در میان انتقال دهنده های عصبی در مغز، دوپامین وضعیت تقریباً افسانه ای به دست آورده است. دهه‌ها تحقیق سهم آن را در چندین عملکرد به ظاهر نامرتبط مغز از جمله یادگیری، انگیزه و حرکت ثابت کرده است. حال سوال این است که چگونه یک انتقال دهنده عصبی منفرد نقش‌های مختلفی را ایفا می کند.
گره‌گشایی از عملکردهای متنوع دوپامین چالش‌برانگیز بوده است، زیرا مغز پیشرفته انسان و سایر پستانداران حاوی انواع مختلفی از نورون‌های دوپامین است که همگی در مدارهای بسیار پیچیده جاسازی شده‌اند. در یک مطالعه جدید، ونسا روتا راکفلر و تیمش با نگاه کردن به مغز بسیار ساده‌تر مگس میوه که نورون‌ها و اتصالات آن به خوبی ترسیم شده‌اند، عمیقاً به این سؤال می‌پردازند.
مانند انسان، نورون‌های دوپامین مگس سیگنالی برای یادگیری ارائه می‌کنند و به آنها کمک می‌کنند تا بوی خاصی را به یک نتیجه خاص مرتبط کنند. برای مثال، دانستن این موضوع که سرکه سیب حاوی قند است، رفتار آینده حیوانات را در مواجهه بعدی با آن بو شکل می‌دهد. اما تیم روتا کشف کردند که همان نورون‌های دوپامین نیز به شدت با رفتار مداوم حیوان ارتباط دارد. فعالیت این نورون‌های دوپامین صرفاً حرکات مکانیکی را رمزگذاری نمی‌کند، بلکه به نظر می‌رسد که انگیزه یا هدف زیربنایی اعمال مگس را در زمان واقعی منعکس می‌کند. به عبارت دیگر، همان نورون‌های دوپامینی که به حیوانات درس‌های طولانی‌مدت می‌آموزند، لحظه به لحظه نیز تقویت می‌شوند و مگس‌ها را تشویق می‌کنند تا به یک عمل مفید ادامه دهند.
روتا که این یافته‌ها را در Nature Neuroscience منتشر کرده است، می‌گوید: «به‌نظر می‌رسد ارتباط نزدیکی بین یادگیری و انگیزه وجود دارد، دو جنبه متفاوت از آنچه دوپامین انجام می‌دهد».
یادگیری مستمر
بوها برای مگس ها مهم هستند. یک مرکز مغز برای یادگیری بویایی، به نام بدن قارچ(mushroom body)، مسئول آموزش آنهاست که کدام بوها نشان دهنده قند خوش طعم است. در آنجا، سه نوع نورون با هم ترکیب می‌شوند: سلول‌های Kenyon که به بوها پاسخ می‌دهند، نورون‌های خروجی که سیگنال‌ها را به بقیه مغز می‌فرستند و نورون‌های تولیدکننده دوپامین. هنگامی که مگس با بویی مواجه می شود و سپس پاداش قند را دریافت می کند، آزاد شدن سریع دوپامین قدرت اتصالات بین نورون های بدن قارچ را تغییر می دهد و اساساً به مگس کمک می کند تا ارتباط های جدیدی ایجاد کند و واکنش آینده خود را به آن بو تغییر دهد.
اما روتا و همکارانش متوجه سیگنال دهی مداوم دوپامین حتی در غیاب پاداش شده اند. همان نورون‌هایی که به مگس‌ها کمک می‌کردند تداعی‌ها را بیاموزند، در حین حرکت حیوان نیز مکررا ترشح می‌شدند. روتا می گوید این سوال مطرح شد که آیا این نورون‌ها جنبه‌های خاصی از حرکت را نشان می‌دهند، مانند اینکه حیوان چگونه پاهای خود را حرکت می‌دهد، یا به چیز دیگری مانند هدف حیوان مرتبط هستند؟
برای کشف این موضوع، تیم یک سیستم واقعیت مجازی را توسعه دادند که در آن مگس‌های میوه می‌توانند در محیط بویایی حرکت کنند و روی توپی شبیه تردمیل راه بروند در حالی که فعالیت مغز آنها توسط میکروسکوپ بالای سرشان نظارت می‌شود. جریان هوا بوها را از طریق یک لوله کوچک منتقل می کند. هنگامی که مگس بوی جذابی مانند سرکه سیب به مشامش می‌رسد، جهت خود را تغییر می‌دهد و شروع به حرکت در جهت باد، به سمت منبع می‌کند.
با استفاده از این سیستم، محققان توانستند فعالیت مغز مگس را در شرایط مختلف بررسی کنند. آنها دریافتند که فعالیت نورون‌های دوپامین دقیقاً منعکس‌کننده حرکاتی است که در حال وقوع هستند، اما فقط زمانی که مگس‌ها درگیر ردیابی هدفمند می‌شوند و نه در زمانی که سرگردان هستند.
هنگامی که محققان فعالیت نورون های دوپامین را سرکوب کردند، حیوانات ردیابی بو را کاهش دادند، حتی زمانی که گرسنه بودند و بنابراین علاقه شدیدی به بوهای مرتبط با غذا داشتند. در مقابل، فعال کردن نورون‌ها در مگس‌های بی‌تفاوت و کاملاً سیر به غذا، آنها را به تعقیب فعال بو سوق داد.
این یافته‌ها با هم نشان می‌دهند که چگونه یک مسیر دوپامین می‌تواند دو عملکرد را انجام دهد: انتقال سیگنال‌های انگیزشی برای شکل‌دهی سریع رفتارهای مداوم و همچنین ارائه سیگنال‌های آموزنده برای هدایت رفتار آینده از طریق یادگیری. روتا می‌گوید: این به ما درک عمیق‌تری از اینکه چگونه یک مسیر واحد می‌تواند اشکال مختلف رفتاری را ایجاد کند، نشان دهد.
گام بعدی این است که بفهمیم نورون های دیگر چگونه می دانند که ترشح دوپامین در هر لحظه به چه معناست. روتا می‌گوید، یک احتمال این است که یادگیری فرآیندی مستمر و پویاتر از آن چیزی است که معمولاً تصور می‌شود: در مقیاس‌های زمانی کوتاه، حیوانات به طور مداوم رفتار خود را در هر مرحله ارزیابی می‌کنند و نه تنها تداعی‌های نهایی را یاد می‌گیرند، بلکه اقداماتی را که آنها را به آنجا می‌برند نیز یاد می‌گیرند.
لینک منبع خبر:
https://medicalxpress.com/news/2021-10-dopamine-roles.html
اطلاعات بیشتر:
More information: Aryeh Zolin et al, Context-dependent representations of movement in Drosophila dopaminergic reinforcement pathways, Nature Neuroscience (۲۰۲۱). DOI: 10.1038/s41593-021-00929-y
Journal information: Nature Neuroscience
