В новом исследовании исследователи из Медицинской школы Университета Уэйк Форест (WFUSM) раскрыли ключевую информацию о механизмах принятия решений мозгом, которая может помочь нам лучше понять, как передача сигналов дофамина различается при психиатрических и неврологических заболеваниях. Исследование является первым, которое в режиме реального времени отображает регуляцию дофамина глубоко в мозгу трех человек, раскрывая важную роль нейротрансмиттеров мозга в распознавании вознаграждений и обучении на ошибках.

«Предыдущие исследования показали, что дофамин играет важную роль в том, как животные учатся на опыте «вознаграждения» (и, возможно, «наказания»)», — сказал Кеннет Т. Кишида, доктор философии, доцент кафедры физиологии, фармакологии и нейрохирургии в WFUSM. «Но немногие непосредственно оценили быстрое воздействие дофамина на человеческий мозг. Это первое исследование на людях того, как дофамин кодирует вознаграждение и наказание, и отражает ли дофамин «лучшие» обучающие сигналы, используемые в самых передовых сегодня исследованиях искусственного интеллекта».

В этом исследовании исследователи использовали циклическую вольтамперометрию с быстрым сканированием в сочетании с машинным обучением для измерения уровня дофамина в реальном времени. Поскольку это можно сделать только во время инвазивной процедуры, в исследование были включены три пациента, которым было назначено такое лечение – глубокая стимуляция мозга при эссенциальном треморе.

Исследователи вставили микроэлектрод из углеродного волокна глубоко в мозг участников, чтобы контролировать дофамин в полосатом теле — области мозга, участвующей в принятии решений, формировании привычек и вознаграждении.

Затем им было предложено сыграть в простую компьютерную игру, состоящую из трех этапов, в которой участники должны были на собственном опыте научиться делать выбор, который максимизирует вознаграждение и минимизирует штрафы. Игроки вознаграждаются реальными деньгами, если примут правильное решение; если они примут неправильное решение, они потеряют деньги в качестве штрафа. На различных этапах игры уровень дофамина у каждого участника измерялся каждые 100 миллисекунд.

То, что они обнаружили, было неожиданным: путь дофамина может быть гораздо более многочисленными и сложными, чем мы думали, играя столь же важную роль в обработке проигрышей, как и в выигрыше. И эти пути действуют в разных временных масштабах.

«Мы обнаружили, что дофамин не только играет роль в передаче сигналов о положительном и отрицательном опыте в мозге, но, по-видимому, делает это оптимальным образом при попытке извлечь уроки из этих результатов», — сказал Кишида. «Что также интересно, так это то, что в мозгу, по-видимому, существуют отдельные пути, которые могут по отдельности задействовать дофаминовую систему при вознаграждении и наказании. Наши результаты показали удивительный результат: эти два пути могут кодировать переживания вознаграждения и наказания в несколько разных временных масштабах, с разницей всего в 200–400 миллисекунд».

Это исследование показывает, что дофамин является ключевым фактором в том, как мы учимся на хорошем и плохом опыте, помогая нашему мозгу корректировать поведение и делать выбор, связанный с положительными результатами.

«Традиционно дофамин часто называют «нейромедиатором счастья», — сказал Кишида. «Однако наша работа свидетельствует о том, что это не относится к дофамину. Вместо этого дофамин является важным компонентом сложной системы, которая обучает наш мозг и направляет наше поведение. Дофамин также участвует в обучении нашего мозга карательным переживаниям, что является важным открытием, которое может указать новые направления исследований и помочь нам лучше понять механизмы, лежащие в основе депрессии, зависимости и связанных с ними психических и неврологических расстройств».

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.