Kāpēc mēs darām to, ko darām

Liela daļa mūsu veselības un laimes sakņojas mūsu pašu uzvedībā: vai mēs vingrojam un ēdam pareizi, vai mēs izdarām izvēli kā optimisti vai pesimisti, vai mēs saglabājam motivāciju sasniegt savus mērķus vai pieturamies pie status quo. Bet pat vislabākie apzinātie nodomi ne vienmēr izpaužas tā, kā mēs vēlamies. Arvien biežāk neirozinātnieki sāk redzēt un pat manipulēt ar smadzeņu darbību, kas ir atbildīga par domu un jūtu pārvēršanu darbībās. Šis darbs rada vilinošu iespēju, ka mēs varētu atrast precīzākas terapijas tādiem apstākļiem kā garastāvokļa traucējumi un trauksme, kompulsīva uzvedība un atkarība.

Institūta profesore Ann Graybiel, PhD '71, ir šī pētījuma priekšgalā, jo viņa piektajā desmitgadē ir veltījusi lielu daļu karjeras, lai izprastu šķietami pieticīgo smadzeņu struktūru kopumu, ko sauc par bazālajiem ganglijiem. Kādreiz tiek uzskatīts, ka šis reģions dziļi smadzenēs palīdz kontrolēt kustības, un tagad tiek uzskatīts, ka tam ir būtiska loma tajā, kā mēs mācāmies, apstrādājam emocijas, pieņemam lēmumus un pārņemam ieradumus. Un šīs domāšanas izmaiņas lielā mērā ir saistītas ar Greibīla laboratorijā veikto pētījumu.

Viņas darbs jau ir devis ieskatu smadzeņu darbības modeļos, kas saistīti ar kustību traucējumiem un psihiskām slimībām. Jaunākie pētījumi, kuros, piemēram, izmanto gaismu, lai kontrolētu atsevišķas smadzeņu šūnas, parāda, kā dažu šo darbību izslēgšana var kontrolēt ieradumu veidošanos vai pesimistisku lēmumu pieņemšanu. Lai gan šī tehnika, kas pazīstama kā optoģenētika, joprojām ir tikai pētniecības instruments, viņa ir pārliecināta, ka šādiem tehnoloģiskiem sasniegumiem ir terapeitisks daudzsolījums un ka uzzināt par šiem dziļajiem modeļiem smadzenēs būs svarīgi arī ikvienam, kam rodas jautājums: kas man liek darīt to, ko Jā?

Tas ir patiesi svarīgi ikdienas dzīvē, un tas ir patiesi svarīgi sociālajā un sabiedrības līmenī, saka Greibiels, MIT McGovern smadzeņu pētniecības institūta pētnieks un Smadzeņu un kognitīvo zinātņu nodaļas loceklis. Mums, cilvēkiem, ir jāsaprot šīs lietas par sevi.

Jauna smadzeņu arhitektūra
Smadzeņu izpēti jau sen kavē pieejamo metožu niecīgais risinājums, lai risinātu lielus jautājumus par domu, atmiņu un lēmumu būtību. Mūsdienās šī joma piedzīvo renesansi, ko virza tehnoloģijas, kas piedāvā jaunus veidus, kā pētīt saziņas modeļus starp šūnām un smadzeņu reģioniem. Tas rada dažus satriecošus sasniegumus spējā manipulēt ar sarežģītu uzvedību. Greibīla agrīnie fundamentālie ieskati smadzeņu pamata arhitektūrā bija vieni no tiem, kas lika pamatu šiem atklājumiem.

Greibīla dzimusi Bostonā 1942. gadā, bet augusi Pensakolā, Floridā, kur viņas laikmeta devītās klases meitenes mācījās šūšanu, bet ne zinātni. Pēc internātskolas Vašingtonā, viņa studēja ķīmiju un bioloģiju Hārvardā un devās uz MIT, kuras psiholoģijas nodaļa, ko vadīja Hanss Lukass Teubers, piesaistīja pionierus neirozinātņu jomā.

Līdz tam laikam — pagājušā gadsimta sešdesmito gadu beigās — zinātnieki veica ievērojamus eksperimentus, kas sāka noteikt, kā smadzenēs tika organizētas sistēmas, kas regulē redzi un pieskārienu. Greibīls saka, ka smadzeņu pētīšanai bija tik maz paņēmienu, taču tas bija ļoti aizraujošs laiks. Zinātnieki sāka izmērīt elektriskos signālus dzīvnieku smadzeņu šūnās, lai kartētu neokorteksa organizāciju, kas ir salocīta smadzeņu ārējā miza, kas ir augstāku funkciju, piemēram, uztveres un apzinātas domas, atrašanās vieta.

Kad viņa iestājās MIT fakultātē divus gadus pēc doktora grāda iegūšanas 1971. gadā, Greibīla specializējās smadzeņu anatomijas izpētē. Viņa bija labi sagatavota šim uzdevumam, mācoties pie izcilā neiroanatoma Walle Nauta, kurš izstrādāja īpašus traipus, ko varēja uzklāt uz cilvēka vai dzīvnieka smadzeņu audiem, lai izsekotu, kā ir savienotas smadzeņu šķiedras. Tas bija estētiski pievilcīgs darbs, viņa saka. Smadzenes vienkārši ir ļoti skaistas. Tam nav jābūt, bet tas ir vienkārši neparasti skaists.

Lielākā daļa traipu tika izstrādāti, lai parādītu šūnu fizikālās īpašības, bet Graybiel izstrādāja jaunus traipus, kas atklāja ķīmisko vielu atrašanās vietas, ko šūnas izmanto saziņai, izveidojot ķīmiskās aktivitātes karti.

Šī stratēģija izrādījās noderīga smadzeņu organizācijas atmaskošanai. Dažās jomās šī organizācija bija viegli pamanāma: neokortekss bija aizraujošs, piemēram, tāpēc, ka tajā bija precīzi sakārtotu neironu slānis, kas liecināja par tā funkciju sarežģītību. Taču citi reģioni no pirmā acu uzmetiena šķita haotiski. Tas ir vienkārši pasakains, Greibīls saka par neokorteksu. Tad paskatās zem tā, un tur ir šī milzīgā neironu bumba, kas acīmredzot nav eleganti sakārtoti; tas izskatās ļoti pieticīgs, taču tas ir milzīgs. Šis milzīgais smadzeņu audu gabals bija striatums, daļa no bazālo gangliju, kas tika uzskatīta par primitīvāku smadzeņu apgabalu.

Tomēr, kad viņa uzklāja ķīmiskos traipus šķietami viendabīgajai striatuma masai, pēkšņi parādījās organizēšanas princips. Striatuma šūnas tika sakārtotas ķīmiski atšķirīgos nodalījumos, kurus Greibīls nodēvēja par striosomām. Šis ieskats atklāja jaunu veidu, kā izprast smadzeņu anatomiju: izmantojot ķīmiju, nevis šūnu formu vai orientāciju. Pols Glimhers, Ņujorkas universitātes neirobiologs, kuru iedvesmojis viņas darbs, Greibīla striatuma struktūras izpēti sauc par pēdējo no varonīgajiem neiroanatomiskajiem projektiem klasiskajā smadzeņu anatomijā.

Mozaīkas atšifrēšana
Striatums izrādījās daudz interesantāks, nekā cilvēki domāja, un Greibīla savu karjeru ir pavadījusi, cenšoties izprast to un neironu ķēdes, kurām tas kalpo kā centrs. Kad viņa sāka savu pētījumu, bija zināms, ka striatums ir saistīts ar kustību traucējumiem, piemēram, Parkinsona slimību, ko izraisa smadzeņu šūnu nāve, kas piegādā dopamīnu šai smadzeņu daļai. Kopš tā laika tas ir saistīts ar aizraujošu smadzeņu funkciju klāstu, tostarp motivāciju, atalgojumu, ieradumu veidošanos un lēmumu pieņemšanu.

Greibīlai organizācija, ko viņa atklāja striatumā, ir atslēga, lai saprastu, kā tā darbojas. Ja jūs varētu iedomāties visskaistāko mozaīku… tāds ir striatums, viņa saka, tikai tas ir 3D formātā. Šīs mozaīkas flīzes ir ķīmiski atšķirīgas striosomas. Šķiet, ka atsevišķas striosomas un to apkārtējās šūnu matricas veido atsevišķas flīžu vai moduļu grupas, kas savienotas ar atsevišķām smadzeņu daļām.

Ir skaidrs, ka striatumā ir informācijas centri, kas savieno zonas, kas atrodas virs tā, neokorteksā, ar reģioniem, kas atrodas zem tā, kas regulē emocijas un noskaņojumu. Pēdējos gados Graybiel laboratorija ir veikusi galvenos atklājumus, kas izgaismo saziņu starp šiem reģioniem un šīs komunikācijas lomu uzvedības noteikšanā. Viņa uzskata, ka striatuma modulārā arhitektūra ir ļoti atšķirīgs informācijas organizēšanas veids nekā slāņainajā garozā. Viņa to ir uztvērusi kā mācību ierīci: tā apkopo informāciju no citiem smadzeņu reģioniem, lai mēs varētu ātri iemācīties izvēlēties, kādu uzvedību veikt, galu galā rīkojoties instinktīvi.

Dažas striatuma daļas ir iesaistītas mācībās, plānošanā, atlīdzības paredzēšanā un vērtību spriedumu pieņemšanā par to, vai kaut kas ir pozitīvs vai negatīvs. Citas daļas ļauj mums veidot ieradumus. Šķiet, ka tie ir saistīti ar cita veida smadzeņu darbību, kurā mēs nevis aktīvi paredzam un nespriežam, bet gan automātiski izspēlējam iepriekš apgūto scenāriju.

Pētījumi Graybiel laboratorijā pēta abus šos procesus un to mijiedarbību. Viens, kuru vadīja pētnieks Ken-ichi Amemori, pētīja garozas zonu, kas, šķiet, sazinās ar striatumu un ir saistīta ar trauksmi un depresiju. Kad dzīvnieki saskārās ar uzdevumu, kas radīja negatīvu un pozitīvu rezultātu kombinācijas (kaitinoša gaisa papūle un atlīdzība par pārtiku), šīs zonas stimulēšana ļāva viņiem izvairīties no negatīva iznākuma, pat ja tas nozīmēja atlīdzības zaudēšanu, atspoguļojot tendenci. pieņemt pesimistiskus lēmumus. Pētnieki spēja bloķēt šo tendenci ar prettrauksmes zālēm. Amemori pētījumiem ierosina, ka neatkarīga smadzeņu ķēde regulē šo pesimistisko lēmumu pieņemšanu, un viņš tagad pēta citu ķēdi, kas var kontrolēt lēmumus, kas pieņemti, pieņemot pozitīvu rezultātu, apstrīdot tradicionālo uzskatu, ka izmaksu un ieguvumu novērtēšana ir vienots process.

Greibīls uzskata, ka šādi atklājumi varētu identificēt smadzeņu ķēdes, kas pieņem ļoti emocionālus lēmumus, kas ir atkarīgi no spriedumiem par to, vai rezultāts būs labs vai slikts. Viņa saka, ka liela daļa mūsu emocionālās dzīves ir ļoti bagāta, taču mums ir jāpieņem lēmumi, kas dažkārt ir “jūti to savās zarnās”. Citiem vārdiem sakot, sarežģītajām emocijām un uztverēm ir jāsaplūst vienkāršā jā vai nē. Viņa vēlas saprast, kas motivē šo lēmumu pieņemšanu un kāpēc šis emocionālais novērtējums noiet greizi dažu psihisku traucējumu gadījumā.

Cits pētījums atklāja dopamīna lomu, paredzot, cik tālu mēs esam no tālas atlīdzības. Pētot žurkas, kas skrien labirintā, 13. gada doktora grāds Marks Hovs atklāja, ka striatumā izdalītā dopamīna daudzums lēnām pieauga, žurkām tuvojoties mērķim. Šīs dopamīna rampas bija stāvākas, ja bija gaidāma lielāka atlīdzība vai kad mērķis bija tālāk; tie var palīdzēt saglabāt motivāciju sasniegt mērķi.

No lēmumiem līdz ieradumiem
Mērķi, motivācija un vērtības palīdz mums izvēlēties uzvedību, taču ierastā uzvedība būtiski atšķiras. Greibīls saka, ka pirmajās reizēs, kad cilvēks izsmēķē cigareti, viss ir ļoti brīvprātīgs — viņi to izmēģina. Bet, ja tas kļūst par ieradumu, katrs smēķēšanas solis — cigaretes izbīdīšana no iepakojuma, aizdedzināšana un ieelpošana — iesakņojas. Pat ja jūs patiešām nevēlaties, to ir grūti nedarīt, viņa saka.

Tāda pati parādība notiek laboratorijas dzīvniekiem. Viņas komanda apmāca žurkas palaist vienkāršu T formas labirintu, atalgojot tās, kad tās pagriežas pa labi vai pa kreisi, reaģējot uz vienu no diviem skaņas signāliem. Galu galā darbība kļūst ierasta: žurkas turpina griezties pa labi vai pa kreisi pat tad, ja atlīdzība tiek atņemta vai padarīta nepatīkama (šokolādes gardums, kas tās parasti sveicina, ir apšūts ar sliktas garšas ķīmisku vielu). Kad žurkas pirmo reizi apgūst labirintu, striatumā esošie neironi aizdegas visā skriešanas laikā. Taču, maršrutam kļūstot ierastam, modelis mainās, neironu aktivitātei galvenokārt pieaugot uzdevuma sākumā un beigās. Šis iesaka ka ieradumi ir saistītas uzvedības secības, kas tiek glabātas kā viegli pieejami gabali, kurus var veikt, nepārdomājot katru soli.

Greybiela laboratorija ir bijusi arī pētījumu priekšgalā, kas izmanto optoģenētiku, lai pētītu sarežģītu uzvedību. Izmantojot šo paņēmienu, zinātnieki var izmantot gaismas iedarbību, lai precīzi izslēgtu vai stimulētu smadzeņu daļas brīvi kustīgiem dzīvniekiem, paverot jaunus uzvedības pētīšanas veidus. Būdams pēcdoktors Kails Smits, kurš tagad ir Dārtmutas koledžas docents, vadīja pētījumus, kas parādīja, ka viņš varētu izjaukt žurkām labirintu skriešanas ieradumu, ja viņš izslēgtu smadzeņu daļu, ko sauc par infralimbisko garozu — vienu no smadzeņu apgabaliem. garoza, kas runā ar striatumu — žurku skriešanas laikā. The pētījums liecina, ka pat visautomātiskākie uzdevumi atrodas smadzeņu lēmumu pieņemšanas centru tiešā kontrolē. Jaunāks pētījums Smits un Greibīls atklāja, ka infralimbiskās garozas izslēgšana var novērst žurkām no ieraduma pārņemšanas.

UZ pētījums ka Graybiels un kolēģi pagājušajā gadā publicēja zinātni, aplūko ieradumu veidošanās negatīvo pusi: kompulsīvu uzvedību. Pēcdoktora Ērika Burgjēra vadītā komanda pētīja obsesīvi-kompulsīvo traucējumu dzīvnieku modeli, izmantojot peles, kurām nebija gēna, kas iesaistīts šūnu komunikācijā striatumā. Atkārtoti sekojot tonim ar ūdens pilienu uz sejas, kas pelēm liek refleksīvi kopt sevi, tās lika pelēm kopt katru reizi, kad tās dzirdēja toni. Gan konstruētās peles, gan parastās peles pārņēma ieradumu kopt pēc toņa, bet parastās peles iemācījās gaidīt, līdz ūdens lāse patiešām nonāk, savukārt kompulsīvās peles sāka kopt, tiklīdz to dzirdēja. Kad pētnieki izmantoja optoģenētiku, lai apklusinātu gaismas jutīgās šūnas garozā, kas sazinās ar striatumu, OCD peles pārtrauca piespiedu kopšanu, taupot savus spēkus, līdz ūdens piliens pieskārās tām.

Tagad Greibīls saka, ka mēs vēlamies zināt, kas ir tas, kas ierosina šo atkārtošanās procesu. Viņa uzskata, ka būs iespējams izstrādāt jaunus veidus, kā ārstēt traucējumus šajās smadzeņu sistēmās. Piemēram, ierīces, ko pašlaik izmanto dziļai smadzeņu stimulācijai, varētu pilnveidot un apvienot ar ierīcēm, kas atbrīvo zāles, vai arī tādu pieeju kā optoģenētika varētu izmantot, lai droši modulētu noteiktas smadzeņu ķēdes.

Ambicioza darba kārtība
Greibīls ir saņēmis izcilākos zinātnes apbalvojumus, tostarp 2001. gada Nacionālo zinātnes medaļu, valsts augstāko zinātnes un tehnoloģiju balvu, un 2012. gada Kavli balvu neirozinātnē. 2002. gadā viņai tika piešķirta MIT James R. Killian Faculty Achievement Award balva, ar ko tiek atzīts mācībspēku izcilais profesionālais sasniegums. Viņa ir arī atzīta par Parkinsona slimības izpēti; citu atzinību starpā 2006. gadā Nacionālais Parkinsona fonds viņu nosauca par Harolda S. Dimanta profesoru.

Desmitiem gadu pēc saviem pamatīgajiem atklājumiem par smadzeņu anatomiju, viņa tagad atrodas vadošajā pētniecībā, kas saista smadzeņu darbību ar uzvedību. Viņa ir meklējusi līdzstrādniekus, piemēram, Karlu Deisserotu, Stenfordas universitātes bioinženieri, kurš bija optoģenētikas pionieris, lai apgūtu jaunus rīkus. Deisserota saka, ka viņas pētījumi, izmantojot optoģenētiku uzvedības pētīšanai, ir orientieri un palīdz definēt jomu.

Lielākā daļa laboratoriju specializējas ierobežotā metožu komplektā — dažas izmanto molekulāro bioloģiju un ģenētiku, dažas izmanto attēlveidošanu, dažas analizē smadzeņu viļņus, citas reģistrē elektriskos signālus smadzenēs. Greibīla un viņas kolēģi to visu ir paveikuši, īstenojot ārkārtīgi daudzveidīgu pētniecības projektu klāstu. Viņa vienmēr izgudro sevi no jauna, saka Glimhers no NYU. Viņas iedziļināšanās dzīvnieku fizioloģijā, kas smadzeņu darbību saista ar noteiktu uzvedību, ir ārkārtīgi ambicioza kādam, kurš ir karjeras vidusposmā, viņš saka; tā ir ļoti smaga disciplīna, kas prasa dzīvnieku izmitināšanu un apmācību sarežģītu uzdevumu veikšanai, ļoti jutīgu elektrisko ierakstīšanas ierīču projektēšanu un datu kaudzes analizēšanu. Bet Greibīls, viņš smejoties piebilst, vienkārši nav normāls cilvēks.

Greibīlas ambīcijas ir dzinējspēks viņas lielajā un aktīvajā laboratorijā, taču viņa ir pazīstama arī ar savu piezemēto siltumu. Glimhers atceras pirmo reizi, kad neirozinātnes konferences programmā viņš tika iekļauts kā līdzvērtīgs Greibīlam un vairākiem citiem smagsvariem, lai gan viņš bija jaunāks un jutās kā iesildītājs. Pārējie runātāji, viņš saka, bija atturīgi, bet viņa uzlika roku uz viņa rokas un teica: Man vienkārši patīk tavi papīri. Sēdēsim kopā pusdienās un parunāsim par neirozinātnēm.

Lai gan viņas agrākais darbs, pētot smadzeņu anatomijas skaistumu un loģiku, bija apmierinošs, visvairāk viņu aizrauj iespēja patiešām palīdzēt cilvēkiem. (Šķiet, ka viņas ģimenē darbojas šāds darbs: viņas tēvs bija gan kardiologs, gan pētnieks, un brālis arī ir ārsts.) Galu galā mēs ļoti, ļoti ceram, ka šāda veida atklājumi turpinās. lai būtu diezgan tieša labvēlīga ietekme klīnikā, viņa saka. A sadarbību Piemēram, starp viņas laboratoriju un pētniekiem Jaunzēlandē un Japānā pēcnāves pētījumā atklāja, ka cilvēku ar Hantingtona slimību smadzenēs, kuri cieta no garastāvokļa traucējumiem, ir neparasti smaga striosomu deģenerācija, kas liecina par tiešu saistību starp šīm struktūrām un garastāvokļa regulēšanu. . Un dažādu ieraduma veidošanās posmu atjaukšana var radīt jaunus veidus, kā ārstēt OKT vai kompulsīvo uzvedību, kas dažkārt pavada autismu.

Lai gan Greibīla ir vairāk sliecas uz priekšu, lai gan viņai ir vairāk nekā viņas lauru daļa. Daļu laika es domāju par to, ko mēs darām tagad, bet daļu sava laika es domāju: 'Ak, mēs varētu to izdarīt,' viņa saka. Man šķiet, ka mēs tikai ejam.

paslēpties