Серия «Дофамин и все-все-все»

4

Ни много ни мало: оптимум дофамина

Для когнитивных функций важен оптимальный уровень дофамина

Дофамин играет ключевую роль в том, как мы удерживаем информацию в голове и управляем собственным поведением. Именно он помогает держать в памяти актуальные данные и вовремя обновлять их, когда ситуация меняется.

Проблема в том, что его действие далеко не прямолинейное. В популярной науке, психологии и разговорах на кухне соседствуют противоречивые суждения о дофаминовых ямах, дефиците дофамина и о том, откуда получать дофамин, да не абы какой, а сложный, не дёшевый.

Логично было бы ожидать: чем больше дофамина, тем лучше работает память и внимание, но исследования показывают, что дофамин подчиняется инвертированной U-зависимости. В середине кривой — оптимум, при котором мозг справляется лучше всего. Если уровень ниже, память становится нестабильной, внимание рассеивается. Если выше — наоборот, система застревает, теряя гибкость.

На разных участках мозга дофамин выполняет разные задачи. В префронтальной коре он помогает поддерживать устойчивые представления, фильтруя шум и усиливая сигнал. Это как умение сосредоточиться на нужном и не отвлекаться. А в стриатуме дофамин обеспечивает противоположное — возможность переключиться, обновить информацию, адаптироваться к новым условиям. В норме эти процессы уравновешены: один держит нас в рамках, другой позволяет выйти из них, когда это необходимо.

Эта двойственность отлично видна на экспериментах с обезьянами [Vijayraghavan, 2007]. Когда исследователи прямо подавали агонисты D1-рецепторов в префронтальную кору, слабая стимуляция делала работу нейронов более избирательной: они лучше различали важное и игнорировали лишнее. Но сильная стимуляция напротив глушила их полностью, и клетки переставали кодировать нужную информацию. Другими словами, слишком много дофамина разрушало тот же механизм, который при малых дозах помогал ему работать.

И ещё один важный момент: у разных людей исходная точка на этой кривой разная [R. Cools, M. D’Esposito, 2011]. Есть генетические факторы, например полиморфизм COMT, из-за которых у одних в префронтальной коре дофамина меньше, у других больше. Поэтому лекарства, повышающие дофамин, одним действительно помогают сосредоточиться и улучшить память, а другим — наоборот, мешают. То же подтверждают и исследования с ПЭТ-сканированием: уровень дофаминового синтеза в стриатуме связан с работой памяти, но эта связь нелинейная и зависит от конкретной задачи.

На практике всё это значит, что универсальной дофаминовой таблетки быть не может. При болезни Паркинсона дефицит дофамина в стриатуме действительно можно компенсировать препаратами, и человек возвращает утраченную гибкость. Но при СДВГ или шизофрении картина другая: там вмешательство в дофаминовую систему может дать совершенно противоположный результат.

В целом всё, но чуть подробнее здесь.

Ну и напоминаю для проформы, что дофамин контекст-зависим.

Показать полностью
9

Новостные статьи разжижают мозг сильнее алкоголя

На Пикабу мне выпали аж два поста (тык и тык) про ужасный ТикТок, который опаснее алкоголя. Первый гражданин ссылается на новость с TOI, а второй (в комментариях) на статью с Forbes; обе ведут на исследование из Китая.

Оба гражданина оставили ссылки на тг, но фаллических оценок в панамку насыпали только второму. Как же в мире много несправедливости. Энивей.

Сперва новость из TOI:

просмотр коротких видеороликов не просто развлекает вас, но и может физически изменить ваш мозг

Нет, исследование показало корреляцию. Причинность может быть иная, например, предрасположенные люди (с уже подсроенным под зависимости мозгом) могли попасть в исследование и подсесть на ТикТок. В исследовании не было продемонстрировано, что мозг меняется.

Исследователи обнаружили, что у заядлых любителей коротких видеороликов наблюдается повышенная активность в нейронных путях вознаграждения мозга, тех же самых, которые активируются при употреблении алкоголя или азартных игр

Что за "те же самые" пути? Частично это так, некоторые области совпадают с теми, что активируются при вознаграждении/аддикции, но совпадение по области не означает совпадение по механизму, по динамике нейромедиаторных изменений или клинической значимости.

Это довольно старая ошибка, проиллюсторировать которую можно следующим образом. Пианист использует пальцы для игры на инструменте, программист пишет код руками (не все), следовательно, пианист и программист занимаются тем же самым.

Проще говоря, эти безобидные клипы могут перегружать дофаминовую систему вашего мозга, притупляя его способность получать удовольствие

Без комментариев.

У авторов с Форбса получилось намного лучше, они даже корреляцию за каузацию не выдали.

Авторы исследования сосредоточились на биологической стороне этих процессов. Оказалось, что в мозге тех, кто сильнее других подвержен зависимости, происходят структурные и функциональные изменения. Они касаются зон, отвечающих за получение удовольствия, принятие решений и эмоциональную регуляцию — орбитофронтальной коры и мозжечка. В этих областях увеличивается объем серого вещества, что обостряет восприятие и может провоцировать компульсивный просмотр.

А если коротко об исследовании, то:

Авторы исследовали short video addiction — склонность к навязчивому просмотру коротких видеороликов — и пытались связать поведенческие проявления с нейроанатомическими, функциональными и молекулярно-транскриптомными характеристиками мозга. То есть проверяли, связана ли привычка смотреть короткие ролики с изменениями в строении и работе мозга и активностью определённых генов.

Выборка в 111 человек. Студентов. С использованием поведенческой оценки, нейровизуализации, статистики и транскриптономики.

Нашли корреляцию между склонностью к SVA и показателями "dispositional envy". То есть есть корелляция между склонностью смотреть короткие видео и завистью. Эффект маленький (r ~ .45).

Нашли положительную корреляцию SVA с увеличением объема в орбитофронтальной коре и в некоторых участках мозжечка.

Обнаружили повышенную спонтанную активность и согласованность межсубъектных паттернов в DLPFC, PCC, мозжечке, которая ассоциировалась с тяжестью SVA.

С генетикой я не в ладах, поэтому сами читайте чё там по генетике.

Собственно, ни слова про то, что TikTok разжижает мозги, что это дешёвый дофамин и прочее. Это исследование носит корреляционный характер, проведено на небольшой гомогенной выборке, на студентах (соответственно, требует репликаций в более крупных и разнообразных выборках). В исследовании вообще не проводились PET или прямые измерения дофамина или рецепторов.

Утвеждения о десенситизации дофаминовой системы и сходности механизмов SVA с алкогольной зависимостью там проскакивают, но это ссылки и выводы из других исследований.


Это, конечно, ужасно, что дети смотрят короткие ролики, а не занимаются наукой / зарабатыванием денег / помывкой полов / чисткой и варкой картошки. Мозг от коротких роликов не страдает, страдает перспектива. Время — самый ценный и невосполнимый ресурс, который есть у человека. Чрезмерная, избыточная трата времени на "бесполезные" занятия — вот действительный негативный эффект.

Показать полностью
5

Action Prediction Error (APE) — отдельный сигнал обучения

В представлении среднего гражданина дофамин является гормоном удовольствия. Чуть менее средние граждане знают, что дофамин кодирует ошибки предсказания. В основном исследования были сконцентрированы на ошибке предсказания вознаграждения, но если они вас утомили, то предлагаю почитать свежие исследования об ином типе ошибок предсказания.

Коротко

Action prediction error (APE) — это ошибка предсказания, связанная не с ценностью вознаграждения (как reward prediction error), а с предсказанием самого действия. Недавние эксперименты показали, что дофамин в хвосте стриатума кодирует APE и служит «value-free» обучающим сигналом, который укрепляет повторяющиеся ассоциации «состояние — действие». Вместе с классическим RPE эти два сигнала работают в паре: RPE ориентируется на ценность, а APE формирует привычки и автоматические действия.


Новое платье старого короля

Классическая идея об ошибке предсказания была довольно простой и красивой: мозг сравнивание ожидание и реальность, а разница используется для обновления знаний. Традиционно внимание концентрировалось на ошибке предсказания вознаграждения и роли дофамина в её кодировании. Однако поведенические данные и теория давно намекали, что животные учатся не только на том, что приносит награду (и удовольствие, как частный случай), но и на повторяющихся конкретных действиях независимо от немедленной ценности.

APE — это попытка дать нейрофизиологическую и вычислительную форму вышеупомянутому способу обучения.

Что за зверь этот ваш APE?

Action prediction error — это сигнал, фиксирующий разницу между фактически выполненным действием и тем действием, которое система ожидала выполнить. В отличие от RPE, который обновляет значения состояний или действий на основе вознаграждения, APE укрепляет саму связь «состояние — действие».

Ключевые выводы последних работ (публикации на bioRxiv и в Nature):

  1. Наблюдение APE в дофаминергических сигналах. В задаче аудиальной дискриминации у мышей движение-связанные всплески дофамина в хвосте стриатума соответствовали предсказанным/непредсказанным действиям, а не прямо значению вознаграждения.

  2. Каузальность. Оптогенетические и иные манипуляции с этими сигналами изменяли обучение так, как ожидалось. Вмешательство нарушало закрепление повторяющихся ответов, но не моделировало привычное обновление ценностей. Это отличает APE от RPE по функциональным последствиям.

  3. Модель и взаимодействие с RPE. Компьютерные модели и анализы показали, что APE-сигнал сам по себе не достаточен для обучения, основанного на вознаграждении; однако в тандеме с RPE он стабилизирует и консолидирует устойчивые ассоциации «звук — действие». То есть две системы дополняют друг друга.

Ограничения

Во-первых, большая часть данных набрана на мышах.

Во-вторых, дофамин — это не монолит: разные субпопуляции нейронов, разные терминалы могут кодировать разные свойства. Собственно, данные модели в очередной раз показывают, что дофамин работает в десятки раз сложнее, чем себе представляют средние граждане.

Показать полностью
5

Дофамин участвует в процессах памяти через долговременную потенциацию

Вы думали, дофамин отвечает за удовольствие/мотивацию/ошибку предсказания/обучение/движение и т.д.? Вот в копилку ещё одна функция: дофамин участвует в процессах памяти через механизм дофамин-зависимой долговременной потенциации (dopamine-dependent long-term potentiation, DA-LTP) в гиппокампе.

Dopamine increases protein synthesis in hippocampal neurons enabling dopamine-dependent LTP

Гиппокамп — это область в мозге, ассоциированная с функциями памяти. Долговременная потенциация — это нейронный механизм, делающий нейронные связи сильнее.

Не претендую на новизну, но дофамин давно ассоциируется с новизной и памятью. Ранее уже было показано (Bliss and Lomo, 1973), что при правильной стимуляции дофамин может превращать угасание синапсов в укрепление (LTD в LTP). Авторы статьи решили разобраться — а почему и как?


Как изучали

Переживающим за мышей лучше не знать, но в двух словах: брали срезы мозга, помечали пуромицином (который встраивается в новые белки) и изучали при разных условиях.

Сперва измеряли изменения белкового синтеза:

  1. Дофамин усиливает белковый синтез (по сравнению с контрольной группой).

  2. При блокировании рецепторов (D1, D2) уровень белков снижается, следовательно, эффект опосредован именно рецепторами дофамина.

  3. Блокировали спайки (потенциал действия) и выяснили, что даже без неё дофамин даёт небольшой прирост.

  4. А вот если заблокировать сам синтез, прирост исчезает.

Затем показали, что дофамин превращает синаптическое ослабление в усиление только если есть белковый синтез:

  1. Дофамин даёт усиление там, где без него должно быть ослабление.

  2. Без белков не будет дофамин-зависимого усиления даже с дофамином.

За разъяснением путей:

  1. DA — cAMP — PKA

  2. D1 — AC1/8 — cAMP — PKA

Милости прошу читать статью: я такими объяснениями своё время утилизировать не собираюсь.


Если округлить, есть два механизма усиления памяти:

  1. Один работает "по старинке" — это обычный LTP, без вмешательства дофамина, без каких-то особых требований к белкам.

  2. Второй — дофамин-зависимый, требующий активности, запускающий белковый синтез и вовлекающий специфические рецепторы.

И вот второй — куда более чувствителен к контексту и значимости сигнала. Возможно, память на значимые события именно так и кодируется.

З.Ы.

Делитесь своими любимыми исследованиями дофамина в комментариях. Я их коллекционирую. Распечатываю и раскладываю по дому: в рамочку, под подушку, распихиваю в карманы курток, которые на лето мы убираем в шкаф, чтобы зимой сунуть руку в карман и нащупать бумажку, от которой по телу разливается приятное тепло.

Показать полностью
4

Удовольствие, желание и дофамин

Опрос показал, что я могу с чистой совестью поделиться хоть и старенькой, но важно статьёй, которая демонстрирует разницу между "желанием" и "удовольствием".

Liking, Wanting, and the Incentive-Sensitization Theory of Addiction by Kent C. Berridge and Terry E. Robinson.

Кратко перескажу

Авторы начинают с того, что слова "желание" (wanting) и "удовольствие" (liking) в повседневной речи часто используются как синонимы. Однако, с точки зрения нейронауки (и психологии), это разные процессы, обеспечиваемые разными структурами и механизмами мозга.

Изначально авторы (и большинство других учёных) считали, что дофамин — это гормон удовольствия, и что он отвечает за ощущение радости от еды, котиков и т.д.


Уверен, что многие слышали о знаменитом эксперименте Милнера, где он вживлял крысам электрод в определённый участок мозга, а те могли этот участок стимулировать нажатием на рычаг и умирали от истощения, ибо от рычага не отходили. Кроме того, крысы демонстрировали поведение и состояние удовольствия. Вследствие — данную область мозга назвали центром удовольствия и связали с дофамином.


Однако последующие эксперименты (в т.ч. на людях) показали, что это не так. В ранних экспериментах авторов было показано, что истратившие почти весь дофамин крысы всё равно демонстрируют удовольствие, а вот делать ради получения этого удовольствия ничего не хотят (например, у них развилась афагия — отсутствие питания).

В 90-х годах учёные, поддерживающие позицию, что дофамин не является посредником в получении удовольствия, были в меньшинстве. Однако через десять лет начали появляться работы, исследующие роль дофамина в формировании удовольствия.

  1. Подавление дофаминовой нейротрансмиссии у людей не снижало оценку удовольствия от наркотических веществ, а вот желание потреблять — уменьшало.

  2. Подавление дофамина у обычных людей и с болезнью Паркинсона не снижает оценку удовольствия от дегустации вкусной пищи.

  3. Нейровизуализация показала, что изменения в нейротрансмиссии дофамина связана больше с субъективным желанием испытать удовольствие, чем с изменением предпочтений.


Все исследования перечислены в оригинальной статье, оставлять на них ссылки не вижу необходимости.


Под "желанием" авторы понимают импульсивное желание (incentive salience — памагити с переводом), возникающее часто неосознанно, которое можно сравнить со вспышкой. Оно отличается от когнитивного желания, которое можно выразить как желание лечь спать пораньше, чтобы утром быть бодрым, восстановить режим сна или набраться сил перед учебным или рабочим днём, а импульсивное желание — посмотреть ещё одно видое, высветившееся в ленте.


В качестве бонуса авторы рассказывают о том, что импульсивное желание и страх работают по одному нейробиологическому механизму, генерирующему активные копинг-стратегии на страх. Что частично объясняет участие дофамина в шизофрении, паранойе или психозе, индуцированной стимулятороми.


Возникает вопрос: "откуда же берётся удовольствие в мозге?". Коротки ответ: небольшие и хрупкие, зависимые от определённых нейрохимических веществ (эндогенных опиодиов и каннабиодов) горячие точки (hedonic hotspot).

Находятся в прилежащем ядре (занимает там не больше 10%), паллидиуме, орбитофронтальной коре, островковой доле. Даже в прилежашем ядре дофамин не связан с удовольствием.

Так как большая часть работы посвящена исследованию зависимых людей, авторы не могли обойти стороной вопрос искажения зависимостью "желания" и "удовольствия". Открытие того, что две эти функции реализуются разными мозговыми системами помогло в формировании теории сенсибилизации мотивации. Вдальнейшем было выявлено, что дофаминовые системы могут быть долговременно сенсибилизированый наркотическими веществами.


Сенсибилизация здесь — устойчивое усиление активности дофаминовых систем после мноократного употребления. Особенно высоких доз, особенно с перерывами. Такая сенсибилизация очень устойчива (может сохраняться годами и даже пожизненно) и делает мозг гиперчувствительным к сигналам, связанным с веществами.

После такой сенсибилзации "желание" резко усиливается при виде или даже при вспоминании сигнала, связанного с зависимостью. Если вернуться чуть выше и вспомнить про когнитивное желание, то импульсивное желание может появляться даже если человек всей душой не хочет употреблять, не ожидает удовольствия и не испытывает абстиненции (синдрома отмены).

А как же игоры (в т.ч. азартные), интернет, пища, половые сношения, шопоголизм и так далее? Хотя изначально теория сенсибилизации была сформулирована для веществ, появляется большое количество данных, свидетельствующих о том, что аналогичные мозговые процессы могут происходить и без химических веществ.

В таких исследованиях (до них у меня руки едва дошли) авторы акцентируют внимание на гиперреакции мозга на сигналы, связанные с "объектом" зависимость (игра, еда, эротика), а реакция дофаминергической системы напоминает реакцию у зависимых от веществ.


Ещё раз повторю: в эти исследоваия не вчитывался. За что купил — за то и продаю


В качестве примера приводят исследования на некоторых пациентах с болезнью Паркинсона. У 15% при приёме дофаминергических препаратов развивается синдром дисрегуляции дофамина, проявляющийся в компульсивном поведение (там весь серпентарий: азартные игры, гиперсексуальность, шопинг, интернет-зависимость, пристрастие к лекарству).

Примечательно, что после прекращения приёма препарата, компульсивное влечение исчезает.

Небольшое заключение

В статье остались части, которые я не упомянул. Если вам интересна тема и вы не сталкивались с этой статьёй (или сталкивались с концепциями, но руки не дошли), то обязательно почитайте.

В ней упоминаются уязвимые группы, терапия и довольно важная для понимания работы дофамина тема: структуры-реципиенты (получающие сигнал от дофамина) и участие глутамата в интерпретации и "кодировке" ответа мозга на дофамин (подробнее можно почитать в статье "What does dopamine mean?")

Отвечая на вопросы опроса

Дофамин — не гормон счастья и удовольствия. Дофамин не вызывает удовольствие (или счастье), а усиливает импульсивное желание. То есть отвечает за мотивационное стремление к цели, кодирует значимость.

Дофамин сам по себе не вызывает зависимость. Зависимость возникает, когда дофаминовая система становится сенсибилизированной, то есть чрезмерно реактивной на определённые стимулы.

Показать полностью
Отличная работа, все прочитано!