทำให้โดปามีนใช้สำหรับการเรียนรู้ ในบางครั้งการปล่อยตัวจากโดปามีนจะถูกแกะสลักในพื้นที่เพื่อส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของพฤติกรรม ปัจจุบันข้อเสนอแนะนี้มีทั้งการเก็งกำไรและไม่สมบูรณ์ มีการเสนอว่า CINs รวมข้อมูลจากเซลล์ประสาทรอบ ๆ เพื่อแยกสัญญาณระดับเครือข่ายที่มีประโยชน์เช่นเอนโทรปี59,60. แต่ก็ยังไม่ชัดเจนว่าการเปลี่ยนแปลงกิจกรรม CIN นั้นสามารถใช้ในการสร้างสัญญาณค่าโดปามีนได้61และยังเป็นประตูการเรียนรู้สัญญาณโดปามีน
โดปามีนมีความหมายเหมือนกันตลอดทั้งปีหรือไม่?
เมื่อความคิดของ RPE เกิดขึ้นมันก็จินตนาการว่าโดปามีนเป็นสัญญาณระดับโลกถ่ายทอดข้อความแสดงข้อผิดพลาดไปยังเป้าหมายของเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้าและส่วนหน้า ชูลทซ์เน้นว่าเซลล์โดปามีนลิงตลอด VTA และ SNc มีการตอบสนองที่คล้ายกันมาก62. การศึกษาของเซลล์โดปามีนที่ระบุยังพบว่ามีการตอบสนองเหมือน RPE เหมือนกันในหนูอย่างน้อยสำหรับเซลล์ประสาท VTA ด้านข้างภายในบริบทการปรับสภาพแบบคลาสสิก13. กระนั้นเซลล์โดพามีนนั้นมีความหลากหลายทางโมเลกุลและทางสรีรวิทยา63-65 และขณะนี้มีรายงานมากมายที่แสดงรูปแบบการยิงที่หลากหลายในสัตว์ที่มีพฤติกรรม เหล่านี้รวมถึงการเพิ่มขึ้น phasic ในเหตุการณ์การยิงเพื่อ aversive66 และก่อให้เกิดสัญญาณ67 ที่ไม่ดีกับบัญชี RPE มาตรฐาน เซลล์โดปามีนจำนวนมากแสดงการตอบสนองระยะสั้นเริ่มต้นต่อเหตุการณ์ทางประสาทสัมผัสที่สะท้อนถึงความประหลาดใจหรือ "การแจ้งเตือน" มากกว่าการเข้ารหัส RPE ที่เฉพาะเจาะจง68,69. การแจ้งเตือนนี้มีความโดดเด่นมากขึ้นใน SNc69ที่ซึ่งเซลล์โดพามีนมีโครงสร้างมากขึ้นเพื่อ“ sensorimotor” dorsal / lateral striatum (DLS)45,63) มีการรายงานจำนวนประชากรของเซลล์โดปามีน SNc เพิ่มขึ้นเช่นกัน41 หรือลดลง70 ร่วมกับการเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นเองโดยไม่ต้องมีสัญญาณภายนอก
หลายกลุ่มใช้ไฟเบอร์โฟโตเมทริกและตัวบ่งชี้แคลเซียม GCaMP เพื่อตรวจสอบกิจกรรมกลุ่มของเซลล์โดปามีนกลุ่มย่อย71,72. เซลล์โดปามีนที่ฉายไปที่ dorsal / medial striatum (DMS) แสดงกิจกรรมที่ซึมเศร้าชั่วคราวไปสู่การกระแทกสั้น ๆ ที่ไม่คาดคิดในขณะที่เซลล์ที่ฉายไป DLS แสดงกิจกรรมที่เพิ่มขึ้น71- สอดคล้องกับการตอบกลับการแจ้งเตือนมากขึ้น นอกจากนี้ยังมีการสังเกตการตอบสนองของโดปามีนที่แตกต่างกันในอนุภูมิภาคของสมองส่วนปลายที่แตกต่างกันโดยใช้ GCaMP เพื่อตรวจสอบกิจกรรมของแอกซอนและขั้วโดปามีน40,72,73. ใช้การถ่ายภาพสองโฟตอนในหนูที่ถูกควบคุมหัว Howe และ Dombeck40 รายงานกิจกรรม dopamine phasic ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นเอง นี่คือการเห็นเด่นชัดในแต่ละแกนโดปามีนจาก SNc ที่สิ้นสุดใน dorsal striatum ในขณะที่ VTA dopamine axons ใน NAc ตอบสนองมากขึ้นเพื่อให้รางวัลการส่งมอบ ส่วนคนอื่น ๆ ก็พบว่ามีกิจกรรม dopaminergic ที่เกี่ยวข้องกับการให้รางวัลใน NAc ด้วย DMS แทนที่จะเชื่อมโยงกับการกระทำที่ขัดแย้ง72 และหางด้านหลังของ striatum ตอบสนองต่อสิ่งเร้า aversive และนวนิยาย74.
มาตรการโดยตรงของการปล่อยโดปามีนยังเผยให้เห็นความแตกต่างระหว่างอนุภูมิภาค30,75. ด้วย microdialysis เราพบว่าโดพามีนมีความสัมพันธ์กับค่าเฉพาะในแกนกลางของ NAc และเยื่อหุ้มสมองด้านหน้า ventral-medial frontal cortex ไม่ใช่ส่วนตรงกลางของ striatum (เปลือก NAc, DMS) หรือเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้า นี่คือสิ่งที่น่าสนใจเนื่องจากดูเหมือนจะจับคู่กับ“ ฮอตสปอต” ของการเข้ารหัสค่าที่เห็นในการศึกษาการศึกษา fMRI ของมนุษย์อย่างสม่ำเสมอ76,77. โดยเฉพาะอย่างยิ่งสัญญาณ NAc BOLD ซึ่งมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับการส่งสัญญาณโดปามีน78, เพิ่มขึ้นตามความคาดหวังของรางวัล (มูลค่า) - มากกว่าด้วย RPE76.
ไม่ว่าจะเป็นรูปแบบเชิงพื้นที่ของการปลดปล่อยโดปามีนเกิดขึ้นจากการเผาของเซลล์โดปามีนที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนการควบคุมโดปามีนในท้องถิ่นหรือทั้งสองอย่างพวกเขาท้าทายแนวคิดของข้อความโดพามีนทั่วโลก อาจสรุปได้ว่ามีฟังก์ชั่นโดปามีนที่แตกต่างกันหลายอย่างด้วย (ตัวอย่างเช่น) โดปามีนในสัญญาณหลังการส่งสัญญาณ "การเคลื่อนไหว" และโดปามีนในการส่งสัญญาณของหน้าท้องมีสัญญาณ "รางวัล"40. อย่างไรก็ตามฉันชอบแนวทางแนวคิดอื่น ภูมิภาคย่อยที่แตกต่างกันจะได้รับข้อมูลจากภูมิภาคเยื่อหุ้มสมองที่แตกต่างกันดังนั้นจะทำการประมวลผลข้อมูลประเภทต่างๆ ถึงกระนั้น subregion ย่อย striatal แต่ละแห่งก็ใช้สถาปัตยกรรม microcircuit ร่วมกันรวมถึง D1- แยกจากกันกับ D2- ตัวรับที่แบกเซลล์ประสาทหนาม79, CINs และอื่น ๆ แม้ว่ามันจะเป็นเรื่องธรรมดาที่จะอ้างถึง subregions striatal ต่าง ๆ (เช่น DLS, DMS, NAc แกน) ราวกับว่าพวกเขาเป็นพื้นที่ที่ไม่ต่อเนื่องไม่มีขอบเขตทางกายวิภาคที่คมชัดระหว่างพวกเขา (เปลือก NAc เป็นอีกเล็กน้อย neurochemically ชัดเจน) แต่มีการไล่ระดับสีที่อ่อนโยนในความหนาแน่นของตัวรับสัดส่วนสัดส่วนภายใน ฯลฯ ซึ่งดูเหมือนจะปรับแต่งพารามิเตอร์ของอัลกอริทึมการคำนวณที่ใช้ร่วมกัน ด้วยสถาปัตยกรรมทั่วไปนี้เราสามารถอธิบายฟังก์ชั่นโดปามีนทั่วไปซึ่งแยกออกจากข้อมูลเฉพาะที่จัดการโดยแต่ละภูมิภาคย่อยได้หรือไม่
โดปามีน Striatal และการจัดสรรทรัพยากรที่ จำกัด
ฉันเสนอว่าจะต้องมีผลกระทบของสารโดปามีนที่แตกต่างหลากหลายในพฤติกรรมที่กำลังดำเนินอยู่ การตัดสินใจจัดสรรทรัพยากร. โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดพามีนให้การประเมินว่ามันคุ้มค่าที่จะใช้จ่ายทรัพยากรภายในที่ จำกัด โดยมีทรัพยากรเฉพาะที่แตกต่างกันระหว่างภูมิภาคย่อยในภูมิภาค สำหรับ“ มอเตอร์” striatum (~ DLS) ทรัพยากรคือการเคลื่อนไหวซึ่ง จำกัด เนื่องจากการเคลื่อนย้ายพลังงานต้นทุนและเนื่องจากการกระทำหลายอย่างไม่เข้ากัน80. การเพิ่มโดปามีนทำให้สัตว์มีแนวโน้มที่จะตัดสินใจว่ามันคุ้มค่าที่จะใช้พลังงานในการเคลื่อนย้ายหรือเคลื่อนไหวเร็วขึ้น6,40,81. โปรดทราบว่าสัญญาณโดปามีนที่เข้ารหัส "การเคลื่อนไหวมีคุณค่า" จะสร้างความสัมพันธ์ระหว่างโดปามีนและการเคลื่อนไหวแม้จะไม่มีโดปามีนที่เข้ารหัส "การเคลื่อนไหว" ต่อ se.
สำหรับ“ องค์ความรู้” striatum (~ DMS) ทรัพยากรเป็นกระบวนการทางปัญญารวมถึงความสนใจ (ซึ่งจำกัดความสามารถตามนิยาม82) และหน่วยความจำที่ใช้งานได้83. โดยไม่มีโดปามีนตัวชี้นำภายนอกที่เด่นชัดซึ่งโดยปกติแล้วจะกระตุ้นการเคลื่อนไหวของทิศทางจะถูกมองข้ามราวกับว่าถือว่ามีความสนใจน้อยกว่า3. นอกจากนี้กระบวนการควบคุมความรู้ความเข้าใจโดยเจตนามีความพยายาม (ค่าใช้จ่ายสูง)84) โดปามีน - โดยเฉพาะใน DMS85 - มีบทบาทสำคัญในการตัดสินใจว่าควรค่าแก่การออกแรงหรือไม่86,87. สิ่งนี้อาจรวมถึงว่าจะใช้กลยุทธ์การตัดสินใจที่เรียกร้องให้มีความรู้ความเข้าใจมากขึ้น88.
สำหรับ "motivational" striatum (~ NAc) หนึ่งในทรัพยากรหลักที่มีอยู่อย่าง จำกัด อาจเป็นเวลาของสัตว์ ไม่จำเป็นต้องมีโดปามีน Mesolimbic เมื่อสัตว์ทำการกระทำที่ง่ายและคงที่เพื่อรับรางวัลอย่างรวดเร็ว89. แต่รางวัลหลายรูปแบบสามารถทำได้ผ่านงานที่ยืดเยื้อ: ลำดับของการกระทำที่ไม่ได้รับการแก้ไขเช่นเดียวกับในการค้นหา การเลือกที่จะมีส่วนร่วมในการทำงานหมายความว่าวิธีการที่เป็นประโยชน์อื่น ๆ ของการใช้เวลาต้องมาก่อน โดปามีนที่มี mesolimbic สูงบ่งบอกว่าการมีส่วนร่วมในการทำงานที่ขยายออกไปชั่วคราวและมีความพยายามนั้นคุ้มค่า แต่เนื่องจากโดปามีนเป็นสัตว์ที่ถูกลดระดับไม่รบกวนและอาจเตรียมการนอนหลับแทน90.
ภายในแต่ละวงจร dopamine cortico-striatal วนวงจรเพื่อสนับสนุนพฤติกรรมอย่างต่อเนื่องจึงทั้งทางเศรษฐกิจ (เกี่ยวข้องกับการจัดสรรทรัพยากร) และแรงจูงใจ (ไม่ว่าจะเป็น คุ้มค่า เพื่อใช้ทรัพยากร81) วงจรเหล่านี้ไม่ได้เป็นอิสระอย่างเต็มที่ แต่ค่อนข้างจะมีการจัดระเบียบแบบวนเป็นลำดับชั้น: ส่วนหน้าท้องมากขึ้นของ striatum มีอิทธิพลต่อเซลล์โดปามีนที่คาดว่าจะมีส่วนหลังมากขึ้น5,91. ด้วยวิธีนี้การตัดสินใจที่จะมีส่วนร่วมในการทำงานอาจช่วยกระตุ้นการเคลื่อนไหวเฉพาะที่จำเป็น แต่โดยรวมแล้วโดปามีนให้สัญญาณ "กระตุ้น" - เพิ่มความเป็นไปได้ที่จะมีการตัดสินใจบางอย่าง - แทนที่จะระบุสัญญาณ "ทิศทาง" อย่างไร ควรใช้ทรัพยากร5.
บทบาทการคำนวณของโดปามีนคืออะไรเมื่อมีการตัดสินใจ
วิธีคิดอย่างหนึ่งเกี่ยวกับบทบาทการเปิดใช้งานนี้คือในแง่ของ“ เกณฑ์” ในการตัดสินใจ ในการตัดสินใจแบบจำลองทางคณิตศาสตร์บางกระบวนการเพิ่มขึ้นจนกว่าจะถึงระดับเกณฑ์เมื่อระบบมุ่งมั่นที่จะดำเนินการ92. โดปามีนที่สูงขึ้นจะเทียบเท่ากับระยะทางที่ต่ำกว่าถึงขีด จำกัด เพื่อให้การตัดสินใจได้รวดเร็วยิ่งขึ้น ความคิดนี้ง่าย แต่ยังทำการคาดการณ์เชิงปริมาณที่ได้รับการยืนยัน การลดเกณฑ์สำหรับการเคลื่อนที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของการกระจายเวลาตอบสนองเฉพาะสิ่งที่เห็นเมื่อแอมเฟตามีนถูกฉีดเข้าไปใน sensorimotor striatum20.
แทนที่เกณฑ์คงที่ข้อมูลพฤติกรรมและระบบประสาทอาจเหมาะสมกว่าหากเกณฑ์ลดลงเมื่อเวลาผ่านไปราวกับว่าการตัดสินใจมีความเร่งด่วนมากขึ้น Basal ganglia output ได้รับการเสนอเพื่อให้สัญญาณเร่งด่วนแบบไดนามิกซึ่งพัฒนากลไกการเลือกในคอร์เทกซ์93. ความเร่งด่วนก็ยิ่งมากขึ้นเมื่อรางวัลในอนาคตใกล้เคียงกับเวลาทำให้แนวคิดนี้คล้ายกับการเข้ารหัสค่าบทบาทการกระตุ้นของโดปามีน
บทบาทการเปิดใช้งานดังกล่าวเพียงพอหรือไม่ที่จะอธิบายถึงผลกระทบที่เกิดจากการปรับประสิทธิภาพของโดปามีน Striatal? เรื่องนี้เกี่ยวข้องกับคำถามที่ยาวนานว่าวงจรปมประสาทฐานเลือกโดยตรงระหว่างการกระทำที่เรียนรู้หรือไม่80 หรือเพียงแค่เติมพลังให้กับตัวเลือกอื่น ๆ93,94. มีอย่างน้อยสองวิธีที่โดปามีนสามารถดูเหมือนจะมีผลกระทบ "ทิศทาง" มากขึ้น สิ่งแรกคือเมื่อโดปามีนทำหน้าที่ภายในสมองย่อยที่ประมวลผลข้อมูลทิศทางโดยเนื้อแท้ วงจรปมประสาทฐานมีบทบาทสำคัญส่วนหนึ่งซึ่งอยู่ด้านข้างซึ่งหันหน้าเข้าหาและเข้าหารางวัลที่มีศักยภาพ เจ้าคณะ caudate (~ DMS) มีส่วนร่วมในการผลักดันการเคลื่อนไหวของดวงตาไปยังเขตอวกาศ contralateral95. สัญญาณโดปามีนระบุว่าสิ่งที่อยู่ในพื้นที่ contralateral นั้นมีค่าควรแก่การปรับทิศทางอาจอธิบายความสัมพันธ์ที่สังเกตได้ระหว่างกิจกรรมโดปามีนใน DMS และการเคลื่อนไหว contralateral72เช่นเดียวกับพฤติกรรมการหมุนที่เกิดจากการจัดการโดปามีน96. อิทธิพลของ "ทิศทาง" ที่สองของโดปามีนนั้นชัดเจนเมื่อ (โดปามีนรอยโรคทวิภาคี) มีแนวโน้มที่จะมีทางเลือกที่มีความพยายามต่ำ / ได้รับผลตอบแทนต่ำมากกว่าทางเลือกที่มีความพยายามสูง / รางวัลสูง97. สิ่งนี้อาจสะท้อนถึงความจริงที่ว่าการตัดสินใจบางอย่างนั้นมีความต่อเนื่องมากกว่าแบบขนานโดยที่หนู (และมนุษย์) จะทำการประเมินตัวเลือกแบบครั้งเดียว98. ในการตัดสินใจบริบทเหล่านี้โดปามีนอาจยังคงมีบทบาทในการเปิดใช้งานพื้นฐานโดยถ่ายทอดคุณค่าของตัวเลือกที่พิจารณาในปัจจุบันซึ่งสามารถยอมรับได้หรือไม่24.
สัตว์ที่กระฉับกระเฉงจะทำการตัดสินใจในหลาย ๆ ระดับซึ่งมักจะอยู่ในอัตราที่สูง นอกเหนือจากการคิดเกี่ยวกับการตัดสินใจของแต่ละบุคคลมันอาจเป็นประโยชน์ในการพิจารณาวิถีโดยรวมผ่านลำดับของรัฐ (มะเดื่อ. 1) โดปามีนอาจช่วยเร่งการไหลไปตามวิถีการเรียนรู้99. สิ่งนี้อาจเกี่ยวข้องกับอิทธิพลสำคัญของโดปามีนในช่วงเวลาของพฤติกรรม44,100. หนึ่งในขอบเขตสำคัญสำหรับการทำงานในอนาคตคือการได้รับความเข้าใจอย่างลึกซึ้งว่าโดปามีนมีผลอย่างไรต่อพฤติกรรมที่เกิดขึ้นอย่างมีกลไกโดยการปรับเปลี่ยนการประมวลผลข้อมูลภายในเซลล์เดี่ยว microcircuits และวงปมเยื่อหุ้มสมอง - ฐานขนาดใหญ่ นอกจากนี้ฉันได้เน้นบทบาทการคำนวณทั่วไปของโดปามีนในช่วงเป้าหมายที่แตกต่างกันไป แต่ส่วนใหญ่ถูกมองข้ามเป้าหมายของเยื่อหุ้มสมองที่ถูกทอดทิ้งและมันก็ยังคงเป็นที่จะเห็นว่าฟังก์ชั่นโดปามีนในโครงสร้างทั้งสองสามารถอธิบายได้ภายในกรอบเดียวกัน
ในการสรุปคำอธิบายที่เพียงพอของโดปามีนจะอธิบายว่าโดปามีนสามารถส่งสัญญาณทั้งการเรียนรู้และแรงจูงใจในเวลาที่รวดเร็วเท่ากันโดยไม่สับสน มันจะอธิบายว่าทำไมโดปามีนปล่อยไปสู่เป้าหมายสำคัญที่มีการคาดการณ์ผลตอบแทนแม้ว่าการโดปามีนในเซลล์จะไม่เกิดขึ้น และมันจะให้บัญชีการคำนวณโดพามีนแบบครบวงจรตลอดทั้ง striatum และที่อื่น ๆ ซึ่งจะอธิบายผลกระทบของพฤติกรรมที่แตกต่างกันในการเคลื่อนไหวความรู้ความเข้าใจและเวลา แนวคิดบางอย่างที่นำเสนอในที่นี้มีการเก็งกำไร แต่มีจุดประสงค์เพื่อกระตุ้นให้เกิดการอภิปรายการสร้างแบบจำลองและการทดลองใหม่ที่คมชัด
กิตติกรรมประกาศ
ฉันขอขอบคุณเพื่อนร่วมงานหลายคนที่ให้ความเห็นที่ลึกซึ้งเกี่ยวกับร่างข้อความก่อนหน้านี้รวมถึง Kent Berridge, Peter Dayan, Brian Knutson, Jeff Beeler, Peter Redgrave, John Lisman, Jesse Goldberg และผู้ไม่ประสงค์ออกนาม ฉันเสียใจที่ข้อ จำกัด ด้านพื้นที่ไม่ได้ จำกัด การอภิปรายในการศึกษาก่อนหน้านี้ที่สำคัญจำนวนมาก การสนับสนุนที่จำเป็นจัดทำโดยสถาบันแห่งชาติเกี่ยวกับความผิดปกติของระบบประสาทและโรคหลอดเลือดสมอง, สถาบันสุขภาพจิตแห่งชาติและสถาบันยาเสพติดแห่งชาติ