Varför känner du dig ensam? Neurovetenskapen börjar hitta svar.

En neurovetares jakt på ensamhet kan hjälpa oss att bättre förstå kostnaderna för social isolering. Förbi

• Adam Piore arkivsida

4 september 2020

Jenny Siegwart

Långt innan världen någonsin hade hört talas om covid-19, gav Kay Tye sig för att svara på en fråga som har fått ny resonans i en ålder av social distansering: När människor känner sig ensamma, längtar de efter sociala interaktioner på samma sätt som en hungrig person sugen på mat? Och kunde hon och hennes kollegor upptäcka och mäta denna hunger i hjärnans nervkretsar?

Ensamhet är en universell sak. Om jag skulle fråga folk på gatan: ’Vet du vad det innebär att vara ensam?’ skulle förmodligen 99 eller 100 % av människorna svara ja, förklarar Tye, neuroforskare vid Salk Institute of Biological Sciences. Det verkar rimligt att hävda att det borde vara ett begrepp inom neurovetenskap. Det är bara det att ingen någonsin hittat ett sätt att testa det och lokalisera det till specifika celler. Det är vad vi försöker göra.

Under de senaste åren har en omfattande vetenskaplig litteratur dykt upp som kopplar ensamhet till depression, ångest, alkoholism och drogmissbruk. Det finns till och med en växande mängd epidemiologiskt arbete som visar att ensamhet gör dig mer benägen att bli sjuk: det verkar föranleda den kroniska frisättningen av hormoner som undertrycker en sund immunfunktion. Biokemiska förändringar från ensamhet kan påskynda spridningen av cancer, påskynda hjärtsjukdomar och Alzheimers eller helt enkelt tömma de mest vitala av oss på viljan att fortsätta. Förmågan att mäta och upptäcka det kan hjälpa till att identifiera dem som är i riskzonen och bana väg för nya typer av insatser.

Under de kommande månaderna, varnar många, kommer vi sannolikt att se effekterna av covid-19 på mental hälsa utspela sig på global skala. Psykiatriker är redan oroliga för ökande självmords- och drogöverdoser i USA, och social isolering, tillsammans med ångest och kronisk stress, är en trolig orsak. Erkännandet av inverkan av social isolering på resten av mental hälsa kommer att drabba alla väldigt snart, säger Tye. Jag tror att påverkan på mental hälsa kommer att bli ganska intensiv och ganska omedelbar.

Ändå är det en svår utmaning att kvantifiera, eller till och med definiera, ensamhet. Faktiskt så svårt att neuroforskare länge har undvikit ämnet.

Ensamhet, säger Tye, är till sin natur subjektiv. Det är möjligt att tillbringa dagen helt isolerad, i stilla kontemplation och känna sig pigg. Eller att stuva i alienerad misär omgiven av en folkmassa, i hjärtat av en storstad, eller i sällskap av nära vänner och familj. Eller, för att ta ett mer modernt exempel, att delta i ett Zoom-samtal med nära och kära i en annan stad och känna sig djupt sammankopplad – eller till och med mer ensam än när samtalet började.

Denna luddighet kan förklara de märkliga resultaten som kom tillbaka när Tye, innan hon publicerade sin första vetenskapliga artikel om neurovetenskapen om ensamhet 2016, sökte efter andra artiklar om ämnet. Även om hon hittade studier om ensamhet i den psykologiska litteraturen, var antalet artiklar som också innehöll orden celler, neuroner eller hjärna exakt noll.

Neuroforskare har länge antagit att frågor om hur ensamhet kan fungera i den mänskliga hjärnan skulle undgå deras datadrivna labb.

Även om ensamhetens natur har sysselsatt några av de största sinnena inom filosofi, litteratur och konst i årtusenden, har neuroforskare länge antagit att frågor om hur det kan fungera i den mänskliga hjärnan skulle undgå deras datadrivna labb. Hur kvantifierar du upplevelsen? Och var skulle du ens börja leta i hjärnan efter de förändringar som en sådan subjektiv känsla medför?

Tye hoppas kunna ändra på det genom att bygga ett helt nytt fält: ett som syftar till att analysera och förstå hur våra sensoriska uppfattningar, tidigare erfarenheter, genetiska anlag och livssituationer kombineras med vår miljö för att producera ett konkret, mätbart biologiskt tillstånd som kallas ensamhet. Och hon vill identifiera hur den till synes outsägliga upplevelsen ser ut när den aktiveras i hjärnan.

Om Tye lyckas kan det leda till nya verktyg för att identifiera och övervaka personer som löper risk att drabbas av sjukdomar som förvärras av ensamhet. Det kan också ge bättre sätt att hantera vad som kan vara en hotande folkhälsokris utlöst av covid-19.

Att hitta ensamhetsneuronerna

Tye har hittat specifika populationer av neuroner i gnagarhjärnor som verkar vara associerade med ett mätbart behov av social interaktion - en hunger som kan manipuleras genom att direkt stimulera själva neuronerna. För att lokalisera dessa neuroner förlitade sig Tye på en teknik som hon utvecklade när hon arbetade som postdoc i Stanford University-labbet i Karl Deisseroth.

Deisseroth hade banat väg för optogenetik, en teknik där genmanipulerade, ljuskänsliga proteiner implanteras i hjärnceller; forskare kan sedan slå på eller stänga av individuella neuroner genom att helt enkelt lysa ljus på dem genom fiberoptiska kablar. Även om tekniken är alldeles för invasiv för att användas på människor - såväl som en injektion i hjärnan för att leverera proteinerna, kräver den att den fiberoptiska kabeln träs genom skallen och direkt in i hjärnan - tillåter den forskare att justera neuroner i live , fritt rörliga gnagare och observera sedan deras beteende.

Tye började använda optogenetik hos gnagare för att spåra de neurala kretsar som är involverade i känslor, motivation och sociala beteenden. Hon fann att genom att aktivera en neuron och sedan identifiera de andra delarna av hjärnan som svarade på signalen som neuronen gav ut, kunde hon spåra de diskreta kretsarna av celler som samverkar för att utföra specifika funktioner. Tye spårade noggrant kopplingarna ur amygdala, en mandelformad uppsättning neuroner som tros vara sätet för rädsla och ångest både hos gnagare och hos människor.

Kay Tye, en neuroforskare vid Salk Institute of Biological Sciences, försöker upptäcka och mäta ensamhet i hjärnans neurala kretsar.

JENNY SIEGWART

Forskare hade länge vetat att stimulering av amygdala som helhet kunde få ett djur att krypa ihop av rädsla. Men genom att följa labyrinten av anslutningar in och ut ur olika delar av amygdala, kunde Tye visa att hjärnans rädslakrets kunde genomsyra sensoriska stimuli med mycket mer nyans än tidigare förstått. Det verkade faktiskt också modulera mod.

När Tye startade sitt labb vid MIT:s Picower Institute for Learning and Memory 2012, följde hon de neurala kopplingarna av amygdala till platser som den prefrontala cortex, känd som hjärnans verkställande, och hippocampus, sätet för episodiskt minne . Målet var att konstruera kartor över kretsarna i hjärnan som vi litar på för att förstå världen, göra mening med vår upplevelse från ögonblick till ögonblick och svara på olika situationer.

Hon började studera ensamhet till stor del genom serendipity. Medan han letade efter nya postdoktorer, stötte Tye på Gillian Matthews arbete. Som doktorand vid Imperial College London hade Matthews gjort en oväntad upptäckt när hon separerade mössen i sina experiment från varandra. Social isolering – själva faktumet att vara ensam – verkade ha förändrat hjärnceller som kallas DRN-neuroner på sätt som antydde att de kunde spela en roll i ensamhet.

Tye såg genast möjligheterna. Herregud – det här är otroligt! hon minns att hon tänkte. Att tecknen på social isolering kunde spåras till en specifik del av hjärnan var helt logiskt för henne. Men var är den och hur skulle du hitta den? Om det här kunde vara regionen, tänkte jag, skulle det vara superintressant. I alla hennes studier av neuroner, säger Tye, hade jag aldrig sett något om social isolering tidigare. Någonsin.

Tye insåg att om hon och Matthews kunde konstruera en karta över en ensamhetskrets, kunde de i labbet svara på exakt de typer av frågor hon hoppades utforska: Hur genomsyrar hjärnan social isolering med mening? Hur och när blir den objektiva upplevelsen av att inte vara runt människor, med andra ord, den subjektiva upplevelsen av ensamhet? Det första steget var att bättre förstå vilken roll DRN-neuronerna spelade i detta mentala tillstånd.

DRN-neuroner visas här i dopaminsystemet och nedströmskretsar.

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

En av de första sakerna Tye och Matthews märkte var att när de stimulerade dessa neuroner, var det mer sannolikt att djuren sökte social interaktion med andra möss. I ett senare experiment visade de att djur, när de fick valet, aktivt undvek områden i sina burar som, när de gick in, utlöste aktiveringen av neuronerna. Detta antydde att deras strävan efter social interaktion drevs mer av en önskan att undvika smärta än att skapa njutning – en upplevelse som efterliknade den motbjudande upplevelsen av ensamhet.

I ett uppföljande experiment satte forskarna några av mössen i isoleringscell i 24 timmar och återinförde dem sedan i sociala grupper. Som man kunde förvänta sig sökte djuren upp och tillbringade ovanligt mycket tid med att interagera med andra djur, som om de hade varit ensamma. Sedan isolerade Tye och Matthews samma möss igen, den här gången med optogenetik för att tysta DRN-neuronerna efter perioden i ensamhet. Den här gången tappade djuren lusten till social kontakt. Det var som om den sociala isoleringen inte hade registrerats i deras hjärnor.

Forskare har länge vetat att hjärnan har den biologiska motsvarigheten till en bils bränslemätare - ett komplext homeostatiskt system som gör att vår grå substans kan spåra tillståndet för våra grundläggande biologiska behov, som mat, vatten och sömn. Syftet med systemet är att driva oss mot beteenden som syftar till att bibehålla eller återställa vårt naturliga tillstånd av balans.

Tye och Matthews verkade ha hittat motsvarigheten till en homeostatisk regulator för de grundläggande sociala kontaktbehoven hos gnagare. Nästa fråga: Vad betyder dessa fynd för människor?

Sugen på ett leende

För att svara på den frågan arbetar Tye med forskare i labbet av Rebecca Saxe, en professor i kognitiv neurovetenskap vid MIT, som är specialiserad på studiet av mänsklig social kognition och känslor.

De mänskliga experimenten är mycket svårare att utforma eftersom den hjärnkirurgi som krävs för optogenetik inte är ett alternativ. Men det är möjligt att exponera ensamma människor för bilder av vänliga människor som erbjuder sociala signaler – som ett leende – och sedan övervaka och registrera förändringar i blodflödet till olika delar av hjärnan med hjälp av fMRI-avbildning. Och tack vare tidigare experiment har forskare en bra uppfattning om var i hjärnan de ska leta - ett område som är analogt med det Matthews och Tye studerade på möss.

Förra året rekryterade Livia Tomova, en postdoc som har övervakat forskningen i Saxes labb, 40 volontärer som själv identifierade sig ha stora sociala nätverk och mycket låga nivåer av ensamhet. Tomova förvisade sina försökspersoner till ett rum i labbet och förbjöd all mänsklig kontakt i 10 timmar. Som jämförelse bad Tomova samma deltagare att komma tillbaka för en andra 10-timmars session som innehöll massor av social interaktion, men ingen mat.

Tomova och Saxe använde fMRI-skanningar för att mäta hjärnans svar på mat och social interaktion efter perioder av fasta och isolering. Skanningen till höger visar aktivitet i mellanhjärnan i samband med belöningar.

I slutet av varje session ombads försökspersonerna att klättra in i fMRI-skannern och exponerades för olika bilder: vissa visade människor som gav icke-verbala sociala signaler, och andra innehöll bilder av mat.

Till skillnad från Tye och Matthews kunde Tomova inte komma in på enskilda neuroner. Men hon kunde spåra förändringar i blodflödet inom större områden av skanningen, så kallade voxels; varje voxel visade den förändrade aktiviteten hos diskreta populationer av flera tusen neuroner. Tomova fokuserade på områden i mellanhjärnan som är kända för att vara rika på neuroner som är associerade med att producera och bearbeta signalsubstansen dopamin.

Dessa områden har redan i andra experiment kopplats till känslan av att vilja eller längta efter något. De är områden som lyser upp som svar på bilder av mat när en person är hungrig, eller på drogrelaterade bilder hos personer med beroende. Skulle de göra samma sak om ensamma människor visade bilder på ett leende?

Svaret var tydligt: ​​efter den sociala isoleringen visade försökspersonernas hjärnskanningar mycket mer aktivitet i mellanhjärnan när de visades bilder av sociala signaler. När försökspersonerna var hungriga men inte hade varit socialt isolerade, uppvisade de en liknande robust reaktion på matsignalerna, men inte på de sociala.

Oavsett om det är drivkraften för social kontakt eller drivkraften för andra saker som mat, så verkar det representeras på ett väldigt liknande sätt, säger Tomova.

Pandemiexperimentet

Att förstå hur hungern efter social kontakt produceras i hjärnan kan ge en djupare förståelse för vilken roll social isolering spelar i vissa sjukdomar.

Att objektivt mäta ensamhet i hjärnan, i motsats till att fråga människor hur de mår, skulle kunna ge viss klarhet i sambandet mellan till exempel depression och ensamhet. Vad kommer först — orsakar depression ensamhet, eller orsakar ensamhet depression? Och kan social intervention som tillämpas vid rätt tidpunkt hjälpa till att bekämpa depression?

Insikter i kretsloppet för ensamhet i hjärnan kan också kasta lite ljus över beroende, vilket isolerade djur är mer benägna att, enligt viss forskning. Bevisen verkar särskilt stark hos ungdomar, som verkar vara ännu mer känsliga för effekterna av social isolering än äldre eller yngre. Människor mellan 16 och 24 år är mest benägna att rapportera att de känner sig ensamma, och detta är också den ålder då många psykiska störningar först börjar visa sig. Finns det ett samband?

Insikter i ensamhetens kretslopp i hjärnan kan kasta lite ljus över missbruk.

Men det mest uppenbara nuvarande behovet kan vara ett svar på den sociala isolering som orsakas av covid-pandemin. Några Internetundersökningar rapporterar ingen generell ökning av ensamheten sedan pandemin började, men hur är det med människor som löper störst risk för psykiska problem? När de är isolerade, vid vilken tidpunkt börjar det äventyra deras psykiska och fysiska välbefinnande? Och vilka typer av ingrepp kan skydda dem från den faran? När vi väl kan mäta ensamhet kan vi börja ta reda på det, vilket gör det mycket lättare att utforma riktade insatser.

En viktig fråga för framtida forskning är hur mycket och vilka typer av positiv social interaktion som är tillräcklig för att uppfylla detta grundläggande behov och därmed eliminera det neurala begäret, Tomova och Tye skrev i ett förtryck av deras kommande tidning, publicerad i slutet av mars. Pandemin betonade behovet av en bättre förståelse av mänskliga sociala behov och den neurala mekanism som ligger bakom social motivation, skrev de. Den aktuella studien ger ett första steg i den riktningen.

Det, på det typiskt underskattade vetenskapsspråket, signalerar födelsen av ett helt nytt forskningsfält – inget man ofta får bevittna, än mindre vara en del av.

Det är bara så spännande för mig, för det här är alla begrepp som vi har hört om en miljon gånger inom psykologi, och för allra första gången har vi faktiskt celler i hjärnan som vi kan länka till systemet, säger Tye. Och när du väl har en cell kan du spåra bakåt, du kan spåra framåt; du kan ta reda på vad som är uppströms; du kan ta reda på vad alla neuroner som är uppströms gör och vilka budbärare som skickas, säger Tye. Nu kan du hitta hela kretsen; du vet var du ska börja.

Dölj