Connectomic dopamine-neuron disinhibition accelerates behavioral extinction

Dieren leven in een wereld waar de regels voortdurend verschuiven. Een pad dat voorheen naar voedsel leidde, kan plotseling naar een valstrik leiden; een geluid dat voorheen veiligheid signaleerde, kan nu gevaar signaleren. Om te overleven, moet een organisme een evenwicht vinden tussen twee concurrerende behoeften: de volharding om te blijven proberen wanneer zaken goed gaan, en de flexibiliteit om te stoppen en van koers te veranderen wanneer dat niet meer het geval is. Dit vermogen om een gewoonte te ontleren wanneer de beloning verdwijnt, wordt gedragsextinctie genoemd. Decennialang hebben wetenschappers geloofd dat een specifiek chemisch signaal in de hersenen dit proces aanstuurt. Ze dachten dat wanneer een dier een traktatie verwacht maar deze niet krijgt, een groep cellen genaamd dopamine-neuronen, die normaal gesproken vuren om beloning te signaleren, plotseling stilvallen. Deze stilte, of pauze, werd beschouwd als de manier van de hersenen om te zeggen: "Stop daarmee; het werkt niet meer."

Echter, een nieuwe studie daagt dit langgehouden beeld uit. Onderzoekers wilden weten of deze plotselinge pauzes in het dopamine-signaal daadwerkelijk noodzakelijk zijn voor een dier om te leren dat een beloning is weggevallen. Om dit te ontdekken, keken ze naar het ventrale tegmentale gebied, een klein gebied diep in de hersenen waar deze dopamine-neuronen zich bevinden. Ze richtten zich op de minuscule verbindingen, of synapsen, die andere hersencellen gebruiken om remmende berichten naar deze dopamine-neuronen te sturen. Deze remmende berichten zijn wat de neuronen doet pauzeren. De wetenschappers gebruikten een precieze techniek om deze specifieke verbindingen te verzwakken, waardoor het volume van het "stop"-signaal effectief werd zachter gezet. Ze deden dit zonder de normale, constante activiteit van de neuronen of hun uitbarstingen van activiteit wanneer een beloning daadwerkelijk arriveert, te beïnvloeden.

De resultaten waren verrassend en zetten het standaardmodel op zijn kop. Wanneer de onderzoekers de remmende verbindingen verzwakten, pauzeerden de dopamine-neuronen niet langer zo vaak wanneer een beloning werd uitgebleven. Volgens de oude theorie zou dit het voor de dieren moeilijker moeten hebben gemaakt om hun gedrag te staken, waardoor ze een beloning die er niet meer was, zouden blijven najagen. In plaats daarvan gebeurde het tegenovergestelde. De dieren met de verzwakte verbindingen leerden sneller dan gebruikelijk te stoppen met reageren op de lege prikkel. De interventie versnelde het proces van extinctie. Deze bevinding suggereert dat de remmende inputs, die de pauzes veroorzaken, normaal gesproken het dier ervan weerhouden om te snel op te geven. Ze fungeren als een rem op het leerproces, waardoor ervoor wordt gezorgd dat gevestigde gewoonten niet worden losgelaten op het moment dat een enkele verwachte beloning eenmalig uitblijft.

De studie controleerde ook of deze verandering slechts een algemene verwarring was of een specifiek effect op het leren. De dieren waren nog steeds in staat om te leren over nieuwe prikkels die beloningen voorspelden, wat aantoonde dat hun vermogen om te leren intact was. De onderzoekers gebruikten een methode om de dopamine-niveaus in realtime te observeren en bevestigden dat de interventie de dalingen in dopamine verminderde die normaal gesproken optreden wanneer een beloning ontbreekt. Ze ontdekten dat de snelheid waarmee deze dalingen verdwenen, voorspelde hoe snel de dieren hun gedrag staakten. Het bewijs wijst erop dat de pauzes gegenereerd door remmende inputs niet de motor van extinctie zijn, maar eerder een mechanisme dat persistentie in stand houdt. Dit systeem beschermt de hersenen waarschijnlijk tegen het voortijdig verwerpen van nuttige associaties wanneer uitkomsten fluctueren, waardoor een dier een paar gemiste beloningen kan doorstaan voordat het besluit om van strategie te veranderen.