Дофамин помогает определить расстояние до цели

Наверное, каждый знает, что в мозге есть «система подкрепления», отвечающая за чувство удовлетворения, удовольствие от полученной награды в ответ на какие-то усилия, и т. п. То есть когда первоклассник, продекламировав стишки, получает от Мариванны «пять», в его мозгу срабатывает тот же механизм, что и у крысы, которая давит на рычажок и получает, например, кусочек сахара.

Однако в большинстве случаев в опытах с системой подкрепления использовалась быстрая награда, которую подопытные — животные или люди — получали спустя несколько секунд после нужного действия. Но ведь в реальной жизни, чтобы добиться цели, нужно потратить много времени и сил: к примеру, зверь, когда хочет есть, может довольно долго искать пищу. А человек, если едет на машине, должен всё время помнить, что где-то впереди его ждёт цель, и эту цель он держит в уме. То есть в действительности вознаграждение сильно откладывается, и возникает вопрос, как система подкрепления справляется с временнóй задержкой удовольствия.

Считается, что основным «топливом» центра удовольствия и всей системы подкрепления служит нейромедиатор дофамин. Исследователи из Массачусетского технологического института (США) под руководством Энн Грейбил взялись проверить, как меняется динамика дофамина в «подкрепительных» нейронах во время обработки задания с отложенной наградой. В опыте использовались крысы, которым нужно было по лабиринту добраться до молока с шоколадом, причём по мере продвижения животные слышали звуковые сигналы, говорившие им, куда надо поворачивать (направо или налево). Одновременно с помощью вживлённых электродов учёные следили за работой системы подкрепления.

Авторы эксперимента измеряли межнейронную концентрацию дофамина сразу в нескольких точках, ожидая увидеть простую пульсообразную динамику, когда порции нейромедиатора выбрасываются в определённые промежутки времени. Однако, как они пишут в журнале Nature, картина была иной: уровень нейромедиатора стабильно повышался, пока крыса стремилась к концу лабиринта, и пик дофамина приходился как раз на обретение награды. Выходит, система подкрепления как бы предвкушала конечный результат, растягивая ожидание?

Разные животные бежали по лабиринту с разной скоростью, некоторые вообще иногда останавливались, однако это никак не отражалось на приросте уровня дофамина. Более того, даже возможность вознаграждения, как ни удивительно, не влияла на динамику нейромедиатора.

То есть дофамин обслуживал достижение цели, а целью было дойти до конца лабиринта, и чем ближе крыса к ней подбиралась, тем больше дофамина высвобождалось. Значит, чем ближе была цель, тем активнее работала система подкрепления. Как уже сказано, подъём дофамина происходил и при отсутствии угощения, но если оно всё-таки ожидалось, уровень нейромедиатора поднимался выше. Если лабиринт усложняли, удлиняли, добавляли поворотов, это тоже отражалось на динамике дофамина: он прирастал медленнее.

То есть по уровню дофамина крыса могла определить, насколько далеко она находится от конечной цели. Такая дофаминовая шкала, очевидно, помогает удерживать конечную цель в уме, а кроме того, способствует соотнесению итогового удовольствия с затраченными усилиями.

Исследователи измеряли уровень дофамина в полосатом теле, которое входит в систему подкрепления, а также усиливает процессы, связанные с обучением. Никто не ожидал, что у системы подкрепления окажется столь долгое терпение: по-видимому, это связано как раз с тем, что полосатое тело запоминает, выучивает мотивацию и удерживает её с помощью постепенного повышения уровня дофамина.

Авторы полагают, что расстройства мотивационной сферы, которые часто случаются при синдроме Паркинсона, происходят как раз из-за разрушения дофаминовых цепей. Как известно, это заболевание в первую очередь бьёт по нейронам, использующим для передачи сигнала именно этот нейромедиатор.

Подготовлено по материалам MIT News. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.