Cum afectează dopamina și serotonina comportamentul social

O echipă internațională descifrează dansul complex al dopaminei și serotoninei din creierul uman, aruncând lumină asupra deciziilor sociale.

Într-un studiu publicat în Natura comportamentului umanOamenii de știință se adâncesc în lumea neuromodulatorilor chimici din creierul uman, în special dopamină și serotonina, pentru a-și descoperi rolurile în comportamentul social.

Cercetarea, efectuată pe pacienții cu Parkinson care au suferit o intervenție chirurgicală pe creier treaz, s-a concentrat pe substanța neagră a creierului, o regiune importantă asociată cu controlul motor și procesarea recompensei.

Echipa internațională condusă de Reed Montagu, specialist în neuroștiință computațională la Virginia Tech, a descoperit un mecanism neurochimic necunoscut anterior pentru o tendință umană cunoscută de a lua decizii bazate pe contextul social – oamenii sunt mai susceptibili să accepte oferte de la computere în timp ce resping ofertele identice de la oameni. jucători.

Oamenii de știință discută despre munca lor pentru a descoperi perspective asupra complexității creierului și minții. Recent, cercetători, inclusiv (din stânga) Dan Pang de la Universitatea Aarhus din Danemarca, Ken Kishida de la Facultatea de Medicină a Universității Wake Forest și Michael Friedlander, director executiv al Institutului de Cercetare Biomedicală Fralin; Peter Dayan, director general al Institutului Max Planck pentru Cibernetică Biologică din Tübingen, Germania, și Reed Montagu, director al Centrului de Cercetare în Neuroscience Umană de la Institutul Fralin pentru Cercetare Biomedicală, au vorbit despre realizările realizate de-a lungul deceniilor. Credit: Clayton Metz/Virginia Tech

O privire asupra jocului ultimatum

În acest studiu, patru pacienți care au primit o intervenție chirurgicală de stimulare profundă a creierului pentru a trata boala Parkinson au fost cufundați într-un joc de ultimatum „a lua sau lasă”, un scenariu în care au fost nevoiți să accepte sau să respingă diferite împărțiri de 20 de dolari atât de la om, cât și de la computer. jucători. De exemplu, un jucător ar putea sugera să păstreze 16 USD, în timp ce pacientul primește restul de 4 USD. Dacă pacientul refuză să se împartă, niciunul dintre ei nu primește nimic.

„Puteți învăța oamenii ce ar trebui să facă în aceste tipuri de jocuri – că ar trebui să accepte chiar și recompense mici, în loc să nu primească nicio recompensă”, a spus Montagu, profesor Virginia Tech Carilion Mountcastle la Institutul de Cercetare Biomedicală Fralin de la VTC. Autorul studiului. „Când oamenii știu că se joacă cu un computer, se joacă perfect, la fel ca economiștii matematicieni – fac ceea ce ar trebui să facă. Dar atunci când joacă un om, nu se pot abține. Ei sunt adesea motivați să pedepsească oferta mai mică. respingându-l.”

Reid Montagu, care a condus echipa de cercetare care a înregistrat bazele chimice ale procesului decizional social, vorbește despre atingerea elementelor cruciale care ne fac oameni. Credit: Clayton Metz/Virginia Tech

Dansul dopaminei și al serotoninei

Ideea că oamenii iau decizii pe baza contextului social nu este o idee nouă în jocurile neuroeconomice. Dar acum, pentru prima dată, cercetătorii au arătat că efectul contextului social poate decurge din interacțiunile dinamice ale dopaminei și serotoninei.

Când oamenii iau decizii, dopamina pare să urmărească îndeaproape și să reacționeze dacă oferta actuală este mai bună sau mai proastă decât cea anterioară, ca și cum ar fi un sistem de urmărire continuă. Între timp, serotonina pare să se concentreze doar pe valoarea actuală a ofertei specifice la îndemână, sugerând o evaluare mai de la caz la caz.

Acest dans rapid are loc pe un fundal mai lent, dopamina fiind în general mai mare atunci când oamenii joacă rolul altor ființe umane – cu alte cuvinte, atunci când intră în joc justiția. Împreună, aceste semnale contribuie la evaluarea globală de către creierul nostru a valorii noastre în timpul interacțiunilor sociale.

„Am aruncat lumină asupra diferitelor procese cognitive și în cele din urmă primim răspunsuri la întrebări cu detalii biologice mai fine”, a spus studiul. La Institutul de Cercetări Biomedicale Fralin.

„Nivelurile de dopamină sunt mai mari atunci când oamenii interacționează cu o altă ființă umană, mai degrabă decât cu un computer”, a spus Pang. „Aici a fost, de asemenea, important să măsurăm serotonina pentru a ne oferi încredere că răspunsul general la contextul social este specific dopaminei.”

Seth Batten, cercetător asociat la Institutul de Cercetare Biomedicală Fralin, a construit electrozii folosiți pentru a înregistra dansul dopaminei și al serotoninei. Credit: Clayton Metz/Virginia Tech

Seth Batten, un cercetător asociat senior în laboratorul Montagu și primul autor al studiului, a construit electrozi din fibră de carbon care au fost implantați la pacienții cărora li s-a efectuat o intervenție chirurgicală de stimulare a creierului profund și a ajutat la colectarea de date la Mount Sinai Health System din New York.

„Dezvoltarea unică a metodei noastre este că ne permite să măsurăm mai mult de un neurotransmițător la un moment dat – iar impactul acestuia nu ar trebui să fie pierdut”, a spus Patten. „Am mai văzut aceste molecule de semnalizare înainte, dar aceasta este prima dată când le-am văzut dansând. Nimeni nu a văzut până acum acest dans al dopaminei și serotoninei într-un context social.”

Descoperirea semnificației semnalelor electrochimice înregistrate de la pacienți în timpul intervenției chirurgicale a fost o provocare majoră care a durat ani de zile pentru a fi rezolvată.

„Datele preliminare pe care le colectăm de la pacienți nu sunt specifice dopaminei, serotoninei sau norepinefrinei – sunt o combinație a acestora”, a spus Ken Kishida, coautor al studiului și profesor asociat de neuroștiință translațională. Neurochirurgie, la Facultatea de Medicină a Universității Wake Forest. „Practic, folosim instrumente de învățare automată pentru a separa ceea ce se află în datele brute, pentru a înțelege semnătura și pentru a decoda ceea ce se întâmplă cu dopamina și serotonina.”

În Studiați natura comportamentului umanCercetătorii au arătat cum creșterea și scăderea dopaminei și a serotoninei sunt împletite cu cogniția și comportamentul uman.

„În lumea modelelor de organisme, există un magazin de dulciuri plin de tehnici fanteziste pentru a pune întrebări biologice, dar este mai greu să pui întrebări despre ceea ce te face pe tine”, a spus Montagu, care este și director al Centrului de Cercetare în Neuroscience Umană. și Laboratorul de Neuroimagini Umane al Institutului de Cercetare Biomedicală Fralin.

Tratamentul bolii Parkinson

„La un moment dat, după ce vom evalua destui oameni, vom fi capabili să abordăm patologia Parkinson care ne-a oferit această fereastră de oportunitate”, a spus Montagu, care este, de asemenea, profesor la Colegiul de Științe al Virginia Tech.

În boala Parkinson, pierderea semnificativă a neuronilor producători de dopamină din trunchiul cerebral este o caracteristică majoră care coincide de obicei cu debutul simptomelor.

Această pierdere afectează striatul, o zonă a creierului puternic afectată de dopamină. Pe măsură ce dopamina scade, terminalele serotoninei încep să crească, dezvăluind o interacțiune complexă, așa cum se observă la modelele de rozătoare.

„Există deja dovezi preclinice că epuizarea sistemului dopaminergic îi spune sistemului serotoniner: Hei, trebuie să facem ceva.” „Dar nu am reușit să vedem dinamica”, a spus Montagu. „Ceea ce facem acum este primul pas, dar sperăm că, odată ce ajungem la sute de pacienți, vom putea corela acest lucru cu simptomele și vom face câteva date clinice despre boala Parkinson.”

În acest sens, cercetătorii au spus că există o fereastră deschisă pentru a identifica o gamă largă de tulburări ale creierului.

„Mintea umană este ca o cutie neagră”, a spus Kishida. „Am dezvoltat o altă modalitate de a privi în interior și de a înțelege cum funcționează aceste sisteme și cum sunt afectate de diferite situații clinice.”

„Această lucrare schimbă întregul domeniu al neuroștiinței și capacitatea noastră de a se interesa despre mintea și creierul uman – folosind tehnologia care a fost dezvoltată”, a spus Michael Friedlander, director executiv al Institutului de Cercetare Biomedicală Fralin și un neurolog care nu a fost implicat în Studiul. Acest lucru nu ar fi fost nici măcar imaginabil cu mulți ani în urmă.

Psihiatria este un exemplu de domeniu medical care ar putea beneficia de această abordare, a spus el.

„Avem un număr enorm de oameni în lume cu o varietate de afecțiuni psihiatrice și, în multe cazuri, soluțiile medicamentoase nu funcționează bine”, a spus Friedlander, care este, de asemenea, vicepreședinte al Departamentului de Științe ale Sănătății și Psihiatrie la Virginia Tech. tehnologie. „Dopamina, serotonina și alți neurotransmițători sunt strâns legate de aceste tulburări în anumite moduri. Acest efort adaugă precizie și cantitate reală înțelegerii acestor probleme. Singurul lucru de care cred că putem fi siguri este că această activitate va fi foarte importantă în viitorul dezvoltării tratamentelor”.

Mai mult de un deceniu în pregătire

Eforturile de măsurare a neurotransmițătorilor în timp real din creierul uman au început cu mai bine de 12 ani în urmă, când Montague a adunat o echipă de experți care „gândesc mare despre gândire”.

În primele observații ale creierului uman, oamenii de știință au publicat în… celule nervoase În 2020, cercetătorii au dezvăluit că dopamina și serotonina lucrează la viteze sub secunde pentru a modela modul în care oamenii percep lumea și acționează pe baza percepției lor.

Mai recent, într-un studiu publicat în octombrie în jurnal Biologie actualăCercetătorii și-au folosit metoda de înregistrare a modificărilor chimice la oamenii treji pentru a obține o perspectivă asupra sistemului noradrenalină al creierului, care a fost mult timp o țintă a medicamentelor pentru tratarea tulburărilor psihice.

Și în decembrie în revistă Avansarea științei, Echipa a dezvăluit că schimbările rapide ale nivelurilor de dopamină reflectă calcule specifice legate de modul în care oamenii învață din recompense și pedepse.

„Am efectuat măsurători active ale neurotransmițătorilor de multe ori în diferite zone ale creierului și am ajuns acum la punctul în care abordăm elementele critice care ne fac oameni”, a spus Montagu.

Referință: „Dopamina și serotonina în substanța nigra umană urmăresc contextul social și semnalele de valoare în timpul schimbului economic” de Seth R. Batten, Dan Pang, Brian H. Koppel, Ariana N. Davis, Matthew Heflin, Zixiu Fu, Ofer Pearl, Kimiya Ziavat, Alice Hashemi, Ignacio Saez, Leonardo S. Barbosa, Thomas Twomey, Terry Lorenz, Jason P. White, Peter Dayan, Alexander W. Charney, Martin Figi, Helen S. Myberg, Kenneth T. Kishida, Xiaosi Guo și P. Reed. Montagu, 26 februarie 2024, Natura comportamentului uman.
doi: 10.1038/s41562-024-01831-s