Η μελέτη εξετάζει τον ρόλο της ντοπαμίνης στον συντονισμό διαφορετικών λειτουργιών, όπως η μάθηση, το κίνητρο και η κίνηση.
Μεταξύ των νευροδιαβιβαστών στον εγκέφαλο, η ντοπαμίνη έχει κερδίσει μια σχεδόν μυθική θέση. Δεκαετίες έρευνας έχουν παγιώσει τη συνεισφορά της σε αρκετές, φαινομενικά άσχετες, εγκεφαλικές λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένης της μάθησης, του κινήτρου και της κίνησης, προκαλώντας το ερώτημα του γιατί ένας μόνο νευροδιαβιβαστής μπορεί να παίξει τόσο διαφορετικούς ρόλους.
Ο διαχωρισμός των διαφορετικών λειτουργιών της ντοπαμίνης αποτελεί πρόκληση, εν μέρει επειδή ο αναπτυγμένος εγκέφαλος των ανθρώπων και άλλων θηλαστικών περιέχει διαφορετικά είδη νευρώνων ντοπαμίνης, όλα ενσωματωμένα σε ιδιαίτερα περίπλοκα κυκλώματα. Σε μια νέα μελέτη, η Βανέσα Ρούτα και η ομάδα της διερευνούν σε βάθος αυτό το ερώτημα εξετάζοντας τον πιο απλό εγκέφαλο της μύγας των καρπών (φρουτόμυγα), του οποίου οι νευρώνες και οι συνδέσεις τους έχουν χαρτογραφηθεί λεπτομερώς.
Όπως και στον άνθρωπο, οι νευρώνες ντοπαμίνης της μύγας παρέχουν ένα σήμα για μάθηση, βοηθώντας τη να συνδέσει μια συγκεκριμένη μυρωδιά με ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα. Όμως, η ερευνητική ομάδα ανακάλυψε ότι οι νευρώνες έχουν επίσης ισχυρή συσχέτιση με την εν εξελίξει συμπεριφορά του ζώου. Η δραστηριότητα αυτών των νευρώνων ντοπαμίνης δεν κωδικοποιεί απλώς τη μηχανική της κίνησης, αλλά φαίνεται ότι αντανακλά επίσης το κίνητρο ή τον στόχο στον οποίο βασίζεται η δράση της μύγας σε πραγματικό χρόνο.
Με άλλα λόγια, η ίδιοι νευρώνες ντοπαμίνης που διδάσκουν στα ζώα μακροπρόθεσμα μαθήματα προσφέρουν επίσης από στιγμή σε στιγμή ενίσχυση, ενθαρρύνοντας τις μύγες να συνεχίσουν μια ωφέλιμη δράση.
Φαίνεται πως υπάρχει στενή σύνδεση μεταξύ μάθησης και κινήτρου, δύο διαφορετικών όψεων του ρόλου της ντοπαμίνης, είπε η ερευνήτρια.
Διαβάστε σχετικά: Πώς η ντοπαμίνη βοηθά τους νευρώνες να πάρουν ισορροπημένες αποφάσεις;
Συνεχής μάθηση
Οι μυρωδιές είναι σημαντικές για τις μύγες. Ένα κέντρο του εγκεφάλου για την οσφρητική μάθηση, με την ονομασία μανιτάρι σώμα, είναι υπεύθυνο για να τους διδάσκει ποιες μυρωδιές δηλώνουν γευστικό σάκχαρο. Εκεί, τρεις τύποι νευρώνων δρουν μαζί: τα κύτταρα Κένιον που ανταποκρίνονται στις άσχημες μυρωδιές, οι νευρώνες που στέλνουν σήματα στον υπόλοιπο εγκέφαλο και οι νευρώνες που παράγουν ντοπαμίνη.
Όταν η μύγα συναντά μια άσχημη μυρωδιά και έπειτα παίρνει μια ανταμοιβή σακχάρου, μια γρήγορη απελευθέρωση ντοπαμίνης αλλάζει τη δύναμη των συνδέσεων μεταξύ των νευρώνων του μανιταριού σώματος, βοηθώντας, στην ουσία, τη μύγα να κάνει νέες συσχετίσεις και να αλλάξει τη μελλοντική απόκρισή της σε αυτή τη μυρωδιά.
Όμως, οι ερευνητές παρατήρησαν συνεχιζόμενα σήματα ντοπαμίνης ακόμα και με την απουσία ανταμοιβών. Οι ίδιοι νευρώνες που βοηθούσαν τις μύγες να μάθουν συσχετίσεις ενεργοποιούνταν συχνά καθώς τα ζώα κινούνταν. Αυτό έκανε τους ερευνητές να αναρωτηθούν αν αυτοί οι νευρώνες αντιπροσωπεύουν συγκεκριμένες πλευρές της κίνησης, όπως το πώς το ζώο κινεί τα πόδια του, ή σχετίζονται με κάτι άλλο, όπως τον στόχο του ζώου.
Για να απαντήσει σε αυτό το ερώτημα, η ομάδα ανέπτυξε ένα σύστημα εικονικής πραγματικότητας, στο οποίο οι μύγες μπορούν να κινηθούν σε ένα οσφρητικό περιβάλλον, περπατώντας πάνω σε μια μπάλα με κινούμενη επιφάνεια, ενώ η εγκεφαλική δραστηριότητά τους παρακολουθείται με ένα μικροσκόπιο πάνω από τα κεφάλια τους. Ένα ρεύμα αέρα διοχετεύει μυρωδιές μέσω ενός μικρού σωλήνα. Όταν η μύγα πιάνει μια ελκυστική μυρωδιά, όπως το ξίδι μηλίτη, επαναπροσανατολίζεται και αρχίζει να κινείται προς την πηγή.
Με αυτό το σύστημα, οι ερευνητές κατάφεραν να εξετάσουν την εγκεφαλική δραστηριότητα της μύγας κάτω από διαφορετικές συνθήκες. Βρήκαν ότι η δραστηριότητα των νευρώνων ντοπαμίνης αντανακλά στενά τις κινήσεις καθώς συμβαίνουν, αλλά μόνο όταν η μύγα κάνει στοχευμένη αναζήτηση και όχι όταν απλώς περιπλανιέται.
Όταν οι ερευνητές κατέστειλαν τη δραστηριότητα των νευρώνων ντοπαμίνης, τα ζώα μείωσαν την παρακολούθηση της μυρωδιάς, ακόμα και όταν πεινούσαν και, επομένως, είχαν αυξημένο ενδιαφέρον για μυρωδιές που σχετίζονταν με τροφή. Αντίθετα, η ενεργοποίηση των νευρώνων σε ταϊσμένες, άρα αδιάφορες για τροφή, μύγες τις ώθησε σε ενεργητική αναζήτηση της μυρωδιάς.
Τα ευρήματα αποκαλύπτουν πώς ένα μονοπάτι ντοπαμίνης μπορεί να επιτελέσει δύο λειτουργίες: εκφράζοντας παρακινητικά σήματα για να διαμορφώσει γρήγορα τρέχουσες συμπεριφορές, ενώ παρέχει επίσης διδακτικά σήματα για να καθοδηγήσει μελλοντικές συμπεριφορές μέσω της μάθησης.
Έρευνα: Context-dependent representations of movement in Drosophila dopaminergic reinforcement pathways. Nature Neuroscience, 2021.
Απόδοση – Επιμέλεια: Ισμήνη Τσοχαλή, επιμελήτρια κειμένων
Πηγή
*Απαγορεύεται ρητώς η αναπαραγωγή χωρίς προηγούμενη άδεια των υπευθύνων της ιστοσελίδας*
