Поощрение и наказание – ученые изучили работу дофамина

Исследователи из Медицинской школы Университета Уэйк Форест (WFUSM) получили важную информацию о механизмах принятия решений мозгом в новом исследовании, которое может помочь лучше понять, как передача сигналов дофамина различается при психиатрических и неврологических расстройствах.



«Ранее исследования показали, что дофамин играет важную роль в том, как животные учатся на «поощряющем» (и, возможно, «наказывающем») опыте», — сказал доктор Кеннет Т. Кишида, доцент кафедры физиологии, фармакологии и нейрохирургии в WFUSM. «Однако мало что было сделано для прямой оценки того, что дофамин делает в человеческом мозге в короткие сроки».

«Это первое исследование на людях, в ходе которого изучается, как дофамин кодирует вознаграждения и наказания и отражает ли дофамин «оптимальный» обучающий сигнал, который используется в самых передовых исследованиях в области искусственного интеллекта».

Для исследования ученые 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 хирургии, в исследовании смогли принять участие три пациента, которым было назначено такое лечение – глубокая стимуляция мозга при эссенциальном треморе.

Микроэлектрод из углеродного волокна был вставлен глубоко в мозг участников для мониторинга дофамина в полосатом теле — области мозга, участвующей в принятии решений, формировании привычек и вознаграждении.

Затем им было поручено сыграть в простую компьютерную игру, состоящую из трех этапов, требующих от участников на собственном опыте научиться делать выбор, который максимизирует вознаграждение и минимизирует наказания. Игроки награждались реальными денежными призами за принятие правильных решений, и теряли деньги в качестве штрафа за неверные ходы. Уровень дофамина измерялся каждые 100 миллисекунд у каждого игрока на всех этапах игры.

И ученые обнаружили нечто совершенно неожиданное: путь дофамина может быть гораздо более многогранным и сложным, чем мы думали, играя такую ​​же роль в обработке неудач, как и в победах. И эти пути действуют в разных временных масштабах.

«Мы обнаружили, что дофамин не только играет роль в передаче сигналов как о положительном, так и об отрицательном опыте в мозге, но, по-видимому, делает это оптимальным образом при попытке извлечь уроки из этих результатов», — сказал Кишида. «Что было также интересно, так это то, что, похоже, в мозгу могут быть независимые пути, которые отдельно задействуют дофаминовую систему для вознаграждения и наказания. Наши результаты показывают удивительный результат: эти два пути могут кодировать опыт вознаграждения и наказания в слегка сдвинутых временных масштабах, разделенных всего лишь 200–400 миллисекундами».

Исследование показывает, что дофамин является ключевым фактором в том, как мы учимся на своем опыте – хорошем и плохом – помогая нашему мозгу адаптировать поведение, чтобы делать выбор, связанный с положительными результатами.

«Традиционно дофамин часто называют «нейромедиатором удовольствия», — сказал Кишида. «Однако наша работа доказывает, что о дофамине надо думать не так. Дофамин является важной частью сложной системы, которая обучает наш мозг и направляет наше поведение. Тот факт, что дофамин также участвует в обучении нашего мозга при помощи наказания, является важным открытием, и может указать новые направления в исследованиях, которые помогут нам лучше понять механизмы, лежащие в основе депрессии, зависимости и связанных с ними психиатрических и неврологических расстройств».