كيف يوازن الدماغ بين المخاطرة والتعلم

كيف يوازن الدماغ بين المخاطرة والتعلم

يكتشف علماء سالك دائرة تعلم في الديدان تعطي أدلة على السلوك البشري

LA JOLLA - إذا كان لديك 10 فرص لرمي النرد ، فهل تفضل أن تحصل على 5 دولارات لكل لفة (إجمالي 50 دولارًا) أو تخاطر بالفوز بـ 100 دولار إذا رميت ستة فقط؟

تفضل معظم الحيوانات ، من الديدان المستديرة إلى البشر ، الموقف الأكثر قابلية للتنبؤ عندما يتعلق الأمر بتأمين الموارد للبقاء ، مثل الطعام. الآن ، اكتشف علماء Salk الأساس لكيفية موازنة الحيوانات بين التعلم وسلوك المخاطرة للوصول إلى بيئة أكثر قابلية للتنبؤ. يكشف البحث عن تفاصيل جديدة حول وظيفة إشارتين كيميائيتين مهمتين للسلوك البشري: الدوبامين - المسؤول عن المكافأة والمخاطرة - و CREB - اللازم للتعلم.

يقول أحد كبار المؤلفين: "أظهرت الأبحاث السابقة أن بعض الخلايا العصبية تستجيب للتغيرات في الضوء لتحديد التباين في بيئتها ، ولكن هذه ليست الآلية الوحيدة" سريانث تشالاساني، أستاذ مساعد في Salk's معمل البيولوجيا العصبية الجزيئية. "اكتشفنا آلية جديدة تقيم التباين البيئي ، وهي مهارة حاسمة لبقاء الحيوانات."

من خلال دراسة الديدان المستديرة (Caenorhabditis ايليجانس) ، رسم باحثو Salk كيفية استخدام هذه الدائرة الجديدة للمعلومات من حواس الحيوان لمعرفة مدى إمكانية التنبؤ بالبيئة ودفع الدودة للانتقال إلى موقع جديد إذا لزم الأمر. تم تفصيل العمل في 9 أبريل 2015 في الخلايا العصبية.

يقول الباحثون إن الدائرة ، المكونة من 16 من 302 خلية عصبية في دماغ الدودة ، لها على الأرجح أوجه تشابه في أدمغة الحيوانات الأكثر تعقيدًا ، ويمكن أن تكون نقطة انطلاق لفهم وإصلاح بعض الاضطرابات النفسية أو السلوكية.

"ما كان مفاجئًا هو الدرجة التي يمكن بها تفسير التباين في سلوك الحيوان من خلال التباين في تجربتهم الحسية الماضية وليس مجرد الضوضاء" ، كما يقول تاتيانا شاربي، أستاذ مشارك ومؤلف مشارك في الورقة. "يمكننا الآن التنبؤ بسلوكيات الحيوانات المستقبلية بناءً على الخبرة الحسية السابقة ، بغض النظر عن تأثير العوامل الوراثية."

تُظهر هذه الصورة خلية عصبية حسية واحدة في الدودة المستديرة Caenorhabditis ايليجانس. أوضح باحثو سالك كيف تستخدم الدائرة العصبية الخبرة السابقة لتعديل السلوكيات المستقبلية. يكشف العمل عن تفاصيل جديدة حول وظيفة إشارتين كيميائيتين مهمتين لسلوك الحيوان والبشر: الدوبامين (المسؤول عن المكافأة والمخاطرة) و CREB (ضروري للتعلم).

اضغط هنا للحصول على صورة عالية الدقة.

الصورة: بإذن من معهد سالك للدراسات البيولوجية

اكتشف الفريق أن زوجين من الخلايا العصبية في دائرة التعلم هذه يعملان كحراس البوابة. يستجيب أحد الزوجين للزيادات الكبيرة في وجود الطعام ويستجيب الزوج الآخر لانخفاض كبير في وجود الطعام. عندما تكتشف أي من هذه الخلايا العصبية عالية العتبة تغيرًا كبيرًا في البيئة (على سبيل المثال ، رائحة الكثير من الطعام إلى عدم وجود طعام) فإنها تحفز الخلايا العصبية الأخرى على إطلاق الناقل العصبي الدوبامين.

إغراق الدوبامين في الدماغ - بشري أو غير ذلك - يجعل المرء أكثر استعدادًا لتحمل المخاطر. لا يختلف الأمر في الدودة المستديرة: تحفزها أنواع كبيرة في بيئتها ، حيث يرتفع الدوبامين في نظام الدودة وينشط أربعة خلايا عصبية أخرى في دائرة التعلم ، مما يمنحها نطاق استجابة أكبر. هذا يدفع الدودة إلى البحث بنشاط أكبر في منطقة أوسع (المخاطرة) حتى تصل إلى بيئة أكثر اتساقًا. تعمل كمية الدوبامين في نظامها كذاكرة للتجربة الماضية: حوالي 30 دقيقة أو نحو ذلك وتنسى المعلومات التي تم جمعها في الوقت السابق لذلك.

في حين أنه من المعروف أن وجود الدوبامين مرتبط بسلوك المخاطرة ، إلا أن كيفية عمل الدوبامين بالضبط لم يتم فهمها جيدًا. مع هذا العمل الجديد ، أصبح لدى العلماء الآن نموذج أساسي لكيفية أن تؤدي إشارات الدوبامين إلى قيام الدودة بمزيد من المخاطر واستكشاف بيئات جديدة.

يقول تشالاساني ، الحائز أيضًا على جائزة كرسي هيلين ماكلورين التنموي في علم الأعصاب. "نأمل أن يؤدي هذا العمل إلى علاجات أفضل للأمراض التنكسية العصبية والسلوكية والاضطرابات الأخرى حيث تكون إشارات الدوبامين غير منتظمة."

ومن المثير للاهتمام ، أن العلماء وجدوا أن الخلايا العصبية عالية العتبة تؤدي أيضًا إلى زيادة الإشارات من بروتين يسمى CREB ، والمعروف عند البشر والحيوانات الأخرى أنه ضروري لتعلم الذكريات الجديدة والاحتفاظ بها. أظهر الباحثون أن وجود الـ CREB ليس فقط مهمًا للتعلم ، ولكن كمية بروتين الـ CREB تحدد مدى سرعة تعلم الحيوان. يضيف تشالاساني أن هذا الارتباط المفاجئ قد يؤدي إلى طرق جديدة للبحث عن تحسينات الدماغ.

كيف اختبر الباحثون كل هذا في الديدان بالضبط؟ بدأوا بوضع الديدان في أطباق تحتوي إما على رقعة كبيرة أو صغيرة من البكتيريا الصالحة للأكل. تميل الديدان الموجودة في البقع الصغيرة إلى الوصول إلى الحواف بشكل متكرر ، وتعاني من تغيرات كبيرة في التباين (تحتوي الحواف على كميات كبيرة من الطعام مقارنة بالمركز). ومع ذلك ، وصلت الديدان الموجودة على البقعة الكبيرة إلى الحافة بشكل أقل تكرارًا ، وبالتالي تعيش بيئة مستقرة عامة (بشكل أساسي منطقة بها طعام ثابت).

باستخدام علم الوراثة والتصوير والتحليل السلوكي وتقنيات أخرى ، وجد الباحثون أنه عندما تكون الديدان على بقع صغيرة ، يستجيب زوجان من الخلايا العصبية عالية العتبة للتنوع الأكبر والإشارة التي تؤدي إلى زيادة الدوبامين. عندما تم إخراج الديدان الموجودة في هذه البقع الصغيرة (ودوبامين أعلى) ووضعها في طبق جديد ، اكتشفوا مساحة أكبر ، مخاطرين أكثر. ومع ذلك ، فإن الديدان من البقع الأكبر تنتج كمية أقل من الدوبامين وكانت أكثر حذرًا ، حيث تستكشف مساحة صغيرة فقط عند وضعها في منطقة جديدة.

بالإضافة إلى ذلك ، عندما كان بروتين CREB موجودًا بكميات أكبر ، وجد الفريق أن الديدان استغرقت وقتًا أقل بكثير للتعرف على تنوع طعامها. يقول تشالاساني: "عادةً ما تستغرق الديدان حوالي 30 دقيقة أو نحو ذلك لاستكشاف الطعام والتعرف عليه ، ولكن مع استمرار زيادة بروتين CREB ، فإنها تتعلمه بشكل أسرع". "لذا فإن الدوبامين يخزن ذاكرة ما تتعلمه هذه الديدان بينما ينظم CREB مدى سرعة تعلمها."

من بين المؤلفين آدم ج. كالهون جامعة كاليفورنيا، سان دييغو؛ نافين بوكالا جامعة روكفلر؛ وآدا تونج ، وجيمس إيه جيه فيتزباتريك ، وتاتيانا أو.شاربي ، وسريكانث إتش. تشالاساني ، وجميعهم من معهد سالك.

تم تمويل العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحةأطلقت حملة المؤسسة الوطنية للعلوم و مبادئ السلوك مؤسسة ريتا ألين.

عن معهد سالك للدراسات البيولوجية:
معهد سالك للدراسات البيولوجية هو أحد المؤسسات البحثية الأساسية البارزة في العالم ، حيث يقوم أعضاء هيئة التدريس المشهورون دوليًا بالتحقيق في أسئلة علوم الحياة الأساسية في بيئة فريدة وتعاونية وإبداعية. من خلال التركيز على الاكتشاف وتوجيه الأجيال القادمة من الباحثين ، يقدم علماء Salk مساهمات رائدة لفهمنا للسرطان والشيخوخة والزهايمر والسكري والأمراض المعدية من خلال دراسة علم الأعصاب وعلم الوراثة وبيولوجيا الخلايا والنباتات والتخصصات ذات الصلة.

تم الاعتراف بإنجازات أعضاء هيئة التدريس بالعديد من الأوسمة ، بما في ذلك جوائز نوبل والعضويات في الأكاديمية الوطنية للعلوم. تأسس المعهد في عام 1960 من قبل رائد لقاح شلل الأطفال جوناس سالك ، وهو مؤسسة مستقلة غير ربحية ومعلم معماري.