Dopaminets dolda roll i vår hjärna
Neuromodulatorer i hjärnan formar vår förmåga att lära oss mycket bättre än man tidigare trott.
En ny studie visar den viktiga rollen som dopamin spelar när vi lär oss nya uppgifter. Dopaminceller skickar mycket mer detaljerad information till andra hjärnceller än vad som tidigare varit känt.
Våra hjärnor kan vara uppbyggda av neurala nätverk som liknar de man hittar i kraftfull artificiell intelligens. Det gör att dopamin kan utlösa mycket mer komplex och sofistikerad inlärning än man tidigare trott.
Det visar en studie av Emil Wärnberg, doktorand vid KTH och Karolinska Institutet, och Arvind Kumar, docent vid KTH.
Studien publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences och utmanar den nuvarande förståelsen av hur dopamin formar vår förmåga att lära oss.
Wärnberg och Kumar tror att resultaten kan bidra till behandlingen av hjärn- och mentala sjukdomar som Parkinsons sjukdom, ADHD och tvångssyndrom.
Snabbare och mer detaljerad inlärning
Den gängse uppfattningen är att dopamin driver inlärningen i hjärnan genom utbrott eller "kickar" av dopamin som mer eller mindre jämnt översvämmar hjärnan.
Detta är en alltför förenklad bild, enligt författarna. I studien presenteras ett mer kraftfullt sätt för dopamin att skicka feedback till hjärnceller när vi håller på att lära oss en ny uppgift.
Wärnberg och Kumar visar hur de celler som frisätter dopamin kan skapa ett mikroskopiskt landskap där vissa fläckar får mer och andra fläckar mindre dopamin.
- Dopamin fungerar lite som vågorna i havet, förklarar Wärnberg.
- På så sätt kan dopamincellerna skicka mycket mer detaljerad information till de andra hjärncellerna än vad som tidigare varit känt, vilket möjliggör snabbare inlärning.
Insikter från artificiell intelligens
Studien visar hur komplicerad men samordnad inlärning kan ske i våra hjärnor. Djupa artificiella neurala nätverk, som ligger bakom den senaste tidens explosionsartade utveckling av artificiell intelligens, består också av simulerade hjärnceller men tränas med en algoritm som kallas "backpropagation".
Även om backpropagation är otroligt kraftfull har den ansetts vara mycket artificiell och biologiskt osannolik. Wärnberg och Kumar visar dock att dopaminlandskapet kan användas för att köra en version av "backpropagation" samtidigt som man respekterar allt vi vet om hur hjärnan är uppbyggd.
- Det är mycket spännande när vi hittar den här typen av kopplingar mellan djupa neurala nätverk och verkliga hjärnor, säger Wärnberg.
- Detta kommer att hjälpa oss att förstå både hur hjärnan fungerar och samtidigt bättre förstå hur vi kan bygga bättre artificiella nätverk.
Genom att kombinera insikter från artificiell intelligens med en simulering av delar av hjärnan kan forskarna upptäcka nya sätt att förstå hur neuromodulatorer som dopamin fungerar.
- Det faktum att dopamin är inblandat i alla dessa mycket olika störningar visar att det spelar en nyckelroll i hur hjärnan som helhet fungerar, säger Kumar.
Läs den vetenskapliga studien Feasibility of dopamine as a vector-valued feedback signal in the basal ganglia
För mer information, kontakta:
Neuromodulatorer i hjärnan formar vår förmåga att lära oss mycket bättre än man tidigare trott.Relaterade nyheter
Dopaminets dolda roll i vår hjärna