Μια μελέτη από το Ολλανδικό Ινστιτούτο Νευροεπιστήμης συγκεντρώνει δύο σχολές σκέψης σχετικά με τη λειτουργία του νευροδιαβιβαστή ντοπαμίνη: η μία λέει ότι η ντοπαμίνη παρέχει ένα σήμα μάθησης και η άλλη λέει ότι η ντοπαμίνη μεσολαβεί στα κίνητρα. «Μάλλον είναι και τα δύο», λέει ο Ingo Willuhn, ερευνητής του Ινστιτούτου.
Είναι γνωστό ότι το σύστημα ντοπαμίνης εμπλέκεται στη σηματοδότηση πληροφοριών που σχετίζονται με την ανταμοιβή καθώς και σε ενέργειες που παράγουν ικανοποιητικά αποτελέσματα. Αυτό μπορεί να διερευνηθεί χρησιμοποιώντας είτε κλασικά παβλοφικά πειράματα είτε συντελεστικά. Η παβλοφιακή εξάρτηση περιγράφει το πώς ο εγκέφαλος κάνει έναν συσχετισμό μεταξύ δύο καταστάσεων ή ερεθισμάτων που προηγουμένως φαινόταν άσχετα.
Το διάσημο παράδειγμα είναι το πείραμα του Παβλόφ, όπου ένας σκύλος άκουσε έναν ήχο πριν λάβει φαγητό. Μετά από αρκετούς τέτοιους συνδυασμούς του ήχου με την παράδοση φαγητού, ο ήχος από μόνος του άρχισε να προκαλεί στο σκυλί έκκριση σάλιου. Η συντελεστική εξάρτηση διαφέρει από αυτό στο ότι η συμπεριφορά ενός ατόμου είναι σημαντική για να κερδίσει μια ανταμοιβή τροφής. Αυτό σημαίνει ότι το άτομο αφού ακούσει έναν ήχο, πρέπει να εκτελέσει μια συντελεστική ενέργεια για να λάβει την ανταμοιβή. Σε πειράματα σε ζώα, μια τέτοια αντίδραση είναι συχνά το πάτημα ενός μοχλού.
Μετρήσεις ντοπαμίνης στον επικλινή πυρήνα
Στο άρθρο της Jessica Goedhoop σε συνεργασία με την Tara Arbab και τον Ingo Willuhn από το Ολλανδικό Ινστιτούτο Νευροεπιστήμης, εξετάστηκε προσεκτικότερα ο ρόλος της σηματοδότησης ντοπαμίνης στη μάθηση και τα κίνητρα. Η ομάδα συνέκρινε δύο εξαρτημένα παραδείγματα: οι αρσενικοί αρουραίοι υποβλήθηκαν είτε σε παβλοφική (κλασική) είτε σε συντελεστική εξάρτηση, ενώ η απελευθέρωση ντοπαμίνης μετρήθηκε στον επικλινή πυρήνα, μια περιοχή του εγκεφάλου που είναι κεντρική για την επεξεργασία αυτών των πληροφοριών.
Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων ένα φως υπόδειξης κράτησε για 5 δευτερόλεπτα. Για την παβλοφική ομάδα, ένα σφαιρίδιο φαγητού παραδόθηκε στον γεμιστήρα επιβράβευσης τροφής μετά την απενεργοποίηση της λυχνίας. Για την συντελεστική ομάδα, η απενεργοποίηση του φωτός υπόδειξης ακολουθήθηκε από έκταση του μοχλού κάτω από το φως υπόδειξης στο πλαίσιο του χειριστή. Ο μοχλός ανασύρθηκε μετά από ένα πάτημα του μοχλού, το οποίο οδήγησε αμέσως στην παράδοση μιας ανταμοιβής σφαιριδίων τροφής στον γεμιστήρα τροφίμων. Εάν δεν υπήρχε πάτημα του μοχλού εντός 5 δευτερολέπτων μετά την έκταση του μοχλού, ο μοχλός δεν παρέδιδε καμία ανταμοιβή.
Οι αρουραίοι και στις δύο ομάδες απελευθέρωσαν την ίδια ποσότητα ντοπαμίνης κατά την έναρξη της προγνωστικής ανταμοιβής. Ωστόσο, μόνο η ομάδα χειριστή μοχλού έδειξε παρατεταμένο επίπεδο συγκέντρωσης ντοπαμίνης καθ’ όλη τη διάρκεια της φωτεινής υπόδειξης των 5 δευτερολέπτων (καθ’ όλη τη διάρκεια και πριν από το πάτημα του μοχλού).
Αυτή η διατήρηση της ντοπαμίνης παρατηρήθηκε αξιόπιστα και με συνέπεια. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα σταθερά επίπεδα ντοπαμίνης μπορεί να είναι ένα ενδιάμεσο μεταξύ της μάθησης και της δράσης, συνδεδεμένα με το κίνητρο για τη δημιουργία μιας δράσης για την επίτευξη ανταμοιβής.
Ο Willuhn ανέφερε: «Έχουν γίνει πολλές μελέτες για την ντοπαμίνη. Έχουμε μια αξιοπρεπή ιδέα για το πότε απελευθερώνεται η ντοπαμίνη στον εγκέφαλο, αλλά υπάρχει ακόμα πολλή συζήτηση για το ποιες είναι οι ακριβείς μεταβλητές που καθορίζουν μια τέτοια σηματοδότηση ντοπαμίνης. Ουσιαστικά η συζήτηση είναι για τι “σημαίνει η ντοπαμίνη”. Για να το διερευνήσουν αυτό, οι επιστήμονες συνήθως εκτελούν είτε παβλόβια είτε συντελεστικά πειράματα. Αλλά δοκιμάζουν ελαφρώς διαφορετικά πράγματα. Και τα δύο έχουν να κάνουν με την εκμάθηση μιας συσχέτισης μεταξύ ενός ουδέτερου ερεθίσματος και μιας ανταμοιβής. Η συντελεστική εξάρτηση απαιτεί κίνητρο για να εκτελέσετε μια ενέργεια επιπλέον για να κερδίσετε την ανταμοιβή. Επομένως, συγκρίναμε τους δύο τύπους εξάρτησης στο ίδιο πείραμα».
Προσθέτοντας ένα κομμάτι στο παζλ
«Τα αποτελέσματά μας συγκεντρώνουν τα δύο στρατόπεδα επιστημόνων που συχνά μάχονται μεταξύ τους: το ένα λέει ότι η ντοπαμίνη είναι ένα σήμα σφάλματος πρόβλεψης ανταμοιβής, που σημαίνει ότι η ντοπαμίνη απελευθερώνεται όταν συμβαίνει κάτι καλύτερο από το αναμενόμενο και καταστέλλεται όταν συνέβη κάτι χειρότερο από ό,τι αναμενόταν -αυτό είναι ένα σήμα μάθησης. Το άλλο στρατόπεδο λέει ότι αυτό δεν είναι αληθές. Ότι η ντοπαμίνη έχει να κάνει με το κίνητρο. Η αυξημένη απελευθέρωση ντοπαμίνης κάνει τα άτομα και να εργαστούν σκληρότερα για να λάβουν την ανταμοιβή. Έχουν γίνει μερικές προσπάθειες στο παρελθόν να έρθουν τα δύο στρατόπεδα μαζί, αλλά υπάρχει ακόμα ανάγκη για περισσότερη γνώση για το θέμα».
Αυτό που έδειξε η μελέτη είναι ότι μόνο στην εργασία μάθησης χειρισμού του μοχλού τα επίπεδα ντοπαμίνης παρέμειναν υψηλά. Φαίνεται ότι το κίνητρο κωδικοποιείται σε αυτό το οροπέδιο. Η πρόβλεψη ανταμοιβής είναι η αρχική κορυφή της ντοπαμίνης, αλλά το πόσο το σήμα παραμένει ψηλά, αντανακλά το κίνητρο. Έτσι, η εργασία μας υποδηλώνει ότι υπάρχει πιθανότητα η ντοπαμίνη να εμπλέκεται και στα δύο, τόσο στη μάθηση όσο και στα κίνητρα. Στα επόμενα βήματα θα είναι να λάβουμε περισσότερες λεπτομέρειες από αυτό. Πρέπει να επαναλάβουμε τα πειράματα και να τα κάνουμε πιο εξελιγμένα. Όσο πιο εξελιγμένα, τόσο πιο ακριβείς θα είναι οι προβλέψεις μας».
Συνέπειες
Η ντοπαμίνη δεν εμπλέκεται μόνο στην καθημερινή ζωή αλλά και σε διαταραχές όπως ο εθισμός, η νόσος του Πάρκινσον και η σχιζοφρένεια. Λόγω των δύο στρατοπέδων, υπάρχει διαφωνία για το τι ακριβώς συμβαίνει. Για παράδειγμα, ορισμένοι ερευνητές λένε πως οι εθισμένοι παίρνουν ντοπαμίνη από τα ναρκωτικά. Η απελευθέρωση αυξάνεται και κατά συνέπεια όλα τα περιβαλλοντικά σημάδια αρχίζουν να έχουν μεγαλύτερο νόημα. Οι εθισμένοι μαθαίνουν ότι αυτές οι ενδείξεις συνδέονται με το ναρκωτικό και παίρνουν όλο και περισσότερα ναρκωτικά, επειδή τους υπενθυμίζεται συνεχώς το ναρκωτικό παντού. Από αυτή την άποψη, ο εθισμός είναι μια λανθασμένη μάθηση.
Άλλοι ερευνητές θα έλεγαν ότι το κίνητρο για λήψη του ναρκωτικού εντείνεται με την πιο συχνή λήψη, επειδή το φάρμακο αυξάνει την απελευθέρωση ντοπαμίνης που εμπλέκεται. Αυτή η μελέτη δείχνει ότι μπορεί να είναι και τα δύο. Ανάλογα με τον ακριβή χρονισμό, και τα δύο συστήματα θα μπορούσαν να εμπλέκονται και τα δύο.
«Αυτό είναι επίσης σχετικό με την κλινική πράξη. Τα συνταγογραφούμενα φάρμακα μπορούν να επηρεάσουν τόσο τα συστήματα μάθησης όσο και τα συστήματα κινήτρων ταυτόχρονα: και στη συνέχεια μπορεί να γίνει ένα μπέρδεμα. Εάν χορηγήσετε σε σχιζοφρενείς ασθενείς κλασικά αντιψυχωσικά φάρμακα, αργούν και δεν μπορούν να δράσουν πολύ επειδή το σύστημα κινήτρων τους είναι κάτω», είπε ο Willuhn.
«Οι ασθενείς με νόσο του Πάρκινσον παίρνουν φάρμακα υπέρ της ντοπαμίνης ουσιαστικά επειδή έχασαν την ντοπαμίνη τους, αλλά μερικοί αρχίζουν να παίζουν τζόγο επειδή το σύστημα ντοπαμίνης τους είναι ξαφνικά σε υπερένταση. Δεν μπορούμε να επηρεάσουμε τα στοιχεία μάθησης και κινήτρων ξεχωριστά. Μόλις δώσετε ένα φάρμακο τα χτυπάτε όλα, οπότε καλό είναι να το έχετε υπόψη σας».
Η εργασία δημοσιεύεται στο The Journal of Neuroscience.
Περισσότερες πληροφορίες: Jessica Goedhoop et al, Anticipation of Appetitive Operant Action Induces Sustained Dopamine Release in the Nucleus Accumbens, The Journal of Neuroscience (2023). DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1527-22.2023.