Hvorfor føler du dig ensom? Neurovidenskaben begynder at finde svar.

En neurovidenskabsmands jagt på ensomhed kan hjælpe os til bedre at forstå omkostningerne ved social isolation. Ved

• Adam Piore arkiv side

4. september 2020

Jenny Siegwart

Længe før verden nogensinde havde hørt om covid-19, satte Kay Tye sig for at besvare et spørgsmål, der har fået ny resonans i en alder af social distancering: Når folk føler sig ensomme, higer de efter sociale interaktioner på samme måde som en sulten person lyst til mad? Og kunne hun og hendes kolleger opdage og måle denne sult i hjernens neurale kredsløb?

Ensomhed er en universel ting. Hvis jeg skulle spørge folk på gaden: ’Ved du, hvad det vil sige at være ensom?’ ville nok 99 eller 100 % af folk sige ja, forklarer Tye, neuroforsker ved Salk Institute of Biological Sciences. Det virker rimeligt at argumentere for, at det burde være et begreb inden for neurovidenskab. Det er bare, at ingen nogensinde har fundet en måde at teste det og lokalisere det til specifikke celler. Det er det, vi forsøger at gøre.

I de senere år er der opstået en omfattende videnskabelig litteratur, der forbinder ensomhed med depression, angst, alkoholisme og stofmisbrug. Der er endda en voksende mængde epidemiologisk arbejde, der viser, at ensomhed gør dig mere tilbøjelig til at blive syg: det ser ud til at foranledige den kroniske frigivelse af hormoner, der undertrykker en sund immunfunktion. Biokemiske ændringer fra ensomhed kan fremskynde spredningen af ​​kræft, fremskynde hjertesygdomme og Alzheimers eller simpelthen dræne de mest vitale blandt os for viljen til at fortsætte. Evnen til at måle og opdage det kan hjælpe med at identificere dem, der er i fare, og bane vejen for nye former for interventioner.

I de kommende måneder advarer mange om, at vi sandsynligvis vil se de mentale sundhedsvirkninger af covid-19 udspille sig på globalt plan. Psykiatere er allerede bekymrede for stigende rater af selvmord og overdosering af stoffer i USA, og social isolation sammen med angst og kronisk stress er en sandsynlig årsag. Erkendelsen af ​​virkningen af ​​social isolation på resten af ​​mental sundhed kommer til at ramme alle virkelig snart, siger Tye. Jeg tror, ​​at indvirkningen på mental sundhed vil være ret intens og ret øjeblikkelig.

Alligevel er det en vanskelig udfordring at kvantificere eller endda definere ensomhed. Faktisk så svært, at neurovidenskabsmænd længe har undgået emnet.

Ensomhed, siger Tye, er i sagens natur subjektiv. Det er muligt at tilbringe dagen fuldstændig isoleret, i stille fordybelse og føle sig forfrisket. Eller at koge i fremmedgjort elendighed omgivet af en menneskemængde, i hjertet af en storby eller ledsaget af nære venner og familie. Eller for at tage et mere nutidigt eksempel, at deltage i et Zoom-opkald med kære i en anden by og føle sig dybt forbundet – eller endda mere ensom, end da opkaldet begyndte.

Denne uklarhed kan forklare de mærkelige resultater, der kom tilbage, da Tye, før hun udgav sin første videnskabelige artikel om neurovidenskaben om ensomhed i 2016, søgte efter andre artikler om emnet. Selvom hun fandt undersøgelser om ensomhed i den psykologiske litteratur, var antallet af artikler, der også indeholdt ordene celler, neuroner eller hjerne, præcis nul.

Neurovidenskabsmænd har længe antaget, at spørgsmål om, hvordan ensomhed kan fungere i den menneskelige hjerne, ville undslippe deres datadrevne laboratorier.

Selvom ensomhedens natur har optaget nogle af de største hjerner inden for filosofi, litteratur og kunst i årtusinder, har neurovidenskabsmænd længe antaget, at spørgsmål om, hvordan det kan fungere i den menneskelige hjerne, ville undslippe deres datadrevne laboratorier. Hvordan kvantificerer du oplevelsen? Og hvor ville du overhovedet begynde at lede i hjernen efter de forandringer, som en sådan subjektiv følelse medfører?

Tye håber at ændre det ved at bygge et helt nyt felt: et, der sigter mod at analysere og forstå, hvordan vores sanseopfattelser, tidligere erfaringer, genetiske dispositioner og livssituationer kombineres med vores miljø for at producere en konkret, målbar biologisk tilstand kaldet ensomhed. Og hun vil identificere, hvordan den tilsyneladende ubeskrivelige oplevelse ser ud, når den aktiveres i hjernen.

Hvis Tye lykkes, kan det føre til nye værktøjer til at identificere og overvåge dem, der er i risiko for sygdomme, der forværres af ensomhed. Det kunne også give bedre måder at håndtere, hvad der kunne være en truende folkesundhedskrise udløst af covid-19.

At finde ensomhedsneuronerne

Tye har indfundet sig i specifikke populationer af neuroner i gnaverhjerner, der synes at være forbundet med et målbart behov for social interaktion - en sult, der kan manipuleres ved direkte at stimulere selve neuronerne. For at udpege disse neuroner, stolede Tye på en teknik, hun udviklede, mens hun arbejdede som postdoc i Stanford University lab i Karl Deisseroth.

Deisseroth var banebrydende for optogenetik, en teknik, hvor gensplejsede, lysfølsomme proteiner implanteres i hjerneceller; forskere kan derefter tænde eller slukke for individuelle neuroner ved blot at tænde lys på dem gennem fiberoptiske kabler. Selvom teknikken er alt for invasiv til at bruge i mennesker - såvel som en injektion i hjernen for at levere proteinerne, kræver den at føre det fiberoptiske kabel gennem kraniet og direkte ind i hjernen - det giver forskere mulighed for at justere neuroner i live , frit bevægende gnavere og derefter observere deres adfærd.

Tye begyndte at bruge optogenetik hos gnavere til at spore de neurale kredsløb involveret i følelser, motivation og social adfærd. Hun fandt ud af, at hun ved at aktivere en neuron og derefter identificere de andre dele af hjernen, der reagerede på det signal, neuronen gav ud, kunne spore de diskrete kredsløb af celler, der arbejder sammen om at udføre specifikke funktioner. Tye sporede omhyggeligt forbindelserne ud af amygdalaen, et mandelformet sæt neuroner, der menes at være sæde for frygt og angst både hos gnavere og hos mennesker.

Kay Tye, en neuroforsker ved Salk Institute of Biological Sciences, forsøger at opdage og måle ensomhed i hjernens neurale kredsløb.

JENNY SIEGWART

Forskere havde længe vidst, at stimulering af amygdala som helhed kunne få et dyr til at krybe sammen af ​​frygt. Men ved at følge labyrinten af ​​forbindelser ind og ud af forskellige dele af amygdalaen, var Tye i stand til at demonstrere, at hjernens frygtkredsløb var i stand til at gennemsyre sensoriske stimuli med langt flere nuancer end tidligere forstået. Det så faktisk også ud til at modulere mod.

Da Tye oprettede sit laboratorium på MIT's Picower Institute for Learning and Memory i 2012, fulgte hun de neurale forbindelser af amygdala til steder som den præfrontale cortex, kendt som hjernens executive, og hippocampus, sædet for episodisk hukommelse . Målet var at konstruere kort over de kredsløb på tværs af hjernen, som vi stoler på for at forstå verden, give mening med vores øjeblik-til-øjeblik-oplevelse og reagere på forskellige situationer.

Hun begyndte at studere ensomhed hovedsageligt ved serendipity. Mens han spejdede efter nye postdocs, stødte Tye på Gillian Matthews arbejde. Som kandidatstuderende ved Imperial College London havde Matthews gjort en uventet opdagelse, da hun adskilte musene i sine eksperimenter fra hinanden. Social isolation - selve det at være alene - syntes at have ændret hjerneceller kaldet DRN-neuroner på måder, der antydede, at de kunne spille en rolle i ensomhed.

Tye så straks mulighederne. Åh, gud – det her er utroligt! hun husker at tænke. At tegnene på social isolation kunne spores til en bestemt del af hjernen, gav fuldstændig mening for hende. Men hvor er det, og hvordan finder du det? Hvis dette kunne være regionen, tænkte jeg, ville det være super interessant. I alle hendes undersøgelser af neuroner, siger Tye, havde jeg aldrig set noget om social isolation før. Nogensinde.

Tye indså, at hvis hun og Matthews kunne konstruere et kort over et ensomhedskredsløb, kunne de i laboratoriet besvare præcis den slags spørgsmål, hun håbede at udforske: Hvordan gennemsyrer hjernen social isolation med mening? Hvordan og hvornår bliver den objektive oplevelse af ikke at være omkring mennesker med andre ord den subjektive oplevelse af ensomhed? Det første skridt var at bedre forstå den rolle, som DRN-neuronerne spillede i denne mentale tilstand.

DRN neuroner er vist her i dopaminsystemet og nedstrøms kredsløb.

MATTHEW UNGLESS/IMPERIAL COLLEGE LONDON GILLIAN MATTHEWS / KAY TYE / MIT GILLIAN MATTHEWS / KAY TYE / MIT

En af de første ting, Tye og Matthews bemærkede, var, at når de stimulerede disse neuroner, var dyrene mere tilbøjelige til at søge social interaktion med andre mus. I et senere eksperiment viste de, at dyr, når de fik valget, aktivt undgik områder i deres bure, der, når de gik ind, udløste aktiveringen af ​​neuronerne. Dette antydede, at deres søgen efter social interaktion mere var drevet af et ønske om at undgå smerte end at skabe nydelse – en oplevelse, der efterlignede den afskyelige oplevelse af ensomhed.

I et opfølgende eksperiment satte forskerne nogle af musene i isolation i 24 timer og genindførte dem derefter til sociale grupper. Som man kunne forvente, søgte dyrene ud og brugte usædvanlig meget tid på at interagere med andre dyr, som om de havde været ensomme. Derefter isolerede Tye og Matthews de samme mus igen, denne gang ved at bruge optogenetik til at dæmpe DRN-neuronerne efter perioden i ensomhed. Denne gang mistede dyrene lysten til social kontakt. Det var, som om den sociale isolation ikke var blevet registreret i deres hjerner.

Forskere har længe vidst, at hjernen rummer den biologiske ækvivalent af en bils brændstofmåler - et komplekst homøostatisk system, der gør det muligt for vores grå stof at spore tilstanden af ​​vores grundlæggende biologiske behov, som for mad, vand og søvn. Formålet med systemet er at drive os hen imod adfærd, der sigter mod at opretholde eller genoprette vores naturlige balance.

Tye og Matthews syntes at have fundet ækvivalenten til en homøostatisk regulator til gnaveres basale sociale kontaktbehov. Det næste spørgsmål: Hvad betyder disse fund for mennesker?

Hungrer efter et smil

For at besvare det spørgsmål arbejder Tye sammen med forskere i laboratoriet hos Rebecca Saxe, en professor i kognitiv neurovidenskab ved MIT, som har specialiseret sig i studiet af menneskelig social kognition og følelser.

De menneskelige eksperimenter er langt sværere at designe, fordi den hjernekirurgi, der kræves til optogenetik, ikke er en mulighed. Men det er muligt at udsætte ensomme mennesker for billeder af venlige mennesker, der tilbyder sociale signaler - som et smil - og derefter overvåge og registrere ændringer i blodgennemstrømningen til forskellige dele af hjernen ved hjælp af fMRI-billeddannelse. Og takket være tidligere eksperimenter har forskerne en god idé om, hvor i hjernen de skal kigge - et område, der er analogt med det, Matthews og Tye studerede i mus.

Sidste år rekrutterede Livia Tomova, en postdoc, der har overvåget forskningen i Saxes laboratorium, 40 frivillige, som selv identificerede sig med store sociale netværk og meget lave niveauer af ensomhed. Tomova forviste sine forsøgspersoner til et værelse i laboratoriet og forbød enhver menneskelig kontakt i 10 timer. Til sammenligning bad Tomova de samme deltagere om at komme tilbage til en anden 10-timers session, der indeholdt masser af social interaktion, men ingen mad.

Tomova og Saxe brugte fMRI-scanninger til at måle hjernens reaktion på mad og social interaktion efter perioder med faste og isolation. Scanningen til højre viser aktivitet i mellemhjernen forbundet med belønninger.

I slutningen af ​​hver session blev forsøgspersonerne bedt om at klatre ind i fMRI-scanneren og blev udsat for forskellige billeder: nogle viste mennesker, der gav nonverbale sociale signaler, og andre indeholdt billeder af mad.

I modsætning til Tye og Matthews var Tomova ude af stand til at komme ind på individuelle neuroner. Men hun var i stand til at spore ændringer i blodgennemstrømningen inden for større områder af scanningen, kendt som voxels; hver voxel viste den skiftende aktivitet af diskrete populationer af flere tusinde neuroner. Tomova fokuserede på områder af mellemhjernen, der vides at være rige på neuroner, der er forbundet med produktion og behandling af neurotransmitteren dopamin.

Disse områder er allerede i andre eksperimenter blevet forbundet med følelsen af ​​at ville eller begære noget. Det er områder, der lyser op som reaktion på billeder af mad, når en person er sulten, eller på stofrelaterede billeder hos mennesker med afhængighed. Ville de gøre det samme i ensomme mennesker, der viser billeder af et smil?

Svaret var klart: Efter den sociale isolation viste forsøgspersonernes hjernescanninger langt mere aktivitet i mellemhjernen, når de fik vist billederne af sociale signaler. Når forsøgspersonerne var sultne, men ikke var blevet socialt isolerede, udviste de en tilsvarende robust reaktion på mad-signalerne, men ikke på de sociale.

Uanset om det er lysten til social kontakt eller driften til andre ting som mad, ser det ud til at være repræsenteret på en meget lignende måde, siger Tomova.

Pandemieksperimentet

At forstå, hvordan sulten efter social kontakt frembringes i hjernen, kan muliggøre en dybere forståelse af den rolle, social isolation spiller i nogle sygdomme.

Objektiv måling af ensomhed i hjernen, i modsætning til at spørge folk, hvordan de har det, kunne give en vis klarhed om sammenhængen mellem f.eks. depression og ensomhed. Hvad kommer først - forårsager depression ensomhed, eller forårsager ensomhed depression? Og kan social intervention anvendt på det rigtige tidspunkt hjælpe med at bekæmpe depression?

Indsigt i kredsløbet af ensomhed i hjernen kan også kaste lys over afhængighed, som isolerede dyr er mere tilbøjelige til, ifølge nogle undersøgelser. Beviset forekommer særligt stærkt hos unge dyr, som synes at være endnu mere følsomme over for virkningerne af social isolation end ældre eller yngre. Mennesker mellem 16 og 24 år er de mest tilbøjelige til at rapportere om at føle sig ensomme, og det er også den alder, hvor mange psykiske lidelser først begynder at vise sig. Er der en sammenhæng?

Indsigt i kredsløbet af ensomhed i hjernen kan kaste lys over afhængighed.

Men det mest åbenlyse aktuelle behov kan være som svar på den sociale isolation foranlediget af covid-pandemien. Nogle internetundersøgelser rapporterer ingen generel stigning i ensomhed siden pandemien begyndte, men hvad med mennesker med størst risiko for psykiske problemer? Når de er isoleret, på hvilket tidspunkt begynder det at bringe deres psykiske og fysiske velbefindende i fare? Og hvilke typer indgreb kan beskytte dem mod den fare? Når vi kan måle ensomhed, kan vi begynde at finde ud af det, hvilket gør det langt nemmere at designe målrettede indsatser.

Et vigtigt spørgsmål for fremtidig forskning er, hvor meget og hvilke former for positiv social interaktion er tilstrækkelig til at opfylde dette grundlæggende behov og dermed eliminere den neurale trang-respons, Tomova og Tye skrev i et fortryk af deres kommende papir, offentliggjort i slutningen af ​​marts. Pandemien understregede behovet for en bedre forståelse af menneskelige sociale behov og den neurale mekanisme, der ligger til grund for social motivation, skrev de. Den nuværende undersøgelse giver et første skridt i den retning.

Det signalerer, i det typisk underspillede videnskabssprog, fødslen af ​​et helt nyt forskningsfelt – ikke noget man ofte bliver vidne til, endsige være en del af.

Det er bare så spændende for mig, for det er alle begreber, som vi har hørt om en million gange i psykologien, og for allerførste gang har vi faktisk celler i hjernen, som vi kan koble til systemet, siger Tye. Og når du først har én celle, kan du spore baglæns, du kan spore fremad; du kan finde ud af, hvad der er opstrøms; du kan finde ud af, hvad alle neuroner, der er opstrøms, laver, og hvilke budbringere, der sendes, siger Tye. Nu kan du finde hele kredsløbet; du ved, hvor du skal starte.

skjule