نقش استیل کولین در ترک عادت های ناکارآمد مغز

آن‌ها مسیر را از بر شده بودند. یک پیچ به چپ، حرکت مستقیم، یک پیچ به راست، و پاداش همان‌جا منتظرشان بود. سپس پاداش ناپدید شد. حیوانات مکث کردند. بعضی سرسخت‌تر شدند و همان مسیر را دوباره و دوباره رفتند، انگار صرف باور می‌توانست جایزه را بازگرداند. بعضی دیگر زاویه‌های تازه و انتخاب‌های جدید را امتحان کردند. آنچه مرز میان لجاجت و سازگاری انعطاف‌پذیر را تعیین می‌کرد، نه شخصیت بود و نه شانس. عامل اصلی یک مولکول بود: استیل‌کولین.

پژوهشگران مؤسسه علم و فناوری اوکیناوا با ترکیبی دقیق و هوشمندانه از آزمون رفتاری و تصویربرداری زنده از مغز، لحظه این تغییر را دنبال کردند. این گروه موش‌ها را در یک هزارتوی مجازی آموزش داد تا مسیر رسیدن به پاداش برایشان تقریبا غریزی شود. سپس بدون هشدار، نقشه را تغییر دادند. پژوهشگران با میکروسکوپی دو فوتونی و یک حسگر ژنتیکی کدگذاری‌شده برای استیل‌کولین، سیگنال‌های شیمیایی را در زمان واقعی مشاهده کردند، درست زمانی که حیوانات درمی‌یافتند راهبرد قدیمی دیگر کارایی ندارد.

آنچه دیدند چشمگیر بود. نواحی درون جسم مخطط، در لحظه‌ای که پاداش مورد انتظار ظاهر نمی‌شد، با فوران‌هایی از استیل‌کولین فعال می‌شدند. حیواناتی که پاسخ استیل‌کولینی قوی‌تری نشان می‌دادند، در آزمون‌های بعدی بیشتر احتمال داشت راهبرد شکست‌خورده را کنار بگذارند. به بیان ساده، به نظر می‌رسید استیل‌کولین مغز را از تکرار فاصله می‌دهد و به سوی کاوش سوق می‌دهد.

آزمایش‌ها دقیقا چه کردند و چه یافتند

طراحی پژوهش ساده، اما بسیار قدرتمند بود. موش‌ها یاد گرفتند در یک محیط مجازی کنترل‌شده به سمت پاداش حرکت کنند. پس از یادگیری، آزمایشگران مسیر را تغییر دادند، به گونه‌ای که رفتار قبلی دیگر به پاداش منتهی نمی‌شد. هم‌زمان با رفتار حیوانات، پژوهشگران سیگنال‌های کولینرژیک را ثبت کردند و الگوهای آزادسازی را از اینترنورون‌هایی دنبال کردند که به طور تخصصی استیل‌کولین تولید می‌کنند.

گیدئون سارپونگ، نویسنده نخست این مطالعه، از ارتباطی روشن میان آزادسازی انتقال‌دهنده عصبی و رفتار گزارش داد: اوج‌های بالاتر استیل‌کولین با الگویی رفتاری به نام تغییر پس از باخت همبستگی داشتند، الگویی که در آن حیوان پس از ناکامی در دریافت پاداش، انتخاب خود را تغییر می‌دهد. برای آزمون رابطه علت و معلولی، تیم پژوهشی تولید استیل‌کولین را دستکاری کرد. وقتی سیگنال‌دهی استیل‌کولین کاهش یافت، موش‌ها انعطاف کمتری نشان دادند. آن‌ها حتی پس از شکست‌های پی‌درپی، همچنان بر همان مسیر قدیمی و ناموفق پافشاری کردند.

نکته مهم این بود که پاسخ‌ها یکنواخت نبودند. بسیاری از اینترنورون‌های کولینرژیک در لحظه نرسیدن پاداش، خروجی خود را افزایش دادند، اما برخی دیگر تقریبا واکنشی نشان ندادند و حتی زیرمجموعه‌ای از آن‌ها کاهش فعالیت داشتند. برداشتی که نویسندگان ارائه می‌کنند ظریف است. مغز شاید نقش‌ها را تقسیم می‌کند: بعضی سلول‌ها ضرورت امتحان کردن راهی تازه را علامت می‌دهند، در حالی که برخی دیگر خاطره آنچه زمانی مؤثر بوده را حفظ می‌کنند تا اگر شرایط دوباره تغییر کرد، قابل بازیابی باشد. همین تعادل باعث می‌شود رفتار هم سازگار بماند و هم کارآمد.

سازوکار در جسم مخطط و زمینه گسترده‌تر

جسم مخطط در نقطه تلاقی مدارهای عادت و تصمیم‌گیری قرار دارد. این ناحیه نشانه‌های حسی، وضعیت‌های انگیزشی و پیامدهای گذشته را با هم ادغام می‌کند تا رفتار را شکل دهد. اینترنورون‌های کولینرژیک در این بخش کم‌شمارند، اما اثرگذاری زیادی دارند. آن‌ها با شکل دادن به مدارهای موضعی از طریق آزادسازی استیل‌کولین می‌توانند شبکه را به سمت پایداری بر یک رفتار یا تغییر مسیر سوق دهند.

استیل‌کولین قطعا بازیگری تک‌منظوره نیست. این مولکول توجه، یادگیری و کنترل حرکتی را تنظیم می‌کند. با این حال، یافته‌های کنونی آن را در مرکز یک رفتار مشخص قرار می‌دهد: شکستن یک روال آموخته‌شده وقتی دیگر جواب نمی‌دهد. این موضوع فراتر از هزارتوهای آزمایشگاهی اهمیت دارد. دشواری در کنار گذاشتن عادت‌های زیان‌بار یا بی‌ثمر، از ویژگی‌های چندین اختلال عصب‌روان‌پزشکی است. اعتیاد و اختلال وسواس فکری عملی اغلب با ناتوانی در فاصله گرفتن از روال‌های ناسازگار همراه‌اند. اسکیزوفرنی و بیماری پارکینسون نیز در برخی موارد با تغییر در سیگنال‌دهی کولینرژیک دیده می‌شوند.

جفری ویکنز، یکی از نویسندگان مقاله و عصب‌زیست‌شناس در مؤسسه علم و فناوری اوکیناوا، اهمیت موضوع را به روشنی توضیح داد. او تأکید کرد که سطح استیل‌کولین معمولا تحت تأثیر درمان‌های مربوط به چندین اختلال قرار می‌گیرد و درک این که این انتقال‌دهنده عصبی چگونه به انعطاف‌پذیری رفتاری کمک می‌کند، می‌تواند راهبردهای درمانی آینده را هدایت کند. پیام این نیست که استیل‌کولین به تنهایی بیماری‌های پیچیده را حل می‌کند. بلکه این مولکول بخشی ضروری از شبکه‌ای است که از رفتار سازگارانه پشتیبانی می‌کند.

پیامدها برای درمان و پژوهش‌های آینده

اگر استیل‌کولین به جانداران کمک می‌کند پس از ناکامی مسیر خود را عوض کنند، درمان‌هایی که سیگنال‌دهی کولینرژیک را تنظیم می‌کنند شاید بتوانند انعطاف‌پذیری از دست‌رفته را بازگردانند. این ایده چندین مسیر پژوهشی را پیش رو می‌گذارد. کدام گیرنده‌ها واسطه این اثر هستند؟ سیگنال‌های کولینرژیک چگونه با دوپامین و دیگر تنظیم‌کننده‌های عصبی که در رمزگذاری پیش‌بینی پاداش نقش دارند تعامل می‌کنند؟ آیا روش‌های غیرتهاجمی می‌توانند این مدارها را در انسان بدون عوارض ناخواسته تغییر دهند؟

فناوری‌های استفاده‌شده در این مطالعه مسیر آینده را نشان می‌دهند. حسگرهای ژنتیکی کدگذاری‌شده و میکروسکوپی پیشرفته به دانشمندان امکان می‌دهند هنگام شکل‌گیری رفتار، مولکول‌ها را مشاهده کنند. ترجمه یافته‌ها از موش به انسان به نقشه‌برداری دقیق میان گونه‌ها و در مقیاس مدارهای عصبی نیاز دارد، اما جهش مفهومی امیدوارکننده است: هدف گرفتن سازوکارهایی که به مغز اجازه می‌دهند راهبردهای شکست‌خورده را بازنگری کند، نه فقط سرکوب علائم.

دیدگاه کارشناس

«این مطالعه به شکلی ظریف یک سیگنال زیست‌شیمیایی را به لحظه‌ای پیوند می‌دهد که حیوان تصمیم می‌گیرد چیز متفاوتی را امتحان کند»، دکتر النا مارتینز، عصب‌دان رفتاری که در این پژوهش نقشی نداشته است، می‌گوید. «این یافته نشان می‌دهد تقویت توانایی مغز برای ارسال پیام «راه دیگری را امتحان کن» می‌تواند به اندازه کاهش تکانه‌های اجباری اهمیت داشته باشد. چنین رویکرد دوگانه‌ای ممکن است در طراحی درمان برای رفتارهای انعطاف‌ناپذیر کلیدی باشد.»

نتیجه‌گیری

ترک عادت اغلب به صورت نبرد اراده در برابر ضعف توصیف می‌شود. این آزمایش‌ها مسئله را از زاویه زیستی بازتعریف می‌کنند. به نظر می‌رسد یک پالس استیل‌کولین بخشی از ساعت هشدار درونی مغز باشد که هنگام تغییر غیرمنتظره جهان، ما را به بازاندیشی وادار می‌کند. شناخت این سیگنال و نحوه ادغام آن با شبکه‌های گسترده‌تر پاداش و تصمیم‌گیری می‌تواند رویکرد ما را به اختلالاتی که با انعطاف‌ناپذیری تعریف می‌شوند تغییر دهد. هنوز پژوهش‌های بیشتری لازم است، اما نقشه اکنون روشن‌تر شده است: گاهی کوچک‌ترین مولکول‌ها بزرگ‌ترین تفاوت‌ها را رقم می‌زنند.