Il neurotrasmettitore dopamina è stato spesso collegato a comportamenti di ricerca del piacere e a rendere preziosi gli stimoli abbinati a ricompense (ad esempio, cibo, bevande). Tuttavia, i processi attraverso i quali questo fondamentale messaggero chimico contribuisce all’apprendimento non sono stati ancora del tutto chiariti.
Le funzioni della dopamina
I ricercatori dell’Università della California a Los Angeles, dell’Università di Sydney e dell’Università statale del New Jersey hanno recentemente condotto uno studio volto a comprendere meglio come i neuroni dopaminergici (cioè le cellule cerebrali che supportano la produzione del neurotrasmettitore) supportano l’apprendimento basato sulla ricompensa.
I loro risultati, pubblicati su Nature Neuroscience , suggeriscono che invece di rappresentare il valore attribuito a diversi stimoli, questi neuroni contribuiscono alla formazione di nuove associazioni mentali tra stimoli e ricompensa (o altri stimoli neutri), che ci aiutano a formare mappe cognitive del nostro ambiente.
“La nostra recente ricerca ha dimostrato che l’attivazione dei neuroni del neurotrasmettitore agisce come un segnale di insegnamento del cervello”, ha detto a Medical Xpress Melissa Sharpe, coautrice dell’articolo. “Ciò si verifica ogni volta che accade qualcosa di nuovo o saliente, che ci aiuta a imparare ad associare gli eventi insieme per creare un nuovo ricordo. Fondamentalmente, abbiamo dimostrato che i neuroni della dopamina lo fanno senza rendere le cose “preziose” o “buone” in sé e per sé”.
Questo lavoro è in contrasto con studi precedenti che avevano definito il neurotrasmettitore come il neurotrasmettitore che produce “felicità” o “piacere”. Tuttavia, se i neuroni dopaminergici non trasportano segnali di valore, non dovrebbero essere in grado di attribuire qualità positive o piacevoli a specifiche esperienze o azioni.
“Ci stavamo chiedendo, se i neuroni delneurotrasmettitore non trasportano un segnale di valore, allora come supportano l’autostimolazione intracranica, il che suggerisce che i neuroni della dopamina trasportano un segnale di valore?” Il dottor Sharpe ha spiegato. “I nostri esperimenti miravano quindi a rispondere alla domanda: se i neuroni del neurotrasmettitore hanno effettivamente valore nel contesto dell’autostimolazione intracranica, qual è la rappresentazione cognitiva che consente [loro] di farlo?”
Per rispondere a questa domanda di ricerca, la dottoressa Sharpe e i suoi colleghi hanno effettuato una serie di esperimenti sui ratti. Durante questi esperimenti, hanno utilizzato una procedura di trasferimento da pavloviano a strumentale, un noto test sperimentale progettato per chiarire le rappresentazioni cognitive che guidano il comportamento animale o umano.
“Insegniamo ai ratti che un segnale (ad esempio, un tono o un clic) porta a un risultato particolare (ad esempio, la stimolazione del neurotrasmettitore o una pallina di cibo)”, ha detto il dottor Sharpe. “Quindi, quando viene riprodotto il tono o il clic, si verifica uno di questi risultati (ad esempio, tono -> stimolazione del neurotrasmettitore). Poi insegniamo loro che possono ottenere questi risultati premendo una delle due leve.
Se il tono li fa pensare del risultato ‘specifico’ a cui è stato abbinato (ad esempio, la stimolazione del neurotrasmettitore), aumenteranno selettivamente la pressione della leva associata alla stimolazione del neurotrasmettitore (e non del cibo).”
Gli esperimenti condotti dalla dottoressa Sharpe e dai suoi colleghi hanno prodotto diversi risultati interessanti.
In primo luogo, i ricercatori hanno scoperto che una frequenza di attivazione fisiologica dei neuroni del neurotrasmettitore non supportava l’autostimolazione intracranica in un modo che suggerirebbe che i neuroni del neurotrasmettitore trasportano un segnale di valore.
Gli studiosi hanno osservato che se attivassero i neuroni dopaminergici al di sopra di questa velocità fisiologica, l’attivazione di questi neuroni potrebbe funzionare come un obiettivo sensoriale specifico verso il quale gli animali mostrerebbero un comportamento.
Cioè, l’alta frequenza di attivazione dei neuroni della dopamina potrebbe funzionare come una ricompensa che alla fine ha spinto i ratti a impegnarsi in comportamenti di ricerca del piacere associati al cosiddetto effetto di trasferimento pavloviano-strumentale.
“Ciò suggerisce che quando i neuroni della dopamina si attivano nella vita di tutti i giorni , non danno valore alle cose”, ha spiegato il dottor Sharpe. “Invece, funzionano per aiutarci a formare nuovi ricordi o come sono correlate le cose nel nostro ambiente.
Nel caso in cui i neuroni della dopamina si attivano più di quanto dovrebbero (ad esempio, quando si assumono droghe d’abuso), questo può essere codificato nel cervello come un evento gratificante che ci rende più propensi a cercare farmaci in futuro.”
Nel complesso, questo recente studio della Dott.ssa Sharpe e dei suoi colleghi potrebbe contribuire notevolmente alla comprensione della dopamina e del suo ruolo nell’apprendimento basato sulla ricompensa (cioè sul rinforzo). In particolare, i loro risultati suggeriscono che i neuroni della dopamina non trasportano segnali di valore che attribuiscono piacere o felicità agli stimoli ambientali.
In futuro, potrebbero aprire la strada a ulteriori esperimenti volti a convalidare ulteriormente i risultati del team o a esaminare il contributo unico di specifici circuiti neurali che producono dopamina.
“Il nostro team è ora interessato a come i diversi circuiti della dopamina contribuiscono a diversi tipi di apprendimento e come questo ci aiuta a creare una rappresentazione complessa ma unificata del nostro ambiente”, ha aggiunto il dottor Sharpe.
Cosa succede al sistema della dopamina quando sperimentiamo eventi avversi?
Uno studio presso l’Istituto olandese di neuroscienze ha esaminato come il sistema della dopamina elabora eventi spiacevoli avversivi.
È noto che il sistema della dopamina svolge un ruolo cruciale nella motivazione, nell’apprendimento e nel movimento. Una delle funzioni principali della dopamina è prevedere il verificarsi di esperienze gratificanti e la disponibilità di ricompense nel nostro ambiente. In questo contesto, il sistema della dopamina informa il nostro cervello sui cosiddetti “errori di previsione della ricompensa”, ovvero la differenza tra la ricompensa ricevuta e quella prevista.
I neuroni della dopamina diventano più attivi quando una ricompensa arriva inaspettatamente o se è più grande del previsto, e mostrano un’attività depressa quando riceviamo meno ricompensa del previsto. Questi segnali di errore ci aiutano a imparare dai nostri errori e ci insegnano come ottenere esperienze gratificanti.
Mentre un gran numero di studi si è concentrato sulla relazione tra rilascio di dopamina e stimoli gratificanti, pochi hanno esaminato l’effetto di stimoli spiacevoli e avversivi sulla dopamina. Sebbene i risultati di questi pochi esperimenti siano stati incoerenti, è diventato chiaro che gli stimoli avversivi hanno un impatto sul sistema della dopamina.
Ma c’è un dibattito attivo tra i neuroscienziati su quale ruolo preciso svolgono i neuroni della dopamina nell’elaborazione degli stimoli avversivi: la loro attività cambia in risposta a eventi avversivi? Prevedono eventi avversi? Codificano un errore di previsione avversivo?
Il team attorno al Ph.D. la studentessa Jessica Goedhoop e il leader del gruppo Ingo Willuhn hanno esposto i ratti al rumore bianco in combinazione con stimoli che prevedevano il rumore bianco, mentre misuravano il rilascio di dopamina nel cervello. Il rumore bianco è un noto esempio di stimolo uditivo spiacevole per i ratti.
I ricercatori hanno scoperto che il rilascio di dopamina diminuiva gradualmente durante l’esposizione al rumore bianco. Inoltre, dopo una presentazione coerente, gli stimoli che si verificavano pochi secondi prima dell’esposizione al rumore bianco cominciavano ad avere lo stesso effetto deprimente sui neuroni della dopamina. Tuttavia, a differenza di come elabora le ricompense, la dopamina non ha codificato un errore di previsione per questo stimolo avversivo.
Nel complesso, questo nuovo studio dimostra che il sistema della dopamina aiuta il cervello ad anticipare il verificarsi e la durata di eventi spiacevoli, ma senza tenere conto degli errori di previsione.
Il leader del gruppo Ingo Willuhn ha dichiarato: “Si tratta di uno studio molto approfondito e sistematico che tiene conto di molte variabili. I risultati ci danno una migliore comprensione del ruolo del rilascio di dopamina nell’elaborazione degli eventi avversivi. C’è un crescente interesse per il ruolo della dopamina nell’avversione. Abbiamo utilizzato un nuovo stimolo avversivo che ha permesso di condurre un’analisi più approfondita della dopamina rispetto a quanto possibile in precedenza.”
Le droghe che creano dipendenza dirottano e amplificano i segnali della dopamina e inducono effetti esagerati e incontrollati della dopamina sulla plasticità neuronale. Questo studio ci avvicina alla comprensione del meccanismo alla base di questo fenomeno patologico.
