ABOVE: Para captar medições simultâneas e contínuas dos neuromoduladores dopamina e serotonina, os autores do estudo conceberam um microelectrodo capaz de realizar 10 medições por segundo.
VIRGINIA TECH
Longo associado a recompensa e prazer, a dopamina e a serotonina podem também estar envolvidos na cognição geral, moldando a forma como as pessoas percebem o mundo e agem sobre essas percepções, um novo estudo encontra.
Pela primeira vez, os investigadores têm monitorizado contínua e simultaneamente os dois neuromoduladores no cérebro humano. Os resultados, publicados a 12 de Outubro no Neuron, oferecem novas oportunidades para testar hipóteses previamente estudadas principalmente em modelos animais.
“Este estudo não é apenas medir dopamina e serotonina; é construir sobre as bases profundas olhando para mecanismos neurais para decisões perceptuais em animais e humanos” e ligando os resultados destes estudos, Tim Hanks, um neurocientista da Universidade da Califórnia, Davis, que não estava envolvido no estudo, diz ao The Scientist. “Há um reconhecimento crescente que tem papéis mais refinados e matizados do que aquilo em que se acreditava, e este estudo torna realmente esse caso claro na tomada de decisões em humanos”
Bambos os neuromoduladores têm sido fortemente estudados em animais, mas os animais necessitam de treino para levar a cabo tarefas de tomada de decisões – treino que muitas vezes vem com uma recompensa. Em resultado disso, pode ser difícil separar a tomada de decisões do reforço que recebem em troca. “Os animais são um modelo limitado dos ricos pensamentos e comportamentos que vemos nos seres humanos”, diz Dan Bang, um neurocientista do University College London e o autor principal do novo estudo.
Ver “How Dopamine Tunes Working Memory”
p>Para estudar a sinalização de dopamina e serotonina em humanos, a equipa recrutou cinco voluntários que foram preparados para se submeterem a cirurgia cerebral para tratar Parkinson ou tremores essenciais e concordaram em ter os seus neuroquímicos monitorizados durante o procedimento. Os cirurgiões mantêm os pacientes acordados durante a operação e utilizam sondas para medir a actividade cerebral por razões de segurança. A equipa de investigação, liderada pela Read Montague, uma neurocientista da Virginia Tech, conseguiu inserir o seu próprio microelectrodo no núcleo caudado de quatro dos voluntários e os putamen da quinta. Ambas as estruturas são regiões do estriato e estão envolvidas em movimento, aprendizagem e recompensa.
Isto está definitivamente a colocar a importância da dopamina e da serotonina numa nova luz.
-Ken Kishida, Wake Forest School of Medicine
No momento em que foram operados, cada participante completou uma versão modificada de uma tarefa visual comum chamada o paradigma do movimento aleatório de pontos. Em cada ronda da tarefa, foi mostrada a uma pessoa uma nuvem de pontos cintilantes que se moviam através de um ecrã. Alguns pontos moviam-se juntos na mesma direcção, enquanto os restantes se moviam aleatoriamente; as proporções submetidas a cada tipo de movimento determinavam a dificuldade da tarefa. No teste padrão, os pontos desaparecem, e o sujeito deve indicar se, em média, se deslocou para a esquerda ou para a direita. No protocolo emendado, foi mostrado aos participantes um ângulo aleatório após os pontos terem desaparecido e tiveram de decidir se os pontos se tinham deslocado para a esquerda ou para a direita desse ângulo.
Desta forma, os cientistas foram capazes de variar a dificuldade e incerteza da percepção de uma pessoa, alterando tanto o número de pontos que se moviam em sincronia, como a proximidade do seu trajecto de movimento em relação ao ângulo de referência seleccionado aleatoriamente. Depois de terem feito a sua escolha, os participantes classificaram o quão certos estavam da sua decisão.
Um microelectrodo mediu continuamente os níveis de dopamina e serotonina no núcleo do caudato ou putamen, fazendo 10 medições a cada segundo. Os cientistas nunca antes tinham sido capazes de monitorizar estes neurotransmissores a velocidades tão biologicamente relevantes nos seres humanos. Métodos menos invasivos, tais como o varrimento PET ou fMRI, fazem normalmente apenas uma medição por minuto.
Com o núcleo caudado, os níveis de serotonina foram ligados à incerteza em torno das percepções em três dos quatro participantes. Quando a tarefa era mais difícil e o resultado mais incerto, tal como estimado pelas variáveis da tarefa e pela incerteza dos participantes sobre as suas decisões, os níveis de serotonina dispararam pouco depois de os pontos aparecerem no ecrã. Quando a tarefa foi mais fácil, a serotonina caiu. Em alguns estudos humanos e animais anteriores, a dopamina teve a relação oposta com a serotonina, e portanto com a incerteza, mas no novo estudo, as variações nos níveis de dopamina do núcleo caudado não acompanharam de forma consistente a incerteza perceptual.
Na putamen, contudo, a equipa encontrou fortes provas em apoio dos papéis opostos da dopamina e da serotonina em relação à acção, como evidenciado pelo tempo que os participantes demoraram a fazer a sua escolha sobre a direcção dos pontos. Tanto um aumento da dopamina como uma diminuição correspondente da serotonina foram associados à escolha do sujeito para agir, e tanto a mudança nos níveis neuromoduladores como a própria decisão aconteceu mais rapidamente quando a tarefa era mais fácil e menos incerta.
Junto, estas descobertas sugerem que para além do seu papel de recompensa química, a dopamina e a serotonina podem contribuir para a cognição de forma mais geral, ligando “como percebemos o mundo e como depois continuamos a tomar decisões”, diz Ken Kishida, neurocientista da Escola de Medicina Wake Forest e co-autor do estudo. “Isto está definitivamente a colocar a importância da dopamina e da serotonina numa nova luz”
P>Even embora esta seja uma nova descoberta nos seres humanos, ela encaixa com o que alguns investigadores começaram a encontrar nos animais, diz Armin Lak, um neurocientista da Universidade de Oxford que não estava envolvido no estudo. No seu próprio trabalho, Lak encontrou ligações entre a dopamina e a percepção em roedores. “É realmente agradável, para aqueles de nós que trabalham em neurociência, ver este espectro de estudos desde animais a voluntários humanos”
Ver “Dopamine Neuron Implants Ease Parkinson Symptoms in Monkeys”
A maior limitação do novo estudo, acrescenta Lak, é o pequeno tamanho da amostra. Alguns dos resultados da equipa, tais como os seus dados sobre os putamen, provêm apenas de uma única pessoa. Kishida salienta também que embora os níveis de dopamina variassem mais entre pessoas do que os níveis de serotonina, isso pode ser devido ao facto de alguns dos pacientes terem Parkinson, uma doença causada por sinalização desregulada de dopamina.
Movendo-se para a frente, a equipa planeia refinar o seu microelectrodo para reconhecer neuroquímicos adicionais, tais como a norepinefrina. Tendo demonstrado que as respostas dos neuromoduladores podem diferir por região cerebral, gostariam também de expandir para incluir o córtex, amígdala, e hipocampo.
Melhor compreensão de como a dopamina e a serotonina interagem e os seus papéis em diferentes partes do cérebro também terão implicações importantes no tratamento de distúrbios neuropsiquiátricos como a doença de Parkinson e a depressão, diz Hanks. Muitos tratamentos visam estes dois moduladores, mas fazem-no em todo o cérebro e em escalas de tempo mais longas, pelo que mais conhecimento poderia levar a terapias mais direccionadas e eficazes.
“Porque estes neuromoduladores têm papéis complexos que dependem da região cerebral, alguns verão isso como um desafio, porque significa que não podemos simplesmente usar um medicamento que está a afectar difusamente”, diz Hanks ao The Scientist. “Mas ao mesmo tempo, eu argumentaria que isto representa uma tremenda oportunidade de tornar ainda mais eficaz”
D. Bang et al., “Sub-segundo segundo sinal de dopamina e serotonina no striatum humano durante a tomada de decisões perceptuais”, Neuron, 108:1-12, 2020.
Clarificação (16 de Outubro): O título deste artigo foi actualizado para reflectir melhor os resultados do estudo, e foi feita uma correcção para esclarecer que os níveis de serotonina aumentaram no núcleo do caudato quando os participantes estavam mais incertos.