Die Neurobiologie der Fruchtfliegenwerbung fördert menschliche Motivationsstörungen

Anonim

Zwei Fruchtfliegen treffen sich in einer Acryl-Kammer und überprüfen sich gegenseitig. Es ist die Insektenversion von Speed-Dating für die Wissenschaft.

Das Männchen tippt das Weibchen mit seinem Bein, das mit Pheromon-sensitiven Rezeptoren besetzt ist. Dann könnte er ihr beharrlich folgen und ihr ein Lied singen, indem er einen Flügel ausstreckt und vibriert. Aber bevor der Mann sich in dieses Balzritual begibt, muss er eine wichtige Entscheidung treffen: Sollte er die Bewegungen auf dieses Weibchen richten oder nicht?

In einer Studie, die am 5. Juli in Neuron online veröffentlicht wurde, zeigen Wissenschaftler der Harvard Medical School, dass die Konvergenz von Motivation, Wahrnehmung und Zufall die entscheidende Rolle spielt. Die Kombination, so fanden die Forscher, beeinflusst das Gleichgewicht von exzitatorischen und inhibitorischen Inputs in eine kleine Region des Gehirns.

Es geht nicht um Sex

Das Forscherteam könnte die Mechanismen der Insektenwahl verstehen, könnte Wissenschaftlern helfen, Einblicke in Strategien zur Behandlung menschlicher Störungen zu gewinnen und Strategien zu entwickeln, bei denen die Motivation schief geht, wie Sucht und Depression.

Für die Autoren der Studie Dragana Rogulja, Assistenzprofessorin für Neurobiologie an der Harvard Medical School, und Michael Crickmore, Assistenzprofessor für Neurologie an der Harvard Medical School und dem FM Kirby Neurobiologie Center am Boston Children's Hospital, helfen die Entschlüsselung der Neurobiologie hinter solchen Anomalien der menschlichen Motivation ultimative Suche.

Ihre Erkundungen finden jedoch in der Motivationsschaltung des Insektenhirns statt - den miteinander verbundenen Neuronengruppen, die Fruchtfliegen verwenden, um zu entscheiden, ob sie etwas essen, schlafen oder sich paaren wollen.

Fruchtfliegenwerbung ist ein ideales Modell, um diese faszinierende Schaltung zu studieren, erklärt Rogulja, weil die Anatomie, die dieses Phänomen steuert, bei diesen Insekten relativ einfach und sexuell dimorph ist, was es einfach macht, sie zu lokalisieren und zu manipulieren. Eine Gruppe von etwa 20 Neuronen, P1 genannt, fungiert als das Balz-Kommandozentrum der männlichen Fliege.

Die Forschungsergebnisse des Teams zeigen, dass Männchen, wenn sie Fruchtfliegen fliegen lassen, auf zwei Faktoren beruhen: Der innere Zustand der Männchen - ihre Libido oder wie verliebt sie sind - und äußere Reize, wie die "Qualität "von ihrem Paarungsziel.

Zum Beispiel werden Männchen, die sich seit einiger Zeit nicht mehr verpaart haben, in etwa 44 Prozent der Zeit nach jedem Beinanstich einer Frau, die geschlechtsreif ist und auch seit einiger Zeit nicht mehr gedeckt hat, umwerben lassen. Diese Zahl fällt auf ungefähr 7 Prozent, wenn sie einer Frau präsentiert wird, die kürzlich gepaart hat, und auf ungefähr 6, 5 Prozent, wenn das Männchen in letzter Zeit viel Paarung selbst durchgeführt hat.

Basierend auf früheren Arbeiten in ihren Labors wussten Rogulja und Crickmore, dass Dopamin - eine Gehirnchemikalie, die Lust und Motivation bei Fliegen und Menschen steuert - ein Katalysator bei der Paarung von Fliegen ist und dass Dopaminspiegel bei sexhungrigen männlichen Fliegen hoch sind. Aber die neuralen Mechanismen, durch die dieses chemische Signal das Balzverhalten lenkt, waren unbekannt.

Innerhalb des Männchens (Fruchtfliege)

Um besser zu verstehen, was Werbung bei männlichen Fliegen motiviert, verwendeten die Forscher eine Kombination verschiedener Methoden, einschließlich einer Technik, die Neuronen unter dem Mikroskop zum Leuchten bringt, bestimmte Rezeptoren von den Oberflächen anderer Neuronen löscht und Licht verwendet, um Populationen zu stimulieren oder zu inhibieren Neuronen.

Zusammen ergeben ihre Ergebnisse ein Bild von dem, was im männlichen Fliegenhirn passiert.

Nach diesem anfänglichen Beinschlag, erklären die Forscher, flutet eine Flut von sowohl erregenden "Geh 'es!" - als auch hemmenden "Ärgere dich nicht!" - Signale in das Balz-Kommandozentrum, das P1. Wenn das Ziel des Männchens als "minderwertig" wahrgenommen wird - nicht geschlechtsreif, zu jung, zu alt oder wenn seine Pheromonrezeptoren bei ihr ein geringes sexuelles Verlangen feststellen -, erhält das P1-Zentrum mehr inhibitorische als erregende Signale.

Allerdings, so Rogulja, wenn die P1-Neuronen der männlichen Fliege viel Dopamin erhalten, werden sie weniger empfindlich gegenüber den inhibitorischen Signalen, was der männlichen Fliege grünes Licht gibt, manchmal sogar unter Umständen, die nicht ideal sind.

Nach der ersten Entscheidung vor Gericht ist Dopamin auch dafür verantwortlich, das Balzverhalten bis zur Paarung aufrechtzuerhalten, erklärt sie. Fliegen mit niedrigen Dopaminspiegeln könnten einen halbherzigen Versuch machen, umwerben, aber schnell aufgeben.

Diejenigen mit hohen Dopaminspiegeln verfolgten jedoch eher ihre Liebesinteressen.

"Dopamine sagt der Kommandozentrale, wie sie anfänglich reagieren soll und wann sie aufgeben soll", sagte Rogulja. "Die Entscheidung vor Gericht ist eine Funktion dieser Neuronen."

Es ist kompliziert

Allerdings, bemerkte Crickmore, die männlichen Fliegen reagierten nicht reflexiv - selbst hochmotivierte Männchen, gepaart mit idealen Weibchen, richteten sich nicht nach jedem Wasserhahn. Sie tun dies nur in 44 Prozent der Fälle. In ähnlicher Weise wurden Männer mit geringer Motivation wegen einer kürzlichen Paarung oder einem weniger als idealen Ziel gelegentlich umworben. Diese binäre Entscheidung, vor Gericht zu gehen oder nicht, hat, wie er erklärte, ein Zufallselement wie ein Münzwurf, gewichtet durch Faktoren wie die Motivation des Mannes und die sensorischen Informationen, die er vom Weibchen erhält.

Dieses Zufallselement ist ein Schlüsselelement dessen, was die Motivationsschaltung des Gehirns von der Schaltung unterscheidet, die für die Verarbeitung von sensorischen oder motorischen Signalen verantwortlich ist.

"Wenn Sie die Straße überqueren, wollen Sie in der Lage sein, ein Auto mit hundertprozentiger Sicherheit auf sich zukommen zu sehen", sagte Crickmore. "Wenn du gehst, willst du, dass dein rechtes Bein zu 100 Prozent dem linken Bein folgt. Du willst nicht, dass Dinge dem Zufall überlassen werden."

Die Schaltkreise, die der Entscheidung zugrunde liegen, jemanden oder etwas zu verfolgen, können jedoch ein Element des Zufalls enthalten, wodurch diese allgemein logischen Verhaltensweisen gelegentlich skurril und sogar irrational werden.

In zukünftigen Studien wollen Crickmore und Rogulja besser verstehen, wie Zufall durch die Identifizierung der verantwortlichen Gene und Schaltungsprinzipien in Motivationsschaltkreise integriert wird.

Wichtig ist, sagen die Wissenschaftler, die Neurobiologie und Neurochemie der Fruchtfliegenmotivation könnte wertvolle Einsichten in das führen, was in Abhängigkeit schief läuft - in dem Individuen zu Substanzen oder Aktivitäten getrieben werden, die schädlich sein können, oder zu Depressionen, wo es für Menschen schwer ist Motivierung auch für die normalen Aktivitäten des täglichen Lebens.

"Wenn Sie so darüber nachdenken, sperren diese Bedingungen Individuen am falschen Ende der Wahrscheinlichkeitsverteilung", sagte Crickmore. "Produktive Dinge zu selten zu tun oder sich zu oft destruktiv zu verhalten."

Historisch gesehen, so die Forscher, haben Entdeckungen, die im Fruchtfliegenmodell gemacht wurden, gut in Erkenntnisse über Menschen übersetzt, die zuletzt im letztjährigen Nobelpreis für die Aufklärung der molekularen Mechanismen zirkadianer Rhythmen gezeigt wurden.