Un estudio ha revelado los papeles críticos de la dopamina y la serotonina en la toma de decisiones basadas en el contexto social, mostrando cómo estas sustancias químicas influyen en las respuestas a las ofertas en un juego de ultimátum. Esta comprensión de la dinámica de los neurotransmisores ofrece la posibilidad de nuevos tratamientos para la enfermedad de Parkinson y las afecciones psiquiátricas. Crédito: SciTechDaily.com
Un equipo internacional está descifrando la compleja danza de la dopamina y la serotonina en el cerebro humano, arrojando luz sobre las decisiones sociales.
En un estudio publicado en La naturaleza del comportamiento humano.Los científicos profundizan en el mundo de los neuromoduladores químicos del cerebro humano, específicamente la dopamina y la serotonina, para descubrir su papel en el comportamiento social.
La investigación, realizada en pacientes de Parkinson que se sometieron a una cirugía cerebral despierto, se centró en la sustancia negra del cerebro, una región importante asociada con el control motor y el procesamiento de recompensa.
El equipo internacional dirigido por Reed Montagu, un neurocientífico computacional de Virginia Tech, ha descubierto un mecanismo neuroquímico previamente desconocido para una tendencia humana conocida a tomar decisiones basadas en el contexto social: es más probable que las personas acepten ofertas de computadoras mientras rechazan ofertas idénticas de humanos. jugadores.
Los científicos discuten su trabajo para descubrir ideas sobre las complejidades del cerebro y la mente. Recientemente, investigadores, entre ellos (desde la izquierda) Dan Pang de la Universidad de Aarhus en Dinamarca, Ken Kishida de la Facultad de Medicina de la Universidad Wake Forest y Michael Friedlander, director ejecutivo del Instituto de Investigación Biomédica Fralin; Peter Dayan, director general del Instituto Max Planck de Cibernética Biológica en Tubinga, Alemania, y Reed Montagu, director del Centro de Investigación de Neurociencia Humana del Instituto Fralin de Investigación Biomédica, hablaron sobre los logros alcanzados a lo largo de décadas. Crédito: Clayton Metz/Virginia Tech
Una visión del juego del ultimátum
En este estudio, cuatro pacientes sometidos a una cirugía de estimulación cerebral profunda para tratar la enfermedad de Parkinson se vieron inmersos en un juego de ultimátum de «tómalo o déjalo», un escenario en el que tenían que aceptar o rechazar diferentes repartos de 20 dólares tanto de humanos como de computadoras. jugadores. Por ejemplo, un jugador podría sugerir quedarse con $16, mientras que el paciente recibe los $4 restantes. Si el paciente se niega a dividirse, ninguno de los dos recibe nada.
«Se puede enseñar a las personas lo que deben hacer en este tipo de juegos: que deben aceptar incluso pequeñas recompensas en lugar de no recibir ninguna recompensa», dijo Montagu, profesor de Virginia Tech Carilion Mountcastle en el Instituto de Investigación Biomédica Fralin de VTC. Autor del estudio. «Cuando la gente sabe que está jugando con una computadora, juega perfectamente, como los economistas matemáticos: hace lo que debe hacer. Pero cuando juega con un ser humano, no puede evitarlo. A menudo se ven obligados a castigar la oferta más pequeña. rechazándolo”.
Reid Montagu, quien dirigió el equipo de investigación que registró los fundamentos químicos de la toma de decisiones sociales, habla de tocar los elementos cruciales que nos hacen humanos. Crédito: Clayton Metz/Virginia Tech
El baile de la dopamina y la serotonina
La idea de que las personas toman decisiones basadas en el contexto social no es una idea nueva en los juegos neuroeconómicos. Pero ahora, por primera vez, los investigadores han demostrado que el efecto del contexto social puede deberse a las interacciones dinámicas de la dopamina y la serotonina.
Cuando las personas toman decisiones, la dopamina parece seguir de cerca y reaccionar ante si la oferta actual es mejor o peor que la anterior, como si fuera un sistema de seguimiento continuo. Mientras tanto, la serotonina parece centrarse únicamente en el valor actual de la oferta específica en cuestión, lo que sugiere una evaluación más caso por caso.
Este baile rápido ocurre en un contexto más lento, donde la dopamina generalmente es más alta cuando las personas desempeñan el papel de otros seres humanos; en otras palabras, cuando la justicia entra en juego. Juntas, estas señales contribuyen a la evaluación general que hace nuestro cerebro de nuestro valor durante las interacciones sociales.
«Arrojamos luz sobre diferentes procesos cognitivos y finalmente recibimos respuestas a preguntas con mayor detalle biológico», dice el estudio. En el Instituto Fralin de Investigaciones Biomédicas.
«Los niveles de dopamina son más altos cuando las personas interactúan con otro ser humano y no con una computadora», dijo Pang. «Aquí también era importante medir la serotonina para darnos la confianza de que la respuesta general al contexto social es específica de la dopamina».
Seth Batten, investigador asociado del Instituto de Investigación Biomédica Fralin, construyó los electrodos utilizados para registrar la danza de la dopamina y la serotonina. Crédito: Clayton Metz/Virginia Tech
Seth Batten, investigador asociado senior en el laboratorio de Montagu y primer autor del estudio, construyó electrodos de fibra de carbono que se implantaron en pacientes sometidos a cirugía de estimulación cerebral profunda y ayudó a recopilar datos en el Sistema de Salud Mount Sinai en Nueva York.
«El desarrollo único de nuestro método es que nos permite medir más de un neurotransmisor a la vez, y el impacto de eso no debe perderse», dijo Patten. «Hemos visto estas moléculas de señalización antes, pero esta es la primera vez que las hemos visto bailar. Nadie había visto antes esta danza de dopamina y serotonina en un contexto social».
Descubrir el significado de las señales electroquímicas registradas de los pacientes durante la cirugía ha sido un gran desafío que ha llevado años resolver.
«Los datos preliminares que estamos recopilando de los pacientes no son específicos de la dopamina, la serotonina o la norepinefrina, sino una combinación de ellas», afirmó Ken Kishida, coautor del estudio y profesor asociado de neurociencia traslacional. Neurocirugía, en la Facultad de Medicina de la Universidad Wake Forest. «Básicamente, utilizamos herramientas de aprendizaje automático para separar lo que hay en los datos sin procesar, comprender la firma y decodificar lo que sucede con la dopamina y la serotonina».
En el Estudiar la naturaleza del comportamiento humano.Los investigadores han demostrado cómo el aumento y la disminución de la dopamina y la serotonina están entrelazados con la cognición y el comportamiento humanos.
«En el mundo de los organismos modelo, hay una tienda de dulces llena de técnicas sofisticadas para hacer preguntas biológicas, pero es más difícil hacer preguntas sobre lo que te hace ser tú», dijo Montagu, quien también es director del Centro de Investigación en Neurociencia Humana. y el Laboratorio de Neuroimagen Humana del Instituto de Investigaciones Biomédicas Fralin.
Tratamiento de la enfermedad de Parkinson
«En algún momento, después de que evalúemos a suficientes personas, podremos abordar la patología del Parkinson que nos brindó esta ventana de oportunidad», dijo Montagu, quien también es profesor en la Facultad de Ciencias de Virginia Tech.
En la enfermedad de Parkinson, la pérdida significativa de neuronas productoras de dopamina en el tronco del encéfalo es una característica importante que suele coincidir con la aparición de los síntomas.
Esta pérdida afecta al cuerpo estriado, un área del cerebro fuertemente afectada por la dopamina. A medida que disminuye la dopamina, las terminales de serotonina comienzan a crecer, revelando una interacción compleja, como se observa en modelos de roedores.
«Ya existe evidencia preclínica de que el agotamiento del sistema de dopamina le dice al sistema de serotonina: Oye, tenemos que hacer algo». «Pero nunca llegamos a ver la dinámica», dijo Montagu. «Lo que estamos haciendo ahora es el primer paso, pero esperamos que una vez que lleguemos a cientos de pacientes, podamos correlacionar esto con los síntomas y obtener algunos datos clínicos sobre la enfermedad de Parkinson».
En este sentido, los investigadores dijeron que existe una ventana abierta para identificar una amplia gama de trastornos cerebrales.
«La mente humana es como una caja negra», dijo Kishida. «Hemos desarrollado otra forma de mirar hacia adentro y comprender cómo funcionan estos sistemas y cómo se ven afectados por diferentes situaciones clínicas».
«Este trabajo cambia todo el campo de la neurociencia y nuestra capacidad para investigar sobre la mente y el cerebro humanos, utilizando la tecnología que se ha desarrollado», dijo Michael Friedlander, director ejecutivo del Instituto de Investigación Biomédica Fralin y neurocientífico que no participó en el estudio. Esto ni siquiera hubiera sido imaginable hace muchos años.
La psiquiatría es un ejemplo de campo médico que podría beneficiarse de este enfoque, afirmó.
«Tenemos una enorme cantidad de personas en el mundo con una variedad de afecciones psiquiátricas y, en muchos casos, las soluciones farmacológicas no funcionan bien», dijo Friedlander, quien también se desempeña como vicepresidente del Departamento de Ciencias de la Salud y Psiquiatría de Virginia Tech. tecnología. «La dopamina, la serotonina y otros neurotransmisores están estrechamente relacionados con estos trastornos de alguna manera. Este esfuerzo añade precisión y cantidad reales a la comprensión de esos problemas. Lo único de lo que creo que podemos estar seguros es que este trabajo será muy importante en el futuro para el desarrollo de tratamientos».
Más de una década en proceso
Los esfuerzos para medir los neurotransmisores en tiempo real en el cerebro humano comenzaron hace más de 12 años cuando Montague reunió un equipo de expertos que «piensan en grande sobre el pensamiento».
En las primeras observaciones del cerebro humano, los científicos publicaron en… células nerviosas En 2020, los investigadores revelaron que la dopamina y la serotonina funcionan a velocidades inferiores a un segundo para moldear la forma en que las personas perciben el mundo y actúan en función de su percepción.
Más recientemente, en un estudio publicado en octubre en la revista Biología actualLos investigadores utilizaron su método de registrar cambios químicos en humanos despiertos para obtener información sobre el sistema de noradrenalina del cerebro, que durante mucho tiempo ha sido el objetivo de los medicamentos para tratar los trastornos psiquiátricos.
Y en diciembre en la revista. Avance de la ciencia, El equipo reveló que los rápidos cambios en los niveles de dopamina reflejan cálculos específicos relacionados con cómo los humanos aprenden de las recompensas y los castigos.
«Hemos realizado mediciones activas de neurotransmisores muchas veces en diferentes áreas del cerebro, y ahora hemos llegado al punto en el que abordamos los elementos críticos que nos hacen humanos», dijo Montagu.
Referencia: “La dopamina y la serotonina en la sustancia negra humana rastrean el contexto social y las señales de valor durante el intercambio económico” por Seth R. Batten, Dan Pang, Brian H. Koppel, Ariana N. Davis, Matthew Heflin, Zixiu Fu, Ofer Pearl, Kimiya Ziavat, Alice Hashemi, Ignacio Saez, Leonardo S. Barbosa, Thomas Twomey, Terry Lorenz, Jason P. White, Peter Dayan, Alexander W. Charney, Martin Figi, Helen S. Myberg, Kenneth T. Kishida, Xiaosi Guo y P. Reed. Montagu, 26 de febrero de 2024, La naturaleza del comportamiento humano..
doi: 10.1038/s41562-024-01831-s
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