В исследовании, опубликованном в журнале Nature Human Behavior, ученые погружаются в мир химических нейромодуляторов человеческого мозга, в частности дофамина и серотонина, чтобы выявить их роль в социальном поведении.
Исследование, проведенное на пациентах с болезнью Паркинсона, которым в сознании проводилась операция на мозге, было сосредоточено на черной субстанции мозга - важнейшей области мозга, связанной с двигательным контролем и обработкой вознаграждения.
Международная команда под руководством специалиста по вычислительной нейробиологии из Вирджинского технологического института Рида Монтегю выявила ранее неизвестный нейрохимический механизм, объясняющий хорошо известную склонность человека принимать решения в зависимости от социального контекста - люди с большей вероятностью принимают предложения от компьютеров, отвергая идентичные предложения от игроков-людей.
Опыт ультимативной игры
В ходе исследования четыре пациента, которым была проведена операция по глубокой стимуляции мозга для лечения болезни Паркинсона, были погружены в ультимативную игру "бери или не бери" - сценарий, в котором они должны были принять или отклонить различные варианты разделения 20 долларов от игроков - как людей, так и компьютеров. Например, один из игроков может предложить оставить себе 16 долларов, а пациент получит оставшиеся 4 доллара. Если пациент отказывается от такой доли, то никто из них ничего не получает.
"Вы можете научить людей, как они должны поступать в подобных играх - они должны соглашаться даже на небольшое вознаграждение, а не на полное отсутствие такового. Когда люди знают, что играют с компьютером, они играют идеально, как математические экономисты - они делают то, что должны делать. Но когда они играют с человеком, они ничего не могут с собой поделать. Они часто вынуждены наказывать меньшую ставку, отклоняя ее", - говорит Монтегю, профессор Virginia Tech Carilion Mountcastle в Институте биомедицинских исследований Фралина при VTC и старший автор исследования.
Танец дофамина и серотонина
Идея о том, что люди принимают решения на основе социального контекста, в нейронных экономических играх не нова. Но теперь исследователи впервые показали, что влияние социального контекста может быть обусловлено динамическим взаимодействием дофамина и серотонина.
Когда люди принимают решения, дофамин, похоже, внимательно следит и реагирует на то, лучше или хуже текущее предложение, чем предыдущее, как будто это непрерывная система слежения. Серотонин же фокусируется только на текущей ценности конкретного предложения, предполагая более индивидуальную оценку. Этот быстрый танец происходит на фоне более медленного фона, где дофамин в целом выше, когда люди играют с другими людьми - другими словами, когда в игру вступает справедливость. Все вместе эти сигналы способствуют общей оценке ценности нашего мозга во время социальных взаимодействий.
"Мы освещаем различные когнитивные процессы и наконец получаем ответы на вопросы в более тонких биологических деталях", - говорит первый автор исследования Дэн Банг, доцент кафедры клинической медицины и стипендиат фонда Lundbeck в Орхусском университете в Дании, а также адъюнкт-доцент Института биомедицинских исследований Фралина.
"Уровень дофамина выше, когда люди взаимодействуют с другим человеком, а не с компьютером", - говорит Банг. "И здесь было важно, чтобы мы также измерили уровень серотонина, чтобы дать нам уверенность в том, что общая реакция на социальный контекст зависит от дофамина".
Сет Баттен, старший научный сотрудник лаборатории Монтегю и первый автор исследования, создал электроды из углеродного волокна, которые были имплантированы пациентам, прошедшим операцию по глубокой стимуляции мозга, и помогал собирать данные в Медицинской системе Маунт-Синай в Нью-Йорке.
"Уникальность нашего метода заключается в том, что он позволяет измерять более одного нейротрансмиттера одновременно - влияние этого фактора не должно быть упущено. Мы видели эти сигнальные молекулы и раньше, но впервые мы увидели, как они танцуют. Никто раньше не видел этот танец дофамина и серотонина в социальном контексте".
Выяснение смысла электрохимических сигналов, записанных у пациентов во время операции, стало серьезной задачей, на решение которой ушли годы.
"Исходные данные, которые мы собираем у пациентов, не относятся к дофамину, серотонину или норадреналину - это их смесь", - говорит Кен Кишида, соавтор исследования и доцент кафедры трансляционной нейронауки и нейрохирургии в Медицинской школе Университета Уэйк Форест. "По сути, мы используем инструменты машинного обучения, чтобы отделить то, что содержится в исходных данных, понять сигнатуру и расшифровать, что происходит с дофамином и серотонином".
В исследовании Nature Human Behavior ученые показали, как подъем и спад дофамина и серотонина переплетаются с человеческим познанием и поведением.
Решение проблемы болезни Паркинсона
"В какой-то момент, после того как мы проверим достаточное количество людей, мы сможем заняться патологией болезни Паркинсона, которая дала нам эту возможность", - говорит Монтегю.
При болезни Паркинсона значительная потеря дофамин-продуцирующих нейронов в стволе мозга является ключевой характеристикой, которая обычно совпадает с появлением симптомов. Эта потеря затрагивает стриатум - область мозга, на которую в значительной степени влияет дофамин. По мере уменьшения дофамина начинают прорастать серотониновые терминали, что свидетельствует о сложном взаимодействии, наблюдаемом на моделях грызунов.
Уже есть доклинические доказательства того, что истощение дофаминовой системы говорит серотониновой системе: "Эй, мы должны что-то сделать. Но мы никогда не могли проследить динамику. То, что мы делаем сейчас, - это первый шаг, но можно надеяться, что когда мы наберем сотни пациентов, мы сможем связать это с симптоматикой и сделать некоторые клинические заявления о патологии болезни Паркинсона", - говорит Монтегю.
В этом отношении, по словам исследователей, открывается окно для изучения широкого спектра расстройств мозга. "Человеческий мозг похож на черный ящик", - говорит Кисида. "Мы разработали еще один способ заглянуть внутрь и понять, как работают эти системы и как на них влияют различные клинические состояния".
Майкл Фридландер, исполнительный директор Института биомедицинских исследований имени Фралина и нейробиолог, не принимавший участия в исследовании, сказал: "Эта работа меняет всю область нейронаук и нашу способность исследовать человеческий разум и мозг - с помощью технологии, которую еще несколько лет назад невозможно было даже представить".
По его словам, психиатрия является примером области медицины, в которой такой подход может принести пользу. "В мире существует огромное количество людей, страдающих от различных психических заболеваний, и во многих случаях фармакологические решения не дают положительного результата. Дофамин, серотонин и другие нейротрансмиттеры в некотором роде тесно связаны с этими расстройствами. Эта работа добавляет реальную точность и количественные показатели для понимания этих проблем. Единственное, в чем мы можем быть уверены, - эта работа будет чрезвычайно важна в будущем для разработки методов лечения", - сказал Фридландер.
Более десяти лет работы
Работа по измерению нейротрансмиттеров в реальном времени в человеческом мозге началась более 12 лет назад, когда Монтегю собрал команду экспертов, которые "много думают о мышлении".
В первых в своем роде наблюдениях за человеческим мозгом, опубликованных учеными в журнале Neuron в 2020 году, исследователи обнаружили, что дофамин и серотонин работают с субсекундной скоростью, формируя восприятие человеком окружающего мира и действия, основанные на этом восприятии.
Совсем недавно, в исследовании, опубликованном в октябре в журнале Current Biology, ученые использовали свой метод регистрации химических изменений у бодрствующих людей, чтобы получить представление о норадреналиновой системе мозга, которая уже давно является мишенью для лекарств, предназначенных для лечения психических расстройств. А в декабре 23 года в журнале Science Advances команда показала, что быстрые изменения уровня дофамина отражают специфические вычисления, связанные с тем, как люди учатся на вознаграждениях и наказаниях.
"Мы многократно проводили активные измерения нейротрансмиттеров в разных областях мозга, и сейчас мы достигли того момента, когда затрагиваем важнейшие элементы того, что делает нас людьми", - говорит Монтегю.
Технологический институт Вирджинии, Пер.: PSYCHOL-OK.RU
