Ученые сделали значительный шаг вперед в понимании того, как наш мозг обрабатывает социальные взаимодействия, уделив особое внимание роли дофамина и серотонина, двух важнейших химических посланников в мозге. Исследование, проведенное нейробиологами Технологического института штата Вирджиния и опубликованное в журнале Природа Человеческого поведения. В исследовании приняли участие пациенты с болезнью Паркинсона, которым проводилась операция на головном мозге во время бодрствования.
Эти пациенты участвовали в игре, в которой проверялась их реакция на финансовые предложения, исходившие как от людей, так и от компьютеров, что позволило получить захватывающее представление о нейрохимических основах принятия социальных решений.
Предыстория
Дофамин и серотонин — два наиболее известных нейромедиатора в человеческом мозге, играющие решающую роль в регулировании широкого спектра физиологических и психологических процессов. Дофамин часто называют нейротрансмиттером «хорошего самочувствия» из-за его связи с удовольствием, вознаграждением и мотивацией.
Помимо этого, дофамин имеет решающее значение для контроля движений и участвует в различных неврологических и психических расстройствах, включая болезнь Паркинсона, при которой нейроны, продуцирующие дофамин, разрушаются, что приводит к двигательным симптомам.
Серотонин, с другой стороны, в первую очередь участвует в регулировании настроения, тревоги и счастья. Часто называемый «стабилизирующим» нейромедиатором, он способствует ощущению благополучия и счастья, а также помогает регулировать циклы сна и бодрствования организма и внутренние часы. Серотонин также играет роль в аппетите, пищеварении и эмоциональном состоянии, а также связан с депрессией и тревогой.
Исследователи приступили к этому исследованию, чтобы изучить взаимосвязь между дофамином и серотонином во время социальных взаимодействий, в частности, как эти химические вещества влияют на наши процессы принятия решений в различных социальных контекстах. Они решили изучить пациентов с болезнью Паркинсона, перенесших операцию по глубокой стимуляции мозга. Этот клинический сценарий предоставил редкую возможность напрямую измерить нейрохимическую активность мозга в режиме реального времени во время контролируемого социального взаимодействия.
Методология: расшифровка танца дофамина и серотонина
В основе экспериментального плана лежало использование «игры-ультиматума», хорошо зарекомендовавшей себя экономической игры в психологических исследованиях. В этой игре участников просили ответить на предложения о разделении суммы в 20 долларов, сделанные людьми или компьютерами. Эти предложения различались: некоторые из них были справедливыми (например, разделение 10–10 долларов), а другие — менее справедливыми (например, разделение 16–4 доллара в пользу предлагающего).
У участников была возможность либо согласиться на разделение, и в этом случае обе стороны получат предложенные суммы, либо отклонить его, в результате чего ни одна из сторон не получит никаких денег. Эта установка была направлена на изучение процессов принятия решений и влияния социального контекста на эти решения.
«В таких играх можно научить людей тому, что им следует делать — они должны принимать даже небольшие вознаграждения, а не вообще не получать вознаграждений», — сказал Рид Монтегю, вычислительный нейробиолог Технологического института штата Вирджиния, старший автор исследования. «Когда люди знают, что играют в компьютер, они играют отлично, как экономисты-математики — они делают то, что должны делать. Но когда они играют человека, они ничего не могут с собой поделать. Они часто вынуждены наказать меньшую заявку, отклонив ее».
Чтобы измерить нейрохимическую динамику во время этих задач, исследователи применили инновационный подход с использованием электродов из углеродного волокна, которые были имплантированы в мозг участников, специально воздействуя на черную субстанцию, область, известную своей ролью в контроле движений и обработке вознаграждения. Эти электроды позволяли обнаруживать изменения уровней дофамина и серотонина с разрешением десять образцов в секунду, предлагая детальное представление о нейрохимических колебаниях, возникающих во время принятия решений.
«Уникальность нашего метода заключается в том, что он позволяет нам измерять более одного нейромедиатора одновременно — влияние этого не должно быть потеряно», — объяснил Сет Баттен, старший научный сотрудник лаборатории Монтегю и поделился первым автором исследования. . «Мы видели эти сигнальные молекулы раньше, но мы впервые видим, как они танцуют. Никто никогда раньше не видел этого танца дофамина и серотонина в социальном контексте».
Но расшифровка значения электрохимических сигналов, полученных от пациентов во время операции, представляла собой серьезное препятствие, на преодоление которого потребовались годы.
«Необработанные данные, которые мы собираем у пациентов, не касаются дофамина, серотонина или норадреналина — это их смесь», — сказал Кен Кишида, соавтор исследования и доцент кафедры трансляционной нейробиологии. нейрохирургия в Медицинской школе Университета Уэйк Форест. «По сути, мы используем инструменты машинного обучения, чтобы отделить необработанные данные, понять сигнатуру и расшифровать, что происходит с дофамином и серотонином».
Ключевые результаты
Исследователи обнаружили, что дофамин действует как своего рода система непрерывного отслеживания, внимательно отслеживая и реагируя на то, было ли каждое новое предложение в игре лучше или хуже предыдущего. Это говорит о том, что дофамин может быть неотъемлемой частью оценки изменений в окружающей среде и соответствующей корректировки наших ожиданий и решений.
Напротив, активность серотонина была больше сосредоточена на непосредственной ценности текущего предложения, независимо от прошлых предложений. Это указывает на то, что серотонин может отвечать за оценку текущей ситуации в каждом конкретном случае, без влияния предыдущих результатов.
Более того, исследование показало, что социальный контекст этих взаимодействий (считали ли участники, что они взаимодействуют с человеком или компьютером) оказал значительное влияние на уровень дофамина. В частности, уровни дофамина были стабильно выше, когда участники имели дело с людьми, предлагающими предложение, по сравнению с тем, когда они взаимодействовали с компьютером, предлагающим предложение.
Это открытие подчеркивает важность социального контекста в наших нейрохимических реакциях и предполагает, что наш мозг может быть особенно настроен на справедливость и социальные последствия наших решений, когда мы считаем, что имеем дело с другими людьми.
Интересно, что хотя общий уровень дофамина варьировался в зависимости от социального контекста, уровни серотонина не показали аналогичной закономерности. Эта специфичность дофамина предполагает, что он играет ключевую роль в реакции нашего мозга на социальные взаимодействия, потенциально управляя эмоциональными и когнитивными процессами, которые лежат в основе нашего чувства социальной справедливости.
«Мы освещаем различные когнитивные процессы и, наконец, получаем ответы на вопросы в более мелких биологических деталях», — сказал первый автор исследования Дэн Банг, доцент кафедры клинической медицины и научный сотрудник Фонда Лундбека в Орхусском университете в Дании, а также адъюнкт-профессор. в Фралинском биомедицинском научно-исследовательском институте.
«Уровень дофамина выше, когда люди взаимодействуют с другим человеком, а не с компьютером», — сказал Банг. «И здесь было важно, чтобы мы также измерили уровень серотонина, чтобы дать нам уверенность в том, что общая реакция на социальный контекст специфична для дофамина».
Ограничения и будущие направления
Однако исследование не обошлось без ограничений. Размер выборки был всего четыре участника, что вызывало вопросы об обобщаемости результатов. Кроме того, особое внимание к пациентам с болезнью Паркинсона, перенесшим операцию на головном мозге, означает, что результаты не могут быть напрямую применимы к более широкой популяции.
Исследователи признают эти ограничения и призывают к дальнейшим исследованиям для расширения своих выводов, в частности, для изучения того, как эти нейрохимические процессы действуют в повседневных социальных взаимодействиях за пределами контролируемой среды операционной.
Будущие направления исследований могут включать изучение этих нейрохимических процессов в более широком диапазоне социальных контекстов и с более широкой и разнообразной группой участников. Это может помочь углубить наше понимание нейробиологической основы социального поведения, что потенциально приведет к новому пониманию психических расстройств, на которые влияет социальное взаимодействие, таких как шизофрения или социальное тревожное расстройство.
Последствия для болезни Паркинсона и других состояний
Результаты, полученные в результате этого исследования, предлагают ценные выводы для понимания и потенциального лечения болезни Паркинсона. Болезнь Паркинсона в первую очередь характеризуется двигательными симптомами, такими как тремор, скованность и брадикинезия, которые объясняются дегенерацией нейронов головного мозга, продуцирующих дофамин. Это снижение затрагивает полосатое тело — часть мозга, на которую существенно влияет уровень дофамина. По мере снижения дофамина терминали серотонина начинают расти, что указывает на сложное взаимодействие.
«В какой-то момент, после того как мы обследуем достаточное количество людей, мы сможем справиться с патологией болезни Паркинсона, которая дала нам это окно возможностей», — сказал Монтегю. «Уже есть доклинические доказательства того, что истощение дофаминовой системы говорит серотониновой системе: «Эй, нам нужно что-то сделать». Но мы никогда не могли наблюдать за динамикой. То, что мы делаем сейчас, — это первый шаг, но можно надеяться, что, как только мы доберемся до сотен пациентов, мы сможем связать это с симптоматикой и сделать некоторые клинические заявления о патологии Паркинсона».
Майкл Фридлендер, исполнительный директор Института биомедицинских исследований Фралина, не принимавший участия в исследовании, сказал: «Эта работа меняет всю область нейробиологии и нашу способность исследовать человеческий разум и мозг — с помощью технологии, которая еще не существовала. даже представить себе не так много лет назад».
Он добавил, что психиатрия является примером медицинской специальности, которая может быть значительно улучшена с помощью этого направления исследований.
«В мире огромное количество людей страдают от различных психиатрических заболеваний, и во многих случаях фармакологические решения работают не очень хорошо», — сказал Фридлендер, который также является вице-президентом Технологического института штата Вирджиния по медицинским наукам и технологии. «Дофамин, серотонин и другие нейротрансмиттеры в некотором роде тесно связаны с этими расстройствами. Эти усилия добавляют реальную точность и количественный анализ для понимания этих проблем. Единственное, в чем, я думаю, мы можем быть уверены, это то, что эта работа будет чрезвычайно важна в будущем для разработки методов лечения».
Авторы: Сет Р. Баттен, Дэн Банг, Брайан Х. Копелл, Арианна Н. Дэвис, Мэтью Хефлин, Цисю Фу, Офер Перл, Кимия Зиафат, Алиса Хашеми, Игнасио Саес, Леонардо С. Барбоза, Томас Туми, Терри Лоренц, Джейсон П. Уайт, Питер Даян, Александр В. Чарни, Мартин Фиги, Хелен С. Майберг, Кеннет Т. Кишида, Сяоси Гу и П. Рид Монтегю.