Dopamin je neurotransmiter s klíčovou rolí v systému odměn (reward processing). Dopaminergní neurony monitorují rozdíl mezi očekáváním odměny za dané chování a skutečně obdrženou odměnou. Rozdíl mezi očekáváním a skutečností se označuje jako chyba v predikci odměny (reward prediction error) a je zásadní pro proces učení. Pozitivní chyba v predikci, tedy pokud je odměna větší než očekávaná, vede k opakování chování. Naopak pokud je odměna menší, než mozek očekával, je pravděpodobné, že dané chování se opakovat nebude.1
Dopaminergní neurony signalizují mozku chyby v predikci odměny pomocí úrovně své aktivity a uvolňování dopaminu. Známy jsou dva základní způsoby aktivace – fázická, která vede ke krátkodobým prudkým zvýšením hladiny dopaminu, a tonická, což je pomalá a stabilní bazální úroveň aktivity za očekávaných okolností (viz obr.).2
Obr. Základní způsoby aktivace dopaminergních neuronů
V posledních 15 letech se ukazuje, že dopaminergní systém neodpovídá jen na příjemné odměny, ale i na nepříjemné podněty. Výzkum provedený na makacích ukázal, že subpopulace dopaminergních neuronů se excituje i po nepříjemném vjemu (fouknutí vzduchu do tváře), zejména pokud přichází nepředvídatelně.3
Tento neočekávaný objev vedl k hypotéze, že v mozku existuje více typů dopaminergních neuronů, které jsou zapojeny do různých drah a ovlivňují tak různé funkce. Dosud se na základě genetického profilování podařilo identifikovat 7 odlišných typů dopaminergních neuronů.4
Studie publikovaná v časopisu Nature Neuroscience v srpnu 2023 je první prací, které se podařilo korelovat funkci dopaminergní signalizace s podtypem neuronů.5 Její autoři zkoumali u myší 3 typy dopaminergních neuronů, které se lišily profilem exprese genů a lokalizací v substantia nigra pars compacta.
Ukázalo se, že 2 podtypy reagovaly na odměny a nepříjemné vjemy. Pouze u jednoho z nich však intenzita signalizace korelovala s velikostí odměny. Tento typ neuronů by tedy mohl hrát roli v procesu učení pomocí pozitivní zpětné vazby. Aktivace druhého z typů odpovídajících na odměny/nepříjemnosti nebyla úměrná velikosti stimulu, spekuluje se tedy, že tento typ neuronů by mohl signalizovat novost či významnost podnětu, případně posilovat vyhýbavou reakci na nepříjemné podněty.
Třetí zkoumaný podtyp na odměny neodpovídal. Tyto neurony se aktivovaly, když pokusné myši zrychlily při běhu. Lokalizace tohoto podtypu dopaminergních neuronů u člověka odpovídá oblastem s největší ztrátou produkce dopaminu při Parkinsonově nemoci (PD), zatímco druhé dva zkoumané podtypy se při tomto onemocnění jeví méně zasažené. Autoři spekulují, že motorické příznaky u PD by nemusely být dané celkovou deficiencí dopaminu, ale spíše ztrátou dopaminergní signalizace ve specifických podtypech dopaminergních neuronů souvisejících s motorikou.5
(este)
Zdroje:
1. D'Ardenne K. Dopamine is a brain chemical famously linked to mood and pleasure − but researchers have found multiple types of dopamine neurons with different functions. The Conversation, 2023 Sep 18. Dostupné na: https://theconversation.com/dopamine-is-a-brain-chemical-famously-linked-to-mood-and-pleasure-but-researchers-have-found-multiple-types-of-dopamine-neurons-with-different-functions-211985
2. Dreyer J. K., Herrik K. F., Berg R. W., Hounsgaard J. D. Influence of phasic and tonic dopamine release on receptor activation. J Neurosci 2010; 30 (42): 14273–14283, doi: 10.1523/JNEUROSCI.1894-10.2010.
3. Matsumoto M., Hikosaka O. Two types of dopamine neuron distinctly convey positive and negative motivational signals. Nature 2009; 459 (7248): 837–841, doi: 10.1038/nature08028.
4. Poulin J. F., Gaertner Z., Moreno-Ramos O. A., Awatramani R. Classification of midbrain dopamine neurons using single-cell gene expression profiling approaches. Trends Neurosci 2020; 43 (3): 155–169, doi: 10.1016/j.tins.2020.01.004.
5. Azcorra M., Gaertner Z., Davidson C. et al. Unique functional responses differentially map onto genetic subtypes of dopamine neurons. Nat Neurosci 2023 Oct; 26 (10): 1762−1774, doi: 10.1038/s41593-023-01401-9.
