Co dzieje się w ludzkim mózgu, kiedy uczymy się na podstawie pozytywnych i negatywnych doświadczeń? Aby pomóc odpowiedzieć na to pytanie i lepiej zrozumieć proces podejmowania decyzji i ludzkie zachowania, naukowcy badają dopaminę.
Dopamina to neuroprzekaźnik wytwarzany w mózgu, który służy jako przekaźnik chemiczny, ułatwiając komunikację między komórkami nerwowymi w mózgu i organizmie. Bierze udział w takich funkcjach, jak ruch, poznanie i uczenie się. Chociaż dopamina jest najbardziej znana ze swojego związku z pozytywnymi emocjami, naukowcy badają również jej rolę w negatywnych doświadczeniach.
Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Wake Forest University School of Medicine pokazuje, że uwalnianie dopaminy w ludzkim mózgu odgrywa kluczową rolę w kodowaniu błędów w przewidywaniu nagrody i kary. Oznacza to, że dopamina bierze udział w procesie uczenia się zarówno na podstawie pozytywnych, jak i negatywnych doświadczeń, umożliwiając mózgowi dostosowanie i dostosowanie swojego zachowania w oparciu o wyniki tych doświadczeń.
Wyniki badania opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Science Advances.
„Wcześniejsze badania wykazały, że dopamina odgrywa ważną rolę w tym, jak zwierzęta uczą się na podstawie„ nagradzających ”(i prawdopodobnie„ karujących ”) doświadczeń. Jednak niewiele pracy włożono, aby bezpośrednio ocenić działanie dopaminy w krótkim czasie w ludzkim mózgu, ” powiedział dr Kenneth T. Kishida, profesor nadzwyczajny fizjologii, farmakologii i neurochirurgii w Szkole Medycznej Uniwersytetu Wake Forest. „To pierwsze badanie na ludziach mające na celu sprawdzenie, w jaki sposób dopamina koduje nagrody i kary oraz czy dopamina odzwierciedla„ optymalny ”sygnał nauczania, który jest wykorzystywany w najbardziej zaawansowanych współczesnych badaniach nad sztuczną inteligencją”.
W badaniu naukowcy z zespołu Kishidy wykorzystali woltamperometrię cykliczną z szybkim skanowaniem, technikę elektrochemiczną w połączeniu z uczeniem maszynowym, aby wykrywać i mierzyć poziom dopaminy w czasie rzeczywistym (tj. 10 pomiarów na sekundę). Metoda ta jest jednak trudna i można ją zastosować jedynie podczas zabiegów inwazyjnych, takich jak chirurgia mózgu metodą głębokiej stymulacji mózgu (DBS). DBS jest powszechnie stosowany w leczeniu takich schorzeń jak choroba Parkinsona, drżenie samoistne, zaburzenia obsesyjno-kompulsyjne i padaczka.
Zespół Kishidy współpracował z neurochirurgami Atrium Health Wake Forest Baptist, doktorem medycyny Stephenem B. Tatterem i doktorem Adrianem W. Laxtonem, którzy są także członkami wydziału na Wydziale Neurochirurgii Szkoły Medycznej Uniwersytetu Wake Forest, aby wprowadzić mikroelektrodę z włókna węglowego głęboko w mózgi trzech uczestników Atrium Health Wake Forest Baptist Medical Center, którzy mieli otrzymać DBS w leczeniu drżenia samoistnego.
Kiedy uczestnicy nie spali na sali operacyjnej, grali w prostą grę komputerową. Podczas gry mierzono poziom dopaminy w prążkowiu – części mózgu ważnej dla funkcji poznawczych, podejmowania decyzji i skoordynowanych ruchów.
Podczas gry wybory uczestników były nagradzane lub karane rzeczywistymi zyskami lub stratami pieniężnymi. Gra została podzielona na trzy etapy, podczas których uczestnicy na podstawie pozytywnych lub negatywnych opinii uczyli się dokonywać wyborów, które maksymalizują nagrody i minimalizują kary. Poziom dopaminy mierzono w sposób ciągły, co 100 milisekund, podczas każdego z trzech etapów gry.
„Odkryliśmy, że dopamina nie tylko odgrywa rolę w sygnalizowaniu zarówno pozytywnych, jak i negatywnych doświadczeń w mózgu, ale wydaje się, że robi to w sposób optymalny, gdy próbujemy uczyć się na podstawie tych wyników. Interesujące jest również to, że wydaje się, że jak mogą istnieć niezależne ścieżki w mózgu, które oddzielnie angażują układ dopaminowy w celu nagradzania i karania doświadczeń. Nasze wyniki ujawniają zaskakujący wynik, że te dwie ścieżki mogą kodować nagradzające i karzące doświadczenia w lekko przesuniętych skalach czasowych, oddalonych od siebie o zaledwie 200 do 400 milisekund – powiedział Kishida.
Kishida uważa, że ten poziom zrozumienia może prowadzić do lepszego zrozumienia wpływu układu dopaminowego u ludzi z zaburzeniami psychicznymi i neurologicznymi. Kishida stwierdziła, że potrzebne są dodatkowe badania, aby zrozumieć, w jaki sposób sygnalizacja dopaminowa zmienia się w zaburzeniach psychicznych i neurologicznych.
„Tradycyjnie dopaminę często określa się mianem «neuroprzekaźnika przyjemności»” – powiedział Kishida. „Jednak nasza praca dostarcza dowodów na to, że nie jest to sposób myślenia o dopaminie. Zamiast tego dopamina jest kluczową częścią wyrafinowanego systemu, który uczy nasz mózg i kieruje naszym zachowaniem. Dopamina ta bierze również udział w uczeniu naszego mózgu o karaniu doświadczeń to ważne odkrycie i może wyznaczyć nowe kierunki badań, które pomogą nam lepiej zrozumieć mechanizmy leżące u podstaw depresji, uzależnień i powiązanych zaburzeń psychiatrycznych i neurologicznych.”
Badanie to zostało wsparte grantami Narodowego Instytutu Zdrowia: R01MH121099, R01DA048096, R01MH124115, P50DA006634, 5KL2TR001420, F31DA053174, T32DA041349 i F30DA053176.