Jak dopamin a serotonin ovlivňují sociální chování

Mezinárodní tým dešifruje komplexní tanec dopaminu a serotoninu v lidských mozcích a vrhá světlo na sociální rozhodnutí.

Ve studii publikované v Povaha lidského chováníVědci se ponoří do světa chemických neuromodulátorů v lidském mozku, konkrétně dopaminu a serotoninu, aby odhalili jejich roli v sociálním chování.

Výzkum provedený na pacientech s Parkinsonovou nemocí, kteří podstoupili operaci mozku v bdělém stavu, se zaměřil na mozkovou substantia nigra, důležitou oblast spojenou s motorickou kontrolou a zpracováním odměn.

Mezinárodní tým vedený Reedem Montaguem, počítačovým neurovědcem z Virginia Tech, odhalil dříve neznámý neurochemický mechanismus známé lidské tendence rozhodovat se na základě sociálního kontextu – lidé s větší pravděpodobností přijímají nabídky od počítačů a odmítají stejné nabídky od lidí. hráčů.

Vědci diskutují o své práci, aby objevili vhled do složitosti mozku a mysli. Nedávno výzkumníci, včetně (zleva) Dana Panga z Aarhus University v Dánsku, Kena Kishidy z Wake Forest University School of Medicine a Michaela Friedlandera, výkonného ředitele Fralin Biomedical Research Institute; Peter Dayan, výkonný ředitel Institutu Maxe Plancka pro biologickou kybernetiku v Tübingenu v Německu, a Reed Montagu, ředitel Centra pro výzkum lidské neurovědy ve Fralinově institutu pro biomedicínský výzkum, hovořili o úspěších dosažených v průběhu desetiletí. Kredit: Clayton Metz/Virginia Tech

Nahlédnutí do ultimátní hry

V této studii byli čtyři pacienti, kteří podstoupili operaci hluboké mozkové stimulace k léčbě Parkinsonovy choroby, ponořeni do ultimátní hry typu „ber, nebo nechej-to“, ve scénáři, ve kterém museli přijmout nebo odmítnout různé rozdělování 20 dolarů od člověka i počítače. hráčů. Jeden hráč může například navrhnout, aby si ponechal 16 USD, zatímco pacient dostane zbývající 4 USD. Pokud se pacient odmítne dělit, ani jeden z nich nic nedostane.

„Můžete lidi naučit, co by měli dělat v těchto typech her – že by měli přijímat i malé odměny, spíše než dostávat žádnou odměnu,“ řekl Montagu, profesor Virginia Tech Carilion Mountcastle z Fralin Biomedical Research Institute ve VTC. Autor studie. „Když lidé vědí, že si hrají s počítačem, hrají perfektně, stejně jako matematickí ekonomové – dělají, co by měli. Ale když hrají člověka, nemohou si pomoct. Často jsou nuceni potrestat menší nabídku.“ tím, že to odmítnete.“

Reid Montagu, který vedl výzkumný tým, který zaznamenal chemické základy společenského rozhodování, hovoří o dotýkání se klíčových prvků, které z nás dělají lidi. Kredit: Clayton Metz/Virginia Tech

Tanec dopaminu a serotoninu

Myšlenka, že se lidé rozhodují na základě sociálního kontextu, není v neuroekonomických hrách nová myšlenka. Nyní však vědci poprvé prokázali, že vliv sociálního kontextu může pramenit z dynamických interakcí dopaminu a serotoninu.

Když se lidé rozhodují, zdá se, že dopamin pozorně sleduje a reaguje na to, zda je současná nabídka lepší nebo horší než ta předchozí, jako by to byl systém nepřetržitého sledování. Mezitím se zdá, že serotonin se zaměřuje pouze na současnou hodnotu konkrétní nabídky, což naznačuje spíše hodnocení případ od případu.

K tomuto rychlému tanci dochází na pomalejším pozadí, přičemž dopamin je obecně vyšší, když lidé hrají roli jiných lidských bytostí – jinými slovy, když do hry vstupuje spravedlnost. Společně tyto signály přispívají k celkovému hodnocení našeho mozku během sociálních interakcí.

„Osvětlujeme různé kognitivní procesy a konečně dostáváme odpovědi na otázky s jemnějšími biologickými detaily,“ uvedla studie. Ve Fralinově institutu pro biomedicínský výzkum.

„Hladiny dopaminu jsou vyšší, když lidé komunikují s jinou lidskou bytostí spíše než s počítačem,“ řekl Pang. „Zde bylo také důležité měřit serotonin, abychom měli jistotu, že celková reakce na sociální kontext je specifická pro dopamin.“

Seth Batten, vědecký pracovník ve Fralin Biomedical Research Institute, sestrojil elektrody používané k záznamu tance dopaminu a seratoninu. Kredit: Clayton Metz/Virginia Tech

Seth Batten, vedoucí výzkumný pracovník v laboratoři v Montagu a první autor studie, sestrojil elektrody z uhlíkových vláken, které byly implantovány pacientům podstupujícím hlubokou mozkovou stimulaci, a pomohl shromáždit data v Mount Sinai Health System v New Yorku.

„Unikátní vývoj naší metody spočívá v tom, že nám umožňuje měřit více než jeden neurotransmiter současně – a jeho dopad by neměl být ztracen,“ řekl Patten. „Tyto signální molekuly jsme viděli již dříve, ale toto je poprvé, co jsme je viděli tančit. Nikdo nikdy předtím neviděl tento tanec dopaminu a serotoninu ve společenském kontextu.“

Odhalení významu elektrochemických signálů zaznamenaných od pacientů během operace bylo velkou výzvou, jejíž řešení trvalo roky.

„Předběžné údaje, které shromažďujeme od pacientů, nejsou specifické pro dopamin, serotonin nebo noradrenalin – jde o kombinaci těchto látek,“ řekl Ken Kishida, spoluautor studie a docent translační neurovědy. Neurochirurgie na lékařské fakultě Wake Forest University. „V zásadě používáme nástroje strojového učení k oddělení toho, co je v nezpracovaných datech, k pochopení podpisu a dekódování toho, co se děje s dopaminem a serotoninem.“

V Studujte povahu lidského chováníVědci ukázali, jak jsou vzestup a pokles dopaminu a serotoninu propojeny s lidskými kognicemi a chováním.

„Ve světě modelových organismů existuje cukrárna plná fantastických technik pro kladení biologických otázek, ale je těžší klást otázky o tom, co vás dělá,“ řekl Montagu, který je také ředitelem Centra pro výzkum lidské neurovědy. a Human Neuroimaging Laboratory z Fralin Biomedical Research Institute.

Léčba Parkinsonovy choroby

„V určitém okamžiku, až vyhodnotíme dostatek lidí, budeme schopni řešit patologii Parkinsonovy choroby, která nám poskytla toto okno příležitosti,“ řekl Montagu, který je také profesorem na Virginia Tech's College of Science.

U Parkinsonovy choroby je významná ztráta neuronů produkujících dopamin v mozkovém kmeni hlavním rysem, který se obvykle shoduje s nástupem příznaků.

Tato ztráta postihuje striatum, oblast mozku silně ovlivněnou dopaminem. Jak dopamin klesá, serotoninové terminály začnou růst, což odhaluje komplexní souhru, jak bylo pozorováno na modelech hlodavců.

„Už existují předklinické důkazy, že vyčerpání dopaminového systému říká serotoninovému systému: Hej, musíme něco udělat.“ „Ale nikdy jsme neviděli dynamiku,“ řekl Montagu. „To, co nyní děláme, je první krok, ale doufáme, že jakmile se dostaneme ke stovkám pacientů, budeme schopni to korelovat s příznaky a získat nějaké klinické údaje o Parkinsonově nemoci.“

V tomto ohledu vědci uvedli, že existuje otevřené okno pro identifikaci široké škály mozkových poruch.

„Lidská mysl je jako černá skříňka,“ řekl Kishida. „Vyvinuli jsme další způsob, jak se podívat dovnitř a pochopit, jak tyto systémy fungují a jak je ovlivňují různé klinické situace.“

„Tato práce mění celou oblast neurovědy a naši schopnost ptát se na lidskou mysl a mozek – s využitím technologie, která byla vyvinuta,“ řekl Michael Friedlander, výkonný ředitel Fralin Biomedical Research Institute a neurovědec, který se na výzkumu nepodílel. studie. To by před mnoha lety nebylo ani představitelné.

Psychiatrie je příkladem lékařského oboru, který by mohl mít z tohoto přístupu prospěch, řekl.

„Na světě máme obrovské množství lidí s různými psychiatrickými stavy a v mnoha případech řešení drog nefungují dobře,“ řekl Friedlander, který také působí jako místopředseda katedry zdravotnických věd a psychiatrie na Virginia Tech. technika. „Dopamin, serotonin a další neurotransmitery v některých ohledech úzce souvisejí s těmito poruchami. Toto úsilí přidává skutečnou přesnost a kvantitu pochopení těchto problémů. Myslím si, že jedinou věcí, kterou si můžeme být jisti, je, že tato práce bude velmi důležitá v budoucnost pro vývoj léčby.“

Více než deset let ve výrobě

Úsilí o měření neurotransmiterů v lidském mozku v reálném čase začalo před více než 12 lety, když Montagu sestavil tým odborníků, kteří „přemýšlejí ve velkém“.

V rámci vůbec prvních pozorování lidského mozku vědci publikovali v… nervových buněk V roce 2020 výzkumníci odhalili, že dopamin a serotonin pracují rychlostí nižší než sekunda, aby utvářely, jak lidé vnímají svět a jednají na základě jejich vnímání.

Nedávno ve studii zveřejněné v říjnu v časopise Současná biologieVědci použili svou metodu zaznamenávání chemických změn u lidí v bdělém stavu, aby získali vhled do mozkového noradrenalinového systému, který byl dlouho cílem léků k léčbě psychiatrických poruch.

A v prosinci v časopise Pokrok vědy, Tým odhalil, že rychlé změny hladin dopaminu odrážejí specifické výpočty související s tím, jak se lidé učí z odměn a trestů.

„Mnohokrát jsme provedli aktivní měření neurotransmiterů v různých oblastech mozku a nyní jsme dosáhli bodu, kdy se zabýváme kritickými prvky, které z nás dělají člověka,“ řekl Montagu.

Odkaz: „Dopamin a serotonin v lidské substantia nigra sledují sociální kontext a hodnotové signály během ekonomické výměny“ od Setha 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 a B. Reed. Montagu, 26. února 2024, Povaha lidského chování.
doi: 10.1038/s41562-024-01831-s