Ντοπαμίνη: Τι συμβαίνει στον ανθρώπινο εγκέφαλο όταν μαθαίνουμε από θετικές και αρνητικές εμπειρίες; Για να βοηθήσουν να απαντηθεί αυτό το ερώτημα και να κατανοήσουν καλύτερα τη λήψη αποφάσεων και την ανθρώπινη συμπεριφορά, οι επιστήμονες μελετούν τη ντοπαμίνη. Η ντοπαμίνη είναι ένας νευροδιαβιβαστής που παράγεται στον εγκέφαλο και χρησιμεύει ως χημικός αγγελιοφόρος, διευκολύνοντας την επικοινωνία μεταξύ των νευρικών κυττάρων του εγκεφάλου και του σώματος. Συμμετέχει σε λειτουργίες όπως η κίνηση, η νόηση και η μάθηση. Ενώ η ντοπαμίνη είναι περισσότερο γνωστή για τη σύνδεσή της με τα θετικά συναισθήματα, οι επιστήμονες διερευνούν, επίσης, τον ρόλο της στις αρνητικές εμπειρίες.
Τώρα, μια νέα μελέτη από ερευνητές της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Wake Forest που δημοσιεύθηκε την 1η Δεκεμβρίου στο Science δείχνει ότι η απελευθέρωση ντοπαμίνης στον ανθρώπινο εγκέφαλο παίζει καθοριστικό ρόλο στην κωδικοποίηση των λαθών πρόβλεψης τόσο της ανταμοιβής όσο και της τιμωρίας. Αυτό σημαίνει ότι η ντοπαμίνη εμπλέκεται στη διαδικασία μάθησης τόσο από θετικές όσο και από αρνητικές εμπειρίες, επιτρέποντας στον εγκέφαλο να προσαρμόζει τη συμπεριφορά του με βάση τα αποτελέσματα αυτών των εμπειριών. “Προηγουμένως, η έρευνα έχει δείξει ότι η ντοπαμίνη παίζει σημαντικό ρόλο στον τρόπο με τον οποίο τα ζώα μαθαίνουν από εμπειρίες, “ανταμείβοντας” (και ενδεχομένως “τιμωρώντας”). Όμως, λίγες εργασίες έχουν γίνει για να εκτιμηθεί άμεσα τι κάνει η ντοπαμίνη σε γρήγορες χρονικές κλίμακες στον ανθρώπινο εγκέφαλο”, δήλωσε ο Kenneth T. Kishida, Ph.D., αναπληρωτής καθηγητής φυσιολογίας και φαρμακολογίας και νευροχειρουργικής στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Wake Forest. “Αυτή είναι η πρώτη μελέτη σε ανθρώπους που εξετάζει πώς η ντοπαμίνη κωδικοποιεί τις ανταμοιβές και τις τιμωρίες και αν η ντοπαμίνη αντανακλά ένα “βέλτιστο” διδακτικό σήμα που χρησιμοποιείται στη σημερινή πιο προηγμένη έρευνα τεχνητής νοημοσύνης”. Για τη μελέτη, οι ερευνητές της ομάδας του Kishida χρησιμοποίησαν κυκλική βολταμετρία ταχείας σάρωσης, μια ηλεκτροχημική τεχνική, σε συνδυασμό με μηχανική μάθηση, για να ανιχνεύσουν και να μετρήσουν τα επίπεδα ντοπαμίνης σε πραγματικό χρόνο (δηλαδή 10 μετρήσεις ανά δευτερόλεπτο). Ωστόσο, αυτή η μέθοδος είναι δύσκολη και μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο κατά τη διάρκεια επεμβατικών διαδικασιών, όπως η εγκεφαλική χειρουργική επέμβαση βαθιάς εγκεφαλικής διέγερσης (DBS). Η η εγκεφαλική χειρουργική επέμβαση βαθιάς εγκεφαλικής διέγερσης DBS χρησιμοποιείται συνήθως για τη θεραπεία καταστάσεων όπως η νόσος του Πάρκινσον, ο βασικός τρόμος, η ιδεοψυχαναγκαστική διαταραχή και η επιληψία. Η ομάδα του Kishida συνεργάστηκε με τους νευροχειρουργούς του Atrium Health Wake Forest Baptist Stephen B. Tatter, M.D., και Adrian W. Laxton, M.D., οι οποίοι είναι επίσης και οι δύο μέλη ΔΕΠ στο Τμήμα Νευροχειρουργικής της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Wake Forest, για να εισαγάγουν ένα μικροηλεκτρόδιο από ίνες άνθρακα βαθιά στον εγκέφαλο τριών συμμετεχόντων στο Ιατρικό Κέντρο Atrium Health Wake Forest Baptist, οι οποίοι είχαν προγραμματίσει να λάβουν εγκεφαλική χειρουργική επέμβαση βαθιάς εγκεφαλικής διέγερσης DBS για τη θεραπεία του ουσιώδους τρόμου.
Ενώ οι συμμετέχοντες ήταν ξύπνιοι στο χειρουργείο, έπαιζαν ένα απλό παιχνίδι στον υπολογιστή. Καθώς έπαιζαν το παιχνίδι, έγιναν μετρήσεις ντοπαμίνης στο ραβδωτό σώμα, ένα τμήμα του εγκεφάλου που είναι σημαντικό για τη νόηση, τη λήψη αποφάσεων και τις συντονισμένες κινήσεις. Κατά τη διάρκεια του παιχνιδιού, οι επιλογές των συμμετεχόντων είτε ανταμείβονταν είτε τιμωρούνταν με πραγματικά χρηματικά κέρδη ή απώλειες. Το παιχνίδι χωριζόταν σε τρία στάδια, στα οποία οι συμμετέχοντες μάθαιναν από τη θετική ή αρνητική ανατροφοδότηση να κάνουν επιλογές που μεγιστοποιούσαν τις ανταμοιβές και ελαχιστοποιούσαν τις ποινές. Τα επίπεδα ντοπαμίνης μετρήθηκαν συνεχώς, μία φορά κάθε 100 χιλιοστά του δευτερολέπτου, σε καθένα από τα τρία στάδια του παιχνιδιού. “Διαπιστώσαμε ότι η ντοπαμίνη όχι μόνο παίζει ρόλο στη σηματοδότηση τόσο των θετικών όσο και των αρνητικών εμπειριών στον εγκέφαλο, αλλά φαίνεται να το κάνει με τρόπο που είναι βέλτιστος όταν προσπαθούμε να μάθουμε από αυτά τα αποτελέσματα. Αυτό που ήταν επίσης ενδιαφέρον, είναι ότι φαίνεται πως μπορεί να υπάρχουν ανεξάρτητες οδοί στον εγκέφαλο που ενεργοποιούν ξεχωριστά το σύστημα ντοπαμίνης για τις ανταμοιβές έναντι των τιμωρητικών εμπειριών. Τα αποτελέσματά μας αποκαλύπτουν ένα εκπληκτικό αποτέλεσμα ότι αυτά τα δύο μονοπάτια μπορεί να κωδικοποιούν τις εμπειρίες ανταμοιβής και τιμωρίας σε ελαφρώς μετατοπισμένες χρονικές κλίμακες που χωρίζονται μόνο από 200 έως 400 χιλιοστά του δευτερολέπτου σε χρόνο”, δήλωσε ο Kishida. Ο Kishida πιστεύει ότι αυτό το επίπεδο κατανόησης μπορεί να οδηγήσει σε καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο επηρεάζεται το σύστημα ντοπαμίνης στους ανθρώπους με ψυχιατρικές και νευρολογικές διαταραχές. Ο Kishida δήλωσε ότι απαιτείται πρόσθετη έρευνα για να κατανοηθεί πώς μεταβάλλεται η σηματοδότηση της ντοπαμίνης στις ψυχιατρικές και νευρολογικές διαταραχές. “Παραδοσιακά, η ντοπαμίνη αναφέρεται συχνά ως ο νευροδιαβιβαστής της ευχαρίστησης”, δήλωσε ο Kishida. “Ωστόσο, η εργασία μας παρέχει αποδείξεις ότι δεν είναι αυτός ο τρόπος σκέψης για την ντοπαμίνη. Αντίθετα, η ντοπαμίνη αποτελεί κρίσιμο μέρος ενός εξελιγμένου συστήματος που διδάσκει τον εγκέφαλό μας και καθοδηγεί τη συμπεριφορά μας. Το ότι η ντοπαμίνη συμμετέχει, επίσης, στη διδασκαλία του εγκεφάλου μας σχετικά με τις τιμωρητικές εμπειρίες είναι μια σημαντική ανακάλυψη και μπορεί να δώσει νέες κατευθύνσεις στην έρευνα που θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε καλύτερα τους μηχανισμούς που διέπουν την κατάθλιψη, τον εθισμό και τις συναφείς ψυχιατρικές και νευρολογικές διαταραχές”.
