En ny studie från ett neurovetenskapslaboratorium vid MIT föreslår att locus coeruleus (LC) i hjärnan har en mer mångfacetterad roll i lärande, beteende och mental hälsa än tidigare antaget. LC, som är känt för sin utsöndring av noradrenalin (NE), har tidigare betraktats som en ”alarmknapp”, men ny forskning visar att det kan vara en viktig regulator för lärande baserat på belöning och bestraffning.
Forskare har upptäckt att LC mottar input från över 100 andra hjärnregioner och kan kontrollera när och var NE skickas ut. Detta innebär att LC kan integrera sensoriska input och interna kognitiva tillstånd för att påverka handlingar och bearbeta återkoppling från belöning eller bestraffning.
Forskningsfynd och hypoteser:
- LC är en heterogen population av NE-utsläppande celler som kan visa både spatial och temporal modularitet i sina funktioner.
- LC kan påverka motoriska handlingar genom att justera NE till motorcortex och bearbeta återkoppling från belöning eller bestraffning genom att justera NE till prefrontalcortex.
Experiment och preliminära resultat:
Med hjälp av ett NIH-bidrag på 2,1 miljoner dollar, utför teamet experiment med möss som lär sig att associera toner av olika tonhöjder och volymer med belöningar eller bestraffningar.
- När en mus hör en hög ton, skickar LC mer NE till motorcortex, vilket reflekterar musens förväntan att trycka på en spak för att få en belöning.
- Efter en handling, om återkopplingen är överraskande, producerar LC mer NE till prefrontalcortex, vilket stimulerar större lärande.
Forskarna använder också optogenetik för att kontrollera LC-NE neuroner för att visa hur ändringar i LC-NE aktivitet påverkar handling och lärande.
Betydelse för behandlingar:
- Förståelse för LC:s funktion kan förbättra behandlingar för vissa störningar, som PTSD, genom att göra behandlingar mer precisa och minska biverkningar.
- LC är också en tidig region som påverkas vid Alzheimers sjukdom. Rätt adressering av denna förlust kan hjälpa till att bibehålla former av lärande och kognition.
Citat från studien:
”Norepinephrine kan ses som en arousalsignal, men också som en lärandesignal,” säger Mriganka Sur. ”Det är både en exekveringssignal och en lärandesignal, för vilka vi kan beskriva de kvantitativa relationerna.”
Mer information:
JOURNAL
Frontiers in Neural Circuits
Locus Coeruleus Norepinephrine in Learned Behavior: Anatomical Modularity and Spatiotemporal Integration in Targets