Orofaziale Bewegungen offenbaren tierische Gefühle

Sep 13, 2023

Zusammenfassung:Forscher beleuchten die Mechanismen hinter unkontrollierten orofazialen Bewegungen bei Mäusen und liefern faszinierende Einblicke in die Emotionen von Tieren.

Das Team entdeckte, dass die Stimulation von Dopamin-Neuronen im ventralen tegmentalen Bereich (VTA) orofaziale Bewegungen auslöst. Weitere Untersuchungen ergaben zwei unterschiedliche Arten dieser Bewegungen bei belohnungsbasierten Lernaufgaben: vorübergehende Aktionen bei Erwartung einer Belohnung und aktive, anhaltende Bewegungen beim Erhalt einer Belohnung.

Diese Erkenntnisse könnten zu verbesserten Diagnose- und Behandlungsstrategien für psychische Erkrankungen führen und das Tierwohl verbessern.

Wichtige Fakten:

Quelle:Fujita Health University

Bei Tieren ist bekannt, dass Bewegungen wie Fortbewegung oder Fellpflege die neuronale Aktivität in der Großhirnrinde beeinflussen. Darüber hinaus deuten neuere Studien darauf hin, dass diese Veränderungen der neuronalen Aktivität nicht auf einen bestimmten Bereich beschränkt sind, sondern in allen kortikalen und subkortikalen Regionen des Gehirns verbreitet sind.

Interessanterweise können bei Tieren, die für belohnungsbasierte Lernaufgaben trainiert wurden, solche spontanen Bewegungen – obwohl sie uninstruiert und unnötig sind – auf Aufgabenereignisse ausgerichtet sein und erheblich zur neuronalen Aktivität während der Aufgabe beitragen.

Es ist bekannt, dass insbesondere die Bewegung orofazialer Teile wie der Nase und der Schnurrhaare stark mit den neuronalen Aktivitäten im gesamten Gehirn von Mäusen korreliert. Beispielsweise bewegen Mäuse, die ein Reiz-Belohnungs-Assoziationstraining absolvieren, ihre Schnurrhaare und zeigen orofaziale Bewegungen, die einem belohnungsvorhersagenden Signal folgen.

Der zugrunde liegende Mechanismus, durch den das Gehirn diese „unangewiesenen“ Bewegungen erzeugt und koordiniert, bleibt jedoch weitgehend unbekannt.

Nun enthüllt jedoch ein Forscherteam der Fujita Health University unter der Leitung von Prof. Takayuki Yamashita zusammen mit Co-Autor Wan-Ru Li von der Abteilung für Physiologie interessante Erkenntnisse hinter diesen orofazialen Bewegungen bei Mäusen.

Die Studie war eine Gemeinschaftsarbeit von Mitgliedern des International Center for Brain Science (ICBS) der Fujita Health University, darunter Prof. Takayuki Yamashita, Associate Prof. Takashi Nakano und Prof. Junichiro Yoshimoto.

Die am 2. August 2023 in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlichte Studie enthüllt die Neurowissenschaften, die an diesen äußerst charakteristischen orofazialen Bewegungen beteiligt sind.

Um die zugrunde liegenden Mechanismen zu untersuchen, analysierten die Forscher zunächst die Bewegungsdaten der Schnurrhaare von Mäusen. Während Mäuse, die gut darauf trainiert waren, als Belohnung Wasser zu lecken, unmittelbar nach der Präsentation des belohnungsvorhersagenden Signals schnelle Schnurrbartbewegungen zeigten, zeigten die ungeübten, unerfahrenen Mäuse solche Bewegungen nicht.

Bei der Untersuchung, ob diese aufgabenorientierten Whisker-Bewegungen spezifisch für eine Aufgabe waren, bei der es um Whisker-Empfindungen ging, beobachteten die Forscher ähnliche Whisker-Bewegungen auch bei Aufgaben, bei denen es um Geräusch-Belohnungs-Assoziationen ging.

Obwohl die oben genannten Aufgaben eine Wasserbelohnung beinhalten, führte das Team darüber hinaus Experimente durch, um unkontrollierte orofaziale Bewegungen auszulösen, ohne eine flüssige Belohnung zu geben. Genauer gesagt stimulierte das Team die Dopamin-Neuronen (DA) im ventralen tegmentalen Bereich (VTA) – einer Region im Mittelhirn der Maus, die eine wichtige Rolle im Motivations- und Belohnungssystem spielt. Das Team entdeckte dann, dass die Stimulation von VTA-DA-Neuronen orofaziale Bewegungen auslöst.

Über die Ergebnisse sagt Prof. Yamashita: „Dopamin-Neuronen im VTA sind bei Neurowissenschaftlern, die an der Belohnungsverarbeitung unseres Gehirns interessiert sind, sehr beliebte Zellen, und es wurden viele Artikel über ihre Rolle veröffentlicht.“ Aber unsere Studie ist die erste, die berichtet, dass ihre Aktivität orofaziale Bewegungen auslösen kann. ”

Darüber hinaus ergaben umfangreiche Experimente mit maschinellem Lernen zwei unterschiedliche orofaziale Bewegungen, die bei belohnungsbasierten Lernaufgaben beobachtet wurden – vorübergehende orofaziale Aktionen bei Erwartung einer Belohnung und aktive, anhaltende orofaziale Bewegungen bei Erhalt einer Belohnung.

Die Studie trug auch dazu bei, die ursächliche Rolle des primären motorischen Cortex (wM1) der Whisker bei der Auslösung dieser Bewegungen aufzuklären – einer Region im Gehirn der Maus, die eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Whisker-Bewegungen spielt.

„An der Ausführung dieser beiden Arten orofazialer Bewegungen sind zwei unterschiedliche neuronale Signalflüsse beteiligt. Einer davon ist der mesolimbische DA-Weg, der dafür bekannt ist, unser Motivationsverhalten zu bestimmen. Dies ist für orofaziale Bewegungen beim Erhalt einer Belohnung von wesentlicher Bedeutung.

„Bei der anderen handelt es sich um eine Art Umgehungsweg, der belohnungsvorhersagende Signalinformationen schnell an motorische Befehlsneuronen im Gehirn weiterleitet. Diese schnelle Signalübertragung ist unabhängig von der mesolimbischen DA, wird aber benötigt, um bei der Erwartung einer Belohnung schnelle, vorübergehende orofaziale Aktionen auszulösen“, erklärt Prof. Yamashita.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese beiden unterschiedlichen Signale im wM1 zusammenlaufen, aber auf elegante Weise zwei unterschiedliche Bewegungen antreiben“, fügt Co-Autor Wan-Ru Li hinzu.

Den Forschern zufolge ist dies vermutlich die erste aufgezeichnete Beobachtung eines solchen Phänomens und kann wichtige klinische Auswirkungen haben. Beispielsweise kann das Verständnis, wie Gesichtsbewegungen mit inneren Zuständen korrelieren, zu verbesserten Diagnose- und Behandlungsstrategien für psychische Erkrankungen führen, die häufig mit atypischen emotionalen Reaktionen und Gesichtsausdrücken einhergehen.

Darüber hinaus könnten diese neu gewonnenen Erkenntnisse über unterschiedliche orofaziale Bewegungen bei Mäusen zu Fortschritten beim Verständnis tierischer Emotionen führen und dazu beitragen, mitfühlendere und geeignetere Umgebungen für Labortiere, Haustiere und Tiere in anderen Umgebungen wie Zoos oder Bauernhöfen zu schaffen und letztendlich das Tierwohl zu verbessern.

Wir hoffen sicherlich, dass diese Studie ein Meilenstein für die Tierschutz-, psychische Gesundheits- und neurowissenschaftliche Forschung sein wird.

Autor:Hisatsugu KoshimizuQuelle:Fujita Health UniversityKontakt:Hisatsugu Koshimizu – Fujita Health UniversityBild:Das Bild stammt von Neuroscience News

Ursprüngliche Forschung: Open Access „Neuronale Mechanismen, die uninstruierten orofazialen Bewegungen bei belohnungsbasiertem Lernverhalten zugrunde liegen“ von Takayuki Yamashita et al. Aktuelle Biologie

Abstrakt

Neuronale Mechanismen, die uninstruierten orofazialen Bewegungen bei belohnungsbasiertem Lernverhalten zugrunde liegen

Bei belohnungsbasierten Lernaufgaben führen Tiere orofaziale Bewegungen aus, die die Gehirnaktivität zum Zeitpunkt der Belohnungserwartung und -erlangung global beeinflussen. Diese orofazialen Bewegungen werden nicht explizit angewiesen und treten typischerweise zusammen mit zielgerichtetem Verhalten auf.

Hier zeigen wir, dass eine verstärkte optogenetische Stimulation von Dopamin-Neuronen im ventralen tegmentalen Bereich (oDAS) bei Mäusen ausreicht, um orofaziale Bewegungen in den Schnurrhaaren und der Nase zu induzieren, ohne dass damit zielgerichtete Verhaltensweisen einhergehen.

Pawlowsche Konditionierung mit einem sensorischen Hinweis und oDAS löste reizgesteuerte und an oDAS ausgerichtete orofaziale Bewegungen aus, die durch ein maschinelles Lernmodell unterscheidbar waren. Die Hemmung oder Ausschaltung von Dopamin-D1-Rezeptoren im Nucleus accumbens hemmte die durch oDAS induzierte Bewegung, verschonte jedoch die impulsgesteuerte Bewegung, was auf eine unterschiedliche Regulierung dieser beiden Arten orofazialer Bewegungen schließen lässt.

Im Gegensatz dazu wurden durch die Inaktivierung des primären motorischen Whisker-Kortex (wM1) beide Arten orofazialer Bewegungen abgeschafft. Wir fanden in wM1 spezifische neuronale Populationen, die entweder oDAS-ausgerichtete oder Cue-locked Whisker-Bewegungen darstellen. Bemerkenswert ist, dass die optogenetische Stimulation von wM1-Neuronen diese beiden Arten von Bewegungen erfolgreich replizierte.

Unsere Ergebnisse legen daher nahe, dass akkumbale D1-Rezeptor-abhängige und -unabhängige neuronale Signale im wM1 zusammenlaufen, um bestimmte uninstruierte orofaziale Bewegungen während einer belohnungsbasierten Lernaufgabe zu ermöglichen.

Deine Email-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind markiert *

Kommentar *

Name *

Email *

Webseite

Benachrichtigen Sie mich über nachfolgende Kommentare per E-Mail.

Benachrichtigen Sie mich per E-Mail über neue Beiträge.