Dalam "sistem ganjaran" mendapati neuron, teruja dengan persembahan yang baik • Alexander Markov • Berita sains mengenai "Unsur" • Neurobiologi, Psikologi

Dalam “sistem ganjaran” terdapat neuron, teruja dengan kecanggihan yang baik

Rajah. 1. Laluan saraf yang paling penting dalam "sistem ganjaran" adalah mesolimbi (anak panah biru) dan mesokortikal (anak panah biru) – dibentuk oleh proses neuron dopamin di kawasan ventral tayar (VTA). Pada yang pertama, isyarat dopamine berasal dari VTA kepada akusatif nukleus, amygdala, hippocampus dan korteks prefrontal, dan pada kedua, hanya pada korteks prefrontal, termasuk rantau orbitofrontalnya. Jingga oren otak tengah ditunjukkan. Imej dari www.cellbiol.net

Rasa kegembiraan dan keseronokan bergantung kepada aktiviti neuron dopamine di bahagian tengah ventral (VTA). Aktiviti mereka pula ditentukan oleh nisbah ganjaran (rangsangan positif) dan jangkaan kami: nasib yang tidak dijangka lebih banyak daripada yang kami tidak ragu-ragu. Sehingga sekarang, tidak diketahui bagaimana neuron dopamin VTA mengira perbezaan antara ganjaran dan jangkaan. Pakar saraf Amerika telah mengambil langkah penting untuk menguraikan misteri ini. Eksperimen yang paling rumit dengan tikus yang diubahsuai secara genetik, di mana elektroda otak, pemandu ringan dan virus buatan diperkenalkan, menunjukkan bahawa bahagian neuron VTA mengkhususkan diri dalam jangkaan pengekodan tanpa bertindak balas terhadap anugerah itu sendiri.Neuron ini adalah halangan (GABA-ergik). Rangsangan biasa mereka mengurangkan aktiviti neuron dopamine VTA dan dengan itu membosankan perasaan gembira dari "berita baik" yang telah diketahui oleh haiwan terlebih dahulu.

Kawasan tegar ventral (VTA) adalah komponen utama sistem "reward" (juga dikenali sebagai "sistem penguat dalaman", lihat sistem ganjaran) dalam otak mamalia. Lebih kurang 55-65% daripada neuron VTA adalah dopamin (dopaminergic) neuron yang menghantar isyarat kepada neuron lain menggunakan neurotransmitter dopamin. Dopamine memainkan peranan "bahan keseronokan" di dalam otak. Isyarat dopamin dari VTA memasuki korteks prefrontal, di mana proses mental yang sedar berlaku, hippocampus, yang mengendalikan memori (ini boleh dikaitkan dengan pembelajaran dari pengalaman positif), ke dalam nukleus accumbens, yang boleh dipanggil "pusat kenikmatan utama" dan yang bertanggungjawab untuk motivasi, kasih sayang dan ketergantungan, serta bahagian-bahagian "emosi" otak yang lain, seperti amigdala (Gambar 1).

Neuron dopamine VTA diaktifkan sebagai tindak balas kepada rangsangan positif (maklumat yang mereka terima dari bahagian otak lain, termasuk korteks), serta rangsangan bersyarat yang meramalkan ganjaran.Sebagai contoh, jika seekor haiwan mengetahui bahawa selepas bip ia diberi sesuatu yang enak, neuron VTA dopamine akan teruja sebagai tindak balas kepada bunyi bip itu. Ganjaran itu sendiri ("rangsangan tidak bersyarat") mengaktifkannya bergantung kepada kebarangkaliannya: ganjaran yang tidak dijangka menyebabkan pengaktifan yang kuat, tetapi jika haiwan itu tahu pasti bahawa merawat itu sentiasa muncul selepas panggilan itu, neuron hanya akan bertindak balas dengan bersungguh-sungguh pada loceng, dan bertindak balas dengan hadiah kurang atau tidak bertindak balas sama sekali. Nah, jika selepas panggilan itu hadiah tidak muncul, VTA akan menunjukkan kekecewaan, jatuh di bawah asas ("tenang"), neuron dopamin. Oleh itu, kerja-kerja neuron ini tidak mengkodekan berita baik seperti itu, tetapi, sebaliknya tahap surat-menyurat mereka terhadap jangkaan, "ramalan ramalan ganjaran, RPE).

Mekanisme ini menghalang kita daripada bersukacita pada pencapaian biasa, tetapi tidak menghalang mereka menjadi kecewa apabila ganjaran yang diharapkan itu tiba-tiba tergelincir. Pelanggaran kerjanya dapat dikaitkan dengan berbagai masalah mental, seperti semangat perjudian yang menyakitkan atau kecanduan narkoba.Adalah diketahui bahawa sesetengah ubat menghalang aktiviti perencatan, GABA-ergik, neuron VTA, yang akan dibincangkan di bawah. Neuron ini menghalang aktiviti neuron dopamin, yang boleh menghalang perkembangan keadaan euphorik yang stabil.

Rajah. 2 Model hipotesis pemprosesan maklumat oleh neuron dopamine VTA. Neuron bertindak balas kepada rangsangan yang dikondresikan (CS), meramalkan ganjaran, tetapi bukan pada ganjaran itu sendiri (penurunan air). Ini kerana, walaupun ia menerima dua isyarat masukan menarik (mengenai rangsangan bersyarat dan mengenai ganjaran, garis hitam), ia juga menerima isyarat perencatan dari neuron tertentu, aktiviti yang menguraikan jangkaan ganjaran (garis merah). Imej dari bahan tambahan (PDF, 7.87 MB) ke artikel yang dibincangkan di Alam

Mengenai bagaimana neuron dopamin "menghitung" kesilapan ramalan ganjaran, sehingga kini, hanya mungkin untuk membina hipotesis (Rajah 2). Ahli sains saraf Amerika yang menerbitkan hasil kajian mereka dalam jurnal terkini Alammembuat satu langkah penting untuk menguraikan mekanisme ini.

Para pengarang menanam 12 tikus ke dalam otak dengan elektroda untuk merekodkan aktiviti neuron VTA. Secara keseluruhannya, ia dapat mengesan kerja-kerja 187 neuron.Tikus telah diajar bahawa selepas kemunculan rangsangan yang dikondisikan (ini atau bau itu), salah satu daripada empat perkara berlaku: sama ada sebahagian besar air ("ganjaran besar") muncul dalam mangkuk minum selepas satu saat, atau yang kecil, atau apa-apa yang berlaku, atau aliran dihantar ke tetikus udara ("hukuman"). Kombinasi insentif bersyarat dan tidak bersyarat (bau dan ganjaran) adalah berbeza untuk semua tikus, tetapi setiap bau untuk setiap tetikus selalu meramalkan satu perkara. Tikus-tikus dengan cepat memahami segala-galanya, yang terbukti dari tingkah laku mereka: selepas rangsangan bersyarat yang meramalkan air, mereka mula melompat dari palung sebelum air muncul. Semasa latihan dan eksperimen, tikus, tentu saja, adalah terhad dalam minum supaya mereka cukup bermotivasi (tetapi tanpa ancaman terhadap kesihatan).

Rajah. 3 Aktiviti (kekerapan penjanaan impuls saraf) tiga jenis neuron VTA (Jenis I, II, III) dalam empat situasi: ganjaran besar (ganjaran yang besar), ganjaran kecil (ganjaran kecil), tiada apa (tiada apa-apa), hukuman (hukuman). Oleh paksi mendatar – masa. Jalur kelabu menegak menunjukkan masa penyerahan rangsangan bersyarat (bau), garis putus-putus – momen penampilan "hasil" (ganjaran atau hukuman). Tiga dari kiri grafik menunjukkan kerja satu neuron dipilih secara rawak bagi setiap jenis, tiga betul – corak purata untuk semua neuron jenis ini.Data dari 6 tikus daripada 12 ditunjukkan. Imej dari artikel dalam perbincangan Alam

Analisis aktiviti neuron dalam empat situasi (ganjaran yang besar, ganjaran kecil, apa-apa, hukuman) menunjukkan bahawa neuron VTA secara jelas dibahagikan kepada tiga jenis.

Jenis I neuron (Rajah 3, graf atas) – yang paling banyak. Mereka diaktifkan sebagai tindak balas kepada rangsangan bersyarat yang merangsang ganjaran. Kemudian aktiviti mereka kembali dengan cepat ke pangkalan dan tetap rendah ketika mouse menunggu ganjaran. Atas ganjaran itu sendiri, rupa yang "diramal" oleh rangsangan yang terkondisi, hanya sebahagian daripada neuron jenis pertama yang bertindak balas. Pada masa yang sama, tindak balas terhadap ganjaran yang dijangka berkurangan setiap hari. Dengan kata lain, apabila tetikus mendapat lebih banyak dan lebih banyak digunakan untuk fakta bahawa selepas rangsangan bersyarat ini muncul ganjaran, tindak balas kepadanya di neuron jenis pertama berkurang (walaupun tindak balas terhadap rangsangan bersyarat tetap kuat).

Oleh itu, jenis neuron jenis ini berkelakuan sama seperti neuron VTA dopamine yang perlu dilakukan: mereka mengodkan "ramalan ramalan ganjaran" (RPE). Ini selanjutnya disahkan oleh eksperimen di mana ganjaran tidak muncul selepas rangsangan bersyarat "baik".Jenis I neuron bertindak balas terhadap kekecewaan dengan mengurangkan aktiviti mereka.

Jenis II neuron (graf purata) juga meningkatkan aktiviti mereka sebagai tindak balas kepada rangsangan bersyarat yang menimbulkan ganjaran, tetapi, tidak seperti neuron jenis I, mereka terus bekerja secara aktif sepanjang tempoh menunggu. Pada masa yang sama, aktiviti mereka berkorelasi dengan saiz ganjaran yang diharapkan. Reaksi terhadap ganjaran itu sendiri lemah. Sekiranya tiada ganjaran selepas rangsangan yang berpanjangan positif ("kekecewaan"), neuron-neuron ini tidak bertindak balas. Oleh itu, jenis neuron jenis II mengekodkan jangkaan positif – nilai utama yang diperlukan untuk mengira RPE.

Jenis neuron III (plot rendah) mengurangkan aktiviti mereka sebagai tindak balas kepada rangsangan bersyarat "baik" dan sedikit meningkat sebagai tindak balas kepada "buruk". Ke depan, saya akan mengatakan bahawa sifat dan fungsi neuron ini tidak diketahui.

Sekarang perlu untuk membuktikan bahawa jenis neuron saya adalah neuron dopamin. Tugas yang sangat sukar ini diselesaikan oleh penulis dengan bantuan kejuruteraan genetik. Daripada 12 tikus dalam enam, virus dimasukkan ke dalam otak, dalam genom yang gen dimasukkan chr2menyebabkan sel-sel saraf menjadi teruja dengan cahaya (lihat channelrhodopsin). Gen ini dalam genom virus adalah dalam bentuk tidak aktif.Satu lagi gen boleh menjadikannya aktif cre (lihat rekombinase Cre), sebelum diperkenalkan ke dalam genom tikus itu sendiri, di mana ia berada di bawah kawalan promoter gen pengangkut datamine DAT, yang dinyatakan hanya dalam neuron dopamine. Hasilnya adalah tikus di mana dopamine neurons bertindak balas terhadap cahaya dengan menghasilkan impuls saraf. Sebagai tambahan kepada elektrod, mereka juga memasukkan panduan cahaya ke kepala tikus-tikus ini supaya mereka dapat menerangi VTA.

Ternyata semua neuron yang teruja oleh cahaya dari tikus ini adalah jenis I. Beberapa neuron jenis I tidak teruja dengan cahaya, tetapi ini kemungkinan besar disebabkan oleh fakta bahawa virus tidak menembusi ke dalam setiap neuron. Oleh itu, ia boleh dianggap terbukti bahawa jenis I neuron adalah benar-benar neuron VTA dopamin yang mengodkan kesilapan ramalan ganjaran.

Baki enam tikus juga menerima sebahagian daripada virus di dalam otak, tetapi tikus-tikus ini diubahsuai secara berbeza, supaya mereka tidak bertindak balas dengan cahaya oleh dopamin, tetapi oleh neuron GABA-ergik yang menghasilkan neurotransmitter GABA. Semua neuron VTA yang teruja dengan cahaya dari tikus ini ternyata menjadi neuron jenis II.

Jadi, penulis menunjukkan bahawa jenis I neuron adalah dopamin, dan jenis II neuron adalah GABA-ergik.Penemuan ini memungkinkan untuk menggabungkan beberapa serpihan teka-teki ke dalam gambar yang agak tipis. Bersama dengan neuron dopaminergik, GABA-ergik, serta neuron dopaminergik, sebelum ini diketahui wujud di rantau ventral. Neuron GABA-ergik VTA menghantar isyarat perencatan mereka ke banyak bahagian otak. Pengakhiran mereka juga boleh didapati di dendrit neuron dopamine VTA. Oleh itu, pengujaan neuron GABA-ergik VTA membawa kepada perencatan dopaminergik. Oleh kerana kita sekarang tahu bahawa pengujaan neuron GABA-ergik VTA mencerminkan jangkaan positif, ia menjadi jelas dari mana neuron dopamin mendapatkan maklumat tentang jangkaan ini, dan anda boleh membayangkan bagaimana "ralat ramalan ganjaran" dikira.

Rupa-rupanya, semua neuron VTA menerima isyarat mengenai rangsangan bersyarat yang meramalkan ganjaran. Kedua-dua jenis I (dopamin) dan jenis II neuron (GABA-ergic) bertindak balas terhadap isyarat ini dengan meningkatkan aktiviti. Yang kedua mengekalkan tahap aktiviti yang tinggi sepanjang tempoh menunggu untuk ganjaran. Pada masa yang sama, aktiviti neuron jenis II, mencerminkan keyakinan dalam menerima ganjaranmenekan kerja neuron jenis I – kadang-kadang tidak segera, tetapi hanya selepas beberapa hari (ini mungkin memerlukan penstrukturan semula sambungan sinaptik, lihat plasticity synaptic). Isyarat-isyarat excitatory mengenai "berita baik" meminimumkan isyarat penghambaan tentang jangkaan yang diterima oleh neuron dopamin adalah nilai RPE yang dicari, kesalahan dalam meramalkan ganjaran.

Rajah. 4 Skim sambungan saraf VTA, kerana ia diwakili oleh hasil kajian. Kelabu kelabu – VTA, bulatan berwarna – tiga jenis neuron: DAergic – dopaminergik, GABAergic – GABA-ergik, Jenis III – neuron jenis III. VTA mendapat perhatian (Pengujaan) dan brek (Perencatan) isyarat input tentang jangkaan positif (Peperiksaan) dan insentif negatif (Keengganan) dari korteks prefrontal (PFC), kekang sisi (Lhb), nukleus pedunculopontin (PPN), striatum, atau striatum (Str). Isyarat neuron VTA dopamin membawa kesilapan ramalan ralat (RPE), pergi ke kulit (Stx, striatum, amygdala (Amy), hippocampus (Hipp). Imej dari bahan tambahan kepada artikel dibincangkan di Alam

Algoritma sebenar operasi VTA mungkin lebih rumit daripada skema kasar yang ditunjukkan dalam Rajah. 4Tetapi ini boleh dikatakan hampir kesimpulan atau generalisasi dalam neurobiologi (dan sememangnya secara biologi), yang tidak membuat kesimpulan ini kurang penting dan bermanfaat. Khususnya, hasilnya dapat membantu dalam memerangi ketagihan dadah. Lagipun, sesetengah ubat, seperti yang dinyatakan di atas, menghalang aktiviti neuron-ergik VTA GABA. Oleh itu, menguraikan fungsi neuron ini adalah penting untuk memahami mekanisme pembentukan kebergantungan dadah.

Sumber: Jeremiah Y. Cohen, Sebastian Haesler, Linh Vong, Bradford B. Lowell, Naoshige Uchida. Jenis isyarat untuk ganjaran dan hukuman di daerah tegmental ventral // Alam. 2012. V. 482. P. 85-88.

Mengenai peranan neuron dopamin, lihat juga ::
1) Tikus mutant tidak menjadi penagih, "Elemen", 05/26/2008.
2) Cinta dan kesetiaan dikawal oleh dopamin, "Unsur", 12/07/2005.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: