Если вы слышали о двух химических нейротрансмиттерах мозга, то это, скорее всего, дофамин и серотонин. Неважно, что большую часть работы выполняют глутамат и ГАМК - все заголовки привлекают внимание к дофамину как “химическому веществу удовольствия” и серотонину как нежному стабилизатору настроения. Конечно, заголовки в основном ошибаются. Роль дофамина в формировании поведения выходит далеко за рамки таких простых понятий, как “удовольствие” или даже “вознаграждение”. И тот факт, что антидепрессантам SSRI, повышающим уровень серотонина, требуются недели или месяцы, позволяет предположить, что на самом деле не немедленный скачок уровня серотонина избавляет от депрессии, а некий пока еще загадочный сдвиг в нижележащих цепях мозга.
Новое исследование, проведенное в Институте нейронаук Ву Цая в Стэнфорде, раскрывает еще одну новую грань этих молекул, улучшающих настроение. Исследование, опубликованное в журнале Nature, впервые показывает, как именно дофамин и серотонин работают вместе - или, точнее, в противоборстве - над нашим поведением.
“Помимо того, что дофамин и серотонин участвуют в нашем повседневном поведении, они связаны с широким спектром неврологических и психических расстройств: зависимостью, аутизмом, депрессией, шизофренией, болезнью Паркинсона и другими. Для нас очень важно понять их взаимодействие, если мы хотим добиться прогресса в лечении этих расстройств”, - говорит старший автор исследования Роберт Маленка, Прицкерский профессор психиатрии и поведенческих наук в Стэнфорде.
Исследования давно показали, что дофамин и серотонин играют важнейшую роль в обучении и принятии решений у разных видов. Однако точное взаимодействие между этими нейротрансмиттерами остается неясным. В то время как дофамин связан с прогнозированием и поиском вознаграждения, серотонин, по-видимому, сдерживает эти импульсы и способствует долгосрочному мышлению.
Возникли две основные теории: “гипотеза синергии”, согласно которой дофамин работает с краткосрочными вознаграждениями, а серотонин - с долгосрочными выгодами, и “гипотеза противостояния”, согласно которой эти два вещества действуют как противоположные силы, уравновешивающие наши решения: дофамин призывает к немедленным действиям, а серотонин - к терпению.
Новое исследование представляет собой первую прямую экспериментальную проверку этих конкурирующих гипотез. Под руководством аспиранта Даниэля Кардозо Пинто исследовательская группа создала специально сконструированных мышей, которые позволили им наблюдать и контролировать как дофаминовую, так и серотониновую системы у одного и того же животного. Этот инновационный подход помог им точно определить, где эти две системы взаимодействуют в мозге - в частности, в лимбической области, называемой прилежащим ядром, которая играет ключевую роль в эмоциях, мотивации и обработке вознаграждения.
“Это был очень сложный с технической точки зрения проект, который потребовал от нас разработки новых стратегий регистрации и манипулирования активностью множества нейромодуляторов одновременно у бодрствующих животных”, - поделился Кардозо Пинто.
Ученые использовали новые инновационные инструменты, чтобы проследить, как меняются сигналы дофамина и серотонина в прилежащем ядре, когда мыши научились связывать звуковой сигнал и мигающий свет со сладким вознаграждением. Они обнаружили, что дофаминовая и серотониновая системы реагировали в противоположных направлениях - в ответ на вознаграждение сигналы дофамина резко возрастали, а сигналы серотонина падали.
Затем исследователи использовали оптогенетические манипуляции (метод, при котором свет используется для управления генетически модифицированными нейронами), чтобы выборочно приглушить нормальный сигнал каждой системы - отдельно или в комбинации - во время обучения вознаграждению.
Предсказуемо, учитывая историю исследований, связывающих эти сигнальные системы с обучением вознаграждению, блокирование сигналов дофамина и серотонина не позволило мышам связать звуковые и световые сигналы со сладким вознаграждением. Еще более удивительно, что самостоятельное восстановление дофаминовой или серотониновой сигнальной системы было недостаточно для того, чтобы животные снова могли учиться. Только при наличии обеих систем животные могли успешно использовать сигналы, чтобы предсказать получение вознаграждения.
Полученные данные свидетельствуют о том, что дофамин и серотонин работают вместе, но противоположными способами, помогая мозгу учиться на вознаграждениях.
Основываясь на полученных результатах, ученые предполагают, что эти две системы действуют подобно акселератору и тормозу в автомобиле. Дофамин поощряет поведение, направленное на получение вознаграждения, сигнализируя, когда дела идут лучше, чем ожидалось, создавая сигнал “вперед”. Серотонин, напротив, тормозит этот процесс, создавая сигнал “стоп” или “жди”, что потенциально помогает нам быть более терпеливыми и учитывать долгосрочные последствия, а не только немедленное вознаграждение. Эффективное обучение, по мнению авторов исследования, требует как сигнала “вперед” от дофамина, так и сигнала “ожидание” от серотонина, чтобы организм мог правильно оценить и отреагировать на возможность получить вознаграждение.
Полученные результаты также имеют значение для расстройств, связанных с дисфункцией дофамина и серотонина, таких как наркомания, где повышенная чувствительность дофамина и дефицит серотонина способствуют компульсивному поиску вознаграждения, а также для расстройств настроения, включая депрессию и тревогу, где снижение сигнала серотонина может нарушать поведенческую гибкость и долгосрочное планирование.
“Поскольку роль дофамина в обучении вознаграждению становится все более очевидной, дофаминовая система стала естественным местом для начала исследований заболеваний, связанных с нарушением обработки вознаграждения, таких как зависимость и депрессия. Наша работа показывает, что дофаминовая и серотониновая системы образуют систему “газ-тормоз” для вознаграждения, что позволяет предположить, что в будущем будет полезно сосредоточиться на относительном балансе между этими двумя системами”, - говорит Кардозо Пинто.
Например, при лечении зависимости терапия может быть направлена на подавление чрезмерно активной дофаминовой сигнализации и повышение активности серотонина. При депрессии целью может быть усиление обеих систем для повышения мотивации и долгосрочного планирования.
Кроме того, технические достижения, которых добилась команда для проведения этого исследования, могут иметь долгосрочное применение в нейронаучных исследованиях. “Новые методики, которые мы разработали для этого исследования, теперь могут быть применены для решения множества интересных вопросов, связанных с тем, как мозг опосредует адаптивное поведение и что происходит в этих нейромодуляторных системах при таких распространенных расстройствах мозга, как зависимость, депрессия и расстройства аутистического спектра”.
Стэнфордский университет. Пер.: PSYCHOL-OK.RU
