Дофамин - это не просто "химическое вещество счастья"

Похоже, что дофамин сейчас находится в центре внимания. Возможно, вы читали о нем в новостях, видели вирусные посты в социальных сетях о "дофаминовом хакинге" или слушали подкасты о том, как использовать работу этой молекулы в вашем мозге для улучшения настроения и повышения продуктивности. Однако последние исследования в области нейронаук показывают, что популярные стратегии управления дофамином основаны на слишком узком представлении о его функционировании.

Дофамин - один из нейротрансмиттеров мозга - крошечных молекул, которые служат передатчиками информации между нейронами. Он известен своей ролью в отслеживании реакции на вознаграждения, такие как пища, секс, деньги или правильный ответ на вопрос. Существует множество видов дофаминовых нейронов, расположенных в самой верхней части ствола мозга, которые производят и выделяют дофамин по всему мозгу. Вопрос о том, влияет ли тип нейрона на функцию вырабатываемого им дофамина, остается открытым.

В недавно опубликованных исследованиях сообщается о связи между типом нейронов и функцией дофамина, а один из типов дофаминовых нейронов обладает неожиданной функцией, которая, вероятно, изменит представление ученых, клиницистов и общественности об этом нейротрансмиттере.

Стрельба дофаминовых нейронов

Дофамин известен тем, что он играет роль в обработке вознаграждения, и эта идея возникла по крайней мере 50 лет назад. Нейроны дофамина отслеживают разницу между вознаграждением, которое, как вы думали, вы получите в результате того или иного поведения, и тем, что вы получили на самом деле. Неврологи называют эту разницу ошибкой предсказания вознаграждения.

Ужин в ресторане, который только что открылся и, судя по всему, не представляет собой ничего особенного, демонстрирует ошибку прогнозирования вознаграждения в действии. Если еда очень вкусная, то это приводит к положительной ошибке предсказания вознаграждения, и вы, скорее всего, вернетесь и закажете такое же блюдо в будущем. С каждым разом ошибка предсказания вознаграждения уменьшается, пока в конце концов не достигнет нуля, когда вы полностью ожидаете вкусного ужина. Если же первое блюдо было ужасным, то это приводит к отрицательной ошибке предсказания вознаграждения, и Вы, скорее всего, не вернетесь в ресторан.

Дофаминовые нейроны передают в мозг информацию об ошибках предсказания вознаграждения через частоту их срабатывания и характер выделения дофамина, который мозг использует для обучения. Они работают двумя способами.

Фазическое возбуждение относится к быстрым всплескам, которые вызывают кратковременный пик дофамина. Это происходит, когда вы получаете неожиданное вознаграждение или большее вознаграждение, чем ожидалось, например, если ваш обслуживающий персонал предлагает вам бесплатный десерт или прикладывает к вашему чеку приятную записку и смайлик. Фазическая вспышка кодирует ошибки предсказания вознаграждения.

Напротив, тоническое возбуждение описывает медленную и устойчивую активность этих нейронов, когда нет никаких неожиданностей; это фоновая активность, перемежающаяся фазическими всплесками. Фазическая активность похожа на горные вершины, а тоническая - на дно долины между вершинами.

Функции дофамина

Отслеживание информации, используемой для генерации ошибок предсказания вознаграждения, - это не все, чем занимается дофамин. Я с интересом слежу за всеми остальными функциями дофамина, проводя собственные исследования по измерению участков мозга, где расположены дофаминовые нейроны у людей.

Около 15 лет назад стали появляться сообщения о том, что дофаминовые нейроны реагируют на аверсивные события - например, на кратковременные неприятные ощущения, такие как дуновение воздуха на глаз, легкий удар током или потеря денег, - чего, как считали ученые, дофамин не делает. Эти исследования показали, что некоторые дофаминовые нейроны реагируют только на вознаграждение, а другие - как на вознаграждение, так и на негативный опыт, что привело к гипотезе о том, что в мозге может существовать не одна, а несколько дофаминовых систем.

Вскоре за этими исследованиями последовали эксперименты, показавшие, что существует более одного типа дофаминовых нейронов. К настоящему времени исследователи выявили семь различных типов дофаминовых нейронов, изучив их генетические профили.

Исследование, опубликованное в августе 2023 г., стало первым, в котором функции дофамина были разобраны в зависимости от подтипа нейронов. Исследователи из лаборатории Домбека в Северо-Западном университете изучили три типа дофаминовых нейронов и обнаружили, что два из них отслеживают вознаграждение и аверсивные события, а третий - движение, например, когда исследуемые мыши начинали бежать быстрее.

Высвобождение дофамина

Недавние публикации в СМИ о том, как контролировать действие дофамина, основаны только на том типе выброса, который выглядит как пики и долины. Когда дофаминовые нейроны срабатывают фазическими всплесками, как это происходит в случае ошибок предсказания вознаграждения, дофамин высвобождается во всем мозге. Эти пики выброса дофамина происходят очень быстро, поскольку дофаминовые нейроны могут выстрелить много раз менее чем за секунду.

Высвобождение дофамина происходит и по-другому: Иногда он медленно увеличивается до тех пор, пока не будет получено желаемое вознаграждение. Исследователи открыли эту закономерность 10 лет назад в части мозга, называемой стриатумом. По крутизне дофаминовой рампы можно судить о том, насколько ценным является вознаграждение и сколько усилий нужно приложить для его получения. Другими словами, она кодирует мотивацию.

Пример с рестораном также может служить иллюстрацией того, что происходит, когда выброс дофамина происходит по нарастающей. Когда вы заказали блюдо, которое, как вы знаете, будет потрясающим, и ждете, когда его принесут, уровень дофамина в вашем организме постоянно растет. Он достигает крещендо, когда подавальщик ставит блюдо на ваш стол и вы впиваетесь зубами в первый кусочек.

Вопрос о том, как происходит скачок дофамина, до сих пор не решен, однако считается, что именно этот тип высвобождения лежит в основе стремления к цели и обучения. Будущие исследования дофаминовых скачков повлияют на понимание учеными мотивации и, в конечном счете, позволят улучшить рекомендации по оптимальному использованию дофамина.

Дофамин(ы) при заболеваниях и нейроразнообразии

Хотя дофамин известен своей причастностью к наркомании, нейродегенеративным заболеваниям и нейроразвивающим состояниям, таким как синдром дефицита внимания и гиперактивности, последние исследования показывают, что понимание учеными его роли может вскоре потребовать обновления. Из семи подтипов дофаминовых нейронов, известных на сегодняшний день, исследователи охарактеризовали функции только трех.

Уже есть некоторые свидетельства того, что открытие разнообразия дофаминовых нейронов обновляет научные знания о болезни. Исследователи недавней работы, выявившие связь между типом дофаминовых нейронов и их функциями, отмечают, что при болезни Паркинсона наиболее сильно страдают дофаминовые нейроны, ориентированные на движение, в то время как два других типа поражаются не так сильно. Это различие может привести к созданию более целенаправленных методов лечения.

Продолжающиеся исследования по изучению многообразия дофамина, вероятно, будут и дальше изменять и улучшать наши представления о заболеваниях и нейроразнообразии.

В настоящее время Кимберли Д'Арденн получает финансирование от Национального института здоровья (R21-MH130924-01), а в прошлом получала другие финансовые средства от Национального института здоровья и Национального научного фонда. Она также является членом Национальной ассоциации научных писателей и Совета редакторов по наукам о жизни.