Jei girdėjote apie du smegenų cheminius neurotransmiterius, tai tikriausiai yra dopaminas ir serotoninas. Nesvarbu, kad glutamatas ir GABA atlieka didžiąją dalį darbo – dopaminas, kaip „malonumo cheminė medžiaga“, ir serotoninas, kaip švelnus nuotaikos stabilizatorius, pritraukia visas antraštes.
Žinoma, antraštės dažniausiai klaidingos. Dopamino vaidmuo formuojant elgesį peržengia paprastas sąvokas, tokias kaip „malonumas“ ar net „atlygis“. Ir tai, kad serotonino kiekį didinantys SSRI antidepresantai pradeda veikti, užtrunka savaites ar mėnesius, rodo, kad iš tikrųjų depresijos nuosmukį pašalina ne tiesioginis serotonino lygio šuolis, o kažkoks vis dar paslaptingas poslinkis pasrovinėse smegenų grandinėse.
Naujas Stanfordo Wu Tsai Neurosciences instituto tyrimas atskleidžia dar vieną naują šių nuotaiką valdančių molekulių aspektą. Tyrimas, paskelbtas 2024 m. lapkričio 25 d Gamtapirmą kartą tiksliai parodo, kaip dopaminas ir serotoninas veikia kartu – tiksliau, priešingai – formuoja mūsų elgesį.
„Be to, kad dopaminas ir serotoninas yra susiję su mūsų kasdieniu elgesiu, jie yra susiję su įvairiais neurologiniais ir psichikos sutrikimais: priklausomybe, autizmu, depresija, šizofrenija, Parkinsono liga ir kt.”, – sakė vyresnysis tyrimo autorius Robertas Malenka, Pritzker profesorius. Psichiatrijos ir elgesio mokslai Stanforde. „Mums labai svarbu suprasti jų sąveiką, jei norime padaryti pažangą gydydami šiuos sutrikimus.”
Teorija: dopaminas ir serotoninas yra svarbūs formuojant elgesį, bet kaip?
Tyrimai jau seniai parodė, kad dopaminas ir serotoninas vaidina lemiamą vaidmenį mokantis ir priimant sprendimus įvairiose rūšyse. Tačiau tiksli šių neurotransmiterių sąveika liko neaiški. Nors dopaminas yra susijęs su atlygio prognozavimu ir siekimu, serotoninas, atrodo, slopina šiuos impulsus ir skatina ilgalaikį mąstymą.
Atsirado dvi pagrindinės teorijos: „sinergijos hipotezė“, teigianti, kad dopaminas turi trumpalaikį atlygį, o serotoninas – ilgalaikę naudą, ir „priešingumo hipotezė“, kurioje teigiama, kad šios dvi veikia kaip priešingos jėgos, subalansuojančios mūsų sprendimus ir skatinančios dopamino. nedelsiant imtis veiksmų, o serotoninas skatina kantrybę.
Šis naujas Stanfordo tyrimas, Wu Tsai Neuro NeuroChoice iniciatyvos dalis, yra pirmasis tiesioginis eksperimentinis šių konkuruojančių hipotezių testas.
Eksperimentas: dviguba dopamino ir serotonino kontrolė asociatyvaus mokymosi metu
Mokslininkų komanda, vadovaujama absolvento Danielio Cardozo Pinto, sukūrė specialiai sukurtas peles, kurios leido joms stebėti ir kontroliuoti dopamino ir serotonino sistemas tame pačiame gyvūne.
Šis novatoriškas požiūris padėjo jiems tiksliai nustatyti, kur šios dvi sistemos sąveikauja smegenyse – ypač limbinėje srityje, vadinamoje nucleus accumbens, kuri atlieka pagrindinį vaidmenį emocijose, motyvacijoje ir atlygio apdorojime.
„Tai buvo labai techniškai sudėtingas projektas, dėl kurio reikėjo sukurti naujas strategijas, skirtas registruoti ir manipuliuoti kelių neuromoduliatorių aktyvumu vienu metu budintiems, besielgintiems gyvūnams”, – sakė Cardozo Pinto.
Tačiau jis pridūrė: „Aš ištvėriau, nes stipriai įtariau, kad tarp dopamino ir serotonino sistemų bus įdomi sąveika, kurios nepastebėjo kiti tyrimai, kuriuose vienu metu buvo sutelktas tik vienas neuromoduliatorius, ir paaiškėjo, kad tai buvo būtent atvejis“.
Cardozo Pinto ir jo kolegos naudojo savo novatoriškus naujus įrankius, kad stebėtų, kaip kinta dopamino ir serotonino signalai nucleus accumbens, kai pelės išmoko sujungti toną ir mirksinčią šviesą su mielu atlygiu. Jie nustatė, kad dopamino ir serotonino sistemos reagavo priešingomis kryptimis – dopamino signalizacija šoktelėjo į atlygį, o serotonino signalizacija sumažėjo.
Tada tyrėjai panaudojo optogenetinę manipuliaciją (metodas, kuri naudoja šviesą genetiškai modifikuotiems neuronams valdyti), kad atlygio mokymosi metu selektyviai sumenkintų normalų kiekvienos sistemos signalą – atskirai arba kartu.
Nuspėjama, kad atsižvelgiant į tyrimų, siejančių šias signalizacijos sistemas su atlygio mokymusi, istoriją, užblokavus dopamino ir serotonino signalus, pelėms buvo neįmanoma susieti garso ir šviesos signalų su saldžiu atlygiu. Dar labiau stebina tai, kad vien tik atstatyti dopamino ar serotonino signalus nepakako, kad gyvūnai vėl išmoktų mokytis. Tik esant abiem sistemoms prisijungus, gyvūnai galėtų sėkmingai panaudoti užuominas, kad nuspėtų atlygį.
„Labiausiai stebina ir įsimintiniausia projekto akimirka įvyko, kai atlikau savo pirmąjį optogenetinį eksperimentą, kurio metu išbandžiau, ar pelėms labiau patinka dopamino padidėjimas, serotonino sumažėjimas, ar abu kartu“, – prisiminė Cardozo Pinto.
„Mes įdėjome peles į dėžutę ir suporavome skirtingas dėžės dalis su kiekviena iš šių patirčių, todėl pelės galėjo balsuoti kojomis, kuriai patirtis joms labiau patinka. Niekada nepamiršiu įspūdžio, kurį sukelia įėjimas į kambarį eksperimento pabaigoje. pamatyti visas dėžės šone esančias peles, vaizduojančias abi manipuliacijas. Moksle labai retai pavyksta gauti tokį įspūdingą rezultatą, kad jį būtų galima pamatyti iškart, ir tai buvo pirmasis tiesioginis įrodymas, patvirtinantis dešimtmečių senumo hipotezę. dopamino ir serotonino priešprieša“.
Horizonte: dopamino ir serotonino choreografija siekiant pagerinti psichiatrinį gydymą
Išvados rodo, kad dopaminas ir serotoninas veikia kartu, tačiau priešingai, padeda smegenims mokytis iš atlygio, teigia mokslininkai.
Remdamiesi savo rezultatais, jie siūlo, kad šios dvi sistemos veiktų panašiai kaip automobilio akceleratorius ir stabdžiai. Dopaminas skatina elgseną siekti atlygio, signalizuodamas, kai viskas yra geriau nei tikėtasi, sukurdamas „eikite“ signalą. Priešingai, atrodo, kad serotoninas stabdo šį procesą, sukurdamas „stop“ arba „laukti“ signalą, galintį padėti mums būti kantresniems ir atsižvelgti į ilgalaikes pasekmes, o ne tiesioginius atlygius.
Tyrimas rodo, kad norint, kad organizmas tinkamai įvertintų ir reaguotų į naudingas galimybes, veiksmingam mokymuisi reikalingas ir dopamino signalas „eiti“, ir serotonino signalas „laukti“.
Išvados taip pat turi įtakos sutrikimams, susijusiems su dopamino ir serotonino disfunkcija, pvz., priklausomybe, kai padidėjęs dopaminerginis jautrumas ir serotoninergijos trūkumas prisideda prie kompulsinio atlygio siekimo, ir nuotaikos sutrikimams, įskaitant depresiją ir nerimą, kai sumažėjęs serotonino signalas gali pakenkti elgesio lankstumui ir ilgam. termino planavimas.
„Kadangi dopamino vaidmuo mokantis už atlygį tampa vis aiškesnis, dopamino sistema tapo natūralia vieta pradėti tyrimus, tiriančius ligas, susijusias su sutrikusiu atlygio apdorojimu, pavyzdžiui, priklausomybe ir depresija“, – sakė Cardozo Pinto.
„Mūsų darbas, rodantis, kad dopamino ir serotonino sistemos sudaro dujų stabdžių sistemą už atlygį, rodo, kad ateityje bus naudinga sutelkti dėmesį į santykinę šių dviejų sistemų pusiausvyrą.
Pavyzdžiui, gydant priklausomybę, terapijos tikslas gali būti slopinti pernelyg aktyvų dopamino signalizaciją, tuo pačiu didinant serotonino aktyvumą. Sergant depresija, tikslas gali būti patobulinti abi sistemas, siekiant pagerinti motyvaciją ir ilgalaikį planavimą.
Be to, techninė pažanga, kurią komanda padarė, kad atliktų šį tyrimą, gali turėti ilgalaikių pritaikymų neurologijos tyrimams, pridūrė Malenka. „Šiam tyrimui sukurtos naujos metodikos dabar gali būti pritaikytos daugeliui įdomių klausimų, susijusių su tuo, kaip smegenys tarpininkauja adaptyviam elgesiui ir kas blogai vyksta šiose neuromoduliacinėse sistemose vyraujančių smegenų sutrikimų, tokių kaip priklausomybė, depresija ir autizmo spektro sutrikimai, metu. “