Hoe dopamine en serotonine sociaal gedrag beïnvloeden

Een internationaal team ontcijfert de complexe dans van dopamine en serotonine in menselijke hersenen en werpt licht op sociale beslissingen.

In een studie gepubliceerd in De aard van menselijk gedragWetenschappers duiken in de wereld van chemische neuromodulatoren in het menselijk brein, met name dopamine en serotonine, om hun rol in sociaal gedrag bloot te leggen.

Het onderzoek, uitgevoerd bij Parkinsonpatiënten die een wakkere hersenoperatie ondergingen, concentreerde zich op de substantia nigra van de hersenen, een belangrijk gebied dat verband houdt met motorische controle en beloningsverwerking.

Het internationale team onder leiding van Reed Montagu, een computationeel neurowetenschapper bij Virginia Tech, heeft een voorheen onbekend neurochemisch mechanisme blootgelegd voor een bekende menselijke neiging om beslissingen te nemen op basis van sociale context: mensen accepteren eerder aanbiedingen van computers terwijl ze identieke aanbiedingen van mensen afwijzen. spelers.

Inzicht in het ultimatumspel

In deze studie werden vier patiënten die een diepe hersenstimulatieoperatie ondergingen om de ziekte van Parkinson te behandelen, ondergedompeld in een take-it-or-leave-it-ultimatumspel, een scenario waarin ze variërende bedragen van 20 dollar van zowel mensen als computers moesten accepteren of afwijzen. spelers. De ene speler kan bijvoorbeeld voorstellen om €16 te houden, terwijl de patiënt de resterende €4 krijgt. Als de patiënt weigert te delen, krijgt geen van beiden iets.

“Je kunt mensen leren wat ze moeten doen in dit soort games – dat ze zelfs kleine beloningen moeten accepteren in plaats van helemaal geen beloning te krijgen”, zegt Montagu, de Virginia Tech Carilion Mountcastle Professor aan het Fralin Biomedical Research Institute bij VTC. Studie auteur. “Als mensen weten dat ze met een computer spelen, spelen ze perfect, net als wiskundige economen: ze doen wat ze moeten doen. Maar als ze een mens spelen, kunnen ze er niets aan doen. Ze zijn vaak gedreven om het kleinere aanbod te bestraffen door het af te wijzen.”

Reid Montagu, die leiding gaf aan het onderzoeksteam dat de chemische onderbouwing van sociale besluitvorming in kaart bracht, vertelt over het aanraken van de cruciale elementen die ons menselijk maken. Krediet: Clayton Metz/Virginia Tech

De dans van dopamine en serotonine

Het idee dat mensen beslissingen nemen op basis van de sociale context is geen nieuw idee in neuro-economische games. Maar nu hebben onderzoekers voor het eerst aangetoond dat het effect van de sociale context voortkomt uit de dynamische interacties van dopamine en serotonine.

Wanneer mensen beslissingen nemen, lijkt dopamine nauwlettend te volgen en erop te reageren of het huidige aanbod beter of slechter is dan het vorige, alsof het een continu volgsysteem is. Ondertussen lijkt serotonine zich alleen te concentreren op de huidige waarde van het specifieke aanbod dat voorhanden is, wat duidt op een meer beoordeling per geval.

Dit snelle dansen vindt plaats tegen een langzamere achtergrond, waarbij de dopamine over het algemeen hoger is wanneer mensen de rol van andere menselijke wezens spelen – met andere woorden, wanneer gerechtigheid een rol speelt. Samen dragen deze signalen bij aan de algemene beoordeling door onze hersenen van onze waarde tijdens sociale interacties.

“We werpen licht op verschillende cognitieve processen en krijgen uiteindelijk antwoorden op vragen met meer biologische details”, aldus de studie. Bij het Fralin Instituut voor Biomedisch Onderzoek.

“Het dopaminegehalte is hoger als mensen met een ander mens communiceren dan met een computer”, zegt Pang. “Hier was het ook belangrijk om serotonine te meten om ons het vertrouwen te geven dat de algehele reactie op de sociale context dopamine-specifiek is.”

Seth Batten, een onderzoeksmedewerker bij het Fralin Biomedical Research Institute, bouwde de elektroden die worden gebruikt om de dans van dopamine en serotonine vast te leggen. Krediet: Clayton Metz/Virginia Tech

Seth Batten, een senior onderzoeksmedewerker in het Montagu-laboratorium en eerste auteur van de studie, bouwde koolstofvezelelektroden die werden geïmplanteerd bij patiënten die een diepe hersenstimulatieoperatie ondergingen, en hielp bij het verzamelen van gegevens bij het Mount Sinai Health System in New York.

“De unieke ontwikkeling van onze methode is dat we hiermee meer dan één neurotransmitter tegelijk kunnen meten – en de impact daarvan mag niet verloren gaan”, aldus Patten. “We hebben deze signaalmoleculen eerder gezien, maar dit is de eerste keer dat we ze zien dansen. Niemand heeft deze dans van dopamine en serotonine ooit eerder in een sociale context gezien.”

Het ontdekken van de betekenis van elektrochemische signalen die tijdens operaties van patiënten worden geregistreerd, is een grote uitdaging geweest die jaren heeft geduurd om op te lossen.

“De voorlopige gegevens die we verzamelen van patiënten zijn niet specifiek voor dopamine, serotonine of noradrenaline – het is een combinatie daarvan”, zegt Ken Kishida, co-auteur van het onderzoek en universitair hoofddocent translationele neurowetenschappen. Neurochirurgie, aan de Wake Forest University School of Medicine. “We gebruiken in principe machine learning-tools om te scheiden wat er in de onbewerkte gegevens zit, de handtekening te begrijpen en te decoderen wat er aan de hand is met dopamine en serotonine.”

In de Bestudeer de aard van menselijk gedragOnderzoekers hebben aangetoond hoe de opkomst en ondergang van dopamine en serotonine verweven zijn met menselijke cognitie en gedrag.

“In de wereld van modelorganismen is er een snoepwinkel vol mooie technieken om biologische vragen te stellen, maar het is moeilijker om vragen te stellen over wat jou tot jou maakt”, zegt Montagu, tevens directeur van het Center for Human Neuroscience Research. en het Human Neuroimaging Laboratory van het Fralin Biomedical Research Institute.

Behandeling van de ziekte van Parkinson

“Op een gegeven moment, nadat we genoeg mensen hebben geëvalueerd, zullen we in staat zijn de pathologie van Parkinson aan te pakken die ons deze kans bood”, zegt Montagu, die ook professor is aan het Virginia Tech College of Science.

Bij de ziekte van Parkinson is een aanzienlijk verlies van dopamineproducerende neuronen in de hersenstam een ​​belangrijk kenmerk dat gewoonlijk samenvalt met het optreden van symptomen.

Dit verlies treft het striatum, een deel van de hersenen dat sterk wordt beïnvloed door dopamine. Naarmate dopamine afneemt, beginnen de serotonineterminals te groeien, wat een complex samenspel onthult, zoals waargenomen in knaagdiermodellen.

“Er is al preklinisch bewijs dat uitputting van het dopaminesysteem het serotoninesysteem vertelt: Hé, we moeten iets doen.” “Maar we hebben de dynamiek nooit gezien”, zei Montagu. “Wat we nu doen is de eerste stap, maar we hopen dat we, zodra we honderden patiënten hebben bereikt, dit kunnen correleren met symptomen en klinische gegevens kunnen verzamelen over de ziekte van Parkinson.”

In dit verband zeiden de onderzoekers dat er een open venster is om een ​​breed scala aan hersenaandoeningen te identificeren.

“De menselijke geest is als een zwarte doos”, zei Kishida. “We hebben een andere manier ontwikkeld om naar binnen te kijken en te begrijpen hoe deze systemen werken en hoe ze worden beïnvloed door verschillende klinische situaties.”

“Dit werk verandert het hele veld van de neurowetenschappen en ons vermogen om onderzoek te doen naar de menselijke geest en hersenen – met behulp van de technologie die is ontwikkeld”, zegt Michael Friedlander, uitvoerend directeur van het Fralin Biomedical Research Institute en een neurowetenschapper die niet betrokken was bij de studie. Dit zou vele jaren geleden niet eens denkbaar zijn geweest.

De psychiatrie is een voorbeeld van een medisch vakgebied dat baat zou kunnen hebben bij deze aanpak, zei hij.

“We hebben een enorm aantal mensen in de wereld met een verscheidenheid aan psychiatrische aandoeningen, en in veel gevallen werken medicijnoplossingen niet goed”, zegt Friedlander, die tevens vicevoorzitter is van het departement Gezondheidswetenschappen en Psychiatrie van het Virginia technologie. technologie. “Dopamine, serotonine en andere neurotransmitters zijn in sommige opzichten nauw verwant aan deze aandoeningen. Deze inspanning voegt echte precisie en kwantiteit toe aan het begrijpen van deze kwesties. Het enige waar ik denk dat we zeker van kunnen zijn, is dat dit werk heel belangrijk zal zijn in het begrijpen van deze problemen.” de toekomst voor het ontwikkelen van behandelingen.”

Meer dan een decennium in de maak

Pogingen om real-time neurotransmitters in het menselijk brein te meten begonnen meer dan twaalf jaar geleden toen Montague een team van experts bijeenbracht die 'groots denken over denken'.

In de allereerste observaties van het menselijk brein publiceerden wetenschappers in… zenuwcellen In 2020 onthulden onderzoekers dat dopamine en serotonine met een snelheid van minder dan een seconde werken om vorm te geven aan hoe mensen de wereld waarnemen en actie ondernemen op basis van hun perceptie.

Meer recentelijk blijkt uit een studie die in oktober in het tijdschrift werd gepubliceerd Huidige biologieDe onderzoekers gebruikten hun methode om chemische veranderingen bij wakkere mensen vast te leggen om inzicht te krijgen in het noradrenalinesysteem van de hersenen, dat lange tijd een doelwit is geweest van medicijnen om psychiatrische stoornissen te behandelen.

En in december in het tijdschrift Vooruitgang van de wetenschap, Het team onthulde dat de snelle veranderingen in dopamineniveaus specifieke berekeningen weerspiegelen die verband houden met hoe mensen leren van beloningen en straffen.

“We hebben vele malen actieve metingen van neurotransmitters uitgevoerd in verschillende delen van de hersenen, en we hebben nu het punt bereikt waarop we de kritische elementen aanpakken die ons menselijk maken,” zei Montagu.

Referentie: “Dopamine en serotonine in de menselijke substantia nigra volgen de sociale context en waarderen signalen tijdens economische uitwisseling” door Seth R. Batten, Dan Pang, Brian H. Koppel, Ariana N. Davis, Matthew Heflin, Zixiu Fu, Ofer Pearl, Kimiya Ziavat, Alice Hashemi, Ignacio Saez, Leonardo S. Barbosa, Thomas Twomey, Terry Lorenz, Jason P. White, Peter Dayan, Alexander W. Charney, Martin Figi, Helen S. Myberg, Kenneth T. Kishida, Xiaosi Guo en B. Reed. Montagu, 26 februari 2024, De aard van menselijk gedrag.
doi: 10.1038/s41562-024-01831-s