El primer descubrimiento en humanos revela sustancias químicas cerebrales que influyen en el comportamiento social

En un estudio en Naturaleza Comportamiento Humanolos científicos se adentran en el mundo de los neuromoduladores químicos del cerebro humano, en concreto la dopamina y la serotonina, para desvelar su papel en el comportamiento social.

La investigación, realizada en pacientes con enfermedad de Parkinson sometidos a cirugía cerebral mientras está despierto, se centra en la sustancia negra del cerebro, un área crucial asociada con el control motor y el procesamiento de recompensas.

Dirigido por el neurocientífico computacional de Virginia Tech, Read Montague, el equipo internacional reveló un mecanismo neuroquímico previamente desconocido para una tendencia humana bien conocida a tomar decisiones basadas en el contexto social: es más probable que las personas acepten ofertas de computadoras mientras rechazan ofertas idénticas de jugadores humanos.

Perspectivas de un juego de ultimátum

En el estudiar, cuatro pacientes sometidos a una cirugía de estimulación cerebral profunda para la enfermedad de Parkinson se vieron inmersos en el juego del ultimátum de «tómalo o déjalo», un escenario en el que tenían que aceptar o rechazar diferentes fracciones de 20 dólares de jugadores humanos y de computadora. Por ejemplo, un jugador puede proponer quedarse con $16, mientras que el paciente recibe los $4 restantes. Si el paciente rechaza la división, ninguno de los dos recibe nada.

«Se puede enseñar a las personas lo que deben hacer en este tipo de juegos: deben aceptar incluso recompensas pequeñas en lugar de ninguna recompensa», dijo Montague, profesor de Virginia Tech Carilion Mountcastle en el Instituto de Investigación Biomédica Fralin en VTC y profesor senior. autor del estudio.

«Cuando la gente sabe que está jugando con una computadora, juega perfectamente, como los economistas matemáticos: hace lo que debe hacer. Pero cuando juega con un ser humano, no puede evitarlo. A menudo se ve impulsado a castigar a los más pequeños. oferta rechazándola.»

Danza dopamina-serotonina

La idea de que las personas toman decisiones basándose en el contexto social no es nueva en los juegos económicos neuronales. Pero ahora, por primera vez, los investigadores muestran que el impacto del contexto social puede surgir de las interacciones dinámicas de dopamina y serotonina.

Cuando las personas toman decisiones, la dopamina parece seguir de cerca y reaccionar ante si la oferta actual es mejor o peor que la anterior, como si se tratara de un sistema de seguimiento continuo. Mientras tanto, la serotonina parece centrarse sólo en el valor actual de la oferta específica en cuestión, lo que sugiere una evaluación más caso por caso.

Este baile rápido ocurre en un contexto más lento, donde la dopamina es en general más alta cuando las personas interpretan a otros seres humanos; en otras palabras, cuando entra en juego la justicia. Juntas, estas señales contribuyen a la evaluación general del valor de nuestro cerebro durante las interacciones sociales.

«Estamos destacando varios procesos cognitivos y finalmente recibimos respuestas a preguntas con mayor detalle biológico», afirmó el primer autor del estudio, Dan Bang, profesor asociado de medicina clínica y miembro de la Fundación Lundbeck en la Universidad de Aarhus en Dinamarca, y profesor asociado adjunto en el Instituto de Investigaciones Biomédicas Fralin.

«Los niveles de dopamina son más altos cuando las personas interactúan con otro ser humano que con una computadora», dijo Bang. «Y aquí era importante que también midiéramos la serotonina para tener confianza en que la respuesta general al contexto social es específica de la dopamina».

Seth Batten, investigador asociado senior en el laboratorio de Montague y primer autor compartido del estudio, construyó los electrodos de fibra de carbono que se implantaron en pacientes que recibieron cirugía de estimulación cerebral profunda y ayudó a recopilar los datos en el Sistema de Salud Mount Sinai en Nueva York.

«El giro único de nuestro método es que nos permite medir más de un neurotransmisor a la vez; el impacto de eso no debe perderse», dijo Batten. «Hemos visto estas moléculas de señalización antes, pero esta es la primera vez que las hemos visto bailar. Nadie había visto antes esta danza de dopamina y serotonina en un contexto social».

Descubrir el significado de las señales electroquímicas registradas de los pacientes en cirugía fue un desafío importante que tardó años en resolverse.

«Los datos sin procesar que estamos recopilando de los pacientes no son específicos de la dopamina, la serotonina o la norepinefrina; es una mezcla de ellos», dijo Ken Kishida, coautor del estudio y profesor asociado de neurociencia traslacional y neurocirugía. , en la Facultad de Medicina de la Universidad Wake Forest. «Básicamente, utilizamos herramientas de tipo aprendizaje automático para separar lo que hay en los datos sin procesar, comprender la firma y decodificar lo que sucede con la dopamina y la serotonina».

En el Naturaleza Comportamiento Humano En el estudio, los investigadores demostraron cómo el aumento y la disminución de la dopamina y la serotonina están entrelazados con la cognición y el comportamiento humanos.

«En el mundo de los organismos modelo, hay una tienda de dulces llena de técnicas fantásticas para hacer preguntas biológicas, pero es más difícil hacer preguntas sobre lo que te hace ser tú», dijo Montague, quien también es director del Centro de Investigación en Neurociencia Humana. y el Laboratorio de Neuroimagen Humana del Instituto de Investigaciones Biomédicas Fralin.

Abordar el Parkinson

«En algún momento, después de haber evaluado a suficientes personas, podremos abordar la patología de la enfermedad de Parkinson que nos ha brindado esta oportunidad», dijo Montague, quien también es profesor en la Facultad de Ciencias de Virginia Tech.

En la enfermedad de Parkinson, una pérdida significativa de neuronas productoras de dopamina en el tronco del encéfalo es una característica clave que suele coincidir con la aparición de los síntomas.

Esta pérdida afecta el cuerpo estriado, una región del cerebro fuertemente influenciada por la dopamina. A medida que la dopamina disminuye, las terminales de serotonina comienzan a brotar, revelando una interacción compleja, como se observa en modelos de roedores.

«Ya existe evidencia preclínica de que el desgaste del sistema de dopamina le está diciendo al sistema de serotonina: ‘Oye, tenemos que hacer algo’. Pero nunca hemos podido observar la dinámica», dijo Montague. «Lo que estamos haciendo ahora es el primer paso, pero uno esperaría que una vez que tengamos cientos de pacientes, podamos relacionar esto con la sintomatología y hacer algunas declaraciones clínicas sobre la patología del Parkinson».

En ese sentido, los investigadores dijeron que se está abriendo una ventana para aprender sobre una amplia gama de trastornos cerebrales.

«El cerebro humano es como una caja negra», dijo Kishida. «Hemos desarrollado una forma más de mirar hacia adentro y comprender cómo funcionan estos sistemas y cómo se ven afectados por diversas condiciones clínicas».

Michael Friedlander, director ejecutivo del Instituto de Investigación Biomédica Fralin y neurocientífico que no participó en el estudio, dijo: «Este trabajo está cambiando todo el campo de la neurociencia y nuestra capacidad para interrogar la mente y el cerebro humanos, con una tecnología que fue Ni siquiera lo imaginaba hace no muchos años.»

La psiquiatría es un ejemplo de campo médico que podría beneficiarse de este enfoque, afirmó.

«Tenemos una enorme cantidad de personas en el mundo que padecen una variedad de afecciones psiquiátricas y, en muchos casos, las soluciones farmacológicas no funcionan muy bien», dijo Friedlander, quien también es vicepresidente de ciencias de la salud y ciencias de la salud de Virginia Tech. tecnología.

«La dopamina, la serotonina y otros neurotransmisores están de alguna manera íntimamente relacionados con esos trastornos. Este esfuerzo añade precisión y cuantificación reales para comprender esos problemas. Lo único de lo que creo que podemos estar seguros es que este trabajo será extremadamente importante en el futuro para el desarrollo de tratamientos».

Más de una década en proceso

El esfuerzo por medir los neurotransmisores en tiempo real en el cerebro humano comenzó hace más de 12 años cuando Montague reunió un equipo de expertos que «piensan mucho en pensar».

En las primeras observaciones de su tipo en el cerebro humano, los científicos publicaron en Neurona en 2020, los investigadores revelaron dopamina y serotonina están trabajando a velocidades inferiores a un segundo para dar forma a cómo las personas perciben el mundo y actúan en función de su percepción.

Más recientemente, en un estudio publicado en octubre en la revista Biología actuallos investigadores utilizaron su método de registro cambios químicos en humanos despiertos para obtener información sobre el sistema de noradrenalina del cerebro, que ha sido durante mucho tiempo el objetivo de los medicamentos para tratar los trastornos psiquiátricos.

Y, en diciembre, en la revista Avances científicosel equipo reveló que cambios rápidos en los niveles de dopamina reflejan un cálculo específico relacionado con cómo los humanos aprenden de las recompensas y los castigos.

«Hemos realizado mediciones activas de neurotransmisores varias veces en diferentes regiones del cerebro, y ahora hemos llegado al punto en el que estamos tocando elementos cruciales de lo que nos hace seres humanos», dijo Montague.