In osservazioni uniche nel loro genere del cervello umano, un team internazionale di ricercatori ha rivelato che dopamina e serotonina lavorano a velocità differenti e influiscono sulla percezione della realtà delle persone. La scoperta mostra che i ricercatori possono misurare continuamente e simultaneamente l’attività sia della dopamina che della serotonina – i cui recettori e siti di assorbimento sono bersagli terapeutici per disturbi che vanno dalla depressione al morbo di Parkinson – nel cervello umano. Inoltre, le sostanze neurochimiche sembrano integrare le percezioni delle persone del mondo con le loro azioni, indicando che dopamina e serotonina hanno ruoli molto più espansivi nel sistema nervoso umano di quanto precedentemente noto.
Conosciuti come neuromodulatori, la dopamina e la serotonina sono stati tradizionalmente collegati all’elaborazione della ricompensa: quanto buone o cattive le persone percepiscono un risultato dopo aver intrapreso un’azione. Lo studio online pubblicato il 12 ottobre sulla rivista Neuron apre le porte a una comprensione più profonda di un ruolo ampliato di questi sistemi e dei loro ruoli nella salute umana. “Un numero enorme di persone in tutto il mondo sta assumendo composti farmaceutici per perturbare i sistemi di trasmissione della dopamina e della serotonina per modificare il loro comportamento e la salute mentale“, ha detto P. Read Montague, autore senior dello studio e professore e direttore del Centro per Human Neuroscience Research e Human Neuroimaging Laboratory presso il Fralin Biomedical Research Institute presso VTC. “Per la prima volta è stata misurata l’attività momento per momento in questi sistemi e si è stabilito che fosse coinvolta nella percezione e nelle capacità cognitive. Questi neurotrasmettitori agiscono simultaneamente e integrano attività su scale temporali e spaziali molto diverse da quelle previste“.
Una migliore comprensione delle azioni alla base della dopamina e della serotonina durante la percezione e il processo decisionale potrebbe fornire importanti informazioni sui disturbi psichiatrici e neurologici, hanno detto i ricercatori. “Ogni scelta che qualcuno esegue comporta l’acquisizione di informazioni, l’interpretazione di tali informazioni e il prendere decisioni su ciò che hanno percepito”, ha affermato Kenneth Kishida, autore corrispondente dello studio e assistente professore di fisiologia e farmacologia e neurochirurgia, presso la Wake Forest School di medicina . “C’è tutta una serie di condizioni psichiatriche e disturbi neurologici in cui quel processo è alterato nei pazienti, e la dopamina e la serotonina sono i principali sospettati“.
La mancanza di metodi chimicamente specifici per studiare la neuromodulazione negli esseri umani su scale temporali veloci ha impedito la comprensione di questi sistemi, secondo Montague, professore onorario presso il Wellcome Center for Human Neuroimaging presso l’University College di Londra e professore di fisica presso il Virginia Tech College of Science. Ma ora, nelle prime misurazioni in assoluto, gli scienziati hanno utilizzato un metodo elettrochimico chiamato “voltammetria ciclica a scansione rapida”, che impiega un piccolo microelettrodo in fibra di carbonio a bassa tensione per il rilevamento in tempo reale dell’attività della dopamina e della serotonina.
Nello studio, i ricercatori hanno registrato fluttuazioni di dopamina e serotonina utilizzando elettrodi appositamente progettati in cinque pazienti sottoposti a intervento chirurgico di impianto di elettrodi di stimolazione cerebrale profonda per trattare il tremore essenziale o il morbo di Parkinson. I pazienti erano svegli durante l’intervento chirurgico e giocavano a un gioco per computer progettato per quantificare aspetti del pensiero e del comportamento mentre venivano effettuate le misurazioni. Ad ogni round del gioco, i pazienti hanno visto brevemente una nuvola di punti e gli è stato chiesto di giudicare la direzione in cui si stavano muovendo. Il metodo, progettato dall’autore corrispondente Dan Bang, Sir Henry Wellcome Postdoctoral Fellow, e Steve Fleming, Sir Henry Dale / Royal Society Fellow, entrambi presso il Wellcome Center for Human Neuroimaging presso l’ University College di Londra , ha contribuito a indicare che dopamina e serotonina erano coinvolti in semplici decisioni percettive, al di fuori del contesto tradizionale di ricompense e perdite.
“Questi neuromodulatori svolgono un ruolo molto più ampio nel supportare il comportamento e il pensiero umano, e in particolare sono coinvolti nel modo in cui elaboriamo il mondo esterno“, ha detto Bang. “Ad esempio, se ti muovi in una stanza e le luci sono spente, ti muovi in modo diverso perché non sei sicuro di dove siano gli oggetti. Il nostro lavoro suggerisce che questi neuromodulatori – in particolare la serotonina – stanno giocando un ruolo nel segnalare quanto siamo incerti sull’ambiente esterno “. Montague e Kishida, insieme a Terry Lohrenz, un assistente professore di ricerca, e Jason White, un ricercatore associato senior, ora entrambi al Fralin Biomedical Research Institute, hanno iniziato a lavorare su un nuovo approccio statistico per identificare i segnali di dopamina e serotonina mentre erano ancora al Baylor College of Medicine di Houston, Texas.
“Ken ha accettato la sfida di fare neurochimica veloce negli esseri umani durante la cognizione attiva“, ha detto Montague. “Molti altri buoni gruppi di scienziati non sono stati in grado di farlo. A parte il calcolo di enormi quantità di dati, ci sono problemi complicati da risolvere, inclusi compiti algoritmici fondamentali “. Fino a poco tempo fa, solo metodi lenti come la scansione PET potevano misurare l’impatto dei neurotrasmettitori, ma non erano neanche lontanamente vicini alla frequenza o al volume delle misurazioni al secondo della voltammetria ciclica a scansione rapida. Le misurazioni nel nuovo studio sono state effettuate presso il Wake Forest Baptist Medical Center e hanno coinvolto team neurochirurgici guidati da Adrian W. Laxton e Stephen B. Tatter.
“L’entusiasmo dei neurochirurghi per questa ricerca deriva dagli stessi motivi che li hanno spinti a diventare medici: prima di tutto, vogliono fare il meglio per i loro pazienti e hanno una vera passione per capire come funziona il cervello per migliorare risultati dei pazienti “, ha detto Kishida, che ha supervisionato la raccolta dei dati in sala operatoria durante gli interventi chirurgici. “Entrambi sono scienziati collaborativi insieme a Charles Branch, il presidente del dipartimento di neurochirurgia a Wake Forest, che è stato uno straordinario sostenitore di questo lavoro“.
Allo stesso modo, Montague ha detto: “Non puoi farlo senza che i chirurghi siano partner reali, spalla a spalla, e certamente non senza le persone che ti permettono di effettuare registrazioni dal loro cervello mentre gli elettrodi vengono impiantati per alleviare i sintomi di un disturbo neurologico. ” Montague aveva letto uno studio negli Atti della National Academy of Sciences che lo aveva spinto ad avvicinare i colleghi Bang e Fleming all’University College di Londra per adattare un compito da svolgere per i pazienti durante l’intervento chirurgico che avrebbe rivelato segnali di dopamina e serotonina inferiori al secondo in realtà– inferenza temporale sul mondo esterno, separata dai ruoli spesso riportati nei processi legati alla ricompensa.
“Ho detto che ho questo nuovo metodo per misurare la dopamina e la serotonina, ma ho bisogno che tu mi aiuti con il compito“, ha detto Montague. “Sono finiti nello studio. La ricerca ha richiesto davvero molto duro lavoro e una costellazione integrata di persone per ottenere questi risultati “. La ricerca è stata finanziata da sovvenzioni a vari ricercatori del Wellcome Trust, del National Institutes of Health tra cui il National Institute on Drug Abuse, il National Institute of Mental Health, il National Institute of Neurological Disorders and Stroke.
Fonte: cell.com
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