המחקר מספק תובנה כיצד המוח מתרגם מוטיבציה להתנהגות מכוונת מטרה

רעב יכול להניע מצב מוטיבציוני שמוביל בעל חיים למרדף מוצלח אחר מטרה -; לחפש מזון ולמצוא.

במחקר חדשני ביותר שפורסם ב ביולוגיה נוכחית, חוקרים מאוניברסיטת אלבמה בברמינגהם והמכון הלאומי לבריאות הנפש, או NIMH, מתארים כיצד שתי תת-אוכלוסיות עצביות עיקריות בחלק מהתלמוס של המוח הנקרא הגרעין הפרה-חדרי משתתפות בוויסות הדינמי של רדיפות מטרות. מחקר זה מספק תובנה לגבי המנגנונים שבאמצעותם המוח עוקב אחר מצבי מוטיבציה לעצב פעולות אינסטרומנטליות.

לצורך המחקר, תחילה היה צורך לאמן עכברים בהתנהגות דמוית מזון, תוך שימוש במתחם ארוך דמוי מסדרון בעל אזור טריגר בקצה אחד ואזור תגמול בקצה השני, במרחק של יותר מ-4 מטרים.

עכברים למדו לחכות באזור טריגר במשך שתי שניות, עד שצפצוף הפעיל את התחלת המשימה ההתנהגותית הדומה לחיפוש מזון. עכבר יכול אז להתקדם בקצב שלו לאזור התגמול כדי לקבל לגימה קטנה של Ensure בטעם תות. כדי לסיים את הניסוי, העכברים היו צריכים לעזוב את אזור התגמול ולחזור לאזור ההדק, כדי לחכות לצפצוף נוסף. עכברים למדו מהר והיו מאוד מעורבים, כפי שהוכח על ידי השלמת נפח גדול של ניסויים במהלך האימון.

לאחר מכן השתמשו החוקרים בפוטומטריה אופטית ובחיישן הסידן GCaMP כדי לנטר באופן רציף פעילות של שתי תת-אוכלוסיות עצביות עיקריות של הגרעין הפרה-חדרי, או PVT, במהלך גישת התגמול מאזור ההדק לאזור התגמול, ובמהלך סיום הניסוי מאזור התגמול. חזרה לאזור ההדק לאחר טעימה של אוכל בטעם תות. הניסויים כוללים החדרת סיב אופטי למוח בערך ב-PVT כדי למדוד את שחרור הסידן, אות לפעילות עצבית.

שתי תת-האוכלוסיות בגרעין הפרה-חדרי מזוהות על ידי נוכחות או היעדר של הקולטן לדופמין D2, המצוין כ-PVT^D2(+) או PVT^D2(–), בהתאמה. דופמין הוא נוירוטרנסמיטר המאפשר לנוירונים לתקשר זה עם זה.

גילינו ש-PVT^D2(+) ו-PVT^D2(–) נוירונים מקודדים את הביצוע והסיום של פעולות ממוקדות מטרה, בהתאמה. יתר על כן, פעילות ב-PVT^D2(+) אוכלוסיית נוירונים שיקפו פרמטרים של מוטיבציה כמו מרץ ושובע."

סופיה ביז, Ph.D., עוזרת פרופסור במחלקה לנוירוביולוגיה של UAB ומחברת שותפה למחקר

ספציפית, ה-PVT^D2(+) נוירונים הראו פעילות מוגברת במהלך גישת התגמול וירידה בפעילות במהלך סיום הניסוי. לעומת זאת, PVT^D2(–) נוירונים הראו ירידה בפעילות במהלך גישת התגמול ופעילות מוגברת במהלך סיום הניסוי.

"זה חדשני כי אנשים לא ידעו שיש מגוון בתוך נוירוני ה-PVT", אמר ביז. "בניגוד לעשרות שנים של אמונה שה-PVT הוא הומוגני, מצאנו שלמרות שהם אותם סוגי תאים (שניהם משחררים את אותו נוירוטרנסמיטר, גלוטמט), PVT^D2(+) ו-PVT^D2(–) נוירונים עושים עבודות שונות מאוד. בנוסף, הממצאים מהמחקר שלנו משמעותיים ביותר מכיוון שהם עוזרים לפרש ממצאים סותרים ומבלבלים בספרות בנוגע לתפקוד של PVT."

במשך זמן רב, אזורי התלמוות כגון ה-PVT נחשבו רק לתחנת ממסר במוח. חוקרים מבינים כעת, אומר Beas, שה-PVT במקום זאת מעבד מידע, ומתרגם מצבי צרכים שמקורם בהיפותלמוס לאותות מוטיבציוניים באמצעות הקרנות של אקסונים -; כולל ה-PVT^D2(+) ו-PVT^D2(–) אקסונים -; לגרעין האקומבנס, או NAc. ל-NAc יש תפקיד קריטי בלמידה ובביצוע של התנהגויות ממוקדות מטרה. אקסון הוא שלוחה דמוית כבל ארוכה מגוף תא נוירון המעבירה את האות של הנוירון לנוירון אחר.

חוקרים הראו ששינויים אלו בפעילות הנוירונים ב-PVT הועברו ל-NAc על-ידי מדידת פעילות עצבית עם סיב אופטי שהוכנס למקום שבו המסופים של אקסוני ה-PVT מגיעים לנוירוני ה-NAc. דינמיקת הפעילות במסופי PVT-NAc שיקפו במידה רבה את דינמיקת הפעילות שראו החוקרים בנוירוני PVT -; כלומר אות פעילות נוירונים מוגברת של PVT^D2(+) במהלך גישת תגמול ופעילות נוירונים מוגברת של PVT^D2(–) במהלך סיום המשפט.

"באופן קולקטיבי, הממצאים שלנו מרמזים מאוד על תכונות הקשורות למוטיבציה וקידוד של פעולות מכוונות מטרה של PVT אחורית^D2(+) ו-PVT^D2(-) נוירונים מועברים ל-NAc דרך הטרמינלים שלהם", אמר ביז.

במהלך כל מפגש הקלטת עכבר, החוקרים הקליטו שמונה עד 10 דגימות נתונים בשנייה, מה שהביא למערך נתונים גדול מאוד. בנוסף, סוגים אלה של הקלטות כפופים למשתנים רבים פוטנציאליים מבלבלים. ככזה, ניתוח הנתונים הללו היה היבט חדשני נוסף של מחקר זה, באמצעות שימוש במסגרת סטטיסטית חדשה וחזקה המבוססת על מודלים מעורבים לינאריים פונקציונליים, שגם מסבירים את השונות של ההקלטות וגם יכולים לחקור את הקשרים בין השינויים בפוטומטריה אותות לאורך זמן ומשתנים שונים של משימת התגמול, כמו כמה מהר עכברים ביצעו ניסוי, או איך רמות הרעב של החיות יכולות להשפיע על האות.

דוגמה אחת לאופן שבו חוקרים קשרו מוטיבציה לביצוע משימה הייתה הפרדת זמני הניסוי לקבוצות "מהירות", שתיים עד שלוש שניות לאזור התגמול מאזור ההדק, וקבוצות "איטיות", תשע עד 11 שניות לאזור התגמול.

"הניתוחים שלנו הראו שגישת התגמול הייתה קשורה לרמפות אותות סידן גבוהות יותר ב-PVT^D2(+) נוירונים במהלך מהיר בהשוואה לניסויים איטיים," אמר Beas. "יתר על כן, מצאנו מתאם בין האות לבין פרמטרים של חביון ומהירות. חשוב לציין, אין שינויים ב-PVT האחורי^D2(+) פעילות נוירונים נצפתה כאשר עכברים לא היו מעורבים במשימה, כמו במקרים בהם עכברים הסתובבו סביב המתחם אך לא ביצעו ניסויים באופן פעיל. בסך הכל, הממצאים שלנו מצביעים על כך ש-PVT אחורי^D2(+) פעילות הנוירונים גוברת במהלך חיפוש תגמול ומעוצבת על ידי מוטיבציה."

ליקויים במוטיבציה קשורים למצבים פסיכיאטריים כמו שימוש בסמים, אכילה מוגזמת וחוסר יכולת להרגיש הנאה בדיכאון. הבנה מעמיקה יותר של הבסיס העצבי של התנהגות מונעת עשויה לחשוף מסלולים נוירונים ספציפיים המעורבים במוטיבציה וכיצד הם מקיימים אינטראקציה. זה יכול להוביל למטרות טיפוליות חדשות לשיקום תהליכי מוטיבציה בריאים בחולים.

מחברים משותפים עם Beas במחקר, "קידוד ניתוק של התנהגות מונעת על ידי תחזיות תלמו-סטריאטליות מקבילות", הם איסבה חאן, קלייר גאו, גבריאל לוינגר, אמה מקדונלד, אליסון בשפורד, שאקירה רודריגז-גונסלס, פרנסיסקו פריירה ומריו פנזו, NIMH, בת'סדה, מרילנד. ביז היה פוסט-דוקטורט ב-NIMH לפני שעבר ל-UAB בשנה שעברה.

התמיכה הגיעה מפרס המכון הלאומי לבריאות K99/R00 MH126429, פרס NARSAD לחוקר צעיר מטעם הקרן לחקר מוח והתנהגות, ופרס NIMH 1ZIAMH002950 של תוכנית המחקר התוך-מוורי.

ב-UAB, נוירוביולוגיה היא מחלקה בבית הספר לרפואה של Marnix E. Heersink.