วิธีที่สมองตอบสนองต่อเหตุการณ์ที่น่าประหลาดใจ

เมื่อสมองของคุณต้องการให้คุณใส่ใจกับบางสิ่งที่สำคัญ วิธีหนึ่งที่ทำได้คือส่ง noradrenaline ออกมาจำนวนมาก ตามการศึกษาใหม่ของ MIT

นิวโรโมดูเลเตอร์นี้ผลิตโดยโครงสร้างที่อยู่ลึกในสมองที่เรียกว่าโลคัส โครูลิอุส สามารถมีผลกระทบอย่างกว้างขวางไปทั่วสมอง ในการศึกษาหนู ทีม MIT พบว่าบทบาทสำคัญอย่างหนึ่งของ noradrenaline หรือที่เรียกว่า norepinephrine คือการช่วยให้สมองเรียนรู้จากผลลัพธ์ที่น่าประหลาดใจ

“สิ่งที่แสดงให้เห็นในงานนี้คือ locus coeruleus เข้ารหัสเหตุการณ์ที่ไม่คาดคิด และการให้ความสนใจกับเหตุการณ์ที่น่าประหลาดใจเหล่านั้นเป็นสิ่งสำคัญสำหรับสมองในการติดตามสภาพแวดล้อม” Mriganka Sur ศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาของนิวตันในภาควิชาสมองและความรู้ความเข้าใจของ MIT กล่าว Sciences ซึ่งเป็นสมาชิกของสถาบัน Picower Institute for Learning and Memory ของ MIT และผู้อำนวยการ Simons Center for the Social Brain

นอกเหนือจากบทบาทในการส่งสัญญาณที่น่าประหลาดใจ นักวิจัยยังพบว่า noradrenaline ช่วยกระตุ้นพฤติกรรมที่นำไปสู่การให้รางวัล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่มีความไม่แน่นอนว่าจะมีการให้รางวัลหรือไม่

Sur เป็นผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาใหม่ซึ่งปรากฏอยู่ใน Nature ในปัจจุบัน Vincent Breton-Provencher อดีต MIT postdoc ซึ่งปัจจุบันเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่ Laval University และ Gabrielle Drummond นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ MIT เป็นผู้เขียนหลักของบทความนี้

การปรับพฤติกรรม

Noradrenaline เป็นหนึ่งในสารสื่อประสาทหลายชนิดที่มีอิทธิพลต่อสมอง ร่วมกับ dopamine, serotonin และ acetylcholine ซึ่งแตกต่างจากสารสื่อประสาท ซึ่งช่วยให้สามารถสื่อสารระหว่างเซลล์กับเซลล์ สารสื่อประสาทจะถูกปล่อยออกเหนือบริเวณกว้างๆ ของสมอง ทำให้พวกเขาออกแรงผลกระทบทั่วไปมากขึ้น

“สารปรับสภาพระบบประสาทคิดว่าจะกระจายพื้นที่ขนาดใหญ่ของสมองและด้วยเหตุนี้จึงเปลี่ยนแรงขับกระตุ้นหรือการยับยั้งที่เซลล์ประสาทได้รับในรูปแบบจุดต่อจุดมากขึ้น” Sur กล่าว “นี่แสดงให้เห็นว่าพวกเขาต้องมีการทำงานของสมองที่สำคัญมากซึ่งมีความสำคัญต่อการอยู่รอดและเพื่อการควบคุมสถานะของสมอง”

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้มากมายเกี่ยวกับบทบาทของโดปามีนในการสร้างแรงบันดาลใจและการแสวงหารางวัล แต่ก็ยังไม่ค่อยมีใครรู้จักเกี่ยวกับสารกระตุ้นประสาทอื่น ๆ รวมถึง noradrenaline มีการเชื่อมโยงกับความตื่นตัวและเพิ่มความตื่นตัว แต่ noradrenaline มากเกินไปอาจทำให้เกิดความวิตกกังวลได้

การศึกษาก่อนหน้านี้ของโลคัส coeruleus ซึ่งเป็นแหล่งหลักของ noradrenaline ของสมอง แสดงให้เห็นว่าได้รับข้อมูลจากหลายส่วนของสมองและยังส่งสัญญาณออกไปในวงกว้างอีกด้วย ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ ทีม MIT ได้เริ่มศึกษาบทบาทของตนในการเรียนรู้ประเภทใดประเภทหนึ่งที่เรียกว่าการเรียนรู้แบบเสริมแรง หรือการเรียนรู้โดยการลองผิดลองถูก

สำหรับการศึกษานี้ นักวิจัยได้ฝึกให้หนูกดคันโยกเมื่อได้ยินเสียงความถี่สูง แต่ไม่ใช่เมื่อได้ยินเสียงความถี่ต่ำ เมื่อหนูตอบสนองอย่างถูกต้องต่อโทนเสียงความถี่สูง พวกเขาจะได้รับน้ำ แต่ถ้าพวกเขากดคันโยกเมื่อได้ยินเสียงความถี่ต่ำ พวกเขาจะได้รับอากาศที่ไม่พึงประสงค์

หนูเรียนรู้ที่จะดันคันโยกให้แรงขึ้นเมื่อเสียงดังขึ้น เมื่อลดระดับเสียงลง พวกเขาก็ไม่แน่ใจมากขึ้นว่าควรดันหรือไม่ และเมื่อนักวิจัยยับยั้งการทำงานของ locus coeruleus หนูเริ่มลังเลที่จะกดคันโยกมากขึ้นเมื่อได้ยินเสียงที่มีระดับเสียงต่ำ ซึ่งบ่งชี้ว่า noradrenaline ส่งเสริมโอกาสในการได้รับรางวัลในสถานการณ์ที่ผลตอบแทนไม่แน่นอน

“สัตว์กำลังผลักเพราะมันต้องการรางวัล และโลคัส coeruleus ให้สัญญาณที่สำคัญที่จะพูด ผลักดันตอนนี้ เพราะรางวัลจะมา” ซูร์กล่าว

นักวิจัยยังพบว่าเซลล์ประสาทที่สร้างสัญญาณ noradrenaline นี้ดูเหมือนจะส่งสัญญาณออกส่วนใหญ่ไปยังเยื่อหุ้มสมองสั่งการซึ่งมีหลักฐานมากขึ้นว่าสัญญาณนี้กระตุ้นให้สัตว์ดำเนินการ

เซอร์ไพรส์การส่งสัญญาณ

แม้ว่า noradrenaline ที่ระเบิดในตอนแรกดูเหมือนจะกระตุ้นให้หนูดำเนินการ นักวิจัยยังพบว่าการระเบิดครั้งที่สองมักเกิดขึ้นหลังจากการทดลองเสร็จสิ้น เมื่อหนูได้รับรางวัลที่คาดหวัง การระเบิดเหล่านี้มีขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม เมื่อผลการพิจารณาคดีน่าประหลาดใจ การระเบิดก็ยิ่งใหญ่ขึ้นมาก ตัวอย่างเช่น เมื่อหนูได้รับลมกระโชกแรงแทนที่จะเป็นรางวัลที่คาดไว้ locus coeruleus จะส่ง noradrenaline จำนวนมากออกมา

ในการทดลองครั้งต่อๆ ไป เมาส์ตัวนั้นมีโอกาสน้อยที่จะกดคันโยกเมื่อไม่มั่นใจว่าจะได้รับรางวัล “สัตว์ตัวนี้กำลังปรับพฤติกรรมของมันอยู่ตลอดเวลา” Sur กล่าว “แม้ว่าจะได้เรียนรู้งานแล้ว แต่ก็ปรับพฤติกรรมตามสิ่งที่เพิ่งทำ”

หนูยังแสดง noradrenaline ระเบิดในการทดลองเมื่อพวกเขาได้รับรางวัลที่ไม่คาดคิด การระเบิดเหล่านี้ดูเหมือนจะแพร่กระจาย noradrenaline ไปยังส่วนต่างๆ ของสมอง รวมทั้ง prefrontal cortex ที่ซึ่งการวางแผนและการทำงานด้านความรู้ความเข้าใจอื่นๆ เกิดขึ้น

“ฟังก์ชั่นการเข้ารหัสที่น่าประหลาดใจของ locus coeruleus ดูเหมือนจะแพร่หลายมากขึ้นในสมอง และอาจสมเหตุสมผลเพราะทุกสิ่งที่เราทำถูกควบคุมด้วยความประหลาดใจ” Sur กล่าว

ขณะนี้นักวิจัยวางแผนที่จะสำรวจการทำงานร่วมกันที่เป็นไปได้ระหว่าง noradrenaline กับ neuromodulators อื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง dopamine ซึ่งตอบสนองต่อผลตอบแทนที่ไม่คาดคิดเช่นกัน พวกเขายังหวังว่าจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีที่เยื่อหุ้มสมองส่วนหน้าเก็บหน่วยความจำระยะสั้นของข้อมูลจาก locus coeruleus เพื่อช่วยให้สัตว์ปรับปรุงประสิทธิภาพในการทดลองในอนาคต

งานวิจัยได้รับทุนสนับสนุนบางส่วนจากกองทุนวิจัยควิเบก สภาวิจัยวิทยาศาสตร์ธรรมชาติและวิศวกรรมแห่งแคนาดา รางวัล NARSAD Young Investigator Award จากมูลนิธิวิจัยสมองและพฤติกรรม สถาบันสุขภาพแห่งชาติ มูลนิธิไซมอนส์ โครงการริเริ่มการวิจัยออทิสติกผ่านกลุ่มไซมอนส์ ศูนย์สมองทางสังคม มูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติของจีน และโครงการ NIH BRAIN Initiative

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ kazama-dc.com