Yeni araştırmalar, beyindeki öğrenmenin yalnızca yiyecek veya para gibi dış ödüller olduğunda değil, aynı zamanda doğal olarak dopamin ve asetilkolinin sürekli gel-gitiyle de gerçekleştiğini ortaya koyuyor. Araştırmacılar, bu hormonal dengeleme eyleminin sürekli olduğunu ve ödüllerden bağımsız olduğunu ve nöropsikiyatrik durumlara ilişkin potansiyel olarak yeni bilgiler sunduğunu buldu.
Bulgular, anıların gün boyunca nasıl oluştuğunu açıklayabilir.
Bilim insanları uzun zamandır yiyecek veya para gibi ödüllerin, zevk ve olumlu pekiştirmeyle ilişkili bir hormon olan dopamin salınımını tetikleyerek öğrenmeyi teşvik ettiğine inanıyorduk. Ancak kemirgenler üzerinde yakın zamanda yapılan bir araştırma, anında bir ödül olmasa bile öğrenmenin yine de gerçekleşebileceğini öne sürüyor.
NYU Grossman Tıp Fakültesi’nden bir ekip tarafından yürütülen araştırmada, dopamin ile başka bir beyin olan asetilkolin arasındaki etkileşim incelendi. Öğrenme ve hafızada rol oynayan kimyasal. Önceki çalışmalar bu iki hormonun ters bir ilişkiye sahip olduğunu gösteriyordu; birinde bir artış diğerinde bir azalmaya yol açar. Daha önce ödüllerin, asetilkolini azaltırken aynı anda dopamin seviyelerini yükselterek öğrenmeyi kolaylaştırdığı düşünülüyordu.
Bu ani hormon dengesizliğinin, beyin hücrelerinin yeni koşullara uyum sağlaması ve daha sonra kullanmak üzere anılar oluşturması için bir fırsat penceresi açtığına inanılıyor. Nöroplastisite olarak bilinen bu süreç, öğrenmenin yanı sıra yaralanma sonrası iyileşmenin de önemli bir özelliğidir. Ancak, bu hafıza sisteminin tek itici gücünün yiyecek ve diğer dış ödüller mi olduğu, yoksa beyinlerimizin dışarıdan yardım almadan öğrenmeye elverişli koşulların aynısını yaratıp yaratamayacağı sorusu hâlâ ortadaydı.
Bazılarını sağlamak için Netlik açısından, çalışmanın yazarları, asetilkolin düzeyleri düşükken aynı zamanda dopamin düzeylerinin ne zaman ve hangi koşullar altında yüksek olduğuna odaklandılar. Ödül olmadığında bile bu durumun sıklıkla meydana geldiğini bulmuşlardır. Aslında, hormonların beyinde sürekli olarak alçalıp aktığı, dopamin düzeylerinin düzenli olarak yükseldiği, asetilkolin düzeylerinin ise düşük olduğu ve bunun sürekli öğrenmeye zemin hazırladığı ortaya çıktı.
“Bulgularımız, bunun ne zaman yapılacağına dair mevcut anlayışa meydan okuyor. ve dopamin ile asetilkolinin beyinde birlikte nasıl çalıştığı,” diyor araştırmanın başyazarı Anne Krok, PhD. Aynı zamanda NYU Grossman Tıp Fakültesi’nde tıp öğrencisi olan Krok, “Ödüller, öğrenme için benzersiz koşullar yaratmak yerine, halihazırda mevcut ve sürekli işleyen bir mekanizmanın avantajından yararlanıyor” diye ekledi.
İçin Yakın zamanda Nature dergisinde yayınlanan araştırmada, çalışma ekibi düzinelerce fareye, istedikleri gibi koşabilecekleri veya dinlenebilecekleri bir tekerleğe erişim sağladı. Araştırmacılar zaman zaman hayvanlara bir bardak su ikram etti. Daha sonra kemirgenlerin beyin aktivitesini kaydettiler ve farklı anlarda salınan dopamin ve asetilkolin miktarını ölçtüler.
Beklendiği gibi, içecek ikramları, ödüllerle tetiklenen tipik dopamin ve asetilkolin salınım modellerini yarattı. Bununla birlikte ekip ayrıca su ikramı almadan önce dopamin ve asetilkolinin saniyede yaklaşık iki kez “gel-git” döngülerini takip ettiğini, bu sırada bir hormonun seviyesinin düştüğünü, diğerinin ise yükseldiğini gözlemledi. Krok, kemirgenlerin koşmasına ya da hareketsiz durmasına bakılmaksızın bu modelin devam ettiğini belirtiyor. İç gözlem ve dinlenme dönemlerinde insanlarda da benzer beyin dalgalarının gözlemlendiğini ekliyor.
Çalışmada, “Bu sonuçlar, beynin herhangi bir dış teşvike ihtiyaç duymadan kendi başına nasıl öğrendiğini ve prova yaptığını açıklamaya yardımcı olabilir” dedi. kıdemli yazar ve sinir bilimci Nicolas Tritsch, Ph.D. “Belki de bu nabız gibi atan devre, beynin geçmiş olaylar üzerine düşünmesini ve onlardan ders almasını tetikliyordur.”
Bununla birlikte, NYU Langone Health Sinir Bilimi ve Fizyoloji Bölümü’nde yardımcı doçent olan Tritsch, araştırmalarının şu şekilde olduğu konusunda uyarıyor: kendi deyimiyle, fare beyinlerinin bilgiyi insan beyniyle aynı şekilde işleyip işlemediğini, kendi deyimiyle bu “kendi kendini yönlendiren” öğrenme sırasında işleyip işlemediğini söylemek için tasarlanmamıştır.
Yine de, çalışmanın sonuçlarının şunu da sunabileceğini söylüyor: Şizofreni, dikkat eksikliği/hiperaktivite bozukluğu (DEHB) ve depresyon gibi yanlış dopamin düzeylerine bağlı nöropsikiyatrik durumları anlamanın yeni yollarına dair içgörü.
Örneğin şizofrenide hastalar sıklıkla aşağıdaki sorunlarla karşılaşır: gerçeklikle çelişen yanılsamalar. Tritsch, eğer dopamin-asetilkolin devresi beyindeki bağlantıları sürekli olarak güçlendiriyorsa, o zaman bu mekanizmadaki problemler çok fazla ve yanlış bağlantının oluşmasına yol açarak gerçekte gerçekleşmemiş olayları “öğrenmelerine” neden olabilir, diyor.
Benzer şekilde motivasyon eksikliği de depresyonun sık görülen bir belirtisidir ve yataktan kalkmak, diş fırçalamak veya işe gitmek gibi temel görevleri yerine getirmeyi zorlaştırır. Yazarlar, iç tahrik sistemindeki bir kesintinin bu sorunlara katkıda bulunabileceğini söylüyor.
Sonuç olarak Tritsch, araştırma ekibinin bundan sonra hayvanlarda dopamin-asetilkolin döngülerinin nasıl davrandığını incelemeyi planladığını söylüyor. Bu tür zihinsel hastalıkların modelleri ve hafızanın pekiştirilmesi için önemli olan uyku sırasında.
Kaynak: “Farelerin striatumunda içsel dopamin ve asetilkolin dinamikleri”, Anne C. Krok, Marta Maltese, Pratik Mistry , Xiaolei Miao, Yulong Li ve Nicolas X. Tritsch, 9 Ağustos 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05995-9
Çalışma için fon sağlandı Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından DP2NS105553, R01MH130658, T32NS086750, T32GM007308 ve T32GM136573 bağışları. Alfred P. Sloan Vakfı, Danna Vakfı, Whitehall Vakfı, Feldstein Tıp Vakıfları ve Vilcek Scholars Ödülü tarafından daha fazla finansman sağlandı.
Krok ve Tritsch’in yanı sıra, çalışmaya katılan diğer araştırmacılar da Marta Maltese, Ph.D.; Pratik Mistry, MS; NYU Langone’da ve Xiaolei Miao, Ph.D.; ve Pekin’deki Pekin Üniversitesi Yaşam Bilimleri Okulu’ndan Ph.D. Yulong Li.