Tarptautinė komanda iššifruoja sudėtingą dopamino ir serotonino šokį žmogaus smegenyse, atskleisdama socialinius sprendimus.

Tyrime, paskelbtame m Žmogaus elgesio prigimtisMokslininkai gilinasi į žmogaus smegenų cheminių neuromoduliatorių, ypač dopamino ir serotonino, pasaulį, kad atskleistų jų vaidmenį socialiniame elgesyje.

Tyrimas, atliktas su Parkinsono liga sergančiais pacientais, kuriems buvo atlikta budrumo smegenų operacija, buvo sutelktas į smegenų juodąją medžiagą, svarbią sritį, susijusią su motorine kontrole ir atlygio apdorojimu.

Tarptautinė komanda, vadovaujama Virdžinijos technikos kompiuterinio neurologo Reedo Montagu, atskleidė anksčiau nežinomą neurocheminį mechanizmą, pagal kurį žinomas žmogaus polinkis priimti sprendimus pagal socialinį kontekstą – žmonės labiau linkę priimti pasiūlymus iš kompiuterių, o atmesti identiškus žmonių pasiūlymus. žaidėjų.

Mokslininkai aptaria savo darbą, norėdami sužinoti įžvalgas apie smegenų ir proto sudėtingumą. Neseniai mokslininkai, įskaitant (iš kairės) Dan Pangas iš Orhuso universiteto Danijoje, Ken Kishida iš Wake Forest universiteto medicinos mokyklos ir Michaelas Friedlanderis, Fralino biomedicininių tyrimų instituto vykdomasis direktorius; Peteris Dayanas, Makso Planko biologinės kibernetikos instituto Tiubingene (Vokietija) vykdantysis direktorius, ir Reedas Montagu, Fralino biomedicininių tyrimų instituto Žmogaus neurologijos tyrimų centro direktorius, kalbėjo apie per dešimtmečius pasiektus pasiekimus. Kreditas: Clayton Metz / Virginia Tech

Įžvalga į ultimatumo žaidimą

Šiame tyrime keturi pacientai, kuriems buvo atlikta giliosios smegenų stimuliacijos operacija Parkinsono ligai gydyti, buvo panirę į „imk arba palik“ ultimatumo žaidimą – scenarijų, pagal kurį jie turėjo priimti arba atmesti skirtingus 20 USD dalymus iš žmogaus ir kompiuterio. žaidėjų. Pavyzdžiui, vienas žaidėjas gali pasiūlyti pasilikti 16 USD, o pacientas gaus likusius 4 USD. Jei pacientas atsisako dalytis, nė vienas iš jų nieko negauna.

„Galite išmokyti žmones, ką jie turėtų daryti tokio tipo žaidimuose – kad jie turėtų priimti net nedidelį atlygį, o ne visai negauti“, – sakė VTC Fralino biomedicininių tyrimų instituto Virdžinijos technikos Carilion Mountcastle profesorius Montagu. Studijos autorius. „Kai žmonės žino, kad žaidžia su kompiuteriu, jie žaidžia puikiai, kaip ir matematikai ekonomistai – daro tai, ką turi daryti. Bet kai vaidina žmogų, negali atsispirti. Dažnai jie yra priversti nubausti už mažesnį pasiūlymą. jį atmesdamas“.

Reidas Montagu, vadovavęs tyrimų grupei, kuri užfiksavo cheminius socialinių sprendimų priėmimo pagrindus, kalba apie svarbiausių elementų, kurie daro mus žmonėmis, palietimą. Kreditas: Clayton Metz / Virginia Tech

Dopamino ir serotonino šokis

Idėja, kad žmonės priima sprendimus remdamiesi socialiniu kontekstu, nėra nauja idėja neuroekonominiuose žaidimuose. Tačiau dabar pirmą kartą mokslininkai parodė, kad socialinio konteksto poveikis gali atsirasti dėl dinamiškos dopamino ir serotonino sąveikos.

Kai žmonės priima sprendimus, atrodo, kad dopaminas atidžiai seka ir reaguoja į tai, ar dabartinis pasiūlymas yra geresnis ar blogesnis nei ankstesnis, tarsi tai būtų nuolatinė sekimo sistema. Tuo tarpu serotoninas, atrodo, sutelkia dėmesį tik į dabartinę konkretaus pasiūlymo vertę, o tai rodo kiekvienu konkrečiu atveju vertinimą.

Šis greitas šokis vyksta lėtesniame fone, kai dopamino kiekis paprastai būna didesnis, kai žmonės atlieka kitų žmonių vaidmenį – kitaip tariant, kai įsigali teisingumas. Kartu šie signalai prisideda prie mūsų smegenų bendro mūsų vertės įvertinimo socialinės sąveikos metu.

„Mes apšviečiame skirtingus pažinimo procesus ir pagaliau gauname atsakymus į klausimus smulkesniais biologiniais klausimais“, – teigiama tyrime. Fralino biomedicininių tyrimų institute.

„Dopamino kiekis yra didesnis, kai žmonės bendrauja su kitu žmogumi, o ne kompiuteriu”, – sakė Pangas. „Čia taip pat buvo svarbu išmatuoti serotoniną, kad galėtume įsitikinti, kad bendras atsakas į socialinį kontekstą yra specifinis dopaminui.”

Sethas Battenas, Fralino biomedicinos tyrimų instituto mokslinis bendradarbis, sukonstravo elektrodus, naudojamus dopamino ir seratonino šokiui įrašyti. Kreditas: Clayton Metz / Virginia Tech

Sethas Battenas, vyresnysis mokslinis bendradarbis Montagu laboratorijoje ir pirmasis tyrimo autorius, sukonstravo anglies pluošto elektrodus, kurie buvo implantuoti pacientams, kuriems atlikta gilios smegenų stimuliacijos operacija, ir padėjo rinkti duomenis Sinajaus kalno sveikatos sistemoje Niujorke.

„Unikali mūsų metodo plėtra yra ta, kad jis leidžia mums išmatuoti daugiau nei vieną neuromediatorių vienu metu – ir to poveikis neturėtų būti prarastas“, – sakė Pattenas. „Mes jau matėme šias signalines molekules, bet tai yra pirmas kartas, kai matome jas šokančias. Niekas anksčiau nematė šio dopamino ir serotonino šokio socialiniame kontekste.”

Operacijos metu pacientų užfiksuotų elektrocheminių signalų prasmės atradimas buvo didelis iššūkis, kuriam išspręsti prireikė metų.

„Preliminarūs duomenys, kuriuos renkame iš pacientų, nėra būdingi dopaminui, serotoninui ar norepinefrinui – tai yra jų derinys“, – sakė tyrimo bendraautorius ir transliacinės neurologijos docentas Kenas Kishida. Neurochirurgija, Wake Forest universiteto medicinos mokykloje. „Iš esmės naudojame mašininio mokymosi įrankius, kad atskirtume, kas yra neapdorotuose duomenyse, suprastume parašą ir iškoduotume, kas vyksta su dopaminu ir serotoninu.

Viduje Išstudijuokite žmogaus elgesio prigimtįMokslininkai įrodė, kaip dopamino ir serotonino padidėjimas ir sumažėjimas yra susipynę su žmogaus pažinimu ir elgesiu.

„Modelinių organizmų pasaulyje yra saldainių parduotuvė, kurioje pilna įmantrių metodų, kaip užduoti biologinius klausimus, bet sunkiau užduoti klausimus apie tai, kas tave daro tu“, – sakė Montagu, kuris taip pat yra Žmogaus neuromokslų tyrimų centro direktorius. ir Fralino biomedicininių tyrimų instituto žmogaus neurovaizdavimo laboratorija.

Parkinsono ligos gydymas

„Kai kada nors įvertinsime pakankamai žmonių, galėsime išspręsti Parkinsono ligos patologiją, kuri suteikė mums tokią galimybę“, – sakė Montagu, kuris taip pat yra Virdžinijos technikos mokslų koledžo profesorius.

Sergant Parkinsono liga, reikšmingas dopaminą gaminančių neuronų praradimas smegenų kamiene yra pagrindinis požymis, kuris dažniausiai sutampa su simptomų atsiradimu.

Šis praradimas paveikia striatumą – smegenų sritį, kurią stipriai veikia dopaminas. Kai dopamino mažėja, serotonino terminalai pradeda augti, atskleidžiant sudėtingą sąveiką, kaip pastebėta graužikų modeliuose.

„Jau yra ikiklinikinių įrodymų, kad dopamino sistemos išeikvojimas sako serotonino sistemai: Ei, mes turime ką nors padaryti. „Tačiau mes niekada neturėjome pamatyti dinamikos”, – sakė Montagu. „Tai, ką darome dabar, yra pirmas žingsnis, bet tikimės, kad pasiekę šimtus pacientų galėsime tai susieti su simptomais ir gauti klinikinių duomenų apie Parkinsono ligą.

Šiuo atžvilgiu mokslininkai teigė, kad yra atviras langas, leidžiantis nustatyti įvairius smegenų sutrikimus.

„Žmogaus protas yra kaip juoda dėžė“, – sakė Kishida. „Mes sukūrėme kitą būdą pažvelgti į vidų ir suprasti, kaip šios sistemos veikia ir kaip jas veikia įvairios klinikinės situacijos.”

„Šis darbas keičia visą neurologijos sritį ir mūsų gebėjimą domėtis žmogaus protu ir smegenimis – naudojant sukurtas technologijas“, – sakė Michaelas Friedlanderis, Fralino biomedicininių tyrimų instituto vykdomasis direktorius ir neurologas, kuris nedalyvavo studija. Prieš daugelį metų tai net nebūtų buvę įsivaizduojama.

Pasak jo, psichiatrija yra medicinos srities, kuriai gali būti naudingas šis metodas, pavyzdys.

„Pasaulyje turime daug žmonių, sergančių įvairiomis psichikos ligomis, ir daugeliu atvejų vaistų sprendimai neveikia“, – sakė Friedlanderis, kuris taip pat yra Sveikatos mokslų ir psichiatrijos katedros pirmininko pavaduotojas. Virginia Tech. technologija. „Dopaminas, serotoninas ir kiti neurotransmiteriai tam tikrais atžvilgiais yra glaudžiai susiję su šiais sutrikimais. Šios pastangos padidina šių problemų supratimą tikslumo ir kiekio. Manau, kad galime būti tikri, kad šis darbas bus labai svarbus gydymo kūrimo ateitis“.

Kuriama daugiau nei dešimtmetį

Pastangos išmatuoti realaus laiko neuromediatorius žmogaus smegenyse prasidėjo daugiau nei prieš 12 metų, kai Montagu subūrė ekspertų komandą, kuri „galvoja apie mąstymą daug“.

Pirmuosiuose žmogaus smegenų stebėjimuose mokslininkai paskelbė… nervų ląstelės 2020 m. mokslininkai atskleidė, kad dopaminas ir serotoninas veikia trumpesniu nei sekundės greičiu, kad suformuotų tai, kaip žmonės suvokia pasaulį ir imasi veiksmų pagal savo suvokimą.

Visai neseniai žurnale paskelbtame tyrime Dabartinė biologijaTyrėjai panaudojo cheminių pokyčių fiksavimo budriems žmonėms metodą, kad sužinotų apie smegenų noradrenalino sistemą, kuri ilgą laiką buvo vaistų, skirtų psichikos sutrikimams gydyti, taikiniu.

O gruodžio mėnesį žurnale Mokslo pažanga, Komanda atskleidė, kad spartūs dopamino lygio pokyčiai atspindi konkrečius skaičiavimus, susijusius su tuo, kaip žmonės mokosi iš apdovanojimų ir bausmių.

„Mes daug kartų atlikome aktyvius neuromediatorių matavimus įvairiose smegenų srityse ir dabar pasiekėme tašką, kai sprendžiame svarbiausius elementus, kurie daro mus žmonėmis“, – sakė Montagu.

Nuoroda: „Dopaminas ir serotoninas žmogaus substantia nigra seka socialinį kontekstą ir vertės signalus ekonominių mainų metu“ Sethas R. Battenas, Danas Pangas, Brianas H. Koppelis, Ariana N. Davisas, Matthew Heflinas, Zixiu Fu, Oferis Pearlas, Kimiya Ziavat, Alice Hashemi, Ignacio Saezas, Leonardo S. Barbosa, Thomas Twomey, Terry Lorenzas, Jasonas P. White'as, Peteris Dayanas, Alexanderis W. Charney, Martinas Figi, Helen S. Myberg, Kennethas T. Kishida, Xiaosi Guo ir B. Reedas. Montagu, 2024 m. vasario 26 d. Žmogaus elgesio prigimtis.
doi: 10.1038/s41562-024-01831-s