Vores indlæring er i hænderne på dopamin
Signalstoffet dopamin spiller en afgørende rolle i menneskets jagt på at forstå nye ting, viser ny dansk forskning. Dopamin er ganske enkelt hjernens vigtigste indlæringssignal, mener forskerne.

Danske forskere bekræfter nu med en ny computermodel, at indlæring og hjernesignalet dopamin går hånd i hånd (Foto: Colourbox)

Når vi i vores daglige trummerum støder på en ny, god oplevelse får vores hjerner et skud af signalstoffet dopamin, som giver os en lykkefølelse.

Det får os til at lagre den gode oplevelse i vores hukommelse og opsøge den næste gang, muligheden byder sig. Omvendt kan en dårlig oplevelse give et pludseligt fald i dopaminniveauet.

Nu har et dansk forskerhold med den 37-årige fysiker Jakob Kisbye Dreyer fra Panum Instituttet på Københavns Universitet i spidsen som de første i verden lavet en computermodel over den del af hjernen, der oplever et skud af dopamin.

Som ringe i vandet i 3D

Fakta

VIDSTE DU

Et eksempel på en god oplevelse, der udløser et skud dopamin er, når en 2-årig for første gang finder en rosin på gulvet, putter den i munden og finder ud af, at den smager rigtig godt. I kølvandet på den gode oplevelse, vil barnets hjerne få et skud dopamin, og snart vil han kravle rundt på gulvet som en anden rosin-støvsuger.

Kritikere af den enkle dopamin-teori har argumenteret, at det måske ikke er så simpelt og at frigivelsen af dopamin fra de dopaminproducerende neuroner i hjernens indre foregår så langsomt, at det er usandsynligt, at den gode oplevelse og dopaminfrigivelsen er tæt forbundne. Noget kunne imidlertid tyde på, at den nye danske computermodel kan få den kritik til at forstumme. Modellen viser nemlig, at frigivelsen af dopamin sker inden for millisekunder og udbredelsen foregår i alle retninger fra mange dopaminproducerende celler i hjernens indre, helt præcist basalganglierne.

»Udbredelsen af dopamin i hjernens indre minder om de ringe, som et kraftigt haglvejr kaster af sig, når de rammer en blank havoverflade. Den eneste forskel er, at det sker i tre dimensioner,« siger Jakob Kisbye Dreyer om opdagelsen, som rydder forsiden på det anerkendte videnskabelige tidsskrift Journal of Neuroscience i dag. Jakob Kisbye Dreyer er ret sikker på, at offentliggørelsen vil få fortalere af dopamin som det foretrukne indlæringssignal til at sove mere roligt om natten. »Vores computermodel afslører nemlig, at dopaminsignalet kommer på banen umiddelbart efter både gode og dårlige oplevelser og ikke som et forsinket respons flere minutter senere. Det er en vigtig ny erkendelse,« siger Jakob Kisbye Dreyer.

Dopamin er et indlæringssignal

Forskningen er sket i et tæt samarbejde mellem forskere fra Københavns Universitet og det danske medicinalfirma Lundbeck.

Et snapshot af en animation, der viser udbredelsen af dopamin fem millisekunder efter, det er blevet frigivet i hjernens indre. Den blå overflade viser udbredelsen af dopamin i 3D (Foto: Jakob Kisbye Dreyer, Journal of Neuroscience)

ErhvervsPhD Kjartan Frisch Herrik, der til daglig arbejder i Lundbecks forskningsafdeling, har fodret Jakob Kisbye Dreyer og hans kolleger på Panum Instituttet med data fra forsøg på mus, rotter og marsvin, hvor de fra mange videnskabelige vinkler har forsøgt at analysere sig frem til, hvordan udbredelsen af dopamin sandsynligvis tager sig ud i hjernen. Jakob Kisbye Dreyer har så kastet de mange data fra de forskellige videnskabelige discipliner ind i en computermodel og har ad den vej kunne fremkalde et præcist billede af, hvordan dopamin breder sig ud i hjernens indre (se animation i bunden af artiklen). For første gang i verden kunne dokumentere, at det går meget hurtigere, end man ellers gik og troede.

Klogere på neurologiske sygdomme

Kjartan Frisch Herrik fra Lundbeck er begejstret for det tværfaglige samarbejde med Københavns Universitet.

»Ved at koble elementer fra fysikkens, matematikkens og neurobiologiens verden sammen, har vi fået en ny unik indsigt i dopaminsignaleringen i vores hjerner, og computermodellen kan blive et vigtigt instrument til at blive klogere på en række neurologiske sygdomme,« siger Kjartan Frisch Herrik.

Fakta

VIDSTE DU

Sex og fed og sød mad udløser også dopamin i vores hjerner og gør os afhængige af det. Dopamin er altså vigtigt for vores overlevelse set fra et evolutionsmæssigt synspunkt.

Han tænker på mange af de neurologiske sygdomme, der skyldes fejl i dopaminsystemet. Som for eksempel Parkinsons sygdom, stofafhængighed, ADHD og skizofreni.

»Med den nye model kan vi få et større indblik i, hvad det præcist er, der går galt for dopaminsystemet i de forskellige sygdomme. Ad den vej kan vi måske finde årsagerne til sygdommene og udvikle nye lægemidler, som med færre bivirkninger kan behandle specifikke symptomer hos disse alvorlige sygdomme,« siger Kjartan Frisch Herrik.

Skizofrene skal blive skuffede eller rigtig glade

Kjartan Frisch Herrik nævner skizofrene patienter som et illustrativt eksempel. Forsøg har nemlig vist, at skizofrene for eksempel har svært ved at spille kort, hvis reglerne pludselig bliver lavet om undervejs. »Skizofrene har typisk svært ved at ændre strategi, fordi deres forstyrrelser i dopaminsystemet gør, at de hverken kan blive skuffede eller rigtigt glade. Så følelsen af, at 'det var fedt, da jeg spillede det kort' eller 'øv, det var ikke så godt med det kort' mangler. Indlæringen bliver altså mere mekanisk og mindre følelsesladet, og så er det svært at lære nye kortregler,« siger Kjartan Frisch Herrik. Det kunne ifølge Kjartan Frisch Herrik være spændende med den nyudviklede computermodel at komme nærmere et svar på, hvad der præcis sker i de skizofrenes hjerner under kortspil og i andre situationer fra dagligdagen.

Udbredelsen af dopamin i hjernens indre minder om de ringe, som et kraftigt haglvejr kaster af sig, når de rammer en blank havoverflade.

Jakob Kisbye Dreyer

»De kunne måske hjælpe os på sporet af en ny medicin, som ikke nødvendigvis vil hjælpe de skizofrene af med deres vrangforestillinger, men måske kunne hjælpe dem til at indlære bedre og dermed fungere bedre i hverdagen,« siger Kjartan Frisch Herrik.

Vigtigt i kampen mod stofmisbrug

Modellen kan også blive vigtigt redskab til at forstå, hvad der sker under stofmisbrug, som for eksempel kokain. Dopamin er nemlig også det centrale omdrejningspunkt, når man tager kokain. Kokainen gør, at hjernen ophober dopamin og ikke kan skaffe det af vejen, som hjernen ellers plejer at gøre. Med andre ord bliver hjernen oversvømmet med dopamin hos kokainmisbrugere.

»Den kunstige ophobning af dopamin narrer kroppen til at tro, at det, den gør ved sig selv nu, er godt for kroppen. Det betyder, at personen vil opsøge den tilstand på trods af, at det ikke er godt for hverken krop eller sjæl. Narkomanen oplever ganske enkelt en ekstrem udgave af en ellers naturlig mekanisme i kroppen, som vi andre bruger til at træffe sunde valg og lære nye ting med,« siger Jakob Kisbye Dreyer.

Forskerne håber, at deres nye resultater kan gøre os klogere på, hvordan kokain virker på det molekylære plan og bruge den viden til at hjælpe narkomaner, som er blevet afhængige af stoffer.

Tekst til animation: Animationen viser, hvordan dopamin fordeler sig i striatum i hjernens indre efter to hurtige frigivelser af dopamin. De sorte prikker er synapser, som er det rum, hvor to neuroner kommunikerer sammen. Den blå overflade viser udbredelsen af dopamin i 3D. Animationen er lavet på baggrund af den nye danske computermodel (Kilde: Jakob Kisbye Dreyer)

Baggrunden for computermodellen Forskernes model over frigivelsen af dopamin i hjernen er til dels blevet til på grundlag af museforsøg, som ErhvervsPhD Kjartan Frisch Herrik fra Lundbeck har stået i spidsen for.

Forsøgene er i korte træk gået ud på, at Kjartan Frisch Herrik har udstyret fuldt bedøvede mus med elektroder i deres hjerner. Elektroderne kunne måle den aktivitet, som udgår fra det område i hjernen, substantia nigra, som stimulerer til frigivelse af dopamin et andet sted i hjernen, nemlig striatum i basalganglierne i hjernens indre.

Det er på den måde lykkedes Kjartan Frisch Herrik og hans kolleger at få et indirekte mål for dopaminaktiviteten i gnaveres hjerner i form af elektriske signaler. Både under normale omstændigheder, hvor dopamin hele tiden og regelmæssigt bliver frigivet fra dopaminproducerende neuroner, eller når hjernen oplever et ekstra skud af dopamin.

 

 

På lydfilerne kan du høre, hvordan dopaminaktiviteten i musehjernen kom til udtryk under Kjartan Frisch Herriks forsøg. Den regelmæssige aktivitet lyder ifølge Kjartan Frisch Herrik som en fiskekutter, mens den intensiverede aktivitet lyder som popcorn, der springer i en stor gryde. Sammen med andre videnskabelige data som elektrofysiologi, PET skanninger, mikrodialyse, amperimetri og voltametri er det lykkedes at skabe en computermodel, der tager hensyn til de mange data på en og samme tid.

Det har givet et unikt billede af, hvordan dopaminfrigørelsen sker i en hjerne og hvilke receptorer, dopaminen virker på. Ad den vej har de blandt andet fundet ud af, at de dopaminproducerende hjerneceller ikke blot kan signalere belønning men også skuffelse.

Ganske vist er mus og andre gnavere forskellige fra mennesker, men dopaminsystemet er så basalt og nødvendigt, at det er en uundværlig del af et hvert dyrs hjerne. I hvert fald fra krybdyr og op til mennesker.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om Evidensbarometeret, som Videnskab.dk lige har lanceret.