Nový výzkum odhaluje spletitost dopaminergního systému

Dopaminergní systém odměňuje

Dopamin je neurotransmiter s klíčovou rolí v systému odměn (reward processing). Dopaminergní neurony monitorují rozdíl mezi očekáváním odměny za dané chování a skutečně obdrženou odměnou. Rozdíl mezi očekáváním a skutečností se označuje jako chyba v predikci odměny (reward prediction error) a je zásadní pro proces učení. Pozitivní chyba v predikci, tedy pokud je odměna větší než očekávaná, vede k opakování chování. Naopak pokud je odměna menší, než mozek očekával, je pravděpodobné, že dané chování se opakovat nebude.¹

Dopaminergní neurony signalizují mozku chyby v predikci odměny pomocí úrovně své aktivity a uvolňování dopaminu. Známy jsou dva základní způsoby aktivace – fázická, která vede ke krátkodobým prudkým zvýšením hladiny dopaminu, a tonická, což je pomalá a stabilní bazální úroveň aktivity za očekávaných okolností (viz obr.).²

Obr.  Základní způsoby aktivace dopaminergních neuronů

Další funkce dopaminu

V posledních 15 letech se ukazuje, že dopaminergní systém neodpovídá jen na příjemné odměny, ale i na nepříjemné podněty. Výzkum provedený na makacích ukázal, že subpopulace dopaminergních neuronů se excituje i po nepříjemném vjemu (fouknutí vzduchu do tváře), zejména pokud přichází nepředvídatelně.³

Tento neočekávaný objev vedl k hypotéze, že v mozku existuje více typů dopaminergních neuronů, které jsou zapojeny do různých drah a ovlivňují tak různé funkce. Dosud se na základě genetického profilování podařilo identifikovat 7 odlišných typů dopaminergních neuronů.⁴

Jak se zkoumají dopaminergní neurony?

Studie publikovaná v časopisu Nature Neuroscience v srpnu 2023 je první prací, které se podařilo korelovat funkci dopaminergní signalizace s podtypem neuronů.⁵ Její autoři zkoumali u myší 3 typy dopaminergních neuronů, které se lišily profilem exprese genů a lokalizací v substantia nigra pars compacta.

Ukázalo se, že 2 podtypy reagovaly na odměny a nepříjemné vjemy. Pouze u jednoho z nich však intenzita signalizace korelovala s velikostí odměny. Tento typ neuronů by tedy mohl hrát roli v procesu učení pomocí pozitivní zpětné vazby. Aktivace druhého z typů odpovídajících na odměny/nepříjemnosti nebyla úměrná velikosti stimulu, spekuluje se tedy, že tento typ neuronů by mohl signalizovat novost či významnost podnětu, případně posilovat vyhýbavou reakci na nepříjemné podněty.

Nejen odměny a nepříjemnosti, ale i pohyb

Třetí zkoumaný podtyp na odměny neodpovídal. Tyto neurony se aktivovaly, když pokusné myši zrychlily při běhu. Lokalizace tohoto podtypu dopaminergních neuronů u člověka odpovídá oblastem s největší ztrátou produkce dopaminu při Parkinsonově nemoci (PD), zatímco druhé dva zkoumané podtypy se při tomto onemocnění jeví méně zasažené. Autoři spekulují, že motorické příznaky u PD by nemusely být dané celkovou deficiencí dopaminu, ale spíše ztrátou dopaminergní signalizace ve specifických podtypech dopaminergních neuronů souvisejících s motorikou.⁵

(este)

Zdroje:
1. D'Ardenne K. Dopamine is a brain chemical famously linked to mood and pleasure − but researchers have found multiple types of dopamine neurons with different functions. The Conversation, 2023 Sep 18. Dostupné na: https://theconversation.com/dopamine-is-a-brain-chemical-famously-linked-to-mood-and-pleasure-but-researchers-have-found-multiple-types-of-dopamine-neurons-with-different-functions-211985
2. Dreyer J. K., Herrik K. F., Berg R. W., Hounsgaard J. D. Influence of phasic and tonic dopamine release on receptor activation. J Neurosci 2010; 30 (42): 14273–14283, doi: 10.1523/JNEUROSCI.1894-10.2010.
3. Matsumoto M., Hikosaka O. Two types of dopamine neuron distinctly convey positive and negative motivational signals. Nature 2009; 459 (7248): 837–841, doi: 10.1038/nature08028.
4. Poulin J. F., Gaertner Z., Moreno-Ramos O. A., Awatramani R. Classification of midbrain dopamine neurons using single-cell gene expression profiling approaches. Trends Neurosci 2020; 43 (3): 155–169, doi: 10.1016/j.tins.2020.01.004.
5. Azcorra M., Gaertner Z., Davidson C. et al. Unique functional responses differentially map onto genetic subtypes of dopamine neurons. Nat Neurosci 2023 Oct; 26 (10): 1762−1774, doi: 10.1038/s41593-023-01401-9.