U objavljenom istraživanju 26. veljače u časopisu Nature Human Behavior, znanstvenici su istraživali djelovanje kemijskih neuromodulatora u ljudskom mozgu, posebno dopamina i serotonina, te otkrili njihovu ulogu u socijalnom ponašanju.

Istraživanje je provedeno na pacijentima oboljelim od Parkinsonove bolesti tijekom operacije mozga dok su bili budni, usmjeravajući se na substantia nigra u mozgu, ključno područje povezano s kontrolom motorike i obradom nagrada.

Pod vodstvom Read Montaguea, računalnog neuroznanstvenika s Virginia Tech-a, međunarodni istraživački tim otkrio je do sada nepoznat neurokemijski mehanizam za poznatu ljudsku sklonost donošenju odluka na temelju socijalnog konteksta - ljudi su skloniji prihvaćanju ponuda od računala, dok odbijaju identične ponude od ljudskih igrača.

Uvid iz igre ultimatuma
U studiji, četiri pacijenta koji su primili operaciju duboke moždane stimulacije zbog Parkinsonove bolesti sudjelovala su u igri ultimatuma, scenariju u kojem su morali prihvatiti ili odbiti različite raspodele 20 dolara od ljudskih i računalnih igrača. Na primjer, jedan igrač može predložiti da zadrži 16 dolara, dok pacijent dobiva preostala 4 dolara. Ako pacijent odbije podjelu, nitko od njih ne dobiva ništa.
„Ljudima možete objasniti što bi trebali činiti u ovakvim igrama - trebali bi prihvatiti čak i male nagrade umjesto da ne dobiju ništa," rekao je Montague, profesor na Virginia Tech Carilion Mountcastle s Fralin Biomedical Research Institute na VTC-u i glavni autor studije. „Kada ljudi znaju da igraju protiv računala, igraju savršeno, baš kao matematički ekonomisti - čine ono što bi trebali učiniti. No, kada igraju protiv ljudskog bića, ne mogu si pomoći. Često su vođeni željom za kažnjavanjem manje ponude odbijajući je.“

Ples dopamina i serotonina
Ideja da ljudi donose odluke na temelju socijalnog konteksta nije nova u neuralnim ekonomskim igrama. No, sada su istraživači prvi put pokazali da utjecaj socijalnog konteksta može proizlaziti iz dinamičkih interakcija dopamina i serotonina.

Kada ljudi donose odluke, čini se da dopamin pažljivo prati i reagira na to je li trenutna ponuda bolja ili lošija od prethodne, kao da je riječ o kontinuiranom sustavu praćenja. Serotonin, s druge strane, čini se da se fokusira samo na trenutnu vrijednost određene ponude, sugerirajući procjenu od slučaja do slučaja.

Ovaj brzi ples dopamina i serotonina odvija se na pozadini gdje je razina dopamina općenito viša kada ljudi igraju s drugim ljudskim bićima, odnosno kada pravednost ulazi u igru. Zajedno, ti signali doprinose našoj ukupnoj procjeni vrijednosti tijekom socijalnih interakcija.

„Bacamo svjetlo na različite kognitivne procese i napokon dobivamo odgovore na pitanja s finijim biološkim detaljima“, rekao je suautor studije Dan Bang, izvanredni profesor kliničke medicine i Lundbeck Foundation Fellow na Sveučilištu u Aarhusu u Danskoj i pomoćni izvanredni profesor na Fralin Biomedical Research Institute.

„Razine dopamina su više kada ljudi interagiraju s drugom osobom u usporedbi s računalom“, izjavio je Bang. „Važno je bilo da smo izmjerili i serotonin kako bismo stekli povjerenje da je ukupni odgovor na socijalni kontekst specifičan za dopamin.

Seth Batten, viši istraživački suradnik u laboratoriju Montaguea i suautor studije, izradio je elektrode od ugljičnih vlakana koje su bile ugrađene u pacijente tijekom operacije duboke moždane stimulacije i pomogao prikupiti podatke u Mount Sinai Health Systemu u New Yorku.

„Posebnost naše metode je što nam omogućuje da istovremeno mjerimo više od jednog neurotransmitera - utjecaj toga ne smije biti zanemaren“, rekao je Batten. „Već smo vidjeli ove molekule signala, ali ovo je prvi put da smo ih vidjeli kako plešu. Nikada prije nije viđen ovakav ples dopamina i serotonina u socijalnom kontekstu.“

Razrješavanje značenja elektrokemijskih signala zabilježenih od pacijenata tijekom operacije bilo je veliki izazov koji je trajao godinama.

„Sirovi podaci koje prikupljamo od pacijenata nisu specifični za dopamin, serotonin ili norepinefrin - to je mješavina tih“, rekao je Ken Kishida, suautor studije i izvanredni profesor translacijske neuroznanosti i neurokirurgije na Medicinskom fakultetu Sveučilišta Wake Forest. „U osnovi koristimo alate slične strojnom učenju kako bismo odvojili što je u sirovim podacima, razumjeli potpis i dekodirali što se događa s dopaminom i serotoninom.“

U studiji objavljenoj u časopisu Nature Human Behavior, istraživači su prikazali kako porast i pad dopamina i serotonina su isprepleteni s ljudskom kognicijom i ponašanjem. "U svijetu modelnih organizama postoji čitav niz fantastičnih tehnika za postavljanje bioloških pitanja, no teže je postavljati pitanja o tome što čini vas, vas," rekao je Montague, koji je također direktor Centra za istraživanje ljudske neuroznanosti i Laboratorija za neurosnimanje ljudi Instituta Fralin Biomedical Research i profesor na Koledžu znanosti Virginia Tech.

Unutar crne kutije
"U nekom trenutku, nakon što evaluiramo dovoljan broj ljudi, bit ćemo u mogućnosti adresirati patologiju Parkinsonove bolesti koja nam je dala ovu priliku," rekao je Montague, koji je također profesor na Koledžu znanosti Virginia Tech.

U bolesti Parkinson, značajan gubitak neurona koji proizvode dopamin u mozgu je ključna karakteristika koja obično koincidira s početkom simptoma. Ovaj gubitak utječe na strijatum, područje mozga koje je snažno pod utjecajem dopamina. Kako dopamin slabi, serotonin se počinje širiti, otkrivajući složenu interakciju, kako je promatrano u modelima na glodavcima. "Već postoji preklinički dokaz da opadanje dopaminskog sustava govori serotoninom sustavu, 'Hej, moramo nešto učiniti.' Ali nikada nismo bili u mogućnosti pratiti dinamiku," rekao je Montague. "Ono što sada radimo je prvi korak, ali bilo bi za očekivati da jednom kada dođemo do stotina pacijenata, bismo mogli povezati ovo sa simptomatologijom i dati neke kliničke izjave o patologiji Parkinsonove bolesti."

U tom smislu, istraživači su rekli da se otvara prozor za učenje o širokom rasponu moždanih poremećaja.

"Ljudski mozak je poput crne kutije," rekao je Kishida. "Razvili smo još jedan način kako pogledati unutra i razumjeti kako ti sustavi funkcioniraju i kako su pogođeni različitim kliničkim stanjima."

Michael Friedlander, izvršni direktor Instituta za biomedicinska istraživanja Fralin i neuroznanstvenik koji nije bio uključen u studiju, izjavio je: „Ovaj rad mijenja cijelo polje neuroznanosti i našu sposobnost ispitivanja ljudskog uma i mozga — s tehnologijom koja se nije ni zamislila prije nekoliko godina.“

Psihijatrija je primjer medicinskog područja koje bi moglo imati koristi od ovog pristupa, rekao je. „Imamo ogroman broj ljudi u svijetu koji pate od različitih psihijatrijskih stanja, i u mnogim slučajevima, farmakološka rješenja ne djeluju vrlo dobro,“ rekao je Friedlander, koji je također potpredsjednik Virginia Techa za zdravstvene znanosti i tehnologiju. „Dopamin, serotonin i drugi neurotransmiteri su na neki način intimno povezani s tim poremećajima. Ovaj trud dodaje stvarnu preciznost i kvantifikaciju za razumijevanje tih problema. Jedno je sigurno, ovaj rad će biti izuzetno važan u budućnosti za razvoj tretmana.“

Više od desetljeća u izradi
Napor za mjerenje neurotransmitera u stvarnom vremenu u ljudskom mozgu započeo je prije više od 12 godina, kada je Montague okupio stručnjake koji „mnogo razmišljaju o razmišljanju.“

U prvim takvim opservacijama u ljudskom mozgu koje su znanstvenici objavili u Neuronu 2020., istraživači su otkrili da dopamin i serotonin djeluju brzinama manjim od sekunde kako bi oblikovali kako ljudi percipiraju svijet i poduzimaju akcije na temelju svoje percepcije.

Nedavno, u studiji objavljenoj u listopadu u časopisu Current Biology, istraživači su koristili svoju metodu snimanja kemijskih promjena u budnim ljudima kako bi dobili uvid u sustav noradrenalina mozga, koji je dugo vremena bio meta za lijekove za liječenje psihijatrijskih poremećaja. I, u prosincu u časopisu Science Advances, tim je otkrio da brze promjene u razinama dopamina odražavaju specifičnu računalnu obradu povezanu s time kako ljudi uče iz nagrada i kazni. „Aktivno smo mjerili neurotransmitere više puta u različitim dijelovima mozga, i sada smo došli do točke gdje dotičemo ključne elemente onoga što nas čini ljudskim bićima,“ rekao je Montague.

Izvor: Virginia Polytechnic Institute and State University