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Por mucho tiempo han sido asociado con la recompensa y el placer, la dopamina y la serotonina también pueden estar involucradas en la cognición general, dando forma a cómo las personas perciben el mundo y actúan sobre esas percepciones, encuentran un nuevo estudio.
Por primera vez, los investigadores han monitoreado continua y simultáneamente los dos neuromoduladores en el cerebro humano. Los resultados, publicados el 12 de octubre en Neuron , ofrecen nuevas oportunidades para probar hipótesis previamente estudiadas principalmente en modelos animales.
“Este estudio no solo mide la dopamina y la serotonina; se basa en una base profunda que analiza los mecanismos neuronales para las decisiones perceptivas en animales y humanos ” y vincula los hallazgos de estos estudios, Tim Hanks, neurocientífico de la Universidad de California, Davis, que no participó en el estudio, dice a The El científico.
“Existe un creciente reconocimiento de que [la dopamina y la serotonina] tienen roles más refinados y matizados de lo que se creía, y este estudio realmente aclara ese caso en la toma de decisiones humana”.
Ambos neuromoduladores se han estudiado mucho en animales, pero los animales requieren entrenamiento para llevar a cabo tareas de toma de decisiones, entrenamiento que a menudo viene con una recompensa.
Como resultado, puede ser difícil separar la toma de decisiones del refuerzo que reciben a cambio. "Los animales son un modelo limitado de la riqueza de pensamientos y comportamientos que vemos en los humanos", dice Dan Bang, neurocientífico del University College de Londres y autor principal del nuevo estudio.
Para estudiar la señalización de la dopamina y la serotonina en humanos, el equipo reclutó a cinco voluntarios que iban a someterse a una cirugía cerebral para tratar el Parkinson o los temblores esenciales y acordaron controlar sus neuroquímicos durante el procedimiento. Los cirujanos mantienen a los pacientes despiertos durante la operación y usan sondas para medir la actividad cerebral por seguridad. El equipo de investigación, dirigido por Read Montague, un neurocientífico de Virginia Tech, pudo insertar su propio microelectrodo en el núcleo caudado de cuatro de los voluntarios y el putamen del quinto. Ambas estructuras son regiones del cuerpo estriado y participan en el movimiento, el aprendizaje y la recompensa. Esto definitivamente está poniendo la importancia de la dopamina y la serotonina bajo una nueva luz.
Ken Kishida, Facultad de Medicina de Wake Forest: A medida que se sometían a la cirugía, cada participante completó una versión modificada de una tarea visual común llamada paradigma de movimiento de puntos aleatorios.
En cada ronda de la tarea, se mostraba a una persona una nube de puntos parpadeantes que se movían por una pantalla. Algunos puntos se movieron juntos en la misma dirección, mientras que el resto se movió al azar; las proporciones que experimentaba cada tipo de movimiento determinaban la dificultad de la tarea.
En la prueba estándar, los puntos desaparecen y el sujeto debe indicar si, en promedio, se ha movido hacia la izquierda o hacia la derecha. En el protocolo modificado, a los participantes se les mostró en cambio un ángulo aleatorio después de que los puntos habían desaparecido y tuvieron que decidir si los puntos se habían movido hacia la izquierda o hacia la derecha de ese ángulo.
De esta manera, los científicos pudieron variar la dificultad y la incertidumbre de la percepción de una persona cambiando tanto el número de puntos que se movían en sincronía como lo cerca que llegaba su trayectoria de movimiento al ángulo de referencia seleccionado al azar. Después de hacer su elección, los participantes calificaron qué tan seguros estaban de su decisión.
Un microelectrodo midió continuamente los niveles de dopamina y serotonina en el núcleo caudado o putamen, tomando 10 mediciones por segundo. Los científicos nunca antes habían podido monitorear estos neurotransmisores a velocidades tan biológicamente relevantes en humanos. Los métodos menos invasivos, como la exploración por TEP o la resonancia magnética funcional, suelen tomar solo una medición por minuto.
La sonda utilizada en el estudio (arriba, que se muestra con un clip para comparar el tamaño) está hecha de fibra de carbono y utiliza voltajes bajos para detectar la actividad de la dopamina y la serotonina en tiempo real.
Dentro del núcleo caudado, los niveles de serotonina se relacionaron con la incertidumbre en torno a las percepciones en tres de los cuatro participantes.
Cuando la tarea era más difícil y el resultado más incierto, según lo estimado por las variables de la tarea y la incertidumbre autoinformada de los participantes acerca de sus decisiones, los niveles de serotonina aumentaron poco después de que aparecieran los puntos en la pantalla.
Cuando la tarea fue más fácil, la serotonina disminuyó. En algunos estudios previos en humanos y animales, la dopamina ha tenido la relación opuesta con la serotonina y, por lo tanto, con la incertidumbre, pero en el nuevo estudio, las variaciones en los niveles de dopamina del núcleo caudado no se registraron de manera consistente con la incertidumbre perceptiva.
En el putamen, sin embargo, el equipo encontró pruebas sólidas que respaldan los roles opuestos de la dopamina y la serotonina en relación con la acción, como lo demuestra el tiempo que les llevó a los participantes tomar una decisión sobre la dirección de los puntos.
Tanto el aumento de la dopamina como la correspondiente disminución de la serotonina se asociaron con la elección del sujeto de actuar, y tanto el cambio en los niveles de neuromoduladores como la decisión en sí ocurrieron más rápidamente cuando la tarea era más fácil y menos incierta.
En conjunto, estos hallazgos sugieren que más allá de su función como sustancias químicas de recompensa, la dopamina y la serotonina pueden contribuir a la cognición de manera más general, vinculando "cómo percibimos el mundo y cómo luego tomamos decisiones", dice Ken Kishida, neurocientífico de la Wake Forest School of Medicine y coautor del estudio. "Esto definitivamente está poniendo la importancia de la dopamina y la serotonina bajo una nueva luz".
Aunque este es un hallazgo nuevo en humanos, encaja con lo que algunos investigadores han comenzado a encontrar en animales, dice Armin Lak, neurocientífico de la Universidad de Oxford que no participó en el estudio. En su propio trabajo , Lak ha encontrado vínculos entre la dopamina y la percepción en roedores. "Es realmente agradable, para aquellos de nosotros que trabajamos en neurociencia, ver este espectro de estudios desde animales hasta voluntarios humanos".
La mayor limitación del nuevo estudio, agrega Lak, es el pequeño tamaño de la muestra. Algunos de los resultados del equipo, como sus datos sobre el putamen, provienen de una sola persona. Kishida también señala que, si bien los niveles de dopamina variaron más entre las personas que los niveles de serotonina, eso puede deberse a que algunos de los pacientes tenían Parkinson, una enfermedad causada por la señalización desregulada de la dopamina.
En el futuro, el equipo planea refinar su microelectrodo para reconocer neuroquímicos adicionales, como la norepinefrina. Habiendo demostrado que las respuestas de los neuromoduladores pueden diferir según la región del cerebro, también les gustaría expandirse para incluir la corteza, la amígdala y el hipocampo.
Una mejor comprensión de cómo interactúan la dopamina y la serotonina y sus funciones en diferentes partes del cerebro también tendrá implicaciones importantes para el tratamiento de trastornos neuropsiquiátricos como el Parkinson y la depresión, dice Hanks.
Muchos tratamientos se dirigen a estos dos moduladores, pero lo hacen en todo el cerebro y en escalas de tiempo más largas, por lo que un mayor conocimiento podría conducir a terapias más específicas y efectivas.
“Debido a que estos neuromoduladores tienen funciones complejas que dependen de la región del cerebro, algunos lo verán como un desafío, porque significa que no podemos simplemente usar un medicamento que afecta [al cerebro] de manera difusa”, le dice Hanks . "Pero al mismo tiempo, diría que esto representa una gran oportunidad para hacer [las terapias] aún más efectivas".
“Debido a que estos neuromoduladores tienen funciones complejas que dependen de la región del cerebro, algunos lo verán como un desafío, porque significa que no podemos simplemente usar un medicamento que afecta [al cerebro] de manera difusa”, le dice Hanks . "Pero al mismo tiempo, diría que esto representa una gran oportunidad para hacer [las terapias] aún más efectivas".
Mas información: D. Bang et al., “Sub-second dopamine and serotonin signaling in human striatum during perceptual decision-making,” Neuron, 108:1–12, 2020.
Nota original: The Scientist
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