A spontán viselkedést is a dopamin hajtja?

A dopamin az egyik legjobban ismert ingerületátvivő. Ennek az az egyszerű oka, hogy alapvetően befolyásolja a viselkedést és ezt már a XX. század derekán megfigyelték a kutatók. A dopaminhoz azonban elsősorban a jutalmak megszerzésére irányuló cselekvések köthetők, így egészen meglepő az az új eredmény, mely szerint a dopamin a spontán felfedezésben is alapvető szereppel bír.

A viselkedés összetett dolog. Alapvetően szokásalapú és célvezérelt viselkedéseket szokás elkülöníteni, melyeket intenzíven kutat az idegtudomány. Rengeteg eredmény van arról, hogy a kezdetben célvezérelt viselkedések hogyan alakulnak szokásalapúvá és ebben a folyamatban kiemelten fontos szerephez jut a dopamin. Érdemes megjegyezni, hogy a viselkedés egy része nem illeszthető be szépen ebbe a két kategóriába. Vannak úgy nevezett spontán viselkedések is, melyeknek nincs egyértelmű célja és nem is tekinthetők szokásoknak. Egy új vizsgálat szerint a spontán viselkedést is a dopamin formálja.

A dopamin kutatásának története

A dopamint először a XX. század elején szintetizálták vegyészek, majd a század derekán Katharine Montagu mutatta ki először az emberi agyban. Alig egy évvel később Arvid Carlsson és Nils-Ake Hillarp igazolták, hogy a dopamin neurotranszmitterként funkcionál az agyban, vagyis az idegsejtek közötti kommunikációban van szerepe. Rezerpint adott be nyulaknak, amelyeknél a Parkinson-kór tüneteire hajazó mozgási problémák jelentkeztek. Szövettani vizsgálatoknak köszönhetően az is kiderült, hogy a nyulak agyában jelentősen megcsappant a dopamin mennyisége. Carlsson és Hillarp azt is megfigyelték, hogy a dopamin előanyagát (L-DOPA) beadva a kísérleti állatoknak, azok visszanyerték a normális mozgékonyságukat. Ez a kísérletsorozat vezetett el oda, hogy az L-DOPA-t ma is használják a Parkinson-kór tüneteinek enyhítésében. A felfedezésért Carlsson 2000-ben kapta meg a Fiziológiai és Orvostudományi Nobel-díjat (Paul Greengarddal és Eric Kandellel megosztva), Hillarp sajnos már a 60-as években elhunyt.

Kép – reserpinerabbit.jpg – A rezerpin lecsökkenti a felszabaduló dopamin mennyiségét, aminek következtében a kísérleti állatok teljesen mozdulatlanná válnak (fent). A hatás a dopamin előanyagának beadásával visszafordítható (lent )(Forrás: wikimedia.commons).

A dopaminnal kapcsolatban később kiderült, hogy nem csak a mozgásban és így a szokás alapú viselkedésekben van fontos szerepe, hanem a célvezérelt cselekvésben is. A 90-es években kiderült, hogy az operáns kondicionálás során, amikor a kísérleti állatok megszereznek egy jutalmat, a középagyi dopaminerg sejtek intenzíven tüzelnek. A jutalmak megszerzésének hatására tehát dopamin szabadul fel, aminek hatására a jutalom megszerzéséhez vezető cselekedet gyakorisága fokozódik. Ez a kulcsa a célvezérelt viselkedések szokássá alakulásának. A dopamint eleinte a jutalmak élvezetével kötötték össze, ám időközben kiderült, hogy a valódi jelentősége a jutalmak megszerzéséhez vezető út megtanulásában rejlik.

A dopamin funkciójának összetettsége

Mivel a Parkinson-kór egyik fontos tünete a mozdulatok indításának nehézsége feltételezhető, hogy a dopaminnak fontos szerepe van a spontán viselkedésben is. Ezt a feltételezést igyekezett elbírálni egy amerikai kutatócsoport. A vizsgálataikhoz olyan módszereket használtak, melyek az utóbbi években jelentek meg az idegtudományban. Az egyik a MoSeq, amelynek lényege, egy videokamerás rendszer felvételeinek automatikus kielemzésében rejlik. A név a „motion sequencing” kifejezésből adódik, amely a mozdulatok egymásutániságának feltérképezésére utal. Ez a módszer tulajdonképpen feleleveníti az etológia egyik alapgondolatát, miszerint az állati viselkedés viselkedéselemekből épül fel. A MoSeq éppen az ilyen viselkedéselemeket fedezi fel a videofelvételeken, aztán pedig az elemek segítségével írja le az állat viselkedését, vagyis jelöli, hogy a felvételen mikor milyen viselkedéselemet produkál a kísérleti állat. Az algoritmus nagyjából fél másodperces szakaszokra bontja a felvételeket, majd kategorizálja a szakaszokat és így definiálja a viselkedéselemeket.

Az amerikai kutatók tehát a MoSeq segítségével figyelték meg a viselkedést, ám ezzel párhuzamosan az idegrendszer tevékenységét is monitorozták. A csíkolt test hátulsó oldalsó területein figyelték a dopamin felszabadulását valós időben. A neurotranszmitter felszabadulását egy mesterségesen tervezett fehérje segítségével követték. Ezt a fehérjét egy dopamin-receptor és a zöld fluoreszcens fehérje összeillesztésével hozták létre. A konstrukció lényege, hogy a dopamin-receptor a dopamin megkötése hatására térszerkezetváltozáson megy keresztül, aminek eredményeképp a fluoreszcens fehérje szintén és így fokozódik a fluoreszcencia intenzitása. A fehérje génjét vírus segítségével juttatták a csíkolt testbe, így tehát a kutatók mérni tudták a felszabaduló dopamin mennyiségének változásait, amit aztán összevetettek a viselkedéses adatokkal.

A kutatók azt találták, hogy az olyan viselkedési elemek, mint a fordulás vagy az ágaskodás egybeestek a dopamin mennyiségének megnövekedésével a csíkolt testben. Ugyanakkor, a dopamin mennyiségének megnövekedését követő másodpercekben megnövekedett a viselkedés változatossága, vagyis több és változatosabb spontán viselkedést produkáltak a kísérleti állatok. Végül, azok a viselkedési elemek, amik a nagymértékű dopamin felszabadulással estek egybe a következő percekben gyakrabban következtek be.

A kutatók ezután azt is megfigyelték, hogyan befolyásolja a viselkedést a dopamin mesterséges felszabadítása. Ehhez a középagyi dopaminerg idegsejtekbe juttattak egy fényre érzékeny ioncsatornát, hiszen ezek az idegsejtek szabadítják fel az ingerületátvivőt a csíkolt testben. A kísérleti állatok agyába ültetett optikai szálat akkor aktiválták, mikor egy előre meghatározott viselkedést végzett a kísérleti állat, ezzel pedig elérték, hogy az adott viselkedési elem ismétlésének gyakorisága megnövekedjen. Emellett az optikai szál aktiválása után a viselkedés változatossága is fokozódott. Mindezek alapján tehát úgy tűnik, hogy a dopamin felszabadulása egybeesik bizonyos viselkedési elemekkel, ami rövid távon fokozza a viselkedés változatosságát, hosszú távon pedig fokozza az adott viselkedési elem gyakoriságát.

Kép – behav.png – Balra a spontán viselkedés során a dopamin alacsony mennyisége a viselkedés alacsony változatosságával jár együtt; középen a nagymértékű dopamin felszabadulás fokozza a viselkedés változatosságát és egybeesik bizonyos viselkedési elemekkel (ágaskodás); jobbra a viselkedési elem, amely magas dopamin felszabadulással járt együtt gyakrabban fordul elő a következő percekben (Forrás: Khatib és Morris, 2023 – Nature).

A dopamin és a viselkedés

Ezek az eredmények szépen egybe csengenek néhány korábbi felfedezéssel a dopaminnal kapcsolatban. Egyrészt az operáns kondicionálási elrendezésekben a dopamin felszabadulása tulajdonképpen egy jel a tanulásra: a dopamin felszabadulását előidéző cselekedeteket gyakrabban ismételgetik a kísérleti állatok. Ebben a vizsgálatban hasonló eredményt kaptak a kutatók, azzal a különbséggel, hogy a dopamin felszabadulását nem egy konkrét jutalom váltotta ki, hanem spontán történt. Ez egyébként elősegítheti az új lehetőségek felfedezését, hiszen, ha spontán készteti cselekvésre az állatot a dopamin felszabadulása, előfordulhat, hogy valami olyasmit csinál, ami hasznosnak bizonyul. Ezzel van összhangban az is, hogy a dopamin felszabadulását követően megnövekszik a viselkedés változatossága.

Érdekes módon az eredmények szépen párhuzamba állíthatók a dopamin sejtélettani hatásaival is. Ismert, hogy a dopamin felszabadulása a csíkolt testben fokozza egy sejtcsoport ingerelhetőségét, amely normálisan a mozgások megindításáért felelős. Ugyanakkor csökkenti egy másik sejtcsoport ingerelhetőségét, amely épp a mozgások megállításáért felel. Ez tehát magyarázhatja, hogy miért fokozódik a viselkedés változatossága a dopamin felszabadulását követően. Ezek mellett a dopamin beindít egy olyan molekuláris folyamatot is a csíkolt test idegsejtjeinek egy részében, amely eredményeképp fokozódik az aktív idegsejtek plaszticitása. Ez a folyamat a tanulás neurális alapja, vagyis magyarázhatja a dopamin felszabadulásakor végzett cselekvés gyakoriságának fokozódását.

Az új eredmények tehát tovább mélyítik a dopamin funkciójával kapcsolatos ismeretanyagot. Ez a neurotranszmitter valóban központi szerepet játszik a viselkedés formálásában és nem csak a célvezérelt és szokásalapú viselkedést, hanem a spontán cselekvéseket is meghatározza.

Ez a cikkem az Élet és Tudomány Agyi aktualitások rovatában jelent meg.

Forrás

Spontaneous behaviour is shaped by dopamine in two ways (nature.com)