Gli scienziati della Wake Forest School of Medicine hanno registrato cambiamenti in tempo reale nei livelli di dopamina e serotonina nel cervello umano che sono coinvolti nella percezione e nel processo decisionale. Queste stesse sostanze neurochimiche sono anche fondamentali per i disturbi del movimento e le condizioni psichiatriche, compreso l’abuso di sostanze e la depressione. I loro risultati sono pubblicati nell’edizione del 12 ottobre della rivista Neuron. Questo studio ci fornisce una finestra unica sul cervello umano che è stato fino ad ora inaccessibile. Quasi tutto ciò che abbiamo saputo meccanicamente su questi prodotti neurochimici proveniva dal lavoro svolto su modelli animali preclinici, non da prove dirette degli esseri umani. Avere una comprensione più chiara di come queste sostanze chimiche del cervello funzionano effettivamente nelle persone può portare a farmaci o trattamenti migliori per disturbi come il morbo di Parkinson, il disturbo da uso di sostanze o la depressione. In questo studio osservazionale, i neurotrasmettitori dopamina e serotonina sono stati monitorati in cinque pazienti utilizzando la voltammetria ciclica a scansione rapida, una tecnica elettrochimica utilizzata per misurare la dopamina e la serotonina, adattata per l’uso nei pazienti. La dopamina e la serotonina sono messaggeri chimici utilizzati dal sistema nervoso per regolare innumerevoli funzioni e processi nel corpo. I partecipanti allo studio – due con Parkinson e tre con tremore essenziale – erano pazienti al Wake Forest Baptist che dovevano ricevere un impianto stimolante cerebrale profondo per trattare la loro condizione. Lavorando a stretto contatto con i neurochirurghi, il team è stato in grado di eseguire il processo di mappatura chirurgica standard per inserire un microelettrodo in fibra di carbonio in profondità nel cervello per rilevare e registrare la serotonina e la dopamina rilasciate dai neuroni. I pazienti con tremore essenziale erano importanti per lo studio perché, a differenza del morbo di Parkinson che è causato dalla perdita di neuroni produttori di dopamina, non si ritiene che il tremore essenziale sia causato da cambiamenti nella funzione della dopamina o della serotonina. Mentre i pazienti erano svegli in sala operatoria, svolgevano compiti decisionali simili a un semplice gioco per computer. Durante lo svolgimento dei compiti, sono state effettuate misurazioni della dopamina e della serotonina nello striato, la parte del cervello che controlla la cognizione, la ricompensa e i movimenti coordinati. I ricercatori hanno descritto il gioco come una serie di punti sullo schermo di un computer che si muovevano attraverso un punto di riferimento “a croce” posizionato al centro dello schermo. I pazienti dovevano decidere in che direzione si muovevano i punti. A volte i punti si spostavano nella stessa direzione e altre volte i punti si spostavano in modo più caotico, rendendo la decisione più difficile. I punti quindi scomparivano e il paziente doveva scegliere in che direzione si erano spostati i punti – in senso orario o antiorario – rispetto a un punto fisso. Questo progetto sperimentale ha permesso al team di analizzare diversi aspetti di come il cervello umano decide cosa ha percepito. Questa sequenza è stata ripetuta da 200 a 300 volte per paziente, variando il modo in cui i punti si muovevano e quindi quanto fosse difficile per il paziente decidere cosa vedeva. Occasionalmente, i pazienti dovevano indicare quanto fossero sicuri delle loro scelte. Il test è stato progettato per monitorare la capacità del paziente di percepire il movimento dei punti e la fiducia del paziente nell’identificare correttamente la direzione di quel movimento come un modo per determinare come si sono effettivamente comportati la dopamina e la serotonina. Le prove sono state randomizzate in modo da ridurre al minimo la prevedibilità da una prova all’altra. I risultati hanno mostrato che più il paziente era incerto sulla direzione dei punti, più alti diventavano i livelli di serotonina. Quando la loro certezza è aumentata, i livelli di serotonina sono diminuiti. Lo studio ha anche rivelato che, prima dell’atto di scelta, la dopamina è aumentata in previsione della scelta e i livelli di serotonina sono diminuiti, e quando entrambi hanno raggiunto un certo livello, la persona ha fatto la sua scelta. È come se la dopamina agisse come un pedale del gas e la serotonina agisse come un freno e solo quando entrambi i sistemi sono stati attivati era consentito l’atto di scelta (premere un pulsante). Questo studio fa luce sul ruolo che questi prodotti neurochimici svolgono nell’apprendimento, nella plasticità cerebrale e nel modo in cui percepiamo l’ambiente. Ora abbiamo una visione più dettagliata di come il nostro cervello costruisce ciò che percepiamo, usa quelle percezioni per prendere decisioni e interpretare le conseguenze delle scelte che facciamo. La dopamina e la serotonina sembrano essere fondamentali in tutti questi processi. È importante sottolineare che studi come questo aiuteranno altri scienziati a sviluppare una migliore comprensione di come farmaci come gli inibitori della ricaptazione della serotonina influenzano la cognizione, il processo decisionale e l’impatto su condizioni psichiatriche come la depressione.

Daniele Corbo

Bibliografia: “Sub-second Dopamine and Serotonin Signaling in Human Striatum during Perceptual Decision-Making” by Dan Bang, Kenneth T. Kishida, Terry Lohrenz, Jason P. White, Adrian W. Laxton, Stephen B. Tatter, Stephen M. Fleming, P. Read Montague. Neuron

Immagine: Question Mark? (Joe Dolack)