Дофамин: ключ к обучению и принятию решений

Дофамин широко известен как нейромедиатор, связанный с мотивацией и предвкушением. Однако современные исследования демонстрируют, что его функции значительно шире. Недавние научные данные указывают на участие дофамина в механизмах самообучения и адаптации, что существенно меняет представления о его роли в работе мозга.

Дофамин является частью нейрохимической триады, включающей также норадреналин и ацетилхолин. Эти нейромедиаторы играют важную роль в формировании состояния концентрации и когнитивной эффективности, что имеет значение для достижения высокой продуктивности.

Карта дофаминовых путей

Впервые в истории была составлена карта нейрофизиологических путей регуляции дофамина в реальном времени. Исследование проводилось на основании нейрохимических процессов, происходящих в мозге трёх участников. Результаты показали, что дофамин участвует не только в восприятии вознаграждения, но и в обучении на ошибках. Эти данные могут быть использованы при разработке новых подходов к созданию систем искусственного интеллекта.

Значение дофамина в нейронауке

Группа исследователей из Медицинской школы Университета Уэйк Форест (WFUSM) представила результаты работы, направленной на изучение механизмов принятия решений в человеческом мозге. Эти данные имеют значение для понимания нейробиологических основ психических расстройств.

Ранее исследования показали, что дофамин играет важную роль в том, как животные учатся на принципе «поощрений» и «наказаний». Но ранее мы не разбирали принципы дофаминовой активности в рамках кратких сроков, когда колебание нейрогормона занимает доли секунды.

Это первое исследование на людях, в ходе которого изучается, как дофамин кодирует принципы вознаграждений и наказаний. Также мы разобрались с тем, может ли механизм синтеза дофамина быть оптимальным обучающим сигналом в области искусственного интеллекта.

Доктор Кеннет Т. Кишида, доцент кафедры физиологии, фармакологии и нейрохирургии в WFUSM

Методы изучения дофаминовой активности

Для анализа уровня дофамина использовалась высокочастотная циклическая вольтамперометрия в сочетании с методами машинного обучения. Эти процедуры были применимы только в условиях инвазивной нейрохирургии, поэтому участниками исследования стали пациенты, которым проводилась глубокая стимуляция мозга по медицинским показаниям, связанным с эссенциальным тремором.

В мозг пациентов был имплантирован микроэлектрод из углеродного волокна, предназначенный для регистрации концентрации дофамина в полосатом теле — области, отвечающей за принятие решений, мотивацию и формирование привычек.

Участники выполняли задания в виде компьютерной игры, включающей три уровня сложности. Задачи были разработаны так, чтобы участники могли опираться исключительно на свой предыдущий опыт. В процессе они обучались стратегии, позволяющей минимизировать потери и увеличивать положительные исходы, ориентируясь на последствия принятых решений.

Вознаграждением служили реальные денежные суммы, а в случае ошибок участники несли финансовые потери. Концентрация дофамина измерялась каждые 100 миллисекунд на протяжении всей игровой активности.

Ключевые выводы

Исследование показало, что динамика выработки дофамина гораздо сложнее, чем предполагалось ранее. Мгновенные колебания концентрации нейромедиатора имеют решающее значение для интерпретации опыта и адаптивного изменения поведения.

Интерпретация результатов исследователями

Установлено, что дофамин кодирует как положительные, так и отрицательные переживания. При этом он делает это с высокой эффективностью, способствуя обучению на основе прошлого опыта.

Возможно, в мозге существуют раздельные нейропути, отвечающие за обработку сигналов вознаграждения и наказания. Согласно результатам, активность этих путей может отличаться по времени активации на 200–400 миллисекунд.

Эти данные подтверждают, что дофамин выполняет ключевую функцию в обучении и принятии решений. Независимо от характера переживания — положительного или отрицательного — дофамин способствует корректировке поведения на основе полученного опыта.

Приведённые выводы были сформулированы доктором Кеннетом Т. Кишидой, доцентом кафедры физиологии, фармакологии и нейрохирургии WFUSM.

Заключение

На протяжении длительного времени дофамин рассматривался как нейромедиатор удовольствия. Однако новые данные указывают на его значимую роль в когнитивных процессах обучения и формирования поведенческих стратегий. В частности, выявлено его участие в обучении на негативных переживаниях. Это открытие может быть использовано для разработки более точных моделей психических и неврологических расстройств, включая депрессию и зависимость.