Если вы слышали о двух химических нейротрансмиттерах мозга, то возможно это дофамин и серотонин. Забудьте, что основную работу выполняют глютамат и гамма-аминомасляная кислота, так как именно возбуждение от дофамина, «вещества удовольствия», и серотонина, заботливого стабилизатора настроения, попадают во все заголовки.
Разумеется, в основном заголовки ошибаются. Роль дофамина в формировании поведения сильно выходит за рамки таких простых концепций, как «удовольствие» или даже «награда». И тот факт, что антидепрессанты, известные как селективные ингибиторы обратного захвата серотонина, начинают работать только через несколько недель или месяцев после начала приёма, предполагает, что на самом деле избавиться от уныния помогает не мгновенный скачок уровня серотонина, а происходящий за ним некий загадочный сдвиг в нейронных сетях мозга.
В новом исследовании Стэнфордского института нейронаук обнаружена ещё одна грань этих меняющих настроение молекул. В этом исследовании, опубликованном 25 ноября 2024 года в журнале Nature, впервые демонстрируется каким именно образом дофамин и серотонин работают друг с другом, или, если точнее, друг против друга, формируя наше поведение.
«Помимо участия в повседневной работе нашего поведения, дофамин и серотонин участвуют в широком спектре неврологических и психиатрических расстройств: алкогольная и наркотическая зависимость, аутизм, депрессия, шизофрения, болезнь Паркинсона и т.д., — говорит старший автор статьи Роберт Маленка, профессор психиатрии и поведенческих наук при Стэнфордском университете. — Нам критически важно понимать, как они взаимодействуют, если мы хотим достичь прогресса в лечении этих заболеваний».
Теория: как дофамин, так и серотонин играют важную роль в формировании поведения — но каким образом?
Исследования давно показали, что дофамин и серотонин играют критическую роль в процессах обучения и принятия решений. Однако конкретный механизм взаимодействия этих двух нейротрансмиттеров оставался неясным. В то время как дофамин ассоциируется с предвосхищением и поиском вознаграждения, серотонин, похоже, ослабляет эти импульсы и способствует мышлению в долгосрочной перспективе.
Возникло две основные теории: «гипотеза синергизма», предполагающая, что дофамин управляет краткосрочным вознаграждением, в то время как серотонин нацелен на получение преимуществ в долгосрочной перспективе, а также «теория противодействия», которая предполагает, что эти двое выступают в роли противоборствующих сторон, уравновешивающих наши решения, где дофамин торопит нас действовать незамедлительно, а серотонин советует потерпеть.
В этом новом исследовании даётся первое наглядное экспериментальное испытание этих конкурирующих гипотез.
Эксперимент: двойной контроль дофамина и серотонина в ходе ассоциативного обучения
Исследовательской группой под руководством аспиранта Даниэля Кардозо Пинто была выведена особая линия мышей, которая позволяла им одновременно наблюдать и контролировать как дофаминовую, так и серотониновую систему в организме животных.
Этот инновационный подход помог им точно установить область мозга, где эти системы взаимодействуют друг с другом, а именно — в лимбической области под названием nucleus accumbens (центр удовольствия — прим. перев.), играющей ключевую роль в обработке эмоций, мотивации и поощрения.
«С технической стороны этот проект требовал больших усилий, поэтому нам пришлось разработать новые стратегии для регистрации и манипулирования деятельностью множества нейромодуляторов одновременно у животных в состоянии бодрствования, — поделился Кардозо Пинто. — «Однако, — добавил он — я проявлял упорство, так как у меня было сильное подозрение, что мы увидим удивительное взаимодействие между дофаминовой и серотониновой системами, которое не было замечено другими студентами, которые концентрировались только на одном нейромодуляторе в отдельно взятый момент времени, и оказалось, что это действительно так».
Кардозо Пинто и его коллеги воспользовались своими новаторскими инструментами для наблюдения за изменением дофаминовых и серотониновых сигналов в nucleus accumbens в тот момент, когда мыши учились связывать тон мигающей лампочки со сладким вознаграждением. Они обнаружили, что дофаминовая и серотониновая системы реагировали в противоположных направлениях — в ответ на вознаграждение дофаминовый сигнал подскакивал, а серотониновый падал.
Затем учёные использовали оптогенетическое манипулирование (метод, где для контроля генетически модифицированных нейронов используется свет), чтобы во время дрессировки избирательно глушить нормальный сигнал каждой из систем, либо по одной, либо в комбинации.
Вполне предсказуемо, учитывая историю исследований связи этих двух систем с дрессировкой, блокирование обоих сигналов, как дофаминового, так и серотонинового, не давало мышам устанавливать связь между звуковыми и световыми подсказками и сладкой наградой. Удивительно то, что восстановления либо дофаминового, либо серотонинового сигнала в одиночку было недостаточно для того, чтобы животные могли обучаться снова. Только при наличии обеих систем животные были способны успешно пользоваться подсказками, чтобы догадаться, как получить вознаграждение.
«Самый удивительный и запоминающийся момент проекта наступил, когда я провёл свой первый оптогенетический эксперимент, где проверил, что мыши предпочитают больше — повышение дофамина, снижение серотонина, или и то и другое вместе, — вспоминает Кардозо Пинто. — Мы поместили мышей в ящик и связали различные его части с каждым из этих ощущений, поэтому мыши могли ногами проголосовать за наиболее предпочтительное для них ощущение. Я никогда не забуду то волнение, с которым я вошёл в комнату в конце эксперимента и увидел, что все мыши находились на одной стороне ящика, где оба ощущения были представлены вместе. В науке редко получить такой впечатляющий результат и тут же увидеть его, и это было нашим первым доказательством в поддержку гипотезы о противоборстве дофамина и серотонина, которой уже несколько десятков лет».
На горизонте: управление дофамином и серотонином для улучшения лечения психиатрических заболеваний
Результаты предполагают, что дофамин и серотонин работают вместе, но в противоположных направлениях, чтобы благодаря вознаграждениям помогать мозгу учиться, — говорят учёные.
На основании этих результатов они предполагают, что две эти системы работают подобно педалям газа и тормоза в автомобиле. Дофамин создаёт стимул к поведению, нацеленному на получение награды, сигнализируя, когда ситуация лучше, чем ожидалось, и командуя «вперёд». Серотонин, напротив, ставит этот процесс на тормоз, посылая сигнал «остановись» или «подожди», потенциально помогая нам сохранять терпение и оценить долгосрочные последствия, а не сиюминутную выгоду. Результаты исследования предполагают, что для эффективного обучения требуется как сигнал «вперёд» от дофамина, так и сигнал «подожди» от серотонина, чтобы организм как следует оценил вероятность вознаграждения и соответственно на неё ответил.
Также эти результаты важны в отношении заболеваний, связанных с дисфункцией дофамина и серотонина, таких как алкогольная и наркотическая зависимость, где дофаминергическая гиперчувствительность и дефицит серотонина способствуют непреодолимому стремлению к вознаграждению, а также при аффективных расстройствах, включая депрессию и неврозы, когда снижение серотонинового сигнала может привести к нарушению поведенческой гибкости и долгосрочного планирования.
«Поскольку роль дофамина в основанном на награде обучении становится всё более очевидной, дофаминовая система стала естественной точкой отсчёта в исследовании заболеваний, связанных с нарушением обработки информации о вознаграждении, таких как зависимость или депрессия, — говорит Кардозо Пинто. — Наша работа, показавшая, что дофаминовая и серотониновая системы образуют в отношении вознаграждений систему газ-тормоз, предполагает, что в будущих исследованиях будет полезно сконцентрироваться на относительном балансе между этими двумя системами».
Например, при лечении от зависимостей могут применяться лекарства, заглушающие дофаминовый сигнал, одновременно с этим усиливая активность серотонина. При депрессии цель может заключаться в усилении обеих систем, чтобы улучшить мотивацию и долгосрочное планирование.
«Более того, достигнутые учеными при проведении данного исследования успехи технического характера в перспективе могут быть применены в неврологических исследованиях, — добавляет Маленка. — Разработанные нами для этого исследования новые технологии теперь можно использовать для решения ряда задач, связанных с участием мозга в адаптивном поведении, и со сбоями в этих нейромодулирующих системах при таких распространённых расстройствах мозга, как алко- и наркозависимость, депрессия, и расстройства аутистического спектра».
Автор — Николас Уайлер (Nicholas Weiler).
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Стэндфордским университетом (Stanford University).
Вам также может быть интересно: