شناسایی مناطقی از مغز که در آن‌ها سروتونین موجب افزایش صبر می‌شود
همه‌ی ما در این حالت بوده‌ایم: چه اینکه در پایان روزی طولانی در ترافیک گیر کرده باشیم، چه مشتاقانه منتظر انتشار کتاب یا فیلم یا آلبوم موسیقی جدیدی باشیم، در برخی مواقع باید صبور باشیم. یادگیری سرکوب تکانه برای خشنودی فوری اغلب برای موفقیت آینده حیاتی است؛ اما اینکه چگونه صبر در مغز تنظیم می‌شود، هنوز کاملا درک نشده است.
در مطالعه‌ی جدیدی که در واحد محاسبات عصبی مؤسسه‌ی علم و فناوری اوکیناوا در ژاپن روی موش‌ها انجام شده است، دکتر کاتسوهیکو میازاکی و دکتر کایوکو میازاکی مناطق خاصی از مغز را مشخص کرده‌اند که ازطریق عمل سروتونین موجب افزایش صبر می‌شود. یافته‌های آن‌ها در مجله‌ی Science Advances منتشر شده است. دکتر کاتسوهیکو میازاکی گفت:
سروتونین یکی از تنظیم‌کننده‌های عصبی مشهور رفتار است که به تنظیم خلق‌و‌خو و چرخه‌های خواب‌وبیداری و اشتها کمک می‌کند. پژوهش ما نشان می‌دهد که آزادشدن این پیام‌رسان شیمیایی نقشی حیاتی در تقویت صبر ایفا می‌کند و باعث افزایش مدت‌زمانی می‌شود که موش‌ها منتظر پاداش غذایی می‌مانند.
جدیدترین کار پژوهشگران ژاپنی مبتنی‌بر پژوهشی پیشین است که در آن، برای تأیید ارتباط سببی میان سروتونین و صبر از تکنیک قدرتمندی به‌نام اپتوژنتیک (استفاده از نور برای تحریک نورون‌های خاص در مغز) استفاده شد. دانشمندان موش‌هایی را پرورش دادند که به‌گونه‌ای ازنظر ژنتیکی مهندسی شده بودند و نورون‌های آزادکننده سروتونینی داشتند که پروتئین حساس به نوری را بیان می‌کردند. بنابراین، پژوهشگران می‌توانستند با استفاده از فیبر نوری کاشته‌شده در مغز، این نورون‌ها را تحریک کنند تا با تابش نور، سروتونین در زمان‌های دقیقی آزاد شود.
پژوهشگران دریافتند تحریک این نورون‌ها درحالی‌که موش‌ها منتظر غذا بودند، زمان انتظار آن‌ها را افزایش می‌داد و حداکثر تأثیر زمانی مشاهده می‌شد که احتمال دریافت پاداش زیاد بود؛ اما زمان رسیدن پاداش مشخص نبود. دکتر میازاکی گفت: «برای اینکه سروتونین موجب افزایش صبر شود، موش‌ها باید اطمینان می‌داشتند که پاداشی خواهد آمد؛ ولی درباره‌ی زمان رسیدن آن مطمئن نمی‌بودند.»
در مطالعه‌ی گذشته، دانشمندان روی منطقه‌ای از مغز تمرکز کردند که هسته‌ی رافهی خلفی نامیده می‌شود و قطب مرکزی نورون‌های آزادکننده‌ی سروتونین به‌حساب می‌آید. نورون‌های هسته‌ی رافهی خلفی به مناطق دیگر مغز میانی می‌رسند و در جدیدترین مطالعه، دانشمندان این موضوع را بررسی کردند که کدام‌یک از این مناطق مغزی در تنظیم صبر نقش ایفا می‌کند.
پژوهشگران روی سه منطقه‌ی مغز تمرکز کردند که قبلا نشان داده شده بود وقتی آسیب می‌بینند، رفتارهای تکانشی را افزایش می‌دهند: ساختار مغزی عمیقی به نام هسته اکومبنس و دو بخش از لوب پیشانی به‌نام‌های قشر اوربیتوفرونتال و قشر جلوپیشانی میانی. دکتر میازاکی توضیح داد: «رفتارهای تکانشی ذاتا با صبر در ارتباط هستند. هرچه فرد بیشتر تکانشی باشد، صبر کمتری دارد؛ بنابراین، این مناطق مغز کاندیداهای اصلی مطالعه بودند.»
در این مطالعه، دانشمندان فیبرهای نوری را در هسته‌ی رافهی خلفی و نیز در هسته‌ی اکومبنس و قشر اوربیتوفرونتال یا قشر جلوپیشانی میانی کاشتند. پژوهشگران موش‌ها را برای انجام وظیفه‌ای آموزش دادند که در آن، موش‌ها بینی خود را درون حفره‌ای نگه می‌داشتند تا زمانی‌که غذا به آن‌ها تحویل داده شود.
دانشمندان در ۷۵ درصد از آزمایش‌ها به موش‌ها پاداش می‌دادند. در برخی از شرایط آزمایش، به‌طورثابت ۶ یا ۱۰ ثانیه پس از اینکه موش‌ها بینی خود را در حفره نگه می‌داشتند، پاداش داده می‌شد و در شرایط آزمایشی دیگر، زمان پاداش‌دادن متغیر بود. در ۲۵ درصد از آزمایش‌ها، موش‌ها پاداش غذایی دریافت نمی‌کردند. آنچه اندازه‌گیری شد، این بود که موش‌ها حین آزمایش‌هایی که در آن‌ها پاداشی در کار نبود، هنگام تحریک شدن یا نشدن نورون‌های آزادکننده‌ی سروتونین، تا چه مدت منتظر دریافت پاداش غذایی می‌ماندند.
وقتی پژوهشگران فیبرهای عصبی آزادکننده سروتونین را تحریک می‌کردند که به هسته‌ی اکومبنس می‌رسند، افزایشی در زمان انتظار شاهد نبودند که نشان می‌دهد سروتونین در این منطقه از مغز نقشی در تنظیم صبر ایفا نمی‌کند. بااین‌حال، وقتی در همان حین که موش‌ها بینی خود را در حفره نگه داشته بودند، دانشمندان آزادشدن سروتونین را در قشر اوربیتوفرونتال و قشر جلوپیشانی میانی تحریک می‌کردند، موش‌ها مدت بیشتری منتظر می‌ماندند و البته تفاوت مهمی نیز وجود داشت.
در قشر اوربیتوفرونتال، هم وقتی زمان پاداش‌دادن ثابت بود و هم وقتی زمان دریافت پاداش متغیر بود، آزادشدن سروتونین صبر را به‌اندازه‌ی فعال‌سازی سروتونین در هسته‌ی رافهی خلفی افزایش می‌داد؛ ولی در حالت دوم، اثرهای قوی‌تری وجود داشت. در قشر جلوپیشانی میانی، دانشمندان فقط هنگامی افزایش در صبر را مشاهده کردند که زمان‌بندی پاداش متغیر بود و موقع ثابت‌بودن زمان‌بندی، هیچ اثری دیده نمی‌شد. دکتر میازاکی گفت: «اختلافاتی که در نحوه‌ی پاسخ هریک از این مناطق مغز دربرابر سروتونین مشاهده می‌شود، نشان می‌دهد این مناطق به روش متفاوتی در رفتار کلی منتظر‌ماندن در موش‌ها مؤثرند.»
مدل‌سازی صبر
دانشمندان برای بررسی بیشتر این موضوع، مدل محاسباتی را ایجاد کردند تا رفتار انتظار موش‌ها را توضیح دهند. مدل مذکور چنین فرض می‌کند که موش‌ها الگوی درونی از زمان‌بندی تحویل پاداش دارند و احتمال دریافت پاداش را تخمین می‌زنند. بنابراین، با گذشت زمان می‌توانند قضاوت کنند که آیا در آزمایش دارای پاداش یا بدون پاداش قرار دارند و درباره‌ی این موضوع تصمیم می‌گیرند که باید منتظر بمانند یا نه. همچنین، این مدل فرض می‌کند که قشر اوربیتوفرونتال و قشر جلوپیشانی میانی برای محاسبه‌ی احتمال پاداش، از مدل‌های درونی متفاوتی از زمان‌بندی پاداش استفاده می‌کنند و دومی دربرابر تغییرات زمان‌بندی حساس‌تر است.
پژوهشگران دریافتند که مدل آن‌ها در شرایطی ازنظر زمانِ انتظار بیشترین تطابق را با داده‌های تجربی دارد که تحت تحریک سروتونین، احتمال دریافت پاداش از ۷۵ به ۹۴ درصد افزایش پیدا کند. به‌عبارت ساده‌تر، سروتونین باور موش‌ها را در‌این‌باره افزایش می‌داد که آن‌ها در آزمایش دارای پاداش قرار دارند؛ بنابراین، مدت بیشتری منتظر می‌ماندند.
نکته‌ی مهم آن است که این مدل نشان داد تحریک هسته‌ی رافهی خلفی احتمال را از ۷۵ به ۹۴ درصد در هر دو قشر اوربیتوفرونتال و قشر جلوپیشانی میانی افزایش می‌داد؛ درحالی‌که تحریک جداگانه‌ی مناطق مغزی، فقط احتمال را در همان منطقه‌ی خاص افزایش می‌داد. دکتر میازاکی توضیح داد:
نتایج این ایده را تأیید کرد که این دو ناحیه‌ی مغز به‌طورمستقل از یکدیگر احتمال پاداش را محاسبه می‌کنند و سپس، محاسبات مستقل باهم ترکیب می‌شوند تا درنهایت، تعیین کنند که موش‌ها چه مدت منتظر می‌مانند. چنین سیستم مکملی به حیوانات کمک می‌کند تا دربرابر تغییر محیط رفتار انعطاف‌پذیری داشته باشند.
درنهایت، افزایش دانش ما درباره‌ی این موضوع که چگونه مناطق مختلف مغز کم‌و‌بیش تحت‌تأثیر سروتونین قرار می‌گیرند، می‌تواند پیامدهای مهمی درزمینه‌ی ساخت داروها در آینده به‌دنبال داشته باشد. به‌عنوان مثال، مهارکننده‌های انتخابی بازجذب سروتونین (SSRIs) داروهایی هستند که باعث افزایش سطوح سروتونین در مغز می‌شوند و در درمان افسردگی به‌کار می‌روند. دکتر میازاکی افزود:
در آینده، این مناطق از مغز را با استفاده از مدل‌های افسردگی موش بررسی خواهیم کرد. ممکن است متوجه شویم که در شرایط ژنتیکی یا محیطی خاصی، عملکرد برخی از این مناطق مغزی شناسایی‌شده دچار تغییر شده است. با بررسی دقیق این مناطق، ممکن است مسیر یافتن درمان‌های هدفمندتری باز شود که به‌جای کل مغز، روی بخش خاصی از آن تأثیر می‌گذارند.