Comment la dopamine et la sérotonine affectent le comportement social

Une équipe internationale décrypte la danse complexe de la dopamine et de la sérotonine dans le cerveau humain, mettant ainsi en lumière les décisions sociales.

Dans une étude publiée dans La nature du comportement humainLes scientifiques se penchent sur le monde des neuromodulateurs chimiques du cerveau humain, en particulier la dopamine et la sérotonine, pour découvrir leur rôle dans le comportement social.

La recherche, menée sur des patients atteints de la maladie de Parkinson ayant subi une chirurgie du cerveau éveillé, s'est concentrée sur la substance noire du cerveau, une région importante associée au contrôle moteur et au traitement des récompenses.

L'équipe internationale dirigée par Reed Montagu, neuroscientifique informatique à Virginia Tech, a découvert un mécanisme neurochimique jusqu'alors inconnu expliquant une tendance humaine connue à prendre des décisions basées sur le contexte social : les gens sont plus susceptibles d'accepter les offres des ordinateurs tout en rejetant les offres identiques des humains. joueurs.

Les scientifiques discutent de leurs travaux pour mieux comprendre les complexités du cerveau et de l’esprit. Récemment, des chercheurs, dont (de gauche à droite) Dan Pang de l'Université d'Aarhus au Danemark, Ken Kishida de la faculté de médecine de l'Université Wake Forest et Michael Friedlander, directeur exécutif du Fralin Biomedical Research Institute ; Peter Dayan, directeur général de l'Institut Max Planck de cybernétique biologique à Tübingen, en Allemagne, et Reed Montagu, directeur du Centre de recherche en neurosciences humaines de l'Institut Fralin de recherche biomédicale, ont parlé des réalisations réalisées au fil des décennies. Crédit : Clayton Metz/Virginia Tech

Aperçu du jeu de l'ultimatum

Dans cette étude, quatre patients subissant une intervention chirurgicale de stimulation cérébrale profonde pour traiter la maladie de Parkinson ont été plongés dans un jeu d'ultimatum à prendre ou à laisser, un scénario dans lequel ils devaient accepter ou rejeter différentes répartitions de 20 $ provenant à la fois d'un humain et d'un ordinateur. joueurs. Par exemple, un joueur pourrait suggérer de garder 16 $, tandis que le patient recevra les 4 $ restants. Si le patient refuse de se diviser, aucun des deux ne reçoit rien.

« Vous pouvez enseigner aux gens ce qu'ils doivent faire dans ce type de jeux – qu'ils doivent accepter même de petites récompenses plutôt que de ne recevoir aucune récompense du tout », a déclaré Montagu, professeur à Virginia Tech Carilion Mountcastle à l'Institut de recherche biomédicale Fralin du VTC. Auteur de l'étude. « Quand les gens savent qu'ils jouent avec un ordinateur, ils jouent parfaitement, tout comme les économistes mathématiques – ils font ce qu'ils devraient faire. Mais quand ils jouent avec un humain, ils ne peuvent pas s'en empêcher. Ils sont souvent poussés à punir l'offre la plus petite. en le rejetant.

Reid Montagu, qui a dirigé l'équipe de recherche qui a enregistré les fondements chimiques de la prise de décision sociale, parle d'aborder les éléments cruciaux qui font de nous des humains. Crédit : Clayton Metz/Virginia Tech

La danse de la dopamine et de la sérotonine

L’idée selon laquelle les gens prennent des décisions en fonction du contexte social n’est pas une idée nouvelle dans les jeux neuroéconomiques. Mais maintenant, pour la première fois, des chercheurs ont montré que l’effet du contexte social pouvait provenir des interactions dynamiques de la dopamine et de la sérotonine.

Lorsque les gens prennent des décisions, la dopamine semble suivre de près et réagir selon que l'offre actuelle est meilleure ou pire que la précédente, comme s'il s'agissait d'un système de suivi continu. Pendant ce temps, la sérotonine semble se concentrer uniquement sur la valeur actuelle de l’offre spécifique proposée, suggérant une évaluation plus au cas par cas.

Cette danse rapide se produit sur un fond plus lent, la dopamine étant généralement plus élevée lorsque les gens jouent le rôle d’autres êtres humains – en d’autres termes, lorsque la justice entre en jeu. Ensemble, ces signaux contribuent à l’évaluation globale par notre cerveau de notre valeur lors des interactions sociales.

« Nous mettons en lumière différents processus cognitifs et recevons enfin des réponses à des questions plus détaillées sur le plan biologique », indique l'étude. À l'Institut Fralin de recherche biomédicale.

« Les niveaux de dopamine sont plus élevés lorsque les gens interagissent avec un autre être humain plutôt qu'avec un ordinateur », a déclaré Pang. « Ici, il était également important de mesurer la sérotonine pour nous assurer que la réponse globale au contexte social est spécifique à la dopamine. »

Seth Batten, associé de recherche à l'Institut de recherche biomédicale Fralin, a construit les électrodes utilisées pour enregistrer la danse de la dopamine et de la sérotonine. Crédit : Clayton Metz/Virginia Tech

Seth Batten, associé de recherche principal au laboratoire de Montagu et premier auteur de l'étude, a construit des électrodes en fibre de carbone implantées chez des patients subissant une intervention chirurgicale de stimulation cérébrale profonde et a aidé à collecter des données au Mount Sinai Health System à New York.

« Le développement unique de notre méthode est qu'elle nous permet de mesurer plus d'un neurotransmetteur à la fois – et son impact ne doit pas être perdu », a déclaré Patten. « Nous avons déjà vu ces molécules de signalisation, mais c'est la première fois que nous les voyons danser. Personne n'a jamais vu cette danse de la dopamine et de la sérotonine dans un contexte social auparavant. »

Découvrir la signification des signaux électrochimiques enregistrés par les patients pendant une intervention chirurgicale a été un défi majeur qui a pris des années à résoudre.

« Les données préliminaires que nous collectons auprès des patients ne sont pas spécifiques à la dopamine, à la sérotonine ou à la noradrénaline, mais à une combinaison de celles-ci », a déclaré Ken Kishida, co-auteur de l'étude et professeur agrégé de neurosciences translationnelles. Neurochirurgie, à la faculté de médecine de l'Université Wake Forest. « Nous utilisons essentiellement des outils d'apprentissage automatique pour séparer le contenu des données brutes, comprendre la signature et décoder ce qui se passe avec la dopamine et la sérotonine. »

dans le Étudier la nature du comportement humainLes chercheurs ont montré comment l’augmentation et la diminution de la dopamine et de la sérotonine sont liées à la cognition et au comportement humains.

« Dans le monde des organismes modèles, il existe un magasin de bonbons rempli de techniques sophistiquées pour poser des questions biologiques, mais il est plus difficile de poser des questions sur ce qui fait de vous, vous », a déclaré Montagu, qui est également directeur du Centre de recherche en neurosciences humaines. et le laboratoire de neuroimagerie humaine de l'institut de recherche biomédicale Fralin.

Traitement de la maladie de Parkinson

« À un moment donné, après avoir évalué suffisamment de personnes, nous serons en mesure d'aborder la pathologie de la maladie de Parkinson qui nous a donné cette fenêtre d'opportunité », a déclaré Montagu, qui est également professeur au College of Science de Virginia Tech.

Dans la maladie de Parkinson, une perte significative des neurones producteurs de dopamine dans le tronc cérébral est une caractéristique majeure qui coïncide généralement avec l'apparition des symptômes.

Cette perte touche le striatum, une zone du cerveau fortement affectée par la dopamine. À mesure que la dopamine diminue, les terminaisons sérotoninergiques commencent à se développer, révélant une interaction complexe, comme observé dans les modèles de rongeurs.

« Il existe déjà des preuves précliniques selon lesquelles l'épuisement du système dopaminergique indique au système sérotoninergique : Hé, nous devons faire quelque chose. » « Mais nous n'avons jamais pu voir la dynamique », a déclaré Montagu. « Ce que nous faisons maintenant est la première étape, mais nous espérons qu'une fois que nous aurons atteint des centaines de patients, nous serons en mesure de corréler cela avec les symptômes et de recueillir des données cliniques sur la maladie de Parkinson. »

À cet égard, les chercheurs ont déclaré qu’il existe une fenêtre ouverte pour identifier un large éventail de troubles cérébraux.

« L'esprit humain est comme une boîte noire », a déclaré Kishida. « Nous avons développé une autre façon de regarder à l’intérieur et de comprendre comment ces systèmes fonctionnent et comment ils sont affectés par différentes situations cliniques. »

« Ce travail change tout le domaine des neurosciences et notre capacité à enquêter sur l'esprit et le cerveau humains – en utilisant la technologie qui a été développée », a déclaré Michael Friedlander, directeur exécutif de l'Institut de recherche biomédicale Fralin et neuroscientifique qui n'a pas été impliqué dans l'étude. Cela n’aurait même pas été imaginable il y a de nombreuses années.

La psychiatrie est un exemple de domaine médical qui pourrait bénéficier de cette approche, a-t-il déclaré.

« Nous avons un nombre énorme de personnes dans le monde qui souffrent de divers problèmes psychiatriques et, dans de nombreux cas, les solutions médicamenteuses ne fonctionnent pas bien », a déclaré Friedlander, qui est également vice-président du Département des sciences de la santé et de psychiatrie de l'Université de New York. Virginie Tech. technologie. « La dopamine, la sérotonine et d'autres neurotransmetteurs sont étroitement liés à ces troubles à certains égards. Cet effort ajoute une réelle précision et quantité à la compréhension de ces problèmes. La seule chose dont je pense que nous pouvons être sûrs est que ce travail sera très important dans l'avenir du développement de traitements. »

Plus d’une décennie en préparation

Les efforts visant à mesurer en temps réel les neurotransmetteurs dans le cerveau humain ont commencé il y a plus de 12 ans lorsque Montagu a réuni une équipe d'experts qui « voient grand en matière de réflexion ».

Dans les toutes premières observations du cerveau humain, des scientifiques ont publié dans… Cellules nerveuses En 2020, des chercheurs ont révélé que la dopamine et la sérotonine agissent à des vitesses inférieures à la seconde pour façonner la façon dont les gens perçoivent le monde et agissent en fonction de leur perception.

Plus récemment, dans une étude publiée en octobre dans la revue Biologie actuelleLes chercheurs ont utilisé leur méthode d'enregistrement des changements chimiques chez les humains éveillés pour mieux comprendre le système noradrénaline du cerveau, qui est depuis longtemps la cible de médicaments destinés à traiter les troubles psychiatriques.

Et en décembre dans le magazine Avancement de la science, L’équipe a révélé que les changements rapides dans les niveaux de dopamine reflètent des calculs spécifiques liés à la façon dont les humains apprennent des récompenses et des punitions.

« Nous avons effectué plusieurs fois des mesures actives des neurotransmetteurs dans différentes zones du cerveau, et nous avons maintenant atteint le point où nous abordons les éléments critiques qui font de nous des humains », a déclaré Montagu.

Référence : « La dopamine et la sérotonine dans la substance noire humaine suivent le contexte social et les signaux de valeur lors des échanges économiques » par Seth R. Batten, Dan Pang, Brian H. Koppel, Ariana N. Davis, Matthew Heflin, Zixiu Fu, Ofer Pearl, Kimiya Ziavat, Alice Hashemi, Ignacio Saez, Leonardo S. Barbosa, Thomas Twomey, Terry Lorenz, Jason P. White, Peter Dayan, Alexander W. Charney, Martin Figi, Helen S. Myberg, Kenneth T. Kishida, Xiaosi Guo et B. Reed. Montagu, le 26 février 2024, La nature du comportement humain.
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