Explicación de los múltiples roles de la dopamina – ScienceDaily

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Entre los neurotransmisores del cerebro, la dopamina ha adquirido un estatus casi mítico. Décadas de investigación han establecido su contribución a varias funciones cerebrales aparentemente no relacionadas, incluido el aprendizaje, la motivación y el movimiento, lo que plantea la cuestión de cómo un solo neurotransmisor puede desempeñar tantas funciones diferentes.

Desenredar las diferentes funciones de la dopamina ha sido un desafío, en parte porque los cerebros avanzados de los humanos y otros mamíferos contienen varios tipos de neuronas de dopamina, todas integradas en circuitos muy complejos. En un nuevo estudio, Vanessa Ruta de Rockefeller y su equipo profundizan en el asunto al observar en cambio el cerebro mucho más simple de la mosca de la fruta, cuyas neuronas y sus conexiones se han mapeado en detalle.

Al igual que en los humanos, las neuronas dopaminérgicas de una mosca proporcionan una señal para el aprendizaje, ayudándoles a vincular un olor particular a un resultado particular. Aprender que, por ejemplo, el vinagre de sidra de manzana contiene azúcar sirve para moldear el comportamiento futuro de los animales cuando se encuentren nuevamente con ese olor. Pero el equipo de Ruta descubrió que las propias neuronas dopaminérgicas también están fuertemente correlacionadas con el comportamiento continuo del animal. La actividad de estas neuronas dopaminérgicas no codifica simplemente la mecánica del movimiento, sino que parece reflejar la motivación o el objetivo detrás de las acciones de la mosca en tiempo real. En otras palabras, las mismas neuronas dopaminérgicas que enseñan a los animales lecciones a largo plazo también brindan un refuerzo momento a momento, lo que alienta a las moscas a continuar con la acción beneficiosa.

«Parece haber una conexión íntima entre el aprendizaje y la motivación, dos aspectos diferentes de lo que hace la dopamina», dice Ruta, quien publicó los hallazgos en Neurociencia de la naturaleza.

Aprendizaje continuo

Los olores son importantes para las moscas. Un centro cerebral para el aprendizaje olfativo, llamado cuerpo en forma de hongo, es responsable de enseñarles que los olores significan azúcar sabroso. Allí, se unen tres tipos de neuronas: las células de Kenyon que responden a los olores, las neuronas de salida que envían señales al resto del cerebro y las neuronas que producen dopamina. Cuando la mosca encuentra un olor y luego recibe una recompensa de azúcar, una liberación rápida de dopamina altera la fuerza de las conexiones entre las neuronas en el cuerpo del hongo, esencialmente ayudando a la mosca a hacer nuevas asociaciones y cambiar su respuesta futura a ese olor.

Pero Ruta y sus colegas notaron señales de dopamina en curso incluso en ausencia de recompensas. Las mismas neuronas que ayudaron a las moscas a aprender asociaciones se activaron con frecuencia cuando el animal se movió. «Esto planteó la pregunta, ¿estas neuronas representan aspectos específicos del movimiento, como la forma en que el animal mueve sus patas, o están relacionadas con algo más, como el objetivo del animal?» dice Ruta.

Para averiguarlo, el equipo desarrolló un sistema de realidad virtual en el que las moscas de la fruta pueden navegar en un entorno olfativo, caminando sobre una pelota similar a una cinta de correr mientras su actividad cerebral es monitoreada por un microscopio sobre su cabeza. Una corriente de aire libera olores a través de un pequeño tubo. Cuando la mosca huele un olor atractivo, como el vinagre de sidra de manzana, se reorienta y comienza a moverse en contra del viento hacia la fuente.

Con este sistema, los investigadores pudieron examinar la actividad cerebral de la mosca en diferentes condiciones. Descubrieron que la actividad de las neuronas dopaminérgicas refleja estrechamente los movimientos a medida que ocurrían, pero solo cuando las moscas se involucran en un monitoreo dirigido, y no cuando simplemente deambulan.

Cuando los investigadores suprimieron la actividad de las neuronas de dopamina, los animales disminuyeron su detección de olores, incluso cuando estaban hambrientos y, por lo tanto, tenían un mayor interés en los olores relacionados con los alimentos. Por el contrario, la activación de neuronas en moscas completamente alimentadas, indiferentes a los alimentos, las impulsó a buscar activamente el olor.

Juntos, los hallazgos revelan cómo una vía de dopamina puede realizar dos funciones: transmitir señales motivacionales para modelar rápidamente los comportamientos en curso y, al mismo tiempo, proporcionar señales instructivas para guiar el comportamiento futuro a través del aprendizaje. «Nos da una comprensión más profunda de cómo un solo camino puede generar diferentes formas de comportamiento flexible», dice Ruta.

El siguiente paso es comprender cómo otras neuronas saben qué significa una explosión de dopamina en un momento dado. Una posibilidad, dice Ruta, es que el aprendizaje sea un proceso más continuo y dinámico de lo que se suele pensar: en poco tiempo, los animales evalúan continuamente su comportamiento en cada paso, aprendiendo no solo las asociaciones finales, sino también las acciones que los conducen. allí.

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