Как дофамин помогает думать

Дофамин активирует нейронную систему, которая поддерживает рабочую память, и подавляет работу другой, которая отвлекает нас от того, что нужно сделать.

Нейроны передают друг другу сигналы с помощью нейромедиаторов, и, хотя нейромедиаторы используются в разных нейронных сетях, часто оказывается, что та или иная молекула-нейропередатчик ассоциируется у нас с какой-то одной функцией. Так, например, про дофамин чаще всего можно услышать в связи с системой подкрепления (или системой вознаграждения) и чувством удовольствия. Масса всевозможных зависимостей, или аддикций, прячутся как раз в нервных центрах системы подкрепления, так что, когда мы говорим о вредных привычках, о тяге к перееданию, о наркозависимости, речь неизбежно зайдёт и о дофамине.

Но, кроме того, дофамин нужен ещё и нейронным путям, отвечающим за двигательную активность – характерная заторможенность и невозможность контролировать свои движения, возникающие при синдроме Паркинсона, развиваются как раз из-за гибели дофаминэргических нейронов (то есть тех, которые вырабатывают дофамин). Наконец, он же необходим для целого ряда высших когнитивных функций – в частности, для рабочей памяти.

В рабочей памяти мозг хранит то, с чем он работает вот прямо сейчас: стихотворение, которое нужно рассказать на уроке, имя человека, которому нужно перезвонить насчёт заказа, тезисы доклада, которые нужно послать письмом и т. д.; в известном смысле её можно сравнить с кэшем компьютерного процессора. Известно, что когда мы заняты каким-то конкретным делом, в мозге активируется особая лобно-теменная нейронная сеть (FPCN – frontoparietal control network) и одновременно падает активность так называемой дефолтной сети (DN – default network), которая работает, когда мозг ничем не занят, когда наши мысли блуждают где-то в неопределённости. И считается, что как раз дофамин помогает активировать ту нейронную систему, которая поддерживает рабочую память, и отключить другую, которая отвлекает нас от того, что нужно сделать.

Более детально представить работу дофамина удалось после экспериментов сотрудников Центральной больницы штата Массачусетс. Джошуа Роффман (Joshua Roffman) и его коллеги сумели объединить два метода – функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) и позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ). фМРТ позволяет определить активность тех или иных зон мозга: если человеку, находящемуся в МРТ-сканере, задать какую-нибудь задачу, то мы увидим, какие нейронные сети заняты её решением, а какие, наоборот, отдыхают. Что же до ПЭТ, то с её помощью можно оценить распределение каких-то молекул, или клеток, на которых они сидят – для этого нужен радиоактивный препарат, который, попав в организм, свяжется именно с той молекулой, которая нам нужна.

В ходе эксперимента добровольцев сканировали магнитно-резонансным сканером, а потом сравнивали, как человеческий мозг во время отдыха и во время теста на память (человеку нужно было запомнить некую последовательность букв, а потом, глядя на очередные появляющиеся буквы, определить, были ли они в предыдущей серии или нет). Как и ожидалось, во время умственного упражнения сеть FPCN и дефолтная сеть разошлись друг с другом: активность первой возросла, активность второй упала. Затем участникам эксперимента давали радиоактивно меченое вещество, которое связывалось с дофаминовыми рецепторами D1 (исследователи дополнительно позаботились, чтобы это вещество больше ни с чем не взаимодействовало) – теперь дофаминовые рецепторы можно было увидеть с помощью ПЭТ.

В статье в Science Advances говорится, что их плотность прямо соответствовала тому, насколько расходились обе нейронные сети (то есть насколько активировалась FPCN, отвечающая за рабочую память, и насколько «засыпала» DN). Причём в нейронах дефолтной сети DN плотность дофаминовых рецепторов была выше, то есть, очевидно, дофамин по-разному влияет на работу обеих сетей. Так или иначе, получается следующая схема: когда нам нужно сосредоточиться на решении какой-то задачи, мозг использует дофамин, чтобы разъединить две нейронные сети, чтобы та из них, которая отвечает за рабочую память, смогла включиться на полную мощность.

Здесь, впрочем, следует уточнить две вещи. Во-первых, авторы работы оценивали только плотность рецепторов к дофамину, а динамику самого нейромедиатора они не отслеживали; во-вторых, все добровольцы одинаково хорошо справились с тестом, так что тут не было возможности выяснить, как соответствуют перепады в активности нейронных сетей (и всё та же плотность рецепторов) уровню самой памяти.

Другие исследователи, занимающиеся этой темой, отмечают, что подобные тесты на память человек выполняет тем лучше, чем сильнее связаны между собой вышеупомянутые сети – что несколько противоречит новым данным. В то же время опыты на приматах показали, что связь между количеством дофаминовых рецепторов и рабочей памятью есть, но она непростая: память работает хорошо только при каком-то оптимуме рецепторов, если их слишком много или слишком мало, то начинаются когнитивные проблемы.

В общем, хотя мы теперь лучше понимаем, как дофамин – точнее, его рецепторы – участвуют в мыслительных процессах, для нейробиологов тут предстоит ещё много работы. Но в перспективе, вероятно, мы сможем избавляться от психоневрологических расстройств, связанных с неспособностью сосредоточиться, и повысить эффективность умственного, да не только умственного, труда – если научимся правильно воздействовать на дофаминовую систему мозга.

По материалам The Scientist.