Læringsevnen i hendene på dopaminet

Signalstoffet dopamin spiller en avgjørende rolle i menneskets jakt på å forstå nye ting. Det kan være hjernens viktigste innlæringssignal.

(Illustrasjonsfoto: www.colourbox.no)
(Illustrasjonsfoto: www.colourbox.no)

Dopamin

Et eksempel på en god opplevelse som utløser dopamin er når en toårig for første gang finner en rosin på gulvet, putter den i munnen og finner ut at den smaker godt.

I kjølvannet av den gode opplevelsen vil barnets hjerne få et skudd dopamin, og snart vil han kravle rundt på gulvet som en annen rosinstøvsuger.

Sex og fet og søt mat utløser også dopamin i hjernene våre og gjør oss avhengige av det.

Dopamin er altså viktig for overlevelsen vår sett fra et evolusjonsmessig synspunkt.

Når vi i vårt daglige virke støter på en ny, god opplevelse, får hjernene våre et skudd av signalstoffet dopamin, som gir oss en lykkefølelse.

Det får oss til å lagre den gode opplevelsen i hukommelsen og oppsøke den neste gang muligheten byr seg. Omvendt kan en dårlig opplevelse gi et plutselig fall i dopaminnivået.

Nå har en dansk forskergruppe, med den 37-årige fysikeren Jakob Kisbye Dreyer fra Panum Instituttet på Københavns Universitet i spissen, som de første i verden laget en datamodell over den delen av hjernen som opplever et skudd av dopamin.

Som ringer i vannet i 3D

Kritikere av den enkle dopaminteorien har argumentert med at det kanskje ikke er så enkelt, og at produksjonen av dopamin fra spesielle nevroner i hjernens indre foregår så langsomt at det er usannsynlig at det er tett knyttet til den gode opplevelsen.

Noe tyder på at den nye danske datamodellen kan få kritikken til å forstumme. Modellen viser nemlig at produksjonen av dopamin skjer innen millisekunder, og at utbredelsen foregår i alle retninger fra mange dopaminproduserende celler i hjernens indre, basalgangliene.

– Utbredelsen av dopamin i hjernens indre minner om de ringene som et kraftig haglvær skaper når de treffer en blank havoverflate. Den eneste forskjellen er at det skjer i tre dimensjoner.

Det sier Jakob Kisbye Dreyer om oppdagelsen, som er publisert i tidsskriftet Journal of Neuroscience.

Dreyer er temmelig sikker på at offentliggjøringen vil få dopaminforkjemperne til å sove roligere om natten.

– Datamodellen vår avslører nemlig at dopaminsignalet kommer på banen umiddelbart etter både gode og dårlige opplevelser og ikke som en forsinket respons flere minutter senere. Det er en viktig ny erkjennelse, sier Dreyer.

Dopamin er et innlæringssignal

Forskningen er skjedd i et tett samarbeid mellom forskere fra Københavns Universitet og det danske farmasøytiske selskapet Lundbeck.

Doktorgradsstudent Kjartan Frisch Herrik, som til daglig arbeider i Lundbecks forskningsavdeling, har fôret Dreyer og kollegene hans på Panum Instituttet med data fra forsøk på mus, rotter og marsvin.

Forskerne har forsøkt å analysere seg frem til hvordan utbredelsen av dopamin sannsynligvis foregår i hjernen.

Dreyer har deretter matet dataene inn i en datamodell, og har dermed kunnet skape et presist bilde av hvordan dopaminet brer seg ut i hjernens indre (se animasjon i bunnen av artikkelen).

For første gang kunne man dokumentere at det går mye raskere enn man trodde tidligere.

Forstår nevrologiske sykdommer bedre

Kjartan Frisch Herrik er begeistret for det tverrfaglige samarbeidet med Københavns Universitet.

– Ved å koble sammen elementer fra fysikkens, matematikkens og nevrobiologiens verden, har vi fått en unik innsikt i dopaminsignalene i hjernene våre, og datamodellen kan bli et viktig instrument for å lære mer om en rekke nevrologiske sykdommer, sier han.

Herrik tenker på mange av de nevrologiske sykdommene som skyldes feil i dopaminsystemet. Som for eksempel Parkinsons sykdom, stoffavhengighet, ADHD og schizofreni.

– Med den nye modellen kan vi få et større innblikk i hva som har gått galt for dopaminsystemet i de forskjellige sykdommene.

– Dermed kan vi kanskje finne årsakene til sykdommene og utvikle nye legemidler som kan behandle spesifikke symptomer hos disse alvorlige sykdommene med færre bivirkninger, sier Herrik.

Schizofrene skal bli skuffet eller veldig glade

Han nevner schizofrene pasienter som et eksempel. Forsøk har nemlig vist at schizofrene for eksempel har problemer med å spille kort hvis reglene plutselig blir endret underveis.

– Schizofrene har typisk problemer med å endre strategi fordi forstyrrelsene i dopaminsystemet gjør at de verken kan bli skuffet eller veldig glade. Så følelsen av at «det var fint da jeg spilte det kortet» eller «æsj, det var dumt med det kortet» mangler.

(Foto: Colourbox)
(Foto: Colourbox)

– Innlæringen blir altså mer mekanisk og mindre følelsesladet, og da er det vanskelig å lære nye kortregler, sier Herrik.

Det kunne ifølge Herrik være spennende å bruke den nyutviklede datamodellen til å komme nærmere et svar på hva som skjer i de schizofrene hjernene under kortspill, og i andre situasjoner fra hverdagen.

– De kunne kanskje hjelpe oss på sporet av en ny medisin, som ikke nødvendigvis vil hjelpe de schizofrene med vrangforestillingene deres, men kunne kanskje hjelpe dem til å lære bedre og dermed fungere bedre i hverdagen, sier Herrik.

Viktig i kampen mot stoffmisbruk

Modellen kan også bli et viktig redskap for å forstå hva som skjer under stoffmisbruk, som for eksempel kokain.

Dopamin er nemlig også det sentrale omdreiningspunktet når man tar kokain. Kokainen gjør at hjernen samler opp dopamin, i stedet for å rense det unna som vanlig. Med andre ord blir hjernen oversvømt med dopamin.

– Den kunstige opphopningen lurer kroppen til å tro at det den gjør med seg selv nå, er bra. Det betyr at personen vil oppsøke den tilstanden på tross for at det ikke er godt for verken kropp eller sjel.

– Den narkomane opplever ganske enkelt en ekstrem utgave av en ellers naturlig mekanisme i kroppen, som vi andre bruker til å ta sunne valg og lære nye ting med, sier Jakob Kisbye Dreyer.

Forskerne håper at de nye resultater kan gjøre at vi lærer mer om hvordan kokain virker på det molekylære planet, og bruke den kunnskapen til å hjelpe narkomane.

Videoen viser hvordan dopamin fordeler seg i striatum i hjernens indre etter at dopamin har blitt produsert i to omganger. De svarte prikkene er synapser, som er det stedet hvor to nevroner kommuniserer. Den blå overflaten viser utbredelsen av dopamin i 3D. Animasjonen er laget på bakgrunn av den nye danske datamodellen (Kilde: Jakob Kisbye Dreyer)

Bakgrunnen for datamodellen

Forskernes modell er til dels blitt til på grunnlag av forsøk på mus som Kjartan Frisch Herrik fra Lundbeck har stått i spissen for.

Forsøkene er i korte trekk gått ut på at fullt bedøvede mus er blitt utstyrt med elektroder i hjernen.

Elektrodene kunne måle aktiviteten som kommer fra det området i hjernen, substantia nigra, som stimulerer til utskillelse av dopamin et annet sted i hjernen, nemlig striatum i basalgangliene i hjernens indre.

Herrik og kollegene har dermed klart å få et indirekte mål for dopaminaktiviteten i gnageres hjerner i form av elektriske signaler.

Både under normale omstendigheter, hvor dopamin hele tiden blir frigitt fra dopaminproduserende nevroner, eller når hjernen opplever et ekstra skudd av dopamin.

På lydfilene kan du høre hvordan dopaminaktiviteten i musehjernen kom til uttrykk under forsøkene. Den regelmessige aktiviteten lyder ifølge Herrik som en fiskebåt, mens den intensiverte aktiviteten lyder som popkorn som popper i en stor gryte.

Sammen med andre vitenskapelige data, som elektrofysiologi, PET-skanninger, mikrodialyse, amperemetri og voltametri har de klart å skape en datamodell som tar hensyn til de mange dataene samtidig.

Det har gitt et unikt bilde av hvordan dopaminet spres, og hvilke reseptorer dopaminet virker på. Dermed har forskerne blant annet funnet ut at de dopaminproduserende hjernecellene ikke bare kan signalisere belønning, men også skuffelse.

Riktignok er mus og andre gnagere forskjellige fra mennesker, men dopaminsystemet er så grunnleggende og nødvendig at det er en uunnværlig del av hjernen hos alle dyr. I hvert fall fra krypdyr og opp til mennesker.

___________________

© videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygård for forskning.no

Lenker:

The Journal of Neuroscience

Jakob Kisbye Dreyers profil

Kjartan Frisch Herriks profil

Lundbeck

Powered by Labrador CMS