Cofnijmy się o 530 milionów lat. Przy odrobinie szczęścia w morzu na terenie dzisiejszej Kanady natkniemy się na maleńką, pięciocentymetrową rybkę przypominającą dzisiejsze minogi lub lancetniki. Jest niemal bezgłowa. Przemierza wodę w poszukiwaniu gąbek i planktonu, którymi się żywi. Nie posiada oczu, świata doświadcza prawdopodobnie za pomocą wyrostków przypominających czułki. To pikaia. W albumie rodzinnym człowieka jej miejsce jest pomiędzy bezkręgowcami a rybami. Stanowi przykład jednego z pierwszych znanych strunowców. Pikaia (Pikaia gracilens) posiada strunę grzbietową, która w procesie ewolucji da później początek kręgosłupowi. Poszczególne fragmenty jej układu nerwowego dadzą z kolei początek mechanizmom regulującym nasze zachowanie.

Zdolność do poruszania się pozwala organizmom żywym na unikanie krzywdy i poszukiwanie przyjemności. Tymi dwoma pojęciami można w zasadzie opisać całe nasze życie. Nie inaczej więc musi być z ludźmi. Istnieje wiele gatunków organizmów żywych, które prowadzą osiadły tryb życia. Z mobilności płyną jednak liczne korzyści. W związku z tym, mechanizmy odpowiadające za aktywność apetytywną (dążenie do rzeczy korzystnych z punktu widzenia przetrwania) i awersyjną (unikanie rzeczy szkodliwych z punktu widzenia przetrwania) musiały istnieć już u przodków dzisiejszych kręgowców.

Matki wynalazków

Nietrudno wskazać podstawowe potrzeby człowieka i wielu innych zwierząt. Obejmują one m.in. pożywienie, powietrze, wodę, ciepło, schronienie, możliwość rozmnażania się, kontakty społeczne oraz sprawowanie opieki nad potomstwem. Ich zaspokojenie wiąże się z przyjemnością (często bardzo dużą – moje myśli wędrują tutaj do pizzy z tempehem którą zjadłem niedawno z przyjaciółmi), stąd mechanizmy apetytywne nieustannie prowokują nas do zachowań, które skutkują uzyskaniem ww. Z drugiej strony mechanizmy unikania krzywdy skłaniają nas do trzymania się z daleka od zagrożeń, bólu, dyskomfortu (pizza hawajska) i innych czynników, które zmniejszają nasze szanse na pozostawienie i odchowania potomstwa.

Anton J. M. Loonen i Svetlana A. Ivanova podjęli próbę opisania ewolucyjnej drogi, jaką przebyły kręgowce, nim w ich układach nerwowych powstała współczesna wersja układu nagrody. W artykule opublikowanym we „Frontiers in Neuroscience” przybliżają oni integrujący dotychczasową wiedzę model działania układów poszukiwania nagrody i unikania krzywdy. Nazwa czasopisma zobowiązuje, autorzy formułują też śmiałe przypuszczenia dotyczące wniosków płynących z tego modelu. Wskazują na potencjalnie nieprawidłowości jego działania, które mogą leżeć u podłoża niektórych zaburzeń psychicznych.

Postulują oni, że w mózgu funkcjonują bardzo stare filogenetycznie systemy regulujące poszukiwanie nagrody i unikanie krzywdy. Nie jest to pomysł całkowicie nowy. Podobnych wątków można doszukiwać się w koncepcji behawioralnego systemu aktywacji i behawioralnego systemu hamowania autorstwa Alana Jeffreya Greya (Gray, McNaughton, 2003). Badania nad neurobiologicznym podłożem uzależnień często skupiały się na fragmentach układu limbicznego wchodzących w skład tzw. układu nagrody. Artykuł dwójki badaczy jest o tyle ciekawy, że autorzy przedstawili całościowy i bardzo szczegółowy model powstania opisywanych mechanizmów, odwołując się przy tym do wiedzy o ewolucji układu nerwowego kręgowców.

Nie pamięta wół jak pikaią był

Kora nowa, zgodnie z nazwą, stanowi relatywnie niedawny nabytek w procesie ewolucji kręgowców. Autorzy sugerują, że jeszcze u płazów jej funkcje sprawowała grzbietowa część płaszcza (dorsal pallium), obszar mózgu stanowiący przedłużenie środkowej części płaszcza (medial pallium), która dała początek hipokampowi. Brzuszna i boczna część wspomnianego płaszcza przekształciły się później we fragment ciała migdałowatego znany jako ciało migdałowate powierzchowne (corticoid amygdala). Obecny u tych wczesnych kręgowców sriatopallidium, obszar będący połączeniem prążkowia i płaszcza, miał dać początek innym fragmentom ciała migdałowatego. Część środkowo-przyśrodkowa (centromedial) ciała migdałowatego bierze swój początek w prążkowiu a jądro łożyskowe prążka krańcowego (bed nucleus of the stria terminalis) wywodzi się z płaszcza. Kompleks ciała migdałowatego połączony jest z podwzgórzem i pniem mózgu, wraz z rozwojem kręgowców pojawiło się również połączenie z korą mózgową. Odpowiadają one odpowiednio za wywoływanie emocjonalnej odpowiedzi organizmu i regulację emocji.

Obszary mózgu odpowiadające za kierowanie podstawami naszego zachowania biorą zatem swój początek w organizmach przodków współczesnych kręgowców, najprawdopodobniej przypominających wspomnianą wcześniej pikaię.

Źródło: https://c2.staticflickr.com/8/7238/7062156425_61d8238a98_b.jpg

Opis: Rekonstrukcja pikai. Grafika na licencji Creative Commons BY-SA 2.0, csprehn.

Co nas nie zabija

Powstały w ten sposób kompleks ciała migdałowatego odkrywa kluczową rolę w zachowaniach awersyjnych. Odpowiada on za regulację reakcji strachu i gniewu, spostrzeganie istotnych z tego punktu widzenia bodźców i skupianie na nich uwagi. Pozwala na przykład dostrzec i rozpoznać zagniewany wyraz twarzy u osoby, którą właśnie wyprowadziliśmy z równowagi. Odpowiada za to droga wiodąca poprzez uzdeczkę (habenula). Składają się na nią dwa odrębne szlaki. Jeden z nich obejmuje hipokamp, jądra przegrodowe (septal nuclei) i uzdeczkę przyśrodkową (medial habenula). Drugi obejmuje środkową część ciała migdałowatego (central amygdala) i jądro łożyskowe prążka krańcowego i uzdeczkę boczną (lateral habenalis).

Badacze wskazują na struktury, które mogłyby regulować reakcje unikania krzywdy. Zgodnie z ich modelem, ciało migdałowate powierzchowne miałoby łączyć się z przegrodą rdzeniową (medial septum) i uzdeczką przyśrodkową za pośrednictwem kortykosteroidowego szlaku: ciało migdałowate-parahipokamp-hipokamp-sklepienie-przegroda rdzeniowa (ang. corticoid amygdalar-parahippocampal-hippocampal-fornical-medial septal connection). Z kolei jądro łożyskowe prążka krańcowego zawiera gałkę bladą (globus pallidus), od której neurony biegną do uzdeczki. Gałka blada działa hamująco na poszukiwanie nagrody w sytuacji, gdy przewagę zyskuje działanie unikania krzywdy. Siła reakcji unikania krzywdy jest regulowana przez brzuszno-przyśrodkową korę przedczołową i korę przyhipokampalną, dzięki dwukierunkowemu połączeniu z ciałem migdałowatym powierzchownym. Tym samym ciało migdałowate miałoby odgrywać u ludzi podobną rolę jak kresomózgowie u organizmów na wcześniejszych etapach ewolucji.

Patologie życia codziennego

Reakcje związane z mechanizmami poszukiwania nagrody i unikania krzywdy stanowią podstawę funkcjonowania zwierząt, w tym ludzi. Nieprawidłowości w ich funkcjonowaniu są wyraźnie widoczne w przebiegu zaburzeń psychicznych. Badacze wskazują, że związki pomiędzy tymi podstawowymi aspektami działania układu nerwowego i jego wyższych funkcji mogą mieć duże znaczenie dla psychologii klinicznej i psychiatrii.

Przykładem mogą być choroby afektywne. W kolejnych artykułach (Loonen, Ivanova, 2016b) badacze rozwijają myśl, zgodnie z którą nadmierne przejawianie zachowań związanych z poszukiwaniem nagrody (związane z aktywacją danego systemu) może prowadzić do nieprzemożonej chęci działania. Nadmierna tendencja do zachowań związanych z unikaniem krzywdy może skutkować stanami dysforycznymi. Oba te systemy funkcjonują na zasadzie pewnej wzajemności – jeden system ustępuje miejsca drugiemu. Nierównowaga pomiędzy nimi może skutkować zaburzeniami. Gdy szala znacznie przechyla się na korzyść unikania krzywdy, moglibyśmy mieć do czynienia z depresją. Analogicznie, przewaga systemu poszukiwania nagrody miałaby skutkować stanami maniakalnymi.

Badacze bardzo szczegółowo opisują obszary mózgu i szlaki neuronalne które leżą u podłoża zachowań związanych z przyjemnością i dyskomfortem. Podkreślają przy tym, że źródła tych doznań należy szukać w naszej ewolucyjnej przyszłości

Na podstawie:

Loonen, A. J., & Ivanova, S. A. (2016). Circuits Regulating Pleasure and Happiness: The Evolution of the Amygdalar-Hippocampal-Habenular Connectivity in Vertebrates. Frontiers in Neuroscience, 10.

Literatura:

Gray, J. A., & McNaughton, N. (2003). The neuropsychology of anxiety: An enquiry into the function of the septo-hippocampal system (33). Oxford university press.

Loonen, A. J., & Ivanova, S. A. (2016b). Circuits Regulating Pleasure and Happiness—Mechanisms of Depression. Frontiers in human neuroscience, 10.