Onderzoek toont aan dat menselijk gedrag wordt geleid door snelle veranderingen in het dopaminegehalte

Luister naar dit artikel

Wat gebeurt er in het menselijk brein als we leren van positieve en negatieve ervaringen? Om die vraag te helpen beantwoorden en de besluitvorming en het menselijk gedrag beter te begrijpen, bestuderen wetenschappers dopamine.

Dopamine is een in de hersenen geproduceerde neurotransmitter die als chemische boodschapper dient en de communicatie tussen zenuwcellen in de hersenen en het lichaam vergemakkelijkt. Het is betrokken bij functies zoals beweging, cognitie en leren. Hoewel dopamine vooral bekend staat om zijn associatie met positieve emoties, onderzoeken wetenschappers ook de rol ervan bij negatieve ervaringen.

Nu laat een nieuwe studie van onderzoekers van de Wake Forest University School of Medicine, gepubliceerd op 1 december in Science Advances, zien dat de afgifte van dopamine in het menselijk brein een cruciale rol speelt bij het coderen van zowel belonings- als strafvoorspellingsfouten. Dit betekent dat dopamine betrokken is bij het leerproces van zowel positieve als negatieve ervaringen, waardoor de hersenen hun gedrag kunnen aanpassen en anticiperen op basis van de uitkomsten van deze ervaringen.

“Eerder heeft onderzoek aangetoond dat dopamine een belangrijke rol speelt in de manier waarop dieren leren van ‘belonende’ (en mogelijk ‘bestraffende’) ervaringen. Maar er is weinig werk gedaan om direct te beoordelen wat dopamine doet op snelle tijdschalen in het menselijk brein, ” zei Kenneth T. Kishida, Ph.D., universitair hoofddocent fysiologie en farmacologie en neurochirurgie aan de Wake Forest University School of Medicine.

“Dit is de eerste studie bij mensen die onderzoekt hoe dopamine beloningen en straffen codeert en of dopamine een ‘optimaal’ leersignaal weerspiegelt dat wordt gebruikt in het meest geavanceerde onderzoek naar kunstmatige intelligentie.”

Voor het onderzoek maakten onderzoekers van Kishida’s team gebruik van fast-scan cyclische voltammetrie, een elektrochemische techniek, gecombineerd met machinaal leren, om dopamineniveaus in realtime te detecteren en te meten (dat wil zeggen, 10 metingen per seconde). Deze methode is echter een uitdaging en kan alleen worden uitgevoerd tijdens invasieve procedures zoals hersenchirurgie met diepe hersenstimulatie (DBS). DBS wordt vaak gebruikt voor de behandeling van aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson, essentiële tremor, obsessief-compulsieve stoornis en epilepsie.

Kishida’s team werkte samen met Atrium Health Wake Forest Baptist-neurochirurgen Stephen B. Tatter, M.D., en Adrian W. Laxton, M.D., die ook beide faculteitsleden zijn bij de afdeling Neurochirurgie van de Wake Forest University School of Medicine, om een koolstofvezelmicro-elektrode in te brengen diep in de hersenen van drie deelnemers aan het Atrium Health Wake Forest Baptist Medical Center die DBS zouden krijgen om essentiële tremor te behandelen.

Terwijl de deelnemers wakker waren in de operatiekamer, speelden ze een eenvoudig computerspel. Terwijl ze het spel speelden, werden dopaminemetingen gedaan in het striatum, een deel van de hersenen dat belangrijk is voor cognitie, besluitvorming en gecoördineerde bewegingen.

Tijdens het spel werden de keuzes van de deelnemers beloond of gestraft met echte geldelijke winst of verlies. Het spel was verdeeld in drie fasen waarin deelnemers leerden van positieve of negatieve feedback om keuzes te maken die de beloningen maximaliseerden en de straffen minimaliseerden. Dopamineniveaus werden continu gemeten, eens per 100 milliseconden, gedurende elk van de drie fasen van het spel.

‘We ontdekten dat dopamine niet alleen een rol speelt bij het signaleren van zowel positieve als negatieve ervaringen in de hersenen, maar dat het dit ook lijkt te doen op een manier die optimaal is als we van die uitkomsten proberen te leren. Wat ook interessant was, is dat het lijkt alsof er onafhankelijke routes in de hersenen kunnen zijn die afzonderlijk het dopaminesysteem inschakelen voor het belonen versus bestraffen van ervaringen. Onze resultaten laten een verrassend resultaat zien: deze twee routes kunnen belonende en bestraffende ervaringen coderen op enigszins verschoven tijdschalen, gescheiden door slechts 200 tot 400 milliseconden in de tijd ’, zei Kishida.

Kishida gelooft dat dit niveau van begrip kan leiden tot een beter begrip van hoe het dopaminesysteem wordt beïnvloed bij mensen met psychiatrische en neurologische aandoeningen. Kishida zei dat aanvullend onderzoek nodig is om te begrijpen hoe dopamine-signalering wordt veranderd bij psychiatrische en neurologische aandoeningen.

“Traditioneel wordt dopamine vaak ‘de plezierneurotransmitter’ genoemd,’ zei Kishida. “Ons werk levert echter het bewijs dat dit niet de manier is om over dopamine na te denken. In plaats daarvan is dopamine een cruciaal onderdeel van een geavanceerd systeem dat onze hersenen onderwijst en ons gedrag stuurt. Die dopamine is ook betrokken bij het leren van onze hersenen over straffende ervaringen. is een belangrijke ontdekking en kan nieuwe richtingen bieden in het onderzoek om ons te helpen de mechanismen die ten grondslag liggen aan depressie, verslaving en aanverwante psychiatrische en neurologische stoornissen beter te begrijpen.”

Bronnen: