Waarom voel je je eenzaam? De neurowetenschap begint antwoorden te vinden.

De jacht van een neurowetenschapper op eenzaamheid kan ons helpen de kosten van sociaal isolement beter te begrijpen. Door

• Adam Piore archiefpagina

4 september 2020

Jenny Siegwart

Lang voordat de wereld ooit van covid-19 had gehoord, begon Kay Tye een vraag te beantwoorden die nieuwe weerklank heeft gekregen in het tijdperk van sociale afstand: wanneer mensen zich eenzaam voelen, verlangen ze dan naar sociale interacties op dezelfde manier als een hongerig persoon hunkert naar eten? En konden zij en haar collega's deze honger detecteren en meten in de neurale circuits van de hersenen?

Eenzaamheid is iets universeels. Als ik mensen op straat zou vragen: 'Weet je wat het betekent om eenzaam te zijn?' zou waarschijnlijk 99 of 100% van de mensen ja zeggen, legt Tye uit, een neurowetenschapper aan het Salk Institute of Biological Sciences. Het lijkt redelijk om te beweren dat het een concept in de neurowetenschappen zou moeten zijn. Alleen heeft niemand ooit een manier gevonden om het te testen en te lokaliseren naar specifieke cellen. Dat is wat we proberen te doen.

In de afgelopen jaren is er een uitgebreide wetenschappelijke literatuur verschenen die eenzaamheid in verband brengt met depressie, angst, alcoholisme en drugsmisbruik. Er is zelfs een groeiend aantal epidemiologisch onderzoek dat aantoont dat eenzaamheid je meer kans maakt om ziek te worden: het lijkt de chronische afgifte van hormonen te veroorzaken die een gezonde immuunfunctie onderdrukken. Biochemische veranderingen als gevolg van eenzaamheid kunnen de verspreiding van kanker versnellen, hartaandoeningen en de ziekte van Alzheimer bespoedigen, of gewoon de meest vitale onder ons de wil om door te gaan wegnemen. Het vermogen om het te meten en te detecteren, kan helpen bij het identificeren van risicogroepen en de weg vrijmaken voor nieuwe soorten interventies.

In de komende maanden waarschuwen velen dat we waarschijnlijk de gevolgen van covid-19 voor de geestelijke gezondheid op wereldschaal zullen zien. Psychiaters maken zich al zorgen over het stijgende aantal zelfmoorden en overdosis drugs in de VS, en sociaal isolement, samen met angst en chronische stress, is een waarschijnlijke oorzaak. De erkenning van de impact van sociaal isolement op de rest van de geestelijke gezondheid zal iedereen heel snel raken, zegt Tye. Ik denk dat de impact op de geestelijke gezondheid behoorlijk intens en vrij onmiddellijk zal zijn.

Toch is het kwantificeren of zelfs definiëren van eenzaamheid een moeilijke uitdaging. Zo moeilijk zelfs dat neurowetenschappers het onderwerp al lang hebben vermeden.

Eenzaamheid, zegt Tye, is inherent subjectief. Het is mogelijk om de dag volledig geïsoleerd door te brengen, in stille contemplatie en je verkwikt te voelen. Of om te stoven in vervreemde ellende, omringd door een menigte, in het hart van een grote stad, of vergezeld van goede vrienden en familie. Of, om een ​​meer eigentijds voorbeeld te noemen, om deel te nemen aan een Zoom-gesprek met dierbaren in een andere stad en je diep verbonden te voelen - of zelfs eenzamer dan toen het gesprek begon.

Deze vaagheid zou de merkwaardige resultaten kunnen verklaren die terugkwamen toen Tye, voordat ze in 2016 haar eerste wetenschappelijke artikel over de neurowetenschap van eenzaamheid publiceerde, op zoek ging naar andere artikelen over het onderwerp. Hoewel ze studies over eenzaamheid vond in de psychologische literatuur, was het aantal artikelen dat ook de woorden cellen, neuronen of hersenen bevatte precies nul.

Neurowetenschappers gingen er lang van uit dat vragen over hoe eenzaamheid in het menselijk brein zou kunnen werken, hun datagestuurde laboratoria zouden ontgaan.

Hoewel de aard van eenzaamheid enkele van de grootste geesten in de filosofie, literatuur en kunst al millennia bezighoudt, hebben neurowetenschappers lang aangenomen dat vragen over hoe het zou kunnen werken in het menselijk brein hun datagestuurde laboratoria zouden ontgaan. Hoe kwantificeer je de ervaring? En waar zou je zelfs maar in de hersenen beginnen te zoeken naar de veranderingen die door zo'n subjectief gevoel teweeg worden gebracht?

Tye hoopt dat te veranderen door een geheel nieuw veld te bouwen: een veld dat gericht is op het analyseren en begrijpen hoe onze zintuiglijke waarnemingen, eerdere ervaringen, genetische aanleg en levenssituaties zich combineren met onze omgeving om een ​​concrete, meetbare biologische toestand te produceren die eenzaamheid wordt genoemd. En ze wil in kaart brengen hoe die schijnbaar onuitsprekelijke ervaring eruitziet als ze in de hersenen wordt geactiveerd.

Als Tye daarin slaagt, kan dit leiden tot nieuwe instrumenten voor het identificeren en monitoren van degenen die risico lopen op ziekten die verergeren door eenzaamheid. Het zou ook betere manieren kunnen opleveren om het hoofd te bieden aan wat een dreigende volksgezondheidscrisis zou kunnen zijn die wordt veroorzaakt door covid-19.

De eenzaamheidsneuronen vinden

Tye heeft zich verdiept in specifieke populaties van neuronen in knaagdierhersenen die geassocieerd lijken te zijn met een meetbare behoefte aan sociale interactie - een honger die kan worden gemanipuleerd door de neuronen zelf direct te stimuleren. Om deze neuronen te lokaliseren, vertrouwde Tye op een techniek die ze ontwikkelde tijdens haar werk als postdoc in het Stanford University-lab van Karl Deisseroth.

Deisseroth was een pionier optogenetica, een techniek waarbij genetisch gemanipuleerde, lichtgevoelige eiwitten in hersencellen worden geïmplanteerd; onderzoekers kunnen vervolgens individuele neuronen in- of uitschakelen door er eenvoudigweg met licht op te schijnen via glasvezelkabels. Hoewel de techniek veel te invasief is om bij mensen te gebruiken - naast een injectie in de hersenen om de eiwitten af ​​​​te leveren, vereist het dat de glasvezelkabel door de schedel en rechtstreeks in de hersenen wordt geleid - stelt het onderzoekers in staat om neuronen live te tweaken , vrij bewegende knaagdieren en observeer vervolgens hun gedrag.

Tye begon optogenetica bij knaagdieren te gebruiken om de neurale circuits te traceren die betrokken zijn bij emotie, motivatie en sociaal gedrag. Ze ontdekte dat door een neuron te activeren en vervolgens de andere delen van de hersenen te identificeren die reageerden op het signaal dat het neuron afgaf, ze de afzonderlijke circuits van cellen kon traceren die samenwerken om specifieke functies uit te voeren. Tye volgde nauwgezet de verbindingen uit de amygdala, een amandelvormige reeks neuronen waarvan men dacht dat het de zetel van angst en bezorgdheid was, zowel bij knaagdieren als bij mensen.

Kay Tye, een neurowetenschapper aan het Salk Institute of Biological Sciences, probeert eenzaamheid in de neurale circuits van de hersenen te detecteren en te meten.

JENNY SIEGWART

Wetenschappers wisten al lang dat het stimuleren van de amygdala als geheel een dier kon doen ineenkrimpen van angst. Maar door het doolhof van verbindingen in en uit verschillende delen van de amygdala te volgen, kon Tye aantonen dat het angstcircuit van de hersenen in staat was om zintuiglijke prikkels veel genuanceerder te maken dan eerder werd begrepen. Het leek in feite ook de moed te moduleren.

Tegen de tijd dat Tye in 2012 haar laboratorium opzette aan het Picower Institute for Learning and Memory van het MIT, volgde ze de neurale verbindingen van de amygdala naar plaatsen zoals de prefrontale cortex, bekend als de uitvoerende macht van de hersenen, en de hippocampus, de zetel van het episodisch geheugen. . Het doel was om kaarten te maken van de circuits in de hersenen waarop we vertrouwen om de wereld te begrijpen, betekenis te geven aan onze moment-tot-moment-ervaring en te reageren op verschillende situaties.

Ze begon eenzaamheid grotendeels te bestuderen door serendipiteit. Terwijl hij op zoek was naar nieuwe postdocs, kwam Tye het werk van Gillian Matthews tegen. Als afgestudeerde student aan het Imperial College London had Matthews een onverwachte ontdekking gedaan toen ze de muizen in haar experimenten van elkaar scheidde. Sociaal isolement - het feit dat je alleen bent - leek de hersencellen, DRN-neuronen genaamd, te hebben veranderd op een manier die suggereerde dat ze een rol zouden kunnen spelen bij eenzaamheid.

Tye zag meteen de mogelijkheden. Oh, mijn god - dit is ongelooflijk! ze herinnert zich denken. Dat de tekenen van sociaal isolement konden worden herleid tot een specifiek deel van de hersenen, was volkomen logisch voor haar. Maar waar is het en hoe zou je het vinden? Als dit de regio zou kunnen zijn, dacht ik, zou dat super interessant zijn. In al haar onderzoeken naar neuronen, zegt Tye, had ik nog nooit iets over sociaal isolement gezien. Ooit.

Tye realiseerde zich dat als zij en Matthews een kaart konden maken van een eenzaamheidscircuit, ze in het laboratorium precies het soort vragen konden beantwoorden dat ze hoopte te onderzoeken: hoe geven de hersenen betekenis aan sociaal isolement? Hoe en wanneer wordt de objectieve ervaring van het niet in de buurt zijn van mensen, met andere woorden, de subjectieve ervaring van eenzaamheid? De eerste stap was om de rol die de DRN-neuronen in deze mentale toestand speelden beter te begrijpen.

DRN-neuronen worden hier getoond in het dopaminesysteem en stroomafwaartse circuits.

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

Een van de eerste dingen die Tye en Matthews opmerkten, was dat wanneer ze deze neuronen stimuleerden, de dieren meer geneigd waren om sociale interactie met andere muizen te zoeken. In een later experiment toonden ze aan dat dieren, wanneer ze de keuze kregen, actief delen van hun kooien vermeden die, wanneer ze binnenkwamen, de activering van de neuronen veroorzaakten. Dit suggereerde dat hun zoektocht naar sociale interactie meer werd gedreven door een verlangen om pijn te vermijden dan om plezier te genereren - een ervaring die de aversieve ervaring van eenzaamheid nabootste.

In een vervolgexperiment plaatsten de onderzoekers enkele van de muizen 24 uur in eenzame opsluiting en introduceerden ze ze vervolgens opnieuw in sociale groepen. Zoals je zou verwachten, zochten de dieren en brachten ze een ongewone hoeveelheid tijd door met interactie met andere dieren, alsof ze eenzaam waren geweest. Toen isoleerden Tye en Matthews dezelfde muizen opnieuw, dit keer met behulp van optogenetica om de DRN-neuronen tot zwijgen te brengen na de periode in eenzaamheid. Deze keer verloren de dieren het verlangen naar sociaal contact. Het was alsof het sociale isolement niet in hun brein was geregistreerd.

Wetenschappers weten al lang dat de hersenen het biologische equivalent van de brandstofmeter van een auto herbergen - een complex homeostatisch systeem waarmee onze grijze stof de staat van onze biologische basisbehoeften kan volgen, zoals die voor voedsel, water en slaap. Het doel van het systeem is om ons naar gedrag te sturen dat gericht is op het behouden of herstellen van onze natuurlijke staat van evenwicht.

Tye en Matthews leken het equivalent van een homeostatische regulator te hebben gevonden voor de elementaire sociale-contactbehoeften van knaagdieren. De volgende vraag: wat betekenen deze bevindingen voor mensen?

Honger naar een glimlach

Om die vraag te beantwoorden, werkt Tye samen met onderzoekers in het laboratorium van Rebecca Saxe, een professor in cognitieve neurowetenschappen aan het MIT, die gespecialiseerd is in de studie van menselijke sociale cognitie en emotie.

De menselijke experimenten zijn veel moeilijker te ontwerpen omdat de hersenchirurgie die nodig is voor optogenetica geen optie is. Maar het is mogelijk om eenzame mensen bloot te stellen aan foto's van vriendelijke mensen die sociale signalen aanbieden - zoals een glimlach - en vervolgens veranderingen in de bloedstroom naar verschillende delen van de hersenen te volgen en vast te leggen met behulp van fMRI-beeldvorming. En dankzij eerdere experimenten hebben wetenschappers een goed idee van waar in de hersenen ze moeten kijken - een gebied dat analoog is aan het gebied dat Matthews en Tye bij muizen bestudeerden.

Vorig jaar rekruteerde Livia Tomova, een postdoc die toezicht houdt op het onderzoek in het laboratorium van Saxe, 40 vrijwilligers die zichzelf identificeerden als mensen met grote sociale netwerken en zeer weinig eenzaamheid. Tomova verbannen haar proefpersonen naar een kamer in het lab en verbood elk menselijk contact gedurende 10 uur. Ter vergelijking, Tomova vroeg dezelfde deelnemers om terug te komen voor een tweede sessie van 10 uur die veel sociale interactie bevatte, maar geen eten.

Tomova en Saxe gebruikten fMRI-scans om de reactie van de hersenen op voedsel en sociale interactie te meten na perioden van vasten en isolatie. De scan aan de rechterkant toont activiteit in de middenhersenen in verband met beloningen.

Aan het einde van elke sessie werd de proefpersonen gevraagd om in de fMRI-scanner te klimmen en werden ze blootgesteld aan verschillende afbeeldingen: sommige toonden mensen die non-verbale sociale signalen gaven, en andere bevatten afbeeldingen van voedsel.

In tegenstelling tot Tye en Matthews was Tomova niet in staat om zich op individuele neuronen te concentreren. Maar ze was in staat om veranderingen in de bloedstroom te volgen binnen grotere delen van de scan, bekend als voxels; elke voxel vertoonde de veranderende activiteit van afzonderlijke populaties van enkele duizenden neuronen. Tomova concentreerde zich op gebieden van de middenhersenen waarvan bekend is dat ze rijk zijn aan de neuronen die verband houden met de productie en verwerking van de neurotransmitter dopamine.

Deze gebieden zijn al in andere experimenten in verband gebracht met het gevoel iets te willen of te hunkeren. Het zijn gebieden die oplichten als reactie op afbeeldingen van voedsel wanneer een persoon honger heeft, of op drugsgerelateerde afbeeldingen bij mensen met een verslaving. Zouden ze hetzelfde doen bij eenzame mensen die foto's van een glimlach te zien krijgen?

Het antwoord was duidelijk: na het sociale isolement vertoonden de hersenscans van de proefpersonen veel meer activiteit in de middenhersenen toen ze de foto's van sociale signalen te zien kregen. Wanneer de proefpersonen honger hadden maar niet sociaal geïsoleerd waren, vertoonden ze een even krachtige reactie op de voedselsignalen, maar niet op de sociale.

Of het nu gaat om de drang naar sociaal contact of de drang naar andere dingen zoals eten, het lijkt op een vergelijkbare manier te worden weergegeven, zegt Tomova.

Het pandemische experiment

Begrijpen hoe de honger naar sociaal contact in de hersenen wordt geproduceerd, zou een dieper begrip kunnen geven van de rol die sociaal isolement speelt bij sommige ziekten.

Het objectief meten van eenzaamheid in de hersenen, in plaats van mensen te vragen hoe ze zich voelen, zou duidelijkheid kunnen verschaffen over het verband tussen bijvoorbeeld depressie en eenzaamheid. Wat komt eerst: veroorzaakt depressie eenzaamheid of veroorzaakt eenzaamheid depressie? En kan sociale interventie op het juiste moment helpen om depressie te bestrijden?

Inzichten in het circuit van eenzaamheid in de hersenen kunnen volgens sommige onderzoeken ook enig licht werpen op verslaving, waar geïsoleerde dieren vatbaarder voor zijn. Het bewijs lijkt vooral sterk bij adolescente dieren, die zelfs gevoeliger lijken te zijn voor de effecten van sociaal isolement dan oudere of jongere dieren. Mensen tussen de 16 en 24 jaar geven het vaakst aan zich eenzaam te voelen, en dit is ook de leeftijd waarop veel psychische stoornissen zich voor het eerst beginnen te manifesteren. Is er een verband?

Inzichten in het circuit van eenzaamheid in de hersenen kunnen enig licht werpen op verslaving.

Maar de meest voor de hand liggende behoefte is misschien een reactie op het sociale isolement dat is veroorzaakt door de covid-pandemie. Sommige internetenquêtes melden geen algemene toename van eenzaamheid sinds het begin van de pandemie, maar hoe zit het met mensen die het meeste risico lopen op psychische problemen? Wanneer ze geïsoleerd zijn, op welk punt begint het hun psychisch en fysiek welzijn in gevaar te brengen? En welke soorten interventies zouden hen kunnen beschermen tegen dat gevaar? Zodra we eenzaamheid kunnen meten, kunnen we dat beginnen te ontdekken, waardoor het veel gemakkelijker wordt om gerichte interventies te ontwerpen.

Een cruciale vraag voor toekomstig onderzoek is hoeveel, en welke soorten positieve sociale interactie voldoende zijn om aan deze basisbehoefte te voldoen en zo de neurale hunkeringsreactie te elimineren, Tomova en Tye schreef in een voordruk van hun aanstaande krant, die eind maart wordt gepost. De pandemie benadrukte de noodzaak van een beter begrip van menselijke sociale behoeften en het neurale mechanisme dat ten grondslag ligt aan sociale motivatie, schreven ze. De huidige studie biedt een eerste stap in die richting.

Dat, in de typisch ingetogen taal van de wetenschap, duidt op de geboorte van een heel nieuw onderzoeksgebied - niet iets dat je vaak meemaakt, laat staan ​​dat je er deel van uit maakt.

Het is gewoon zo opwindend voor mij, omdat dit allemaal concepten zijn die we ongeveer een miljoen keer hebben gehoord in de psychologie, en voor de allereerste keer hebben we cellen in de hersenen die we aan het systeem kunnen koppelen, zegt Tye. En als je eenmaal één cel hebt, kun je achteruit, vooruit; je kunt erachter komen wat er stroomopwaarts is; je kunt erachter komen wat alle neuronen die stroomopwaarts zijn aan het doen zijn en welke boodschappers worden gestuurd, zegt Tye. Nu kun je het hele circuit vinden; je weet waar je moet beginnen.

zich verstoppen