Lernen und Motivation, die Doppelrolle von Dopamin
Stellen Sie sich vor, Sie klettern zum ersten Mal zufällig oder aus Neugier auf einen Apfelbaum und finden dort einen köstlichen Apfel. Ihr Gehirn verknüpft dann die Handlung des Kletterns mit einer Belohnung, dem Apfel. Dopamin spielt eine entscheidende Rolle in diesem Lernprozess, indem es die erhaltene Belohnung signalisiert, was zur Bildung von Gewohnheiten beiträgt.
Doch selbst nachdem Sie diese Verknüpfung gelernt haben, werden Sie nicht automatisch immer wieder auf den Apfelbaum klettern. Diese Handlung wird nur stattfinden, wenn Sie ausreichend motiviert sind, beispielsweise durch Hunger, Spieltrieb oder den Wunsch, Ihre Entdeckung zu zeigen.
Latente Attraktoren: Ein verborgenes Mechanismus in unserem Gehirn
In einem Artikel, der in Nature Communications veröffentlicht wurde, schlagen Wissenschaftler eine neue Theorie über Dopamin vor, die auf dem Konzept der latenten Attraktoren basiert.
In dieser Theorie beschränkt sich Dopamin nicht darauf, eine Belohnung zu signalisieren, um ein Verhalten zu verstärken. Es spielt auch eine Rolle bei der Aktivierung von "latenten Attraktoren". Diese Attraktoren sind wie "verborgene Pläne" im Gehirn, die bereit sind, genutzt zu werden, wenn die Bedingungen stimmen (z.B. Hunger oder Neugier).
Mit anderen Worten repräsentieren diese latenten Attraktoren stabile Zustände im Gehirn, die mit vergangenen belohnten Erfahrungen verknüpft sind. Dopamin wirkt als Auslöser, der diese latenten Attraktoren in effektive Attraktoren umwandelt, die das Verhalten aktivieren und unsere Handlungen auf das Ziel ausrichten (z.B. auf den Baum klettern, um einen Apfel zu pflücken).
Vom Lernen zur Handlung: Dopamin enthüllt unsere verborgenen Lernprozesse
Um diese Theorie zu bestätigen, verwendeten die Forscher eine Technik namens Optogenetik, die es ermöglicht, die Aktivität von Neuronen mithilfe von Licht zu steuern. Durch die künstliche Stimulation von Dopamin-Neuronen bei Mäusen zeigten die Wissenschaftler, dass Dopamin verborgene Lernprozesse "wecken" kann.
In einer Umgebung, in der die Mäuse gelernt hatten, dass ein bestimmter Ort mit einer Belohnung verbunden war, zog die Dopamin-Stimulation sie direkt zu diesem Ort, selbst wenn sie weit entfernt waren. In einer Umgebung, in der kein Ort mit einer Belohnung verbunden war, hatte die Stimulation jedoch keine Wirkung, was das Fehlen latenter Attraktoren bestätigte.
Oben - Schema der Dynamik der Attraktoren im Modell. Der orangefarbene Punkt ist das Ziel des Tieres, es bewegt sich in einer Landschaft des Potenzials, deren Minimum (Attraktor) dazu beiträgt, die Position des Ziels in der Umgebung zu bestimmen. Der schwarze Punkt ist das Verhalten des Tieres, das seinem Ziel folgt. Der verstärkende Effekt von Dopamin besteht darin, einen latenten Attraktor zu konstruieren, sein motivationaler Effekt besteht darin, ihn zu enthüllen.
Unten - Experimenteller Test der Theorie. Die optogenetische Stimulation der dopaminergen Neuronen erhöht die Neigung der Tiere, einen zuvor belohnten zentralen Punkt (blau) zu besuchen, hat jedoch keine motorische Wirkung in einem Kontext ohne Belohnung (rot).
© Jérémie Naudé, Philippe Faure, Bruno Delord.
Diese Studie zeigt, dass die Funktion von Dopamin nicht nur darin besteht, Gewohnheiten zu verstärken. Es ermöglicht auch die Aktivierung von Erinnerungen an vergangene Erfahrungen, abhängig von unserer Motivation und den vorhandenen Gelegenheiten.
Diese "latenten Attraktoren" bilden neuronale Pläne, die bereit sind, genutzt zu werden, sobald der innere Zustand (die Motivation) und die Umgebung es zulassen. Durch die Aufklärung dieses Mechanismus eröffnet diese Entdeckung neue Perspektiven für das Verständnis, wie das Gehirn von Wissen zu Handlung übergeht, und könnte Auswirkungen auf die Bereiche Motivation, Lernen und Störungen des dopaminergen Systems wie Depressionen oder Sucht haben.
Referenz:
Naudé, J., Sarazin, M.X.B., Mondoloni, S. et al. Dopamine builds and reveals reward-associated latent behavioral attractors.
Nat Commun 15, 9825 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41467-024-53976-x