معلومة

هل الخلايا العصبية التي تحتوي على الدوبامين بداخلها ترسل إشارات فقط إلى عصبون آخر يحتوي على الدوبامين؟

هل الخلايا العصبية التي تحتوي على الدوبامين بداخلها ترسل إشارات فقط إلى عصبون آخر يحتوي على الدوبامين؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تحصل الخلية العصبية التي تحتوي على مستقبلات الدوبامين على إمكانات فعلية وتطلق الدوبامين إلى الخلايا العصبية الأخرى. هل تتحرر هذه الخلية العصبية فقط للخلايا التي بداخلها الدوبامين؟ لأنه ماذا لو كانت الخلية العصبية تحتوي على مستقبلات الدوبامين ولكن السيروتونين هو الناقل؟


لا ، غالبًا ما تتشابك الخلايا العصبية التي تحتوي على جميع أنواع الناقلات العصبية مع الخلايا العصبية التي تطلق أنواعًا أخرى من الناقلات العصبية. في الواقع ، بصرف النظر عن الناقلات العصبية الأكثر شيوعًا مثل الغلوتامات و GABA ، فهذه هي القاعدة وليست الاستثناء. لقد ذكرت الدوبامين على وجه التحديد ، وهذا مثال رائع - الخلايا العصبية الشوكية المتوسطة في المخطط والتي تعد أشهر الخلايا المستقبلة للدوبامين ليست دوبامين نفسها - فهي كلها من نوع GABAergic. الخلايا العصبية الأمينية الأخرى متشابهة. إن الخلايا العصبية الموضعية النورادرينالية والخلايا العصبية السيروتونينية لنواة الرفاء تتجه إلى جزء كبير من الدماغ الأمامي ، والذي يحتوي على عدد قليل من الخلايا العصبية النورادرينالية أو الخلايا العصبية السيروتونينية الخاصة بها.

تحتوي الخلايا العصبية في كثير من الأحيان على مستقبلات للناقلات العصبية التي لا تنتجها ، وتعرف باسم مستقبلات غير متجانسة، في مقابل المستقبلات الذاتية، والتي تستجيب لنفس جهاز الإرسال الذي تستجيب له الخلية التي تمتلك المستقبل. عادة ما توجد المستقبلات الذاتية لغرض ردود الفعل السلبية ("لقد أطلقت بالفعل ما يكفي من جهاز الإرسال الخاص بي ، لذلك أحتاج إلى التوقف حتى لا أفرط في تحميل الخلايا التي أشتبك بها") أكثر من الخلايا العصبية التي تطلق نفس جهاز الإرسال لتنشيط واحد اخر.


اكتشاف مفاجئ حول كيفية تحدث الخلايا العصبية مع بعضها البعض

اكتشف باحثون في جامعة بيتسبرغ الآلية التي من خلالها تواكب الخلايا العصبية متطلبات إرسال إشارات متكررة إلى الخلايا العصبية الأخرى. تتحدى النتائج الجديدة ، التي تم إجراؤها في ذباب الفاكهة والفئران ، العقيدة الحالية حول كيفية اتصال الخلايا العصبية التي تطلق إشارة الدوبامين الكيميائية ، وقد يكون لها آثار مهمة على العديد من الأمراض المرتبطة بالدوبامين ، بما في ذلك الفصام ومرض باركنسون والإدمان.

نُشر البحث الذي تم إجراؤه في جامعة بيت وجامعة كولومبيا على الإنترنت اليوم في المجلة عصبون.

تتواصل الخلايا العصبية مع بعضها البعض عن طريق إطلاق مواد كيميائية تسمى الناقلات العصبية ، مثل الدوبامين والغلوتامات ، في الفراغ الصغير بين عصبونات يُعرف باسم المشبك. داخل الخلايا العصبية ، توجد الناقلات العصبية التي تنتظر إطلاقها في أكياس صغيرة تسمى الحويصلات المشبكية.

وأوضح كبير المشاركين في الدراسة: "تُظهر النتائج التي توصلنا إليها ، لأول مرة ، أن الخلايا العصبية يمكنها تغيير كمية الدوبامين التي تطلقها كدالة لنشاطها العام. عندما لا تعمل هذه الآلية بشكل صحيح ، يمكن أن تؤدي إلى تأثيرات عميقة على الصحة". المؤلف Zachary Freyberg ، MD ، Ph.D. ، الذي انضم مؤخرًا إلى Pitt كأستاذ مساعد في الطب النفسي وبيولوجيا الخلية. بدأ فرايبيرغ البحث أثناء وجوده في جامعة كولومبيا.

عندما قام الباحثون بتحفيز الخلايا العصبية للدوبامين ، بدأت حويصلات الخلايا العصبية في إطلاق الدوبامين كما هو متوقع. لكن بعد ذلك ، لاحظ الفريق شيئًا مفاجئًا: تم تحميل محتوى إضافي في الحويصلات قبل أن تتاح لها الفرصة لتفريغها. أظهرت التجارب اللاحقة أن تحميل الحويصلة الناجم عن النشاط كان بسبب زيادة مستويات الحموضة داخل الحويصلات.

قال فرايبيرج: "كانت النتائج التي توصلنا إليها غير متوقعة تمامًا". "إنها تتعارض مع العقيدة الحالية القائلة بأن كمية محدودة من الإشارات الكيميائية يتم تحميلها في الحويصلة في أي وقت ، وأن حموضة الحويصلة ثابتة."

أظهر الفريق بعد ذلك أن الزيادة في الحموضة كانت مدفوعة بقناة نقل في سطح الخلية ، مما سمح بتدفق أيونات الغلوتامات سالبة الشحنة إلى الخلايا العصبية ، وبالتالي زيادة حموضتها. أدت إزالة الناقل وراثيًا في ذباب الفاكهة والفئران إلى جعل الحيوانات أقل استجابة للأمفيتامين ، وهو دواء يمارس تأثيره عن طريق تحفيز إفراز الدوبامين من الخلايا العصبية.

"في هذه الحالة ، لا يعمل الغلوتامات كناقل عصبي. وبدلاً من ذلك ، فهو يعمل بشكل أساسي كمصدر للشحنة السالبة ، والتي تستخدمها هذه الحويصلات بطريقة ذكية حقًا لمعالجة حموضة الحويصلة وبالتالي تغيير محتواها من الدوبامين ،" فرايبيرج قالت. "هذا يستدعي التساؤل حول نموذج الكتاب المدرسي الكامل للحويصلات على أنها تحتوي على كميات ثابتة من الناقلات العصبية المفردة. يبدو أن هذه الحويصلات تحتوي على كل من الدوبامين والغلوتامات ، وتعديل محتواها ديناميكيًا لمطابقة ظروف الخلية حسب الحاجة."

في المستقبل ، يخطط الفريق للبحث عن كثب في كيفية تأثير الزيادات في تحمض الحويصلة على الصحة. يتميز عدد من أمراض الدماغ بإشارات غير طبيعية من عصبون الدوبامين وتغير مستويات الناقل العصبي.

قال فرايبيرج: "بما أننا أثبتنا أن التوازن بين الغلوتامات والدوبامين مهم للتحكم في كمية الدوبامين التي تطلقها الخلايا العصبية ، فمن المنطقي أن عدم التوازن بين الناقلين العصبيين يمكن أن يساهم في ظهور أعراض هذه الأمراض".


كيف يعمل الدوبامين

من المحتمل أنك سمعت عن الناقل العصبي الدوبامين ، والذي يبدو أنه يحظى بقدر كبير من التغطية الإعلامية المثيرة مثل العديد من مشاهير هوليود. في عشرات المقالات على الإنترنت ، تم تصوير الدوبامين على أنه الصلصة السرية لسوء السلوك البشري - الشيء الذي يفترض أنه يجعلنا نتوق إلى كل شيء من الجنس إلى الشوكولاتة إلى المراهنة على الأموال التي لا يمكننا تحمل خسارتها في لعبة البلاك جاك. إذا كنت تعتقد أن الضجيج هو ما يجعلنا نتحقق من Facebook كل 20 دقيقة ونجلس على الأريكة لساعات لقتل الزومبي في لعبة فيديو. غالبًا ما يرتبط الدوبامين بالإدمان وإدمان الكحول والشهوة الجنسية والسلوك القهري والمخاطرة الخطيرة.

كما اشتكى الصحفي العلمي البريطاني فون بيل ذات مرة ، فإن مجرد ذكر الدوبامين يميل إلى جعل شيء ما يبدو وكأنه نائب مثبت علميًا. & quot الدوبامين كيم كارداشيان للناقلات العصبية ، لجاذبيته المستمرة للتقارير الصامتة. & quot

في الحقيقة ، على الرغم من ذلك ، فإن الدوبامين هو ببساطة مادة كيميائية تمكن الإشارات من المرور عبر نقاط الاشتباك العصبي ، وهي المسافات بين الخلايا العصبية. من خلال القيام بذلك ، فإنه يمكن الشبكات المكونة من أعداد هائلة من الخلايا العصبية للقيام بوظائفها [المصدر: Brookshire]. كل هذا في الواقع أكثر تعقيدًا بكثير ، والذي سنناقشه لاحقًا.

فلماذا يتمتع الدوبامين بهذه السمعة الفاضحة؟ ذلك لأن إشارات الدوبامين تلعب دورًا رئيسيًا في نظام المكافأة في الدماغ ، مما يؤثر علينا في القيام بأشياء تشعر بالمتعة ، والقيام بها مرارًا وتكرارًا. ولكن هذه ليست سوى واحدة من الوظائف العديدة التي يؤديها الدوبامين في أجسامنا. كما أنه حيوي لعمليات مهمة مثل التحكم في المحركات والتعلم والذاكرة. يبدو أن الأعطال في الأسلاك التي تستخدم الدوبامين تلعب دورًا في العديد من الاضطرابات ، بما في ذلك مرض باركنسون والفصام [المصدر: جيانغ].

سنشرح في هذه المقالة ماهية الدوبامين وكيف يعمل في أدمغتنا وأجسادنا. سنشرح أيضًا ماهية الدوبامين ، ونحاول تبديد بعض الأساطير التي نشأت حول المادة الكيميائية.

كما أوضحنا سابقًا ، فإن الدوبامين هو واحد من أكثر من 100 مادة كيميائية تُعرف بالناقلات العصبية ، والتي تمكن الخلايا العصبية في الدماغ من التواصل مع بعضها البعض وإدارة كل ما يحدث في أجسامنا [المصدر: Purves et al.].

مثل جميع النواقل العصبية ، يمر الدوبامين بدورة تبدأ بتكوينه بواسطة خلية عصبية (تسمى خلية قبل المشبكي). تفرز هذه الخلية الدوبامين وتطفو في المشبك ، الفجوة بين الخلايا العصبية ، ثم تقوم بالاتصال والارتباط بهياكل تسمى المستقبلات الموجودة على الخلايا العصبية الأخرى ، والتي تقوم بعد ذلك بنقل الإشارة إلى العصبون الثاني. بعد أن ينجز الدوبامين مهمته ، يتم إزالته بسرعة ويتحلل. تعتمد تأثيرات الدوبامين على دماغك كثيرًا على الخلايا العصبية المتورطة والمستقبلات التي تربط الدوبامين [المصادر: Brookshire، Purves et al.].

مع تقدم الجزيئات ، يكون الدوبامين مضغوطًا إلى حد ما ، ويتكون من 22 ذرة فقط. فقط جزء صغير من 100 مليار خلية عصبية في الدماغ - أقل من 20000 - تولد الدوبامين ، معظمها في هياكل الدماغ المتوسط ​​مثل المادة السوداءالذي يساعد على التحكم في الحركة ، وقشرة الفص الجبهي [المصادر: أنجير ، عمداء].

هذه الخلايا العصبية المتخصصة تصنع الدوبامين عن طريق أخذ الأمينو جانبا يسمى تيروزين ودمجها مع إنزيم ، هيدروكسيلاز التيروزين. أضف خطوة أخرى للتفاعل الكيميائي وستحصل على ناقل عصبي مختلف ، نوربينفرين [المصدر: عمداء].

من حيث التاريخ التطوري ، كان الدوبامين موجودًا منذ فترة طويلة ، وهو موجود في الحيوانات من السحالي إلى البشر. لكن الناس لديهم الكثير من الدوبامين ومع مرور الوقت ، يبدو أننا قد تطورنا لإنتاج المزيد والمزيد منه ، ربما لأنه يساعدنا على أن نكون عدوانيين وتنافسيين. كما كتبت الطبيبة النفسية التطورية إميلي دينز في عام 2011 ، فإن الكودوبامين هو ما جعل البشر ناجحين للغاية. & quot وجد الباحثون أن لدى البشر حوالي ثلاثة أضعاف عدد الخلايا العصبية المنتجة للدوبامين مثل الرئيسيات الأخرى [المصدر: باركين].

طور باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مجسات صغيرة - قطرها 10 ميكرون فقط - يمكن زرعها في أدمغة الحيوانات لتتبع الدوبامين. نظرًا لأنها صغيرة جدًا ، فإنها لا تتسبب في تكوين أنسجة ندبة ، ويمكن أن تعمل لأكثر من عام [المصدر: Trafton].

كيف يعمل الدوبامين في جسم الإنسان؟

تتمثل وظيفة الدوبامين في أبسط المستويات في تمكين الإشارات من المرور عبر المشابك العصبية من خلية عصبية إلى أخرى. لكن هذه هي الرؤية رفيعة المستوى. عن قرب ، تتكون الشبكات التي تستخدم الدوبامين من أعداد هائلة من الخلايا العصبية ، ويمكن أن تختلف تأثيرات إطلاق الدوبامين ، اعتمادًا على أنواع الخلايا العصبية المتضمنة وأي من الأنواع الخمسة المختلفة من المستقبلات التي تستخدم الدوبامين لربط الخلايا العصبية . يمكن أن يكون الدور الخاص الذي تلعبه الخلايا العصبية عاملاً أيضًا [المصدر: Brookshire].

تعتمد تأثيرات الدوبامين على أي من المسارات الأربعة المستخدمة في الدماغ والجسم حيث تعمل على تسهيل التواصل. الأول هو الجهاز العصبي، والتي لها علاقة بالتحكم الحركي في الجسم. عندما تتوقف الخلايا العصبية في هذا النظام عن العمل ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى اضطرابات مثل مرض باركنسون.

آخر هو مسار القشرة المتوسطة، والذي يمتد من المنطقة السقيفية البطنية إلى القشرة الأمامية الظهرية الوحشية في الدماغ. إنه المسار المرتبط بالتخطيط وتحديد الأولويات والمسؤولية وأنشطة الوظائف التنفيذية الأخرى.

هناك أيضًا ملف مسار الدرنات، الذي يربط الوطاء والغدة النخامية ، ويمنع إفراز الحليب في ثدي الأنثى. يُمكِّن حجب مسار الدوبامين هذا من الرضاعة الطبيعية.

أخيرًا ، هناك ملف مسار ميزوليمبيك، وهو متصل بالجهاز الحوفي للدماغ ، والذي يتحكم في المكافأة والعاطفة ، ويتضمن الحُصين والقشرة الأمامية الأمامية. هذا هو المسار الذي يحظى بأكبر قدر من الاهتمام ، لأنه مرتبط بمشاكل مثل الإدمان [المصدر: العمداء].

يلعب الدوبامين دورًا في وظائف الكلى والقلب والغثيان وحتى الذهان. تستهدف العديد من علاجات الفصام الدوبامين [المصدر: Brookshire].

حتى وقت قريب ، لم يُعرف الكثير عن الآليات الدقيقة التي تستخدم بها الخلايا العصبية الدوبامين. كان يعتقد أنه حدث في الغالب من خلال شيء يسمى نقل الحجم، حيث ينتشر الدوبامين ببطء وبشكل غير محدد عبر مناطق واسعة من الدماغ ، وحدث أثناء العملية إجراء الاتصالات الصحيحة مع بعض الخلايا العصبية. ولكن في عام 2018 ، نشر باحثون طبيون في جامعة هارفارد ورقة بحثية كشفت أن المواقع المتخصصة على تلك الخلايا تطلق الدوبامين بسرعة كبيرة - فكر في أجزاء من الثانية - وبطريقة دقيقة لاستهداف المواقع [المصدر: جيانغ].

لكن ربما يبدو كل هذا أمرًا مزعجًا بالنسبة لك ، لذا في القسم التالي ، دعنا نعود إلى دور الدوبامين في نظام المكافأة في الدماغ وفي المتعة.

كيف يرتبط الدوبامين بالمتعة؟

تم إجراء التجارب الأولى التي تنطوي على وظيفة الدوبامين في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي من قبل باحث يدعى جيمس أولدز ، الذي اكتشف أنه عندما تلقت أدمغة الفئران هزة من التحفيز الكهربائي في منطقة معينة ، فإنها ستستمر في أداء مثل هذا الإجراء. ذراع مرارا وتكرارا [المصدر: تشين].

نظرًا لأن الدوبامين لعب دورًا في نقل الإشارات ، فقد اشتبه العلماء في البداية في أن له علاقة بالمتعة. يميل الأشخاص المصابون بالاكتئاب السريري إلى الحصول على مستويات منخفضة من الدوبامين في أدمغتهم ، مما دفع الباحثين إلى افتراض أن المستويات المنخفضة من الدوبامين تجعل الشخص يشعر بمتعة أقل.

تستمر هذه الفكرة في الارتداد في وسائل الإعلام الشعبية ، لأنها تبدو منطقية. ولكن بحلول أواخر الثمانينيات من القرن الماضي ، تم دحضه من خلال البحث. في التجارب ، يبدو أن الحيوانات التي قُتلت خلايا الدوبامين بها بسبب المخدرات لا تزال تستمتع بطعم السكر عندما يتم ضخه في أفواههم ، كما يتضح من تعابير وجههم. لكنهم لم يبحثوا عن مذاقات إضافية من السكر [المصدر: تشين].

في حين أن الدوبامين لا يسبب المتعة ، إلا أنه يؤثر على كيفية تأثير المتعة على الدماغ. لكن هناك آراء مختلفة حول كيفية تحقيق ذلك. إحدى المدارس الفكرية هي أن التأثير الأكبر للدوبامين هو تعزيز المتعة ، بحيث يطور الدماغ توقعًا لتجربة هذه النتيجة من الفعل [المصدر: تشين]. أظهرت الأبحاث التي أجريت على المقامرين ، على سبيل المثال ، أن أدمغتهم تشهد قدرًا كبيرًا من نشاط الدوبامين عندما يقتربون من الفوز كما يحدث عندما يفوزون بالفعل. يبدو الأمر كما لو أن المادة الكيميائية تحثهم على الاستمرار ، وتخبرهم أنهم سيفوزون في المرة القادمة (حتى لو لم يكونوا في المرة الأخيرة) [المصدر: تشيس وكلارك].

رأي آخر هو أن الدوبامين يساعد الدماغ ببساطة على الشعور بدافع أكبر لفعل شيء ما بحيث يشعر الجسم بالحيوية الكافية لسحب تلك الرافعة مرارًا وتكرارًا [المصادر: تشين ، سالامون وكوريا].

هل يلعب الدوبامين دورًا في الإدمان؟

لا يجبر الدوبامين شخصًا على إدخال إبرة في ذراعه أو تدخين الميثامفيتامين أو تلقي ضربة من أنبوب الكراك ، كما أنه لا يخلق المتعة التي يشعر بها متعاطي المخدرات من الانتشاء. لكن الدوبامين يلعب دورًا في تعاطي المخدرات وإدمانها ، من خلال تعزيز آثار استخدام تلك العقاقير.

عندما يرتفع الشخص ، يتسبب ذلك في زيادة إنتاج الدوبامين في الخلايا العصبية في المخطط ، بما في ذلك النواة المتكئة ، وهي الهياكل التي تشكل جزءًا من شبكة المكافأة في الدماغ. تُمكِّن هذه الزيادة في المادة الكيميائية الخلايا العصبية من إجراء المزيد من الروابط ، وتلعب دورًا مهمًا في برمجة الدماغ لربط الأدوية بالمتعة ، بحيث يطور توقعًا بالمكافأة والحافز لأخذها مرة أخرى [المصدر: فولكو ، فاولر ووانغ ، وآخرون.].

& quot؛ الاندفاعات الكبيرة من الدوبامين تعلم الدماغ السعي وراء المخدرات على حساب أهداف وأنشطة أخرى أكثر صحة ، & quot ويحذر مقالًا في موقع المعهد الوطني لتعاطي المخدرات.

ولكن بينما يزيد الدوبامين عندما يستخدم شخص ما عقاقير معينة ، لا يصبح كل من يعاني من هذه الزيادة مدمنًا بالضرورة. بدلاً من ذلك ، يعتقد العلماء أن الدوبامين يعمل جنبًا إلى جنب مع مجموعة من التأثيرات الجينية والتنموية و / أو البيئية الأخرى لبرمجة أدمغة بعض الأشخاص لتطوير الرغبة في تناول هذه الأدوية. وجدت دراسات التصوير ، على سبيل المثال ، أن الأشخاص الذين يتحولون إلى مدمنين قد يكون لديهم بالفعل اختلافات في دوائر الدوبامين التي تجعلهم أكثر عرضة للتعلق [المصدر: فولكو ، فاولر ووانغ وآخرون].

يكون الدوبامين الناتج من تعاطي المخدرات أكثر كثافة وطويلة الأمد من استجابة الدوبامين من شيء مثل الأكل أو أي نشاط طبيعي آخر. على عكس الأكل أيضًا ، لا تتوقف استجابة الدوبامين للأدوية عند انتهاء الفعل. فيض الدوبامين هو ما ينتج النشوة.

عندما يستخدم المدمن المخدرات بشكل متكرر ، يتغير دماغه استجابة لذلك. يحاول تعويض الزيادة في إنتاج الدوبامين عن طريق إغلاق بعض مستقبلات الدوبامين. لكن هذا لا يؤدي إلا إلى تفاقم الوضع. لا يزال الدماغ مبرمجًا على الرغبة في الحصول على المتعة التي تخلقها المخدرات ، لذلك يتعين على المدمن استخدام المزيد والمزيد من المخدرات لتكرار التأثير. بالإضافة إلى ذلك ، فإن إغلاق مستقبلات الدوبامين يقلل من مقدار المتعة التي يحصل عليها المدمن من أي نشاط ، وليس مجرد تعاطي المخدرات - وهي حالة تسمى anhedonia. قد يدفع هذا أيضًا الشخص إلى تناول المزيد من الهيروين أو التدخين أكثر فأكثر ، لأنه لا يوجد شيء آخر يشعر بالارتياح بعد الآن.

أخيرًا ، يرتبط وجود عدد أقل من مستقبلات الدوبامين بزيادة الاندفاع ، مما قد يؤدي بالمدمن إلى الانخراط في سلوك متهور بشكل متزايد في السعي وراء مستوى عالٍ [المصدر: مركز بتلر].

في مقال نُشر عام 2017 في نيويورك تايمز ، أشار اثنان من أساتذة علم النفس إلى أنه في حين أن الأنشطة الممتعة تحفز إنتاج الدوبامين ، فإن الكمية التي يتم إطلاقها تختلف بشكل كبير وفقًا للنشاط. وقالوا إن ممارسة لعبة فيديو يطلق الكثير من الدوبامين مثل تناول شريحة من البيتزا ، بينما يتسبب استخدام عقار مثل الميثامفيتامين في إطلاق 10 أضعاف كمية الدوبامين. واستشهدوا بدراسة نشرت في المجلة الأمريكية للطب النفسي ، والتي وجدت أن 1 في المائة على الأكثر من لاعبي ألعاب الفيديو يمكن أن يظهروا خصائص الإدمان [المصدر: فيرغسون وماركي].


مسار المكافأة والإدمان

قدم مفهوم المكافأة. ينخرط البشر والكائنات الحية الأخرى في سلوكيات تكافئ المشاعر الممتعة وتوفر تعزيزًا إيجابيًا حتى يتكرر السلوك. هناك مكافآت طبيعية بالإضافة إلى مكافآت مصطنعة ، مثل الأدوية.

تسمح المكافآت الطبيعية مثل الطعام والماء والجنس والرعاية للكائن الحي بالشعور بالمتعة عند الأكل والشرب والإنجاب والتغذية. هذه المشاعر الممتعة تعزز السلوك حتى يتكرر. كل من هذه السلوكيات مطلوب لبقاء النوع. ذكّر جمهورك بوجود مسار في الدماغ مسؤول عن تعزيز السلوكيات المجزية. يمكن الاطلاع على هذا بمزيد من التفصيل في الشريحة التالية.

أخبر جمهورك أن هذه صورة للدماغ مقطوعة من المنتصف. يتم عرض جزء مهم من مسار المكافأة ويتم تمييز الهياكل الرئيسية: المنطقة السقيفية البطنية (VTA) ، والنواة المتكئة ، وقشرة الفص الجبهي. يتم توصيل VTA بكل من النواة المتكئة والقشرة قبل الجبهية عبر هذا المسار وترسل المعلومات إلى هذه الهياكل عبر الخلايا العصبية الخاصة بها. تحتوي الخلايا العصبية في VTA على الدوبامين الناقل العصبي ، والذي يتم إطلاقه في النواة المتكئة وفي قشرة الفص الجبهي (تشير إلى كل من هذه الهياكل). كرر التأكيد على أن هذا المسار يتم تنشيطه من خلال حافز مجزي. [ملاحظة: المسار الموضح هنا ليس هو المسار الوحيد الذي يتم تنشيطه بواسطة المكافآت ، فهناك هياكل أخرى متضمنة أيضًا ، ولكن هذا الجزء فقط من المسار يظهر من أجل التبسيط.]

تفعيل مسار المكافأة بمحفز كهربائي

تم اكتشاف مسار المكافأة بمساعدة الحيوانات مثل الفئران. تم تدريب الفئران على الضغط على رافعة من أجل حدوث صدمة كهربائية صغيرة في أجزاء معينة من الدماغ. أظهر أنه عند وضع قطب كهربائي في النواة المتكئة ، يستمر الجرذ في الضغط على الرافعة لتلقي المحفز الكهربائي الصغير لأنه يشعر بالمتعة ويتم تعزيز هذا الشعور الإيجابي بإطلاق الدوبامين في تلك المنطقة من الدماغ. أشر إلى منطقة من الدماغ قريبة من النواة المتكئة. أخبر الجمهور أنه عند وضع القطب الكهربائي هناك ، لن يضغط الجرذ على الرافعة من أجل التحفيز الكهربائي لأن تحفيز الخلايا العصبية في منطقة قريبة لا تتصل بالنواة المتكئة لا ينشط مسار المكافأة. تم تحديد أهمية الناقل العصبي الدوبامين في هذه التجارب لأن العلماء يمكنهم قياس زيادة إطلاق الدوبامين في مسار المكافأة بعد أن يتلقى الجرذ المكافأة. وإذا تم منع إفراز الدوبامين (إما عن طريق عقار أو عن طريق تدمير المسار) ، فلن يضغط الجرذ على القضيب من أجل الصدمة الكهربائية. لذلك ، بمساعدة الفئران ، اكتشف العلماء مناطق معينة من الدماغ بالإضافة إلى بعض المواد الكيميائية العصبية المشاركة في مسار المكافأة.

الآن بعد أن حددت مفهوم المكافأة ، يمكنك تعريف الإدمان. الإدمان هو حالة ينخرط فيها الكائن الحي في سلوك قهري ، حتى عندما يواجه عواقب سلبية. هذا السلوك يعزز ، أو يكافئ ، كما ناقشت للتو. السمة الرئيسية للإدمان هي فقدان السيطرة في الحد من تناول المادة المسببة للإدمان. تشير أحدث الأبحاث إلى أن مسار المكافأة قد يكون أكثر أهمية في الرغبة المرتبطة بالإدمان ، مقارنة بالمكافأة نفسها. لقد تعلم العلماء الكثير عن القواعد الكيميائية الحيوية والخلوية والجزيئية للإدمان ، فمن الواضح أن الإدمان مرض يصيب الدماغ. اذكر أنك ستقدم مثالين للتفاعل بين الأدوية التي تسبب الإدمان ، وأهدافها الخلوية في الدماغ ، ومسار المكافأة.


ما هي أجزاء الدماغ التي تتأثر بتعاطي المخدرات؟

يمكن للأدوية أن تغير مناطق الدماغ المهمة والضرورية لوظائف الحفاظ على الحياة ويمكن أن تدفع إلى تعاطي المخدرات القهري الذي يشير إلى الإدمان. تشمل مناطق الدماغ المتأثرة بتعاطي المخدرات ما يلي:

  • العقد القاعدية التي تلعب دورًا مهمًا في الأشكال الإيجابية للتحفيز ، بما في ذلك الآثار الممتعة للأنشطة الصحية مثل الأكل والتواصل الاجتماعي والجنس ، وتشارك أيضًا في تكوين العادات والروتين. تشكل هذه المناطق عقدة رئيسية لما يسمى أحيانًا "دائرة المكافأة" في الدماغ. المخدرات تفرط في تنشيط هذه الدائرة ، مما يؤدي إلى نشوة عالية من المخدرات. ولكن مع التعرض المتكرر ، تتكيف الدائرة مع وجود الدواء ، مما يقلل من حساسيته ويجعل من الصعب الشعور بالمتعة من أي شيء غير الدواء.
  • اللوزة الممتدة يلعب دورًا في المشاعر المسببة للتوتر مثل القلق والتهيج وعدم الارتياح ، والتي تميز الانسحاب بعد أن يتلاشى الدواء بشدة وبالتالي يحفز الشخص على طلب الدواء مرة أخرى. تصبح هذه الدائرة حساسة بشكل متزايد مع زيادة تعاطي المخدرات. بمرور الوقت ، يستخدم الشخص المصاب باضطراب تعاطي المخدرات العقاقير للتخفيف المؤقت من هذا الانزعاج بدلاً من الانتشاء.
  • قشرة الفص الجبهي يمنح القدرة على التفكير والتخطيط وحل المشكلات واتخاذ القرارات وممارسة ضبط النفس على الدوافع. هذا أيضًا هو الجزء الأخير من الدماغ الذي ينضج ، مما يجعل المراهقين أكثر عرضة للخطر. إن التحول في التوازن بين هذه الدائرة ودوائر العقد القاعدية واللوزة الممتدة يجعل الشخص المصاب باضطراب تعاطي المخدرات يسعى للحصول على الدواء بشكل إلزامي مع تقليل التحكم في الانفعالات.

بعض الأدوية مثل المواد الأفيونية تعطل أيضًا أجزاء أخرى من الدماغ ، مثل جذع الدماغ ، الذي يتحكم في الوظائف الأساسية الضرورية للحياة ، بما في ذلك معدل ضربات القلب ، والتنفس ، والنوم. هذا التداخل يفسر سبب تسبب الجرعات الزائدة في اكتئاب التنفس والموت.


الخلايا العصبية وإمكانات العمل والمشابك

الخلايا العصبية هي الوحدات الخلوية الأساسية التي تشكل الجهاز العصبي. يمتلك البشر ما يقرب من 100 مليار خلية عصبية. يتكون العصبون الفردي عمومًا من سوما (جسم الخلية) والتشعبات والمحور العصبي.

تحتوي سوما على نواة الخلية (حيث يتم تخزين الحمض النووي الخاص بها) ، وتعمل على إنتاج البروتينات اللازمة لوظيفة الخلايا العصبية.

تمتد التشعبات من سوما ، وهي هياكل تشبه الفروع تشكل روابط مع الخلايا العصبية الأخرى التي تستقبل منها وتعالج الإشارات الكهربائية. أخيرًا ، يبرز محور عصبي من الطرف الآخر من سوما ويعمل بدوره لإنتاج ونقل إشارة كهربائية إلى الخلايا العصبية الأخرى.

تحتوي كل خلية عصبية عادةً على محور عصبي واحد فقط ، على الرغم من أن الهيكل قد يتفرع بعد الإسقاط الأولي من سوما (Woodruff ، 2019).

تسمى الإشارات الكهربائية التي تحملها المحاور وتنتقل إلى التشعبات إمكانات العمل. في الأساس ، الخلايا العصبية عبارة عن أجهزة كهربائية - فهي تحتوي على قنوات تسمح للأيونات الموجبة والسالبة بالمرور من الخارج إلى داخل الخلية أو العكس ، مما يؤدي إلى نشوء جهد كهربائي فيما يتعلق بغشاء الخلية (الحاجز حول الجزء الخارجي للخلية ).

بشكل افتراضي (عندما تكون الخلايا العصبية "في حالة سكون") ، يكون هناك شحنة سالبة داخل الخلية أكثر من الخارج ، مما يؤدي إلى ارتفاع جهد الغشاء الساكن بمقدار -70 ملي فولت. ومع ذلك ، فإن هذا الجهد الكهربائي يتغير باستمرار استجابةً للمدخلات من الخلايا الأخرى ، والتي تتسبب في تدفق الأيونات داخل الخلية أو خارجها.

بعض هذه المدخلات "مثيرة" ، مما يعني أنها تجعل غشاء الخلية أقل سلبية (على سبيل المثال ، من خلال التسبب في تدفق الأيونات الموجبة إلى الخلية) ، في حين أن البعض الآخر "مثبط" ، مما يعني أنها تجعل غشاء الخلية أكثر سلبية .

إذا تلقى العصبون ما يكفي من المدخلات المثيرة ، ولم يكن هناك الكثير من المدخلات المثبطة ، فإن إمكاناته الغشائية ستتجاوز ما يُعرف باسم "عتبة الفعل المحتملة" (حوالي -50 مللي فولت) ، وستحدث إمكانية فعلية.

كهربائيًا ، جهود الفعل عبارة عن طفرات قصيرة ولكنها دراماتيكية في جهد غشاء العصبون. في الواقع ، غالبًا ما يشير علماء الأعصاب إلى إمكانات الفعل على أنها مجرد "طفرات".

عندما يتجاوز جهد غشاء العصبون عتبة جهد الفعل ، فإنه يؤدي إلى فتح ما يعرف بقنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي ، والتي تسمح لأيونات الصوديوم موجبة الشحنة بالمرور إلى الخلية.

يؤدي هذا إلى زيادة قدرة غشاء الخلية على زيادة إيجابية بسرعة ، مما يؤدي إلى الارتفاع المفاجئ. تنتقل هذه الإشارة بسرعة على طول محور عصبون العصبون ، لأن السنبلة نفسها تتسبب في فتح قنوات الصوديوم ذات الجهد المنخفض أيضًا - وهكذا دواليك ، وهكذا دواليك.

أخيرًا ، يصل جهد الفعل إلى نهاية المحور العصبي ، ويمرر العصبون هذه الإشارة إلى الخلايا العصبية الأخرى.

تتواصل الخلايا العصبية مع بعضها البعض من خلال هياكل تسمى نقاط الاشتباك العصبي. يتكون المشبك المفرد من طرف قبل المشبكي ، وشق متشابك ، وطرف ما بعد المشبكي.

بمجرد أن يصل جهد الفعل إلى نهاية محوار العصبون ، فإنه يصل إلى طرف ما قبل المشبكي ، مما يتسبب في إطلاق الناقلات العصبية من الخلية. يتم إطلاق هذه الناقلات العصبية في الشق المشبكي ، فجوة صغيرة (20-40 نانومتر) بين طرفي ما قبل المشبكي وما بعده.

ثم تنتقل الناقلات العصبية عبر الشق المشبكي وتنشط مستقبلات الناقل العصبي على الطرف ما بعد المشبكي. عندما يتم تنشيط هذه المستقبلات ، فإنها تتسبب في تدفق الأيونات الموجبة أو السالبة إلى الخلايا العصبية بعد المشبكية ، مما يؤدي إلى الإثارة أو التثبيط ، على التوالي.

عندما تعمل النواقل العصبية على المستقبلات لتسبب تدفق الأيونات الموجبة إلى الخلايا العصبية ما بعد المشبكي ، فإن هذا يسمى الإثارة ، لأن العصبون يقترب من عتبة جهده المحتملة ، وبالتالي يصبح أكثر احتمالا لإطلاق النار.

على العكس من ذلك ، عندما تعمل الناقلات العصبية على المستقبلات لتسبب تدفق الأيونات السالبة إلى الخلايا العصبية ما بعد المشبكي ، فإن ذلك يطلق عليه التثبيط ، لأن العصبون يتم إبعاده بعيدًا عن عتبة جهده المحتملة ، وبالتالي يصبح أقل احتمالا لإطلاق النار.

نتيجة لذلك ، يُشار إلى بعض النواقل العصبية بالناقلات العصبية الاستثارية (حيث أن عملها على المستقبلات يسبب الإثارة) ، بينما يشار إلى البعض الآخر بالناقلات العصبية المثبطة.

تشمل النواقل العصبية الاستثارة الشائعة الغلوتامات والدوبامين وتشمل الناقلات العصبية المثبطة الشائعة GABA والجليسين. يمكن أن تكون بعض النواقل العصبية ، مثل السيروتونين ، إما مثيرة أو مثبطة اعتمادًا على نوع المستقبلات التي تعمل عليها.


كيف ترسل الخلايا العصبية وتستقبل الإشارات؟

حدث مثير يحدث الذي يزيل استقطاب جسم الخلية. هذه الإشارة يأتي من خلايا أخرى متصلة بـ الخلايا العصبية، ويتسبب في تدفق أيونات موجبة الشحنة إلى جسم الخلية. يسمح هذا بتدفق أيونات الصوديوم موجبة الشحنة إلى المحور السالب الشحنة ، وإزالة استقطاب المحور المحيط.

تعرف أيضًا ، من أين تدخل الإشارات إلى الخلايا العصبية؟ واردة إشارات من الآخرين الخلايا العصبية يتم تلقيها (عادةً) من خلال التشعبات. المنتهية ولايته الإشارة إلى آخر الخلايا العصبية يتدفق على طول محورها. أ الخلايا العصبية قد تحتوي على عدة آلاف من التشعبات ، ولكن سيكون لها محور عصبي واحد فقط. الجزء الرابع المميز من ملف الخلايا العصبية تقع في نهاية المحور ، المحاور المحورية.

بالنظر إلى هذا ، كيف تتواصل الخلايا العصبية؟

تتواصل الخلايا العصبية مع بعضها البعض عن طريق أحداث كهربائية تسمى "جهود الفعل" والناقلات العصبية الكيميائية. عند تقاطع اثنين الخلايا العصبية (المشبك) ، وهو عمل من الأسباب المحتملة الخلايا العصبية ألف لإطلاق ناقل عصبي كيميائي.

كيف يمكنك جعل إشارة الخلايا العصبية أقوى؟

هناك شيئان رئيسيان يزيدان السرعة أ الإشارة ينتشر أسفل أ الخلايا العصبية محور عصبي ، والذي يزيد من سرعة نقله إلى آخر الخلايا العصبية. زيادة تكوّن الميالين أو العزل. تمت تغطيته جيدًا في إجابات أخرى ، لكن تكاثر النخاع يزيد من المقاومة والسعة.


الشروط ذات الصلة

في بداية المقال ، ذكرنا كيف يرتبط الدوبامين ارتباطًا وثيقًا ببدء وتطور الحالات العصبية المختلفة مثل مرض باركنسون ، اضطراب فرط الحركة ونقص الانتباه ، الفصام ، الاضطراب ثنائي القطب ، والإدمان.

بشكل عام ، الاضطرابات المرتبطة بمستويات الدوبامين المتغيرة أو وظيفتها هي:

شيخوخة الدماغ

مرض الشلل الرعاش

اضطرابات الإدمان


جمع الإشارة

في بعض الأحيان ، يكون EPSP واحدًا قويًا بما يكفي للحث على إمكانية عمل في الخلايا العصبية بعد المشبكي ، ولكن غالبًا ما يجب أن تخلق مدخلات متعددة قبل المشبك EPSPs في نفس الوقت تقريبًا حتى يتم إزالة الاستقطاب بشكل كافٍ للخلايا العصبية بعد المشبكية لإطلاق إمكانات فعلية. تسمى هذه العملية بالتجميع وتحدث عند التل المحوري ، كما هو موضح في الشكل ( فهرس الصفحة <8> ). بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما تحتوي إحدى الخلايا العصبية على مدخلات من العديد من الخلايا العصبية قبل المشبكية ويمكن لبعض أجهزة IPSP المثبطة وبعض المثبطات و mdashso إلغاء EPSP والعكس صحيح. إن التغيير الصافي في جهد الغشاء بعد المشبكي هو الذي يحدد ما إذا كانت خلية ما بعد المشبك قد وصلت إلى عتبة الإثارة اللازمة لإطلاق جهد فعل. يعمل الجمع المتشابك وعتبة الإثارة معًا كمرشح بحيث لا يتم نقل عشوائي & ldquonoise & rdquo في النظام كمعلومات مهمة.

الشكل ( PageIndex <8> ): يمكن أن تتلقى خلية عصبية واحدة مدخلات مثيرة ومثبطة من خلايا عصبية متعددة ، مما يؤدي إلى إزالة الاستقطاب من الغشاء المحلي (إدخال EPSP) وفرط الاستقطاب (إدخال IPSP). تتم إضافة كل هذه المدخلات معًا في محور محور عصبي. إذا كانت EPSPs قوية بما يكفي للتغلب على IPSPs والوصول إلى عتبة الإثارة ، فإن العصبون سوف ينطلق.

الاتصال اليومي: واجهة بين الدماغ والحاسوب

التصلب الجانبي الضموري (ALS ، ويسمى أيضًا مرض Lou Gehrig & rsquos) هو مرض عصبي يتميز بتنكس الخلايا العصبية الحركية التي تتحكم في الحركات الإرادية. يبدأ المرض بضعف العضلات وقلة التنسيق وفي النهاية يدمر الخلايا العصبية التي تتحكم في الكلام والتنفس والبلع في النهاية ، يمكن أن يؤدي المرض إلى الشلل. في هذه المرحلة ، يحتاج المرضى إلى مساعدة من الآلات حتى يتمكنوا من التنفس والتواصل. تم تطوير العديد من التقنيات الخاصة للسماح للمرضى بالتواصل مع بقية العالم. تسمح إحدى التقنيات ، على سبيل المثال ، للمرضى بكتابة الجمل عن طريق نفض الخد. يمكن بعد ذلك قراءة هذه الجمل بصوت عالٍ بواسطة الكمبيوتر.

يُطلق على خط بحث جديد نسبيًا لمساعدة المرضى المصابين بالشلل ، بما في ذلك المصابين بمرض التصلب الجانبي الضموري ، على التواصل والاحتفاظ بدرجة من الاكتفاء الذاتي تقنية واجهة الدماغ والحاسوب (BCI) وهو موضح في الشكل ( فهرس الصفحة <9> ) . تبدو هذه التكنولوجيا وكأنها شيء من الخيال العلمي: فهي تسمح للمرضى المشلولين بالتحكم في جهاز الكمبيوتر باستخدام أفكارهم فقط. هناك عدة أشكال من BCI. تستخدم بعض الأشكال تسجيلات مخطط كهربية الدماغ من أقطاب كهربائية مثبتة على الجمجمة. تحتوي هذه التسجيلات على معلومات من مجموعات كبيرة من الخلايا العصبية التي يمكن فك تشفيرها بواسطة الكمبيوتر. تتطلب الأشكال الأخرى من BCI زرع مجموعة من الأقطاب الكهربائية أصغر من طابع بريدي في منطقة الذراع واليد في القشرة الحركية. هذا الشكل من BCI ، على الرغم من أنه أكثر توغلًا ، إلا أنه قوي جدًا حيث يمكن لكل قطب كهربائي تسجيل جهود فعل فعلية من خلية عصبية واحدة أو أكثر. ثم يتم إرسال هذه الإشارات إلى جهاز كمبيوتر تم تدريبه لفك تشفير الإشارة وتغذيتها بأداة مثل مؤشر على شاشة الكمبيوتر. هذا يعني أن المريض المصاب بمرض التصلب الجانبي الضموري يمكنه استخدام البريد الإلكتروني وقراءة الإنترنت والتواصل مع الآخرين من خلال التفكير في تحريك يده أو ذراعه (على الرغم من أن المريض المصاب بالشلل لا يمكنه القيام بهذه الحركة الجسدية). سمحت التطورات الحديثة لمريض مشلول محبوس عانى من سكتة دماغية منذ 15 عامًا بالتحكم في ذراع آلية وحتى لإطعام القهوة بنفسه باستخدام تقنية BCI.

على الرغم من التطورات المذهلة في تقنية BCI ، إلا أن لها أيضًا قيودًا. يمكن أن تتطلب التكنولوجيا ساعات عديدة من التدريب وفترات طويلة من التركيز المكثف للمريض ، كما يمكن أن تتطلب جراحة في الدماغ لزرع الأجهزة.

الشكل ( PageIndex <9> ): باستخدام تقنية واجهة الدماغ والحاسوب ، يتم جمع الإشارات العصبية من مريض مشلول وفك تشفيرها ثم إدخالها إلى أداة ، مثل جهاز كمبيوتر أو كرسي متحرك أو ذراع آلية.

شاهد هذا الفيديو الذي تستخدم فيه امرأة مشلولة ذراعًا آليًا يتحكم فيه دماغها لإحضار مشروب إلى فمها ، من بين صور أخرى لتكنولوجيا واجهة الكمبيوتر والدماغ أثناء العمل.

نقاط الاشتباك العصبي ليست هياكل ثابتة. يمكن إضعافها أو تقويتها. يمكن كسرها ، ويمكن صنع نقاط الاشتباك العصبي الجديدة. تسمح اللدونة المشبكية بهذه التغييرات ، وكلها ضرورية من أجل عمل الجهاز العصبي. في الواقع ، اللدونة المتشابكة هي أساس التعلم والذاكرة. عمليتان على وجه الخصوص ، التقوية طويلة المدى (LTP) والاكتئاب طويل المدى (LTD) هما شكلان مهمان من اللدونة المشبكية التي تحدث في نقاط الاشتباك العصبي في قرن آمون ، وهي منطقة دماغية تشارك في تخزين الذكريات.

القوة طويلة المدى (LTP)

التقوية طويلة المدى (LTP) هي تقوية مستمرة للوصلة المشبكية. يعتمد LTP على مبدأ Hebbian: الخلايا التي تنطلق معًا تتشابك معًا. هناك آليات مختلفة ، غير مفهومة تمامًا ، وراء التعزيز التشابكي المرئي مع LTP. One known mechanism involves a type of postsynaptic glutamate receptor, called NMDA (N-Methyl-D-aspartate) receptors, shown in Figure 35.2.10. عادة ما يتم حظر هذه المستقبلات بواسطة أيونات المغنيسيوم ، ومع ذلك ، عندما يتم إزالة استقطاب الخلايا العصبية بعد المشبكية بواسطة مدخلات متعددة قبل المشبكي في تتابع سريع (إما من خلية عصبية واحدة أو خلايا عصبية متعددة) ، يتم إجبار أيونات المغنيسيوم على الخروج للسماح لأيونات الكالسيوم بالمرور إلى الخلية ما بعد المشبكي. Next, Ca 2+ ions entering the cell initiate a signaling cascade that causes a different type of glutamate receptor, called AMPA (&alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid) receptors, to be inserted into the postsynaptic membrane, since activated AMPA receptors allow positive ions to enter the cell. لذلك ، في المرة التالية التي يتم فيها إطلاق الغلوتامات من الغشاء قبل المشبكي ، سيكون له تأثير مثير أكبر (EPSP) على خلية ما بعد المشبك لأن ارتباط الغلوتامات بمستقبلات AMPA سيسمح بدخول المزيد من الأيونات الموجبة إلى الخلية. يؤدي إدخال مستقبلات AMPA الإضافية إلى تقوية المشبك ويعني أن الخلايا العصبية بعد المشبكية من المرجح أن تنطلق استجابةً لإطلاق ناقل عصبي ما قبل المشبكي. بعض العقاقير المخدرة تستحوذ على مسار LTP ، ويمكن أن يؤدي هذا التعزيز التشابكي إلى الإدمان.

الاكتئاب طويل الأمد (LTD)

الاكتئاب طويل المدى (LTD) هو في الأساس عكس LTP: إنه إضعاف طويل المدى للاتصال المشبكي. تتضمن إحدى الآليات المعروفة بأنها تسبب LTD أيضًا مستقبلات AMPA. In this situation, calcium that enters through NMDA receptors initiates a different signaling cascade, which results in the removal of AMPA receptors from the postsynaptic membrane, as illustrated in Figure (PageIndex<10>). يؤدي الانخفاض في مستقبلات AMPA في الغشاء إلى جعل الخلايا العصبية بعد المشبكية أقل استجابة للجلوتامات المنبعثة من الخلايا العصبية قبل المشبكية. في حين أنه قد يبدو غير بديهي ، قد يكون LTD بنفس أهمية التعلم والذاكرة مثل LTP. إن إضعاف وتقليم المشابك غير المستخدمة يسمح بفقدان الاتصالات غير المهمة ويجعل نقاط الاشتباك العصبي التي خضعت لـ LTP أقوى بكثير بالمقارنة.

Figure (PageIndex<10>): Calcium entry through postsynaptic NMDA receptors can initiate two different forms of synaptic plasticity: long-term potentiation (LTP) and long-term depression (LTD). ينشأ LTP عندما يتم تحفيز مشابك واحدة بشكل متكرر. يتسبب هذا التحفيز في سلسلة خلوية تعتمد على الكالسيوم و CaMKII ، مما يؤدي إلى إدخال المزيد من مستقبلات AMPA في غشاء ما بعد المشبكي. في المرة التالية التي يتم فيها إطلاق الغلوتامات من الخلية قبل المشبكية ، فإنه سيرتبط بكل من NMDA ومستقبلات AMPA التي تم إدخالها حديثًا ، وبالتالي إزالة استقطاب الغشاء بشكل أكثر كفاءة. يحدث LTD عندما يرتبط عدد قليل من جزيئات الجلوتامات بمستقبلات NMDA عند المشبك (بسبب معدل إطلاق منخفض للخلايا العصبية قبل المشبكي). يبدأ الكالسيوم الذي يتدفق عبر مستقبلات NMDA سلسلة مختلفة تعتمد على الكالسينورين والبروتين الفوسفاتيز 1 ، مما يؤدي إلى الالتقام الخلوي لمستقبلات AMPA. هذا يجعل الخلايا العصبية بعد المشبكية أقل استجابة للغلوتامات المنبعثة من الخلايا العصبية قبل المشبكية.


مناقشة

In the present study, we provided direct evidence that dopamine neurons learn to encode the value of a series of actions as an expected sum of immediate reward and future discounted rewards, and its error, which were both parametrically estimated as the TD error in reinforcement learning theories. When values are fully learned, TD error at the trial start cue equals to the value of the cue for the next state, given that the value of the current state is zero (21). Although this has been postulated in theories, most previous studies on dopamine neurons used behavioral paradigms for a single reward. Experiments that used a multistep choice paradigm for rewards in collaboration with computational modeling allowed us to demonstrate the TD error coding by dopamine neurons. When monkeys expected the small magnitude of distant rewards in the advanced stage of learning, neuronal discount factor was smaller than when fixed amount of rewards were expected. Thus, the dopamine signals may play a role as a critical underlying component of intelligence by which humans and animals choose options that are expected to yield a large accumulation of rewards through the course of future works rather than adopt short-sighted action policies to work for an immediate reward (25, 26).

Value Coding of Single Reward with Delays and Sum of Expected Multiple Future Rewards.

Previous studies have shown that the discounted value of a single delayed reward is represented by behavioral responses (27, 28) and neuronal activity (11, 12, 14, 15, 22) as a hyperbolic function (14, 29). A human imaging study (16) examined brain areas for reward prediction using different time scales in a Markov decision task that used a computational model-based regression analysis. They showed graded maps of time scales within the insula and the striatum ventral parts of the anterior regions were involved in the prediction of immediate rewards (γ = 0), and dorsal parts of the posterior regions were involved in the prediction of future rewards (γ = 0.99). The extremely large and small discount factors are in contrast to those in the present study (0.00 < γ < 0.73). However, the time discounting of the expected values may depend critically on the behavioral context, and therefore on the behavioral tasks used, such as trial-based discounting as performed in the present study and time-based discounting as used in the previous work (16). In our multistep choice task, the value discounting of the summed future rewards should extend until the end of the exploitation trials. However, we think it is significant that the discount factor that was estimated from the monkey's anticipatory licking for the expectation of reward was almost the same as the discount factor that was estimated from the dopamine neuron response in the same monkey (γ = 0.66 and γ = 0.65, respectively, in monkey CC).

The temporal discounting in neuronal value coding may be especially useful for the valuation and economic choices of the reward events expected with short (e.g., within a few seconds) and variable delays (22). An abnormal bias toward a small, immediate reward in humans and animals, called impulsivity, has been reported to result from impairments of dopamine and reinforcement processes that mediate the effects of the immediate and delayed rewards (30 ⇓ ⇓ –33). In contrast, the dopamine neuron coding for the sum of expected multiple future rewards may serve as an important brain mechanism that is involved in pursuit of unseen distant goals by the assignment of values to individual actions and, thus, the solving of temporal credit assignment problems in reinforcement learning theories (1, 21). In this case, the dopamine neuron coding may play crucial roles in the valuation of a chain of reward events that is expected over a longer time scale, such as several tens of minutes and hours (e.g., for a tennis match), several days and months (e.g., in a prediction of stock price changes), and even years (e.g., in life planning).

Dopamine neurons were previously shown to summate over multiple bouts of reward that are separated by a short delay and correctly treat these bouts as larger than a single reward (15). However, this does not fully account for the core prediction of reinforcement learning theory (i.e., the expected sum of future discounted rewards) that is tested in the present study. Most previous studies used TD learning models with exponential discounting, except for one recent work (34) that tried a hyperbolically discounted TD learning model. We used a standard TD model with exponential discounting because it can describe the learning recursively in a simple way. However, it would be an interesting future study to see which of the two models better fits the behavioral and dopamine neuron responses.

Previous studies have shown that dopamine neurons signal the occurrence of salient events for visually cued reward schedules (24) and the preference for advance information about upcoming rewards (23). A previous study in our laboratory suggested that, in monkeys, the responses of dopamine neurons to task start cues may be related to their motivation to work for the reward (5), based on the observation that the neuronal responses were negatively correlated with the task start times of individual trials under the same reward probability. However, it was not clear whether the dopamine neuron coding of motivation was based on an immediately expected reward or the sum of immediate and future rewards. The present study extended the previous study by finding that the behavioral coding estimated by anticipatory licking and the dopamine neuron coding of the value encompass the expected sum of immediate and future rewards. Furthermore, in the classical conditioning task, when the long-term expectation of multiple future rewards was not possible, dopamine neuron activities encoded the value of CSs in current trials. Therefore, our findings have directly demonstrated that dopamine neurons signal the sum of immediately expected reward and future, discounted rewards depending on the behavioral contexts.

A question arises regarding why the information about the sum of future rewards is coded at the start cue even if it is available at the time of the previous outcome. Indeed, the dopamine responses to action outcomes represented the prediction error of summed future rewards (Fig. S3). However, the responses of dopamine neurons to the task start cue signaled the sum of multiple future rewards. There are probably multiple potential reasons that explain the coding of the expected long-run value signal at the start of trials in the context of our behavioral task. Temporal uncertainty may play a significant role. The time intervals between the previous outcome and the start cue of the current trials were substantial, and they were not fixed, but varied considerably, between 6.5 s and 8.5 s. This prevented the monkeys from predicting the precise timing of the start cue. Moreover, measurements of anticipatory lickings after the start cue (Fig. 2) suggested that monkeys used the information about the sum of future rewards that they had obtained from the previous outcome to perform the current choice. It would be helpful to signal the occurrence of the start cue of individual trials for the goal-directed behavior. This view is consistent with previous results that showed that the start cue responses of dopamine neurons are modulated by the “previous outcomes” (6, 7). Nevertheless, in the multistep choice paradigm of the present study, response magnitudes of the first exploitation (R1) trials were not different depending on how the first reward was obtained during the exploration trials rewarded at the first exploration trial (N1), after one exploration trial without reward (N2), and after two exploration trials without reward (N3). Two-way ANOVA considering the last rewarded trial (N1, N2, and N3) and the index of neurons in our data set revealed no significant main effect of the last trial type [F(2,1157) = 2.15 ص = 0.12 in monkey CC F(2,1111) = 2.53, ص = 0.08 in monkey SK in the three-step choice task]. This supported our results that the prediction of future rewards is the driving force of the inverted V-shape distribution of dopamine responses rather than the postdictive evaluation of past rewards.

Value Coding and Uncertainty of Reward and Decision.

We quantitatively examined the possible involvement of uncertainty of reward availability (2). Because the maximum neuronal responses in the N3 trials occurred at reward probabilities much higher than 50% in the two monkeys that participated in the three-step choice task (75% in monkey CC and 90% in monkey SK Fig. 1ج), it is unlikely that uncertainty was a major determinant of the dopamine responses in our multistep choice paradigms. Even when reward uncertainty was greatly reduced in a control task in which monkeys were instructed which a single target to choose (Fig. S4أ), the maximum responses in the N3 trials did not undergo any significant changes despite almost 100% reward probability (Mann–Whitney يو test, ص = 0.89 Fig. S4ب). In addition, anticipatory, tonic increases in firing until the potential time of a probabilistic reward, which was previously reported to represent reward uncertainty (2), was not observed in the classical conditioning paradigm during the delay period between the CS presentation and the occurrence of reinforcer (Fig. S5ه). One possible explanation for this discrepancy may be the differences in behavioral conditioning: in our paradigm, the monkeys depressed the “hold” button before the CS was presented, but in the previous report (2), the monkeys were conditioned in a standard classical conditioning paradigm without arm movement (SI Text explains another possibility).


How Neuroactive Drugs and Medications Trick the Brain

A neuroactive chemical is any chemical that affects the brain directly through these channels. Neurotransmitters then are neuroactive, but so too are some drugs that are designed specifically to increase the amount of certain neurotransmitters or suppress them. Drugs such as nicotine, opium and alcohol for instance increase dopamine levels in the brain which is why they can be addictive.

On the other hand, some drugs are designed to mimic certain neurotransmitters and can block receptors. SSRIs for instance are ‘Selective Serotonin Reuptake Inhibitors’ meaning they can block the uptake of serotonin by blocking the receptors in the presynaptic cell. This is done to increase the amount of available serotonin in the post synaptic cell – meaning the brain will receive more serotonin signals (useful as an antidepressant because serotonin is another feel good neurotransmitter).

We have to be very careful though when using these sorts of drugs as they can lead to a number of issues upsetting the highly delicate chemical balance of the brain. It’s important to bear in mind that we have a very limited understanding of the human brain and do not even know all of the different neurotransmitters (we know about fifty, there are thought to be several hundred). Meanwhile, the brain has mechanisms designed to respond to a particularly high or low content of particular neurotransmitters and if you unnaturally increase any of them, the brain might respond by stopping making them leading to all kinds of potential problems.

On the other hand, safer ways to alter the availability of neurotransmitters involve changing the way we think (which will alter the connections of different neurons), altering our diet (food contains neurotransmitters and precursors in usually-safe doses) and changing our routines (a darker room = more melatonin).

Seek to understand the mechanisms of your brain, but never make the mistake of thinking that you actually فعل understand it.


شاهد الفيديو: الدوبامين في الدماغ. ماهو وكيف نزيده لتحسين المزاج والحيوية (أغسطس 2022).