Ученые из Стэнфорда впервые раскрыли, как взаимодействуют два ключевых нейромедиатора мозга — дофамин и серотонин — в процессе формирования поведения. Новое исследование демонстрирует, что эти молекулы работают не только вместе, но и в противоположных направлениях, чтобы обеспечить сбалансированное обучение и принятие решений.
Дофамин часто называют «гормоном удовольствия», а серотонин ассоциируют с улучшением настроения, но эти ярлыки не отражают всей сложности их работы. Дофамин участвует в прогнозировании вознаграждений и стимулирует нас к действиям, в то время как серотонин способствует сдержанности и долгосрочному планированию. Однако, до сих пор не было известно, как именно они взаимодействуют.
Команда под руководством профессора психиатрии Роберта Маленьки и аспиранта Даниэля Кардозо Пинто исследовала эту проблему, используя инновационные методы наблюдения и управления дофаминовой и серотониновой системами у лабораторных мышей. Ученые сосредоточились на прилежащем ядре (nucleus accumbens) — области мозга, связанной с мотивацией и обработкой вознаграждений. Мышей обучали связывать световые и звуковые сигналы с получением сладкого лакомства, параллельно изучая изменения в активности дофаминовых и серотониновых сигналов.
Результаты экспериментов показали, что дофамин и серотонин действуют как газ и тормоз в мозге. Дофамин усиливает стремление к вознаграждению, сигнализируя о том, что ситуация лучше, чем ожидалось, в то время как серотонин сдерживает эти импульсы, напоминая об осторожности и необходимости учитывать долгосрочные последствия. Только совместная работа этих систем позволяет эффективно учиться и принимать решения.
Инновационная методология позволила ученым не только наблюдать за нейромедиаторами, но и контролировать их активность с помощью оптогенетики — метода, который использует свет для управления генетически модифицированными нейронами. Когда специалисты блокировали работу обеих систем, мыши не могли научиться связывать сигналы с вознаграждением. Более того, включение только одной системы (дофамина или серотонина) не помогало восстановить обучение. Лишь при нормальной работе обеих систем мыши вновь демонстрировали способность предсказывать награду.
Особенно ярким моментом исследования стал эксперимент, в котором мышам предлагалось выбирать между разными состояниями мозга: стимуляцией дофамина, подавлением серотонина или их сочетанием. Все мыши неизменно выбирали зону, где одновременно активировались обе системы, что наглядно подтвердило гипотезу их противоположного, но взаимодополняющего действия.
Это открытие имеет значительные последствия для лечения расстройств, связанных с нарушением работы дофаминовой и серотониновой систем, в том числе, различных зависимостей, депрессии, шизофрении и болезни Паркинсона. Например, в случае зависимости, лечение может быть направлено на подавление чрезмерной активности дофамина и усиление работы серотонина, чтобы уменьшить компульсивное поведение. При депрессии, напротив, важно повысить активность обеих систем для восстановления мотивации и способности к долгосрочному планированию.
«Эти результаты показывают, что для понимания нейропсихиатрических заболеваний важно учитывать баланс между дофаминовой и серотониновой системами», — отметил Кардозо Пинто. Технологические достижения, сделанные в рамках исследования, открывают новые горизонты для изучения работы мозга и лечения его нарушений.
Ранее ученые выяснили, что даже глоток обычной воды может вызвать выброс дофамина.