Schwierige Entscheidungen? Fragen Sie nach dem Dopaminspiegel Ihres Gehirns

Schwierige Entscheidungen? Fragen Sie nach dem Dopaminspiegel Ihres Gehirns

Salk-Forscher erfahren, wie Dopamin laufende Entscheidungen steuert, und liefern Einblicke in die Parkinson-Krankheit und Drogenabhängigkeit

LA JOLLA – Angenommen, Sie greifen auf einem Buffet nach dem Obstbecher, schalten aber im letzten Moment um und greifen stattdessen zu einem Cupcake. Emotional ist Ihre Entscheidung ein komplexes Gemisch aus Schuldgefühlen und köstlicher Vorfreude. Aber physikalisch ist es eine einfache Verschiebung: Anstatt sich nach links zu bewegen, bewegte sich Ihre Hand nach rechts. Solche sekundenschnellen Veränderungen sind für Neurowissenschaftler von Interesse, weil sie eine wichtige Rolle bei Krankheiten spielen, bei denen es zu Problemen bei der Auswahl einer Handlung kommt, wie etwa Parkinson und Drogenabhängigkeit.

In der Online-Veröffentlichung der Zeitschrift vom 9. März 2017 NeuronWissenschaftler des Salk Institute berichten, dass die Konzentration einer Gehirnchemikalie namens Dopamin Entscheidungen über Handlungen so präzise steuert, dass die Messung des Spiegels direkt vor einer Entscheidung es Forschern ermöglicht, das Ergebnis genau vorherzusagen. Darüber hinaus fanden die Wissenschaftler heraus, dass eine Änderung des Dopaminspiegels ausreicht, um die bevorstehende Wahl zu ändern. Die Arbeit könnte neue Wege für die Behandlung von Störungen eröffnen, sowohl in Fällen, in denen eine Person keine Bewegung auswählen kann, die sie auslösen möchte, wie bei der Parkinson-Krankheit, als auch in Fällen, in denen jemand wiederholte Handlungen nicht stoppen kann, wie etwa bei Zwangsstörungen (OCD) oder Drogenabhängigkeit .

„Da wir nicht mehr als eine Sache gleichzeitig tun können, trifft das Gehirn ständig Entscheidungen darüber, was als nächstes zu tun ist“, sagt er Xin Jin, Assistenzprofessor am Molecular Neurobiology Laboratory von Salk und leitender Autor des Artikels. „In den meisten Fällen steuert unser Gehirn diese Entscheidungen auf einer höheren Ebene als durch die direkte Kommunikation mit bestimmten Muskeln, und das ist es, was mein Labor vor allem besser verstehen möchte.“

Wenn wir uns dazu entschließen, eine freiwillige Handlung auszuführen, wie zum Beispiel das Zubinden unserer Schnürsenkel, sendet der äußere Teil unseres Gehirns (der Kortex) ein Signal an eine tiefer liegende Struktur namens Striatum, die Dopamin erhält, um die Abfolge der Ereignisse zu orchestrieren: Bücken, Greifen Schnürsenkel, Knoten binden. Neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson schädigen die Dopamin-ausschüttenden Neuronen und beeinträchtigen die Fähigkeit einer Person, eine Reihe von Befehlen auszuführen. Wenn Sie beispielsweise Parkinson-Patienten bitten, eine V-Form zu zeichnen, zeichnen sie möglicherweise eine Linie, die nach unten verläuft, oder eine Linie, die nach oben verläuft. Allerdings fällt es ihnen schwer, von einer Richtung in die andere zu wechseln, und sie verbringen viel mehr Zeit beim Übergang. Bevor Forscher gezielte Therapien für solche Krankheiten entwickeln können, müssen sie genau verstehen, welche Funktion Dopamin auf einer grundlegenden neurologischen Ebene im normalen Gehirn hat.

Jins Team entwarf eine Studie, in der Mäuse zwischen dem Drücken eines von zwei Hebeln wählten, um eine zuckerhaltige Behandlung zu erhalten. Die Hebel befanden sich auf der rechten und linken Seite einer speziell angefertigten Kammer, in deren Mitte sich der Leckerli-Spender befand. Die Hebel zogen sich zu Beginn jedes Versuchs aus der Kammer zurück und tauchten entweder nach zwei Sekunden oder nach acht Sekunden wieder auf. Die Mäuse lernten schnell, dass das Drücken des linken Hebels ein Vergnügen war, wenn die Hebel nach der kürzeren Zeit wieder auftauchten. Wenn sie nach längerer Zeit wieder auftauchten, führte das Drücken des rechten Hebels zu einer Belohnung. Somit stellten die beiden Seiten eine vereinfachte Zwei-Wahl-Situation für die Mäuse dar - sie bewegten sich anfänglich auf die linke Seite der Kammer, aber wenn die Hebel nicht innerhalb einer bestimmten Zeitspanne wieder auftauchten, bewegten sich die Mäuse basierend auf der rechten Seite auf eine interne Entscheidung.

„Dieses spezielle Design ermöglicht es uns, eine einzigartige Frage zu stellen, was im Gehirn während dieses mentalen und physischen Wechsels von einer Wahl zur anderen passiert“, sagt Hao Li, ein Salk-Forschungsmitarbeiter und Co-Erstautor des Papiers.

Während die Mäuse die Versuche durchführten, verwendeten die Forscher eine Technik namens Fast-Scan-Cyclovoltammetrie, um die Dopaminkonzentration im Gehirn der Tiere über eingebettete Elektroden zu messen, die viel feiner als ein menschliches Haar sind. Die Technik ermöglicht eine Messung im sehr feinen Zeitmaßstab (in dieser Studie erfolgte die Probenahme 10 Mal pro Sekunde) und kann daher auf schnelle Änderungen in der Gehirnchemie hinweisen. Die Voltammetrieergebnisse zeigten, dass Schwankungen des Dopaminspiegels im Gehirn eng mit der Entscheidung des Tieres verbunden waren. Die Wissenschaftler waren tatsächlich in der Lage, die bevorstehende Wahl des Hebels des Tieres allein anhand der Dopaminkonzentration genau vorherzusagen.

Interessanterweise zeigten andere Mäuse, die durch Drücken eines der Hebel eine Behandlung erhielten (wodurch das Element der Wahl entfernt wurde), einen Dopaminanstieg, als die Versuche begannen, aber im Gegensatz dazu blieben ihre Spiegel die ganze Zeit über der Grundlinie (schwankten nicht unter der Grundlinie). Hinweis auf die sich entwickelnde Rolle von Dopamin, wenn eine Wahl getroffen wird.

„Wir freuen uns sehr über diese Ergebnisse, da sie darauf hinweisen, dass Dopamin über seine bekannte Rolle beim Lernen hinaus auch an laufenden Entscheidungen beteiligt sein könnte“, fügt der Co-Erstautor des Papiers, Christopher Howard, ein Salk-Forschungsmitarbeiter, hinzu.

Um zu überprüfen, ob der Dopaminspiegel die Wahländerung verursachte, anstatt nur damit verbunden zu sein, verwendete das Team Gentechnik und molekulare Werkzeuge - einschließlich der Aktivierung oder Hemmung von Neuronen mit Licht in einer Technik namens Optogenetik -, um den Dopaminspiegel im Gehirn der Tiere in der Realität zu manipulieren Zeit. Sie fanden heraus, dass sie Mäuse durch Erhöhen oder Verringern des Dopaminspiegels bidirektional von einer Hebelwahl zur anderen wechseln konnten.

Laut Jin deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass sich dynamisch ändernde Dopaminspiegel mit der laufenden Auswahl von Maßnahmen verbunden sind. „Wir glauben, dass Menschen eine bessere Kontrolle über ihr Verhalten haben könnten, wenn wir die entsprechende Dopamin-Dynamik wiederherstellen könnten - bei Parkinson, Zwangsstörungen und Drogenabhängigkeit. Dies ist ein wichtiger Schritt, um zu verstehen, wie dies erreicht werden kann. “

Die Arbeit wurde gefördert durch die National Institutes of Health, Die Dana-Stiftung, hat das Ellison Medical Foundation und der Whitehall-Stiftung.