Als iets nieuw is, leren we sneller – dankzij dopamine

Leuvense wetenschappers onder leiding van Sebastian Haesler (NERF, empowered by imec, KU Leuven en VIB) hebben ontdekt hoe het komt dat nieuwe prikkels ervoor zorgen dat we sneller leren. Als iets nieuw is, komt er dopamine vrij, en dat zorgt voor zogenaamd ‘associatief leren’. De onderzoeksresultaten kunnen op termijn helpen om leerstrategieën en leerprocessen bij te sturen en om algoritmen voor machine learning te verbeteren.

Nieuwe dingen leren

Associatief leren is iets wat zowel dieren als mensen doen. Hierbij leggen we een verbinding of associatie tussen een bepaalde prikkel en een actie met een positieve of negatieve uitkomst. We gebruiken associatief leren bijna dagelijks: we belonen kinderen bijvoorbeeld voor het maken van hun huiswerk of beperken hun schermtijd als ze zich niet gedragen.

Wetenschappers weten al decennia dat ook nieuwe prikkels het associatief leren bevorderen, maar ze tastten in het duister over de onderliggende biologische mechanismen.

“Eerder onderzoek wees erop dat nieuwe, onbekende informatie het dopamine-systeem in de hersenen zou kunnen activeren. Daarom wilden we weten of dopamine-activering ook associatief leren zou kunnen stimuleren,” zegt prof. Sebastian Haesler, die de studie leidde.

Iets nieuws opsnuiven?

Om aan te tonen dat nieuwe informatie inderdaad de dopamine-neuronen activeert, stelden de onderzoekers muizen bloot aan zowel nieuwe als bekende geuren.

“Wanneer muizen iets nieuws ruiken, worden ze erg opgewonden en beginnen ze heel snel te snuffelen. Dit natuurlijke, spontane gedrag is een uitstekende manier om te bestuderen hoe iets nieuws wordt gepercipieerd,” legt dr. Cagatay Aydin uit, een postdoctoraal onderzoeker in de groep van Sebastian Haesler. Met de muizenexperimenten bevestigde het team dat dopamine-neuronen wél werden geactiveerd door nieuwe geuren, maar niet door vertrouwde geuren.

In een tweede stap werden de muizen getraind om nieuwe en bekende geuren te associëren met een beloning.

“Toen we de dopamine-activering door nieuwe prikkels heel specifiek blokkeerden, leerden de dieren minder snel om de beloning aan de geur te koppelen. Als we net het tegenovergestelde deden, namelijk de dopamine-neuronen stimuleren bij gekende prikkels, dan ging het leren juist sneller,” zegt Joachim Morrens, doctoraatsstudent in de onderzoeksgroep.

De waarde van iets nieuws

De bevindingen tonen aan dat dopamine-activering door nieuwe prikkels leerprocessen positief beïnvloedt. De experimenten kunnen ook helpen om informaticamodellen op punt stellen. Die kunnen bijvoorbeeld een ‘nieuwsbonus’ bevatten om het positieve effect van nieuwheid op leren te verklaren. Zo’n bonus kan machine learning algoritmen versnellen en efficiënter maken.

Praktisch gezien wijst deze studie erop dat we er inderdaad goed aan doen om onze routine wat vaker te doorbreken en op zoek te gaan naar nieuwe ervaringen, om zo beter te kunnen leren.

Publicatie

Morrens et al. 2020. Cue-evoked dopamine promotes conditioned responding during learning. Neuron

Vragen

Een doorbraak in onderzoek betekent niet hetzelfde als een doorbraak in de geneeskunde. De verwezenlijkingen van VIB-onderzoekers kunnen de basis vormen voor nieuwe therapieën, maar het ontwikkelingstraject neemt nog jaren in beslag. Dit kan veel vragen oproepen. Daarom vragen we u om in uw reportage of artikel te verwijzen naar het e-mailadres dat VIB hiervoor ter beschikking stelt. Iedereen kan er met vragen omtrent dit en ander medisch gericht onderzoek terecht: patienteninfo@vib.be. 

Contact

Liesbeth Aerts (Perscommunicatie NERF) 
Mobile: +32 498 63 67 39 
Mail: Liesbeth.Aerts@nerf.be

Katrina Wright (Communicatie manager VIB)
Tel.: +32 9 244 66 11
Mail: Katrina.Wright@vib.be

Voor de redactie
Vermelding alle partners
Wanneer u hierover bericht, vragen wij u vriendelijk steeds alle partners te vernoemen. Bij retweet vermeld ons: @VIBLifeSciences @KU_Leuven @__NERF @imec_int  @sebhaesler  @imecVlaanderen

VIB
Basisonderzoek in de levenswetenschappen, dat is de kernactiviteit van VIB. Enerzijds de grenzen verleggen van wat we weten over moleculaire mechanismen, hoe deze mechanismen levende wezens zoals mensen, dieren, planten en micro-organismen regelen, en anderzijds zorgen voor tastbare resultaten die bijdragen aan een betere samenleving. Gestoeld op een partnerschap met vijf Vlaamse universiteiten - UGent, KU Leuven, Universiteit Antwerpen, Vrije Universiteit Brussel en Universiteit Hasselt – en een stevig investeringsprogramma, bundelt VIB de expertise van 81 onderzoeksgroepen in één instituut. Het techtransfer-team van VIB vertaalt proactief biologische inzichten in nieuwe economische activiteiten die op hun beurt weer kunnen leiden tot nieuwe producten, medicijnen e.d. die kunnen gebruikt worden in de geneeskunde, landbouw en tal van andere toepassingen. VIB neemt ook actief deel aan het publieke debat over biotechnologie door het ontwikkelen en verspreiden van een breed scala aan wetenschappelijk onderbouwde informatie over alle aspecten van de biotechnologie. Meer info op www.vib.be.

KU Leuven
De KU Leuven werd opgericht in 1425 en is naast de oudste ook de meest innovatieve universiteit van Europa (Reuters). Met haar 58 000 studenten en meer dan 20 000 medewerkers is zij bovendien de grootste universiteit van België. Vijftien faculteiten bieden bachelor- en masteropleidingen aan op 10 locaties in Vlaanderen. De verschillende klemtonen en aanpak op de campussen zorgen voor een grote variatie in het onderwijsaanbod. De opleidingen zijn gebaseerd op het onderzoek van meer dan 7000 wetenschappers. Als medeoprichter van de League of European Research Universities (LERU) is KU Leuven zowel nationaal als internationaal een toonaangevende onderzoeksinstelling.
Meer informatie: www.kuleuven.be

NERF
Lees meer: www.nerf.be

imec
Lees meer: https://www.imec.be/nl/