В исследовании, опубликованном в научном журнале Nature Human Behavior, ученые погружаются в мир химических нейромодуляторов человеческого мозга, в частности дофамина и серотонина, чтобы раскрыть их роль в социальном поведении.
Исследование, проведенное на пациентах с болезнью Паркинсона, перенесших операцию на головном мозге во время бодрствования, сосредоточилось на черной субстанции мозга, важной области, связанной с контролем движений и обработкой вознаграждения.
Международная группа ученых под руководством специалиста по вычислительной нейробиологии Технологического института Вирджинии (Virginia Tech) Рида Монтегю (Read Montague) выявила ранее неизвестный нейрохимический механизм известной человеческой склонности принимать решения на основе социального контекста: люди с большей вероятностью принимают предложения от компьютеров, одновременно отвергая идентичные предложения от игроков-людей.
Ультимативные игры
В ходе исследования четыре пациента, перенесшие операцию по глубокой стимуляции мозга по поводу болезни Паркинсона, были погружены в ультимативную игру «бери или уходи» — сценарий, в котором им приходилось принимать или отвергать различные доли в размере 20 долларов, полученные как от людей, так и от компьютерных игроков. Например, один игрок может предложить оставить себе 16 долларов, а пациент получит оставшиеся 4 доллара. Если пациент отвергает раскол, то ни один из них ничего не получает.
«В таких играх можно научить людей тому, что им следует делать — они должны принимать даже небольшие вознаграждения, а не вообще не получать никаких вознаграждений», — объясняет Монтегю, профессор Технологического института штата Вирджиния и старший автор исследования.
«Когда люди знают, что играют с компьютером, они играют идеально, прямо как экономисты—математики – они делают то, что должны делать. Но когда они играют с человеком, они ничего не могут с собой поделать. Они часто вынуждены наказывать за меньшую ставку, отклоняя ее».
Танец дофамина и серотонина
Идея о том, что люди принимают решения на основе социального контекста, не нова в нейронных экономических играх. Но теперь исследователи впервые показывают, что влияние социального контекста может быть результатом динамического взаимодействия дофамина и серотонина.
Когда люди принимают решения, дофамин, похоже, внимательно следит и реагирует на то, является ли текущее предложение лучше или хуже предыдущего, как если бы это была система непрерывного отслеживания. Между тем, серотонин, судя по всему, фокусируется только на текущей ценности конкретного предложения, что предполагает более индивидуальную оценку.
Этот быстрый танец происходит на более медленном фоне, где уровень дофамина в целом выше, когда люди играют других людей — другими словами, когда в игру вступает справедливость. Вместе эти сигналы способствуют общей оценке нашим мозгом ценности социальных взаимодействий.
«Мы освещаем различные когнитивные процессы и, наконец, получаем ответы на вопросы в более тонких биологических деталях», — комментирует первый автор исследования Дэн Банг (Dan Bang), научный сотрудник Орхусского университета (Aarhus University) в Дании, а также адъюнкт-профессор Института биомедицинских исследований Фралина (Fralin Biomedical Research Institute).
«Уровень дофамина выше, когда люди взаимодействуют с другим человеком, а не с компьютером», — добавляет Банг. «И здесь было важно, чтобы мы также измерили серотонин, чтобы дать нам уверенность в том, что общая реакция на социальный контекст специфична для дофамина».
Сет Баттен (Seth Batten), старший научный сотрудник лаборатории Монтегю и первый автор исследования, изготовил электроды из углеродного волокна, которые были имплантированы пациентам, перенесшим операцию по глубокой стимуляции мозга, и помог собрать данные в системе здравоохранения Маунт-Синай (Mount Sinai Health System) в Нью-Йорке.
«Уникальность нашего метода заключается в том, что он позволяет нам измерять более одного нейромедиатора одновременно — влияние этого не должно быть потеряно», — сказал Баттен. «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».
Выяснение значения электрохимических сигналов, записанных у пациентов в хирургии, было серьезной задачей, на решение которой ушли годы.
«Необработанные данные, которые мы собираем от пациентов, не относятся к дофамину, серотонину или норэпинефрину — это их смесь», — сказал Кен Кишида (Ken Kishida), соавтор исследования и научный сотрудник кафедры трансляционной нейробиологии и нейрохирургии в Медицинской школе Университета Уэйк Форест (Wake Forest University School of Medicine). «По сути, мы используем инструменты машинного обучения, чтобы отделить необработанные данные, понять сигнатуру и расшифровать, что происходит с дофамином и серотонином».
В исследовании, опубликованном в научном журнале Nature Human Behavior, ученые показали, как повышение и снижение уровня дофамина и серотонина переплетаются с когнитивными способностями и поведением человека.
«В мире модельных организмов есть “кондитерская”, полная фантастических методов, позволяющих задавать биологические вопросы, но труднее задавать вопросы о том, что делает вас вами», — сказал Монтегю, который также является директором Центра исследований нейробиологии человека и Лаборатории нейровизуализации человека Института биомедицинских исследований Фралина.
Борьба с болезнью Паркинсона
«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», — подчеркнул Монтегю, который также является профессором Технологического колледжа Вирджинии.
При болезни Паркинсона значительная потеря нейронов, продуцирующих дофамин, в стволе мозга является ключевой характеристикой, которая обычно совпадает с появлением симптомов.
Эта потеря влияет на полосатое тело — область мозга, на которую сильно влияет дофамин. По мере снижения дофамина терминали серотонина начинают прорастать, обнаруживая сложное взаимодействие, как это наблюдалось на моделях грызунов.
«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», — сказал Монтегю. «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».
В связи с этим ученые заявили, что открывается окно для изучения широкого спектра заболеваний головного мозга.
«Человеческий мозг подобен черному ящику», — сказал Кисида. «Мы разработали еще один способ заглянуть внутрь и понять, как работают эти системы и как на них влияют различные клинические состояния».
Майкл Фридлендер (Michael Friedlander), исполнительный директор Института биомедицинских исследований Фралина и нейробиолог, не принимавший участия в исследовании, сказал: «Эта работа меняет всю область нейробиологии и нашу способность исследовать человеческий разум и мозг — с помощью технологии, которую было просто невозможно себе представить еще много лет назад».
По его словам, психиатрия является примером области медицины, которая могла бы извлечь выгоду из такого подхода.
«В мире огромное количество людей страдают от различных психических заболеваний, и во многих случаях фармакологические решения не работают», — сказал Фридлендер, который также является вице-президентом Технологического института штата Вирджиния по медицинским наукам и технологиям.
«Дофамин, серотонин и другие нейротрансмиттеры в некотором смысле тесно связаны с этими расстройствами. Эта попытка добавляет реальную точность и количественный анализ для понимания этих проблем. Единственное, в чем, я думаю, мы можем быть уверены, так это в том, что эта работа будет чрезвычайно важна в будущем для разработки методов лечения».
Более десяти лет в разработке
Попытки измерить нейротрансмиттеры в человеческом мозге в режиме реального времени начались более 12 лет назад, когда Монтегю собрал команду экспертов, которые «много думают о мышлении».
В ходе первых в своем роде наблюдений за человеческим мозгом, опубликованных учеными в журнале Neuron в 2020 году, исследователи обнаружили, что дофамин и серотонин действуют с долей секунды, формируя то, как люди воспринимают мир и действуют на основе своего восприятия.
Совсем недавно, в исследовании, опубликованном в научном журнале Current Biology, ученые использовали свой метод регистрации химических изменений у бодрствующих людей, чтобы получить представление о норадреналиновой системе мозга, которая долгое время была мишенью для лекарственных препаратов для лечения психических расстройств.
А в журнале Science Advances команда ученых показала, что быстрые изменения уровня дофамина отражают конкретные измерения, связанные с тем, как люди учатся с помощью вознаграждений и наказаний.
«Мы несколько раз проводили активные измерения нейротрансмиттеров в разных областях мозга и теперь достигли момента, когда мы касаемся важнейших элементов того, что делает нас людьми», — заключает Монтегю.
Статья по теме: Химический дисбаланс мозга – что нужно знать?
Невролог, мануальный терапевт, рефлексотерапевт АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), редактор и автор статей
Ведёт пациентов неврологического профиля с полным неврологическим осмотром, разработкой плана обследования и схемы лечения пациента (в остром периоде, на этапе реабилитации), динамическое наблюдение.
