Det oväntade stimulerar inlärning

2009-03-16
Hur hjärnan reagerar på det oväntade är kritiskt för inlärning av nya beteenden enligt en studie från University of Pennsylvania publicerad i ansedda Science. Det var "belöningscentrum" i substantia nigra som aktiverades genom att avfyra mer dopamin. En förväntad vinst d.v.s. när beteendet var inlärt gav ingen belöning.

Att substantia nigra (svarta kärnan) har betydelse för inlärning är inte en ny teori och det finns redan mycket stöd för detta. I den nya studien studerade man emellertid neural aktivitet direkt i hjärnan:

- Detta är den första studie som direkt tittade på den underliggande neurala aktivitet till inlärning hos människor. Resultaten bekräftade hypotesen att basala ganglierna inklusive substantia nigra har betydelse för i förstärkt inlärning. Genom att svara på oväntad finansiell belöning kodar dessa celler information som såg ut att hjälpa deltagarna att maximera vinsten i ett kortspel, förklarar Kareem Zaghloul, postdoktoral medarbetare i neurokirurgi vid Penn's School of Medicine.

Belöningscentrum styr inlärning och missbruk

En vanlig teori är att belöningsfunktionerna förstärker inlärning genom att skapa motivation och välbehag när man lyckats med något. Det är substantia nigra (och andra delar av de s.k. basala ganglierna) som är kritiska. Tidigare forskning i djurmodeller pekar på att inlärning styrs genom att:

  • Signalsubstansen dopamin frisätts och aktiverar belöningscentrum när vi oväntat lyckas med något.
  • Om vi oväntat inte lyckas med något minskar istället aktivitet i belöningscentrum.

Desto mer vi lyckas med något ju gladare blir vi.

Substantia nigra har på samma sätt betydelse för flera beroendesjukdomar och särskilt för kokain (men en trolig teori är att substantia nigra är en gemensam nämnare för nästan alla beroendesjukdomar inklusive spelmissbruk, matmissbruk m.m.). Drogerna skapar en onormal inlärning för att ta drogen igen genom därför att drogen i sig ökar aktiviteten på belöningsfunktionen (för droger som kokain som potent påverkar denna del av hjärnan blir aktiviteten abnormt hög utan jämförelse till något i "verkligheten"). Trots att drogen är meningslös upprepas därför missbruket p.g.a. av inlärningen.

Patienter med Parkinsons sjukdom behandlades med deep brain stimulation (DBS)

I studien studerades patienter med Parkinsons sjukdom som opererade in en pacemaker för deep brain stimulation (DBS). Deep brain stimulation (DBS) är en ganska ny och ofta mycket effektiv behandling av Parkinsons sjukdom och dystoni (neurologisk sjukdom med konstanta ofrivilliga ihållande muskelsammandragningar). DBS används ibland även mot behandlingsresistent depression och kroniska smärttillstånd.

Pacemakerna skickar elektroniska impulser till olika delar av hjärnan och kan genom det kontrollerat öka aktiviteten i utvalda delar av hjärnan. Den ökade aktiviteten kompenserar för den nedsatta aktivitet som sjukdomarna givit upphov till. För Parkinsons sjukdom producerar hjärnan mindre dopamin och de delar av hjärnan som dopamin aktiviterar får därför en låg nivå. Pacemakern med elektriska impulser istället för det saknat dopamin.

Aktivitet i substantia nigra kritiskt för inlärning

I samband med operationen fick forskarna möjlighet att spela in och spara undan aktiviteten i substantia nigra. Under tiden fick patienterna spela ett dataspel som gick ut på att de skulle välja mellan röda och blå kortlekar på en datorskärm. En kortlek gav oftare vinst och en vinst var mycket tydligt genom att en hög med guldmynt visades på skärmen tillsammans med en trevlig ljudsignal. En räknare visade den samlade vinsten. Om patienten valde ett kort som inte gav vinst eller inte gjorde något val blev skärmen svart och patienten hörde ett mindre trevligt ljud.

Träna minnet

Här hittar du tips och övningar som hjälper dig att träna upp hjärnan:

Fler tips finns på vår huvudsida om träning av arbetsminne:

Efter en oväntad vinst visade sig att neuronerna i substantia nigra avfyrade på en tydligt högre nivå och aktiviteten i hjärnans belöningscentrum ökade. Detta såg man däremot inte efter förlust. Ännu intressantare såg man heller inte detta vid en förväntad vinst. Resultaten pekar därför på att funktionen är viktig just för själva inlärningen.

Skapa motivation för att träna hjärnan

Ett annat sätt man kanske kan tolka resultaten som är att det är själva motivationen att lyckas som är viktig. När det inte innebär svårighet att lyckas, d.v.s. att man lärt sig uppgiften, aktiveras inte substantia nigra. Det är möjligt att man kan använda den här kunskapen för att träna upp sin hjärna och bli gladare. En hel del forskning pekar på att träning av hjärnan hjälper den att hålla sig i form av kanske förebygga dåligt minne. Genom att lägga upp träningen så att du:

  • Möter nya problem istället för samma problem.
  • Ökar svårighetsgraden på övningarna så att du måste lära dig nya metoder.

Kommer substantia nigra aktiveras varje gång du lyckas. Belöningen gör dig glad och skapar motivation för att fortsätta med övningarna. Att du blir gladare kan också allmänt förbättra ditt humör och göra dig piggare.

Är övningar av lateral tänkande mer intressanta?

Den typ av övningar vi har i vår nya artikelserie är gjorda för att stimulera lateralt tänkande:

Lateralt tänkande innebär att du lär sig att se nya infallsvinklar för att lösa problemen. Det laterala tänkandet stimuleras genom att problemen presenteras på sätt som uppfattas som nytt fast det egentligen underliggande kanske är ett välkänt problem. Att vi uppfattar problemet som nytt kanske innebär att man får samma beteende i hjärnan och substantia nigra aktiveras när du lyckas.

Science 13 March 2009:
Vol. 323. no. 5920, pp. 1496 - 1499

Läs mer: