In diesem Interview sprechen wir mit Professor Kay Tye und Hao Li über ihre neuesten Forschungen zu Erinnerungen und wie wir beginnen können, die Emotionen dahinter zu verstehen.
Könnten Sie sich bitte vorstellen und uns sagen, was Ihre Karriere in der Neurobiologie inspiriert hat?
Mein Name ist Kay Tye und ich bin Mutter von zwei Kindern im Alter von 6 und 9 Jahren. Als ich in der High School war, war ich mir ziemlich sicher, dass ich eines Tages Schriftstellerin werden würde, und ich hatte großes Interesse an englischer Literatur , was in einem Haushalt mit zwei Elternteilen, die Wissenschaftler waren, eine „unpraktische Wahl“ war. Ich denke über mein immenses Privileg nach, von einem Biologen und einem Stringtheoretiker aufgewachsen zu sein, die beide ihre Arbeit immer zu lieben schienen; aber damals war ich ein rebellischer Teenager und wollte Englisch als Hauptfach studieren. Eines der Dinge, die ich an der Literatur am meisten liebte, war, wie sich die Geschichten entfalten und wie sich die Charaktere entwickeln und sich uns offenbaren. Die beste Literatur zeichnete sich meiner Meinung nach dadurch aus, dass man die subjektive Erfahrung eines anderen einfangen und sich ins Gedächtnis einprägen konnte.
Ich war neugierig, wie wir alle so unterschiedlich in unseren Reaktionen und wahrgenommenen Erfahrungen sein können, aber alle einige Aspekte haben, die im Grunde gleich sind. Ich begann mich für Psychologie zu interessieren, und die Suche nach Antworten darauf, wie die unbeschreiblichsten Erfahrungen in der Biologie tatsächlich umgesetzt werden, wurde zu einem Wunschtraum.
Die neurowissenschaftlichen Studiengänge, denen ich schon früh ausgesetzt war, befassten sich hauptsächlich mit sensorischen und motorischen Systemen und weniger mit den neuronalen Mechanismen von Gedanken und Gefühlen. Die Erinnerung war sicherlich etwas, das mein Interesse geweckt hat. Ich habe viele Momente, in denen ich „wusste“, dass ich (vielleicht) Neurowissenschaftlerin werden würde, aber einer, der wegen des Privilegs der Erfahrung erwähnenswert ist, die ich als Neuling, der ihren Einführungskurs in die Psychologie noch nicht abgeschlossen hatte, kaum schätzen konnte : Ich traf Henry Molaison, besser bekannt als Fallstudienpatient HM – der Mann, der eine bilaterale temporale Lobektomie hatte, die ihn ohne Hippocampus zurückließ und keine neuen Erinnerungen bilden konnte.
Alte Erinnerungen waren sicher und kristallklar, aber neue Erinnerungen (eine neue Person treffen, sich daran erinnern, ob Sie zu Mittag gegessen haben, in den Spiegel schauen und schockiert sein, das Gesicht eines alten Mannes zu sehen, anstatt das Spiegelbild eines jüngeren Mannes, das Sie vor Jahrzehnten kennen seine temporale Lobektomie).
Unsere Erinnerungen, Gefühle, Gedanken und Beziehungen zu anderen sind die Prozesse, die mich so lange fasziniert haben, wie ich mich erinnern kann, und ich bin genauso neugierig wie eh und je, sie zu verstehen.
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Jede Erfahrung, die ein Individuum hat, ist mit einem Gefühl verbunden; dies wird als „Valenzzuordnung“ bezeichnet. Können Sie uns bitte mehr darüber erzählen, wie das funktioniert?
Fast alle unsere Verhaltensweisen sind durch zwei emotionale Valenzen motiviert: das Streben nach Belohnung und das Vermeiden von Bestrafung. Während wir die Welt um uns herum erleben, werden wir ständig von sensorischen Reizen bombardiert, von denen die meisten unwichtig sind. Wir müssen schnell die wichtigsten Informationen herausfiltern, um eine Entscheidung treffen zu können.
Dazu würde unser Gehirn dem Umweltreiz durch Lernen entweder einen positiven oder einen negativen Wert zuweisen, sodass wir den Reiz als Hinweis verwenden können, um eine positive oder negative Erfahrung zu assoziieren und zukünftige Ergebnisse vorherzusagen. Wir nennen diesen Vorgang Valenzzuordnung.
Sie haben bereits zur Valenzzuordnung bei Mäusen geforscht. Wie hat diese Studie dazu beigetragen, eine Grundlage für Ihre neueste Forschung zu schaffen?
Wir haben zuvor festgestellt, dass verschiedene Amygdala-Neuronen Belohnung und Bestrafung nach assoziativem Lernen kodieren. Doch wie hängen äußere Reize mit den Belohnungen oder Bestrafungen zusammen?
In der aktuellen Studie haben wir speziell untersucht, wie Amygdala-Neuronen für die Kodierung von Belohnung oder Bestrafung geformt sind und wie diese Neuronen Informationen über die prädiktiven Reize und das Ergebnis im Abstand von vielen Sekunden binden können. Wir haben zuvor transkriptomische Expressionsprofile zwischen diesen verschiedenen projektionsdefinierten Amygdala-Neuronen verglichen und festgestellt, dass das Neurotensin-Rezeptor-Gen in einer Population im Vergleich zur anderen angereichert ist. Dies veranlasste uns zu der Hypothese, dass Neurotensin ein Hauptkandidat für die Lösung des Valenzzuordnungsproblems sein könnte.
In Ihrer neuesten Forschung haben Sie die mit Erinnerungen verbundenen Gefühle untersucht. Können Sie uns mehr darüber erzählen, wie Sie Ihre Studie durchgeführt haben?
Um die Valenzzuordnung zu untersuchen oder wie Mäuse Gefühle mit Erinnerungen assoziieren können, haben wir Mäuse darauf trainiert, einen Hörton mit Saccharosebelohnung und einen anderen Hörton mit Schockbestrafung zu assoziieren.
Sobald Mäuse die Assoziation gelernt haben, würden sie sich dem Saccharoseport als Reaktion auf den Ton nähern, der die Saccharoseabgabe vorhersagt, und als Reaktion auf den Ton, der die Schockabgabe vorhersagt, einfrieren oder rennen.
Was hast du entdeckt?
Wir überwachten die Veränderungen der Neurotensinkonzentration in der Amygdala während des Lernens mit einem neuen genetisch kodierten Neurotensinsensor und fanden heraus, dass die Neurotensinkonzentration in der Amygdala durch Belohnung erhöht und durch Bestrafung verringert wurde.
Konsequenterweise können wir das Verhalten von Tieren in Richtung Belohnung oder Bestrafung beeinflussen, wenn wir die Neurotensinkonzentration in der Amygdala mithilfe von CRISPR oder Optogenetik künstlich manipulieren. Mehr Neurotensin in der Amygdala –> Belohnung; weniger Neurotensin in der Amygdala –> Bestrafung
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In Ihrer Studie haben Sie CRISPR verwendet, um die Neurotransmitterfunktion zu isolieren, das erste Mal, dass es für diesen Zweck verwendet wurde. Wie wichtig war diese Gen-Editing-Technologie für Ihre Forschung, und wie tragen kontinuierliche Fortschritte in den Biowissenschaften dazu bei, auch in anderen Bereichen zu neuen wissenschaftlichen Entdeckungen zu führen?
Die CRISPR-Experimente sind in unserer Studie äußerst wichtig, da dieser Ansatz es uns ermöglichte, die Neurotensin-Signalübertragung selektiv zu isolieren, ohne andere Neurotransmitter (wie Glutamat) zu beeinträchtigen, die zusammen mit Neurotensin auch an nachgeschaltete Ziele abgegeben werden. Auf diese Weise können wir sicher sein, dass die Wirkungen dieser CRISPR-Manipulation spezifisch für den Beitrag von Neurotensin sind, aber nicht für die anderen gleichzeitig freigesetzten Neurotransmitter.
Auf einigen Ebenen wird der Fortschritt in den Biowissenschaften durch die Entdeckung neuer Werkzeuge begrenzt, die es uns ermöglichen würden, biologische Probleme viel tiefer und präziser zu untersuchen.
Wie könnte Ihre Forschung möglicherweise auch dazu beitragen, psychische Störungen wie Angstzustände und PTBS besser zu verstehen? Könnte dies zu neuen Behandlungen führen?
Die Stimmung kann von Tag zu Tag in einem bestimmten Bereich schwanken. Wenn die Schwankung jedoch außerhalb des Bereichs liegt, wird dies als Pathologie angesehen. Im Allgemeinen führt zu viel positive Verarbeitung (Belohnung) zu suchtähnlichen Verhaltensweisen wie Glücksspiel- oder Drogensucht, während zu viel negative Verarbeitung (Bestrafung) zu Depressionen oder Angstzuständen führt.
Wir fanden heraus, dass eine Veränderung der Neurotensinfreisetzung in die Amygdala entweder Belohnungs- oder Bestrafungszustände bewirken kann. Es ermöglicht uns, Neurotensin zu modulieren, um die maladaptive/übermäßige positive oder negative Valenzverarbeitung in den Krankheitszuständen auszugleichen/kompensieren.
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Was sind die nächsten Schritte für Sie und Ihre Forschung?
Der Hauptautor, Hao Li, eröffnet sein eigenes Forschungslabor an der Northwestern University, wo er weiterhin die Rolle verschiedener Neuropeptide bei Gesundheit und Krankheit erforschen wird.
Wo finden Leser weitere Informationen?
Über Professor Kay Tye
Kay Tye schloss ihr Studium 2003 mit einem Hauptfach in Gehirn- und Kognitionswissenschaften am MIT ab und promovierte mit einer Dissertation, die sich darauf konzentrierte, wie die Amygdala Plastizität für Belohnungslernen an der UCSF erfährt. Sie absolvierte ihre Postdoktorandenausbildung bei Karl Deisseroth in Stanford, und ihre Arbeit konzentrierte sich darauf, auf spezifische Projektionen in der Amygdala abzuzielen, um Angstzustände bidirektional zu kontrollieren.
Sie gründete 2012 ihr eigenes Labor am MIT und konzentrierte sich auf das Verständnis der neuronalen Schaltkreismechanismen der emotionalen Valenz, wo sie 2018 eine Anstellung erhielt. 2019 verlegte sie ihr Labor vom MIT an das Salk Institute und wurde Wylie Chair Professor of the Systems Neurobiology Labor. 2021 wurde sie Ermittlerin am Howard Hughes Medical Institute.
Über Dr. Hao Li
Hao ist in Peking, China, geboren und aufgewachsen und zog dann in die USA, nachdem er einen Bachelor-Abschluss an der Shandong University erworben hatte. Er absolvierte seinen Ph.D. in Neurowissenschaften an der Medical University of South Carolina und arbeitete im Labor von Dr. Thomas Jhou. Im Jahr 2019 trat Hao für seinen Postdoc in das Labor von Dr. Kay Tye am Salk Institute ein.
Hao ist jetzt ein angehender Assistenzprofessor an der Abteilung für Psychiatrie und Verhaltenswissenschaften und der Abteilung für Neurowissenschaften der Northwestern University.
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