Hvorfor føler du deg ensom? Nevrovitenskap begynner å finne svar.

En nevroforskers jakt på ensomhet kan hjelpe oss å bedre forstå kostnadene ved sosial isolasjon. Av

• Adam Piore arkivside

4. september 2020

Jenny Siegwart

Lenge før verden noen gang hadde hørt om covid-19, satte Kay Tye seg for å svare på et spørsmål som har fått ny resonans i en alder av sosial distansering: Når folk føler seg ensomme, ønsker de sosiale interaksjoner på samme måte som en sulten person lyst på mat? Og kunne hun og hennes kolleger oppdage og måle denne sulten i hjernens nevrale kretsløp?

Ensomhet er en universell ting. Hvis jeg skulle spørre folk på gaten: ‘Vet du hva det vil si å være ensom?’ ville sannsynligvis 99 eller 100 % av folk sagt ja, forklarer Tye, en nevroforsker ved Salk Institute of Biological Sciences. Det virker rimelig å hevde at det burde være et begrep innen nevrovitenskap. Det er bare det at ingen noen gang har funnet en måte å teste det og lokalisere det til bestemte celler. Det er det vi prøver å gjøre.

De siste årene har det dukket opp en omfattende vitenskapelig litteratur som knytter ensomhet til depresjon, angst, alkoholisme og narkotikamisbruk. Det er til og med en voksende mengde epidemiologisk arbeid som viser at ensomhet gjør deg mer sannsynlig å bli syk: det ser ut til å føre til kronisk frigjøring av hormoner som undertrykker sunn immunfunksjon. Biokjemiske endringer fra ensomhet kan fremskynde spredningen av kreft, fremskynde hjertesykdom og Alzheimers, eller rett og slett tappe de mest vitale blant oss for viljen til å fortsette. Evnen til å måle og oppdage det kan bidra til å identifisere de som er i fare, og bane vei for nye typer intervensjoner.

I månedene fremover, advarer mange, vil vi sannsynligvis se de mentale helseeffektene av covid-19 spille ut på global skala. Psykiatere er allerede bekymret for økende forekomst av selvmord og overdoser av narkotika i USA, og sosial isolasjon, sammen med angst og kronisk stress, er en sannsynlig årsak. Erkjennelsen av virkningen av sosial isolasjon på resten av mental helse kommer til å ramme alle veldig snart, sier Tye. Jeg tror påvirkningen på mental helse vil være ganske intens og ganske umiddelbar.

Likevel er det en vanskelig utfordring å kvantifisere, eller til og med definere, ensomhet. Faktisk så vanskelig at nevrovitenskapsmenn lenge har unngått temaet.

Ensomhet, sier Tye, er iboende subjektiv. Det er mulig å tilbringe dagen fullstendig isolert, i rolig kontemplasjon og føle seg oppmuntret. Eller å stuve i fremmedgjort elendighet omgitt av en folkemengde, i hjertet av en storby, eller akkompagnert av nære venner og familie. Eller, for å ta et mer moderne eksempel, å delta i en Zoom-samtale med kjære i en annen by og føle seg dypt knyttet – eller enda mer ensom enn da samtalen begynte.

Denne uklarheten kan forklare de merkelige resultatene som kom tilbake da Tye, før hun publiserte sin første vitenskapelige artikkel om nevrovitenskapen om ensomhet i 2016, søkte etter andre artikler om emnet. Selv om hun fant studier om ensomhet i den psykologiske litteraturen, var antallet artikler som også inneholdt ordene celler, nevroner eller hjerne, nøyaktig null.

Nevrovitenskapsmenn har lenge antatt at spørsmål om hvordan ensomhet kan fungere i den menneskelige hjernen ville unngå deres datadrevne laboratorier.

Selv om ensomhetens natur har opptatt noen av de største hjernene innen filosofi, litteratur og kunst i årtusener, har nevrovitenskapsmenn lenge antatt at spørsmål om hvordan det kan fungere i den menneskelige hjernen ville unngå deres datadrevne laboratorier. Hvordan kvantifiserer du opplevelsen? Og hvor ville du i det hele tatt begynne å lete i hjernen etter endringene forårsaket av en slik subjektiv følelse?

Tye håper å endre det ved å bygge et helt nytt felt: et som tar sikte på å analysere og forstå hvordan våre sensoriske oppfatninger, tidligere erfaringer, genetiske predisposisjoner og livssituasjoner kombineres med miljøet vårt for å produsere en konkret, målbar biologisk tilstand kalt ensomhet. Og hun ønsker å identifisere hvordan den tilsynelatende ubeskrivelige opplevelsen ser ut når den aktiveres i hjernen.

Hvis Tye lykkes, kan det føre til nye verktøy for å identifisere og overvåke de som er i fare for sykdommer som forverres av ensomhet. Det kan også gi bedre måter å håndtere det som kan være en truende folkehelsekrise utløst av covid-19.

Finne ensomhetsnevronene

Tye har funnet spesifikke populasjoner av nevroner i gnagerhjerner som ser ut til å være assosiert med et målbart behov for sosial interaksjon - en sult som kan manipuleres ved å stimulere selve nevronene direkte. For å finne disse nevronene, stolte Tye på en teknikk hun utviklet mens hun jobbet som postdoktor i Stanford University-laboratoriet til Karl Deisseroth.

Deisseroth var banebrytende for optogenetics, en teknikk der genmanipulerte, lysfølsomme proteiner implanteres i hjerneceller; Forskere kan deretter slå individuelle nevroner på eller av ganske enkelt ved å skinne lys på dem gjennom fiberoptiske kabler. Selv om teknikken er altfor invasiv til å brukes på mennesker – så vel som en injeksjon i hjernen for å levere proteinene, krever den å tre den fiberoptiske kabelen gjennom hodeskallen og direkte inn i hjernen – tillater den forskere å justere nevroner i live , fritt bevegelige gnagere og deretter observere deres oppførsel.

Tye begynte å bruke optogenetikk hos gnagere for å spore nevrale kretsløp involvert i følelser, motivasjon og sosial atferd. Hun fant ut at ved å aktivere et nevron og deretter identifisere de andre delene av hjernen som reagerte på signalet nevronet ga ut, kunne hun spore de diskrete kretsene til celler som jobber sammen for å utføre spesifikke funksjoner. Tye sporet omhyggelig forbindelsene ut av amygdala, et mandelformet sett med nevroner som antas å være sete for frykt og angst både hos gnagere og hos mennesker.

Kay Tye, en nevroforsker ved Salk Institute of Biological Sciences, prøver å oppdage og måle ensomhet i hjernens nevrale kretsløp.

JENNY SIEGWART

Forskere hadde lenge visst at stimulering av amygdala som helhet kunne få et dyr til å krype i frykt. Men ved å følge labyrinten av forbindelser inn og ut av forskjellige deler av amygdalaen, var Tye i stand til å demonstrere at hjernens fryktkrets var i stand til å gi sansestimuli langt mer nyanser enn tidligere forstått. Det så faktisk ut til å modulere mot også.

Da Tye satte opp laboratoriet ved MITs Picower Institute for Learning and Memory i 2012, fulgte hun de nevrale forbindelsene til amygdala til steder som den prefrontale cortex, kjent som hjernens executive, og hippocampus, setet for episodisk minne. . Målet var å konstruere kart over kretsene over hjernen som vi stoler på for å forstå verden, gi mening med vår øyeblikk-til-øyeblikk-opplevelse og svare på forskjellige situasjoner.

Hun begynte å studere ensomhet hovedsakelig ved serendipity. Mens han letet etter nye postdoktorer, kom Tye over arbeidet til Gillian Matthews. Som doktorgradsstudent ved Imperial College London hadde Matthews gjort en uventet oppdagelse da hun skilte musene i eksperimentene sine fra hverandre. Sosial isolasjon – selve det å være alene – så ut til å ha endret hjerneceller kalt DRN-neuroner på måter som antydet at de kunne spille en rolle i ensomhet.

Tye så umiddelbart mulighetene. Å herregud – dette er utrolig! husker hun at hun tenkte. At tegnene på sosial isolasjon kunne spores til en bestemt del av hjernen, ga henne mening. Men hvor er den og hvordan finner du den? Hvis dette kunne være regionen, tenkte jeg, ville det vært superinteressant. I alle hennes studier av nevroner, sier Tye, hadde jeg aldri sett noe om sosial isolasjon før. Noen gang.

Tye innså at hvis hun og Matthews kunne konstruere et kart over en ensomhetskrets, kunne de i laboratoriet svare på akkurat de spørsmålene hun håpet å utforske: Hvordan gir hjernen sosial isolasjon mening? Hvordan og når blir den objektive opplevelsen av å ikke være rundt mennesker, med andre ord, den subjektive opplevelsen av ensomhet? Det første trinnet var å bedre forstå rollen DRN-nevronene spilte i denne mentale tilstanden.

DRN-neuroner er vist her i dopaminsystemet og nedstrøms kretsløp.

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

Noe av det første Tye og Matthews la merke til var at når de stimulerte disse nevronene, var det mer sannsynlig at dyrene ville søke sosial interaksjon med andre mus. I et senere eksperiment viste de at dyr, når de fikk valget, aktivt unngikk områder i burene deres som, når de gikk inn, utløste aktiveringen av nevronene. Dette antydet at deres søken etter sosial interaksjon var mer drevet av et ønske om å unngå smerte enn å generere nytelse – en opplevelse som etterlignet den aversive opplevelsen av ensomhet.

I et oppfølgingseksperiment satte forskerne noen av musene i isolasjon i 24 timer og introduserte dem deretter til sosiale grupper. Som man kunne forvente, oppsøkte dyrene og brukte uvanlig mye tid på å samhandle med andre dyr, som om de hadde vært ensomme. Så isolerte Tye og Matthews de samme musene igjen, denne gangen ved å bruke optogenetikk for å dempe DRN-nevronene etter perioden i ensomhet. Denne gangen mistet dyrene lysten til sosial kontakt. Det var som om den sosiale isolasjonen ikke var registrert i hjernen deres.

Forskere har lenge visst at hjernen har den biologiske ekvivalenten til en bils drivstoffmåler – et komplekst homeostatisk system som lar vår grå substans spore tilstanden til våre grunnleggende biologiske behov, som mat, vann og søvn. Formålet med systemet er å drive oss mot atferd rettet mot å opprettholde eller gjenopprette vår naturlige balanse.

Tye og Matthews så ut til å ha funnet ekvivalenten til en homeostatisk regulator for de grunnleggende sosiale kontaktbehovene til gnagere. Det neste spørsmålet: Hva betyr disse funnene for mennesker?

Sulten på et smil

For å svare på det spørsmålet jobber Tye med forskere i laboratoriet til Rebecca Saxe, en professor i kognitiv nevrovitenskap ved MIT, som spesialiserer seg på studiet av menneskelig sosial kognisjon og følelser.

De menneskelige eksperimentene er langt vanskeligere å designe fordi hjernekirurgien som kreves for optogenetikk ikke er et alternativ. Men det er mulig å utsette ensomme mennesker for bilder av vennlige mennesker som tilbyr sosiale signaler – som et smil – og deretter overvåke og registrere endringer i blodstrømmen til forskjellige deler av hjernen ved hjelp av fMRI-avbildning. Og takket være tidligere eksperimenter har forskerne en god ide om hvor i hjernen de skal lete – et område som er analogt med det Matthews og Tye studerte hos mus.

I fjor rekrutterte Livia Tomova, en postdoktor som har overvåket forskningen i Saxes laboratorium, 40 frivillige som selv identifiserte seg som å ha store sosiale nettverk og svært lave nivåer av ensomhet. Tomova eksilerte forsøkspersonene sine til et rom i laboratoriet og forbød enhver menneskelig kontakt i 10 timer. Til sammenligning ba Tomova de samme deltakerne om å komme tilbake for en andre 10-timers økt som inneholdt mye sosial interaksjon, men ingen mat.

Tomova og Saxe brukte fMRI-skanninger for å måle hjernens respons på mat og sosial interaksjon etter perioder med faste og isolasjon. Skanningen til høyre viser aktivitet i mellomhjernen forbundet med belønninger.

På slutten av hver økt ble forsøkspersonene bedt om å klatre inn i fMRI-skanneren og ble eksponert for forskjellige bilder: noen viste personer som ga ikke-verbale sosiale signaler, og andre inneholdt bilder av mat.

I motsetning til Tye og Matthews, klarte ikke Tomova å komme inn på individuelle nevroner. Men hun var i stand til å spore endringer i blodstrømmen innenfor større områder av skanningen, kjent som voxels; hver voxel viste den skiftende aktiviteten til diskrete populasjoner av flere tusen nevroner. Tomova fokuserte på områder i mellomhjernen som er kjent for å være rike på nevronene forbundet med produksjon og prosessering av nevrotransmitteren dopamin.

Disse områdene har allerede blitt knyttet i andre eksperimenter til følelsen av å ville eller ha lyst på noe. De er områder som lyser opp som svar på bilder av mat når en person er sulten, eller på narkotikarelaterte bilder hos personer med avhengighet. Ville de gjøre det samme i ensomme mennesker som viser bilder av et smil?

Svaret var klart: etter den sosiale isolasjonen viste forsøkspersonenes hjerneskanninger langt mer aktivitet i mellomhjernen når de ble vist bildene av sosiale signaler. Når forsøkspersonene var sultne, men ikke hadde vært sosialt isolert, viste de en tilsvarende robust reaksjon på matvarene, men ikke på de sosiale.

Enten det er driften for sosial kontakt eller driften av andre ting som mat, ser det ut til å være representert på en veldig lik måte, sier Tomova.

Pandemieksperimentet

Å forstå hvordan sulten etter sosial kontakt produseres i hjernen kan gi en dypere forståelse av rollen sosial isolasjon spiller i enkelte sykdommer.

Objektiv måling av ensomhet i hjernen, i motsetning til å spørre folk hvordan de har det, kan for eksempel gi en viss klarhet i sammenhengen mellom depresjon og ensomhet. Hva kommer først – forårsaker depresjon ensomhet, eller forårsaker ensomhet depresjon? Og kan sosial intervensjon brukt til rett tid bidra til å bekjempe depresjon?

Innsikt i kretsløpet for ensomhet i hjernen kan også kaste lys over avhengighet, som isolerte dyr er mer utsatt for, ifølge noen forskning. Bevisene virker spesielt sterke hos unge dyr, som ser ut til å være enda mer følsomme for effektene av sosial isolasjon enn eldre eller yngre. Mennesker mellom 16 og 24 år er mest sannsynlige for å rapportere at de føler seg ensomme, og dette er også alderen da mange psykiske lidelser først begynner å manifestere seg. Er det en sammenheng?

Innsikt i kretsløpet for ensomhet i hjernen kan kaste lys over avhengighet.

Men det mest åpenbare nåværende behovet kan være et svar på den sosiale isolasjonen forårsaket av covid-pandemien. Noen Internett-undersøkelser rapporterer ingen generell økning i ensomhet siden pandemien begynte, men hva med folk med størst risiko for psykiske helseproblemer? Når de er isolert, på hvilket tidspunkt begynner det å sette deres psykiske og fysiske velvære i fare? Og hvilke typer inngrep kan beskytte dem mot den faren? Når vi kan måle ensomhet, kan vi begynne å finne ut av det, noe som gjør det langt enklere å designe målrettede intervensjoner.

Et viktig spørsmål for fremtidig forskning er hvor mye og hva slags positiv sosial interaksjon som er tilstrekkelig for å oppfylle dette grunnleggende behovet og dermed eliminere den nevrale trangresponsen, Tomova og Tye skrev i et forhåndstrykk av deres kommende papir, lagt ut i slutten av mars. Pandemien understreket behovet for en bedre forståelse av menneskelige sosiale behov og den nevrale mekanismen som ligger til grunn for sosial motivasjon, skrev de. Den nåværende studien gir et første skritt i den retningen.

Det, på det typisk undervurderte vitenskapens språk, signaliserer fødselen av et helt nytt forskningsfelt – ikke noe du ofte blir vitne til, enn si være en del av.

Det er bare så spennende for meg, fordi dette er alle konsepter som vi har hørt om en million ganger i psykologi, og for aller første gang har vi faktisk celler i hjernen som vi kan koble til systemet, sier Tye. Og når du først har én celle, kan du spore bakover, du kan spore fremover; du kan finne ut hva som er oppstrøms; du kan finne ut hva alle nevronene som er oppstrøms gjør, og hvilke budbringere som sendes, sier Tye. Nå kan du finne hele kretsen; du vet hvor du skal begynne.

gjemme seg