Estudo lança nova luz sobre a contribuição da dopamina para a aprendizagem por reforço
Uma frequência fisiologicamente relevante de estimulação de dopamina (20 Hz) não funciona como uma recompensa significativa; no entanto, a estimulação de dopamina de alta frequência (50 Hz) funciona como uma recompensa que é codificada como um evento sensorial específico. Topo: Verificação histológica com A) expressão bilateral de ChR2 dependente de Cre em ratos TH-Cre, B) colocalização de TH e expressão de vírus aproximou-se de ~90%, e C) esquema de expressão mínima e máxima de vírus e colocação de fibra. Coluna da esquerda: Esquema ilustrando o design da tarefa usando um exemplo de contrapeso, que consistia em D) condicionamento pavloviano, E) condicionamento instrumental e F) o teste PIT. Os ratos aprenderam primeiro que dois sinais auditivos (por exemplo, clique e ruído branco) levaram a dois resultados (por exemplo, estimulação de dopamina e pellets), depois aprenderam a realizar duas pressões na alavanca que levaram aos dois resultados. Finalmente, os ratos foram apresentados aos dois sinais auditivos e tiveram a oportunidade de pressionar qualquer uma das alavancas, sem feedback de recompensa. Coluna do meio: G) Ratos do grupo de 20Hz (n=6) mostraram um aumento nas entradas da porta alimentar durante o estímulo pareado com pelotas, mas não o estímulo pareado com dopamina. Esses ratos apresentaram aumentos equivalentes na atividade locomotora ao longo do aprendizado de ambos os estímulos. H) Durante o condicionamento instrumental, onde os ratos aprenderam a pressionar a alavanca para os dois resultados, os ratos do grupo de 20 Hz mostraram respostas robustas de pressão da alavanca para os pellets, mas não a estimulação da dopamina. I) No teste PIT final, quando a sugestão emparelhada com pellets é apresentada, esses ratos apresentaram elevações significativas na resposta na alavanca emparelhada com pellets, indicando PIT específico. No entanto, eles não mostraram PIT para o sinal emparelhado com dopamina. Coluna da direita: J) Ratos no grupo de 50Hz (n=5) apresentaram aumentos nas entradas de alimentos durante o estímulo pareado com pellets, mas não o estímulo pareado com dopamina. Os aumentos na atividade locomotora ao longo do aprendizado foram semelhantes tanto para o estímulo pareado com dopamina quanto com o pellet. K) Durante o treinamento instrumental, o grupo de 50 Hz mostrou pressão robusta na alavanca tanto para a estimulação da dopamina quanto para os pellets. L) No teste PIT final, os estímulos pareados com dopamina e pelotas produziram PIT específico robusto. Barras de erro =SEM. Crédito: Millard et al.
O neurotransmissor dopamina tem sido frequentemente associado a comportamentos de busca de prazer e a tornar valiosos estímulos combinados com recompensas (por exemplo, alimentos, bebidas). No entanto, os processos através dos quais este mensageiro químico chave contribui para a aprendizagem ainda não foram totalmente elucidados.
Pesquisadores da Universidade da Califórnia em Los Angeles, da Universidade de Sydney e da Universidade Estadual de Nova Jersey realizaram recentemente um estudo com o objetivo de compreender melhor como os neurônios dopaminérgicos (isto é, células cerebrais que apoiam a produção de dopamina) apoiam a aprendizagem baseada em recompensas. Suas descobertas, publicadas em Neurociência da Naturezasugerem que, em vez de representarem o valor atribuído a diferentes estímulos, esses neurônios contribuem para a formação de novas associações mentais entre estímulos e recompensa (ou outros estímulos neutros), que nos ajudam a formar mapas cognitivos do nosso ambiente.
“Nossa pesquisa recente mostrou que o disparo de neurônios dopaminérgicos atua como um sinal de ensino do cérebro”, disse Melissa Sharpe, coautora do artigo, ao Medical Xpress. “Isso ocorre sempre que algo novo ou importante acontece, o que nos ajuda a aprender a associar eventos para criar uma nova memória. De forma crítica, mostramos que os neurônios dopaminérgicos fazem isso sem tornar as coisas ‘valiosas’ ou ‘boas’ por si mesmas.”
Este trabalho está em desacordo com estudos anteriores que definiram a dopamina como o neurotransmissor que produz “felicidade” ou “prazer”. No entanto, se os neurónios dopaminérgicos não transportarem sinais de valor, deverão ser incapazes de atribuir qualidades positivas ou prazerosas a experiências ou acções específicas.
“Estávamos nos perguntando: se os neurônios dopaminérgicos não carregam um sinal de valor, então como eles suportam a autoestimulação intracraniana, o que sugere que os neurônios dopaminérgicos carregam um sinal de valor?” Dr. Sharpe explicou. “Nossos experimentos visavam, portanto, responder à questão: se os neurônios dopaminérgicos realmente têm valor no contexto da autoestimulação intracraniana, qual é a representação cognitiva que permite [them] fazer isso?”
Para responder a esta questão de pesquisa, a Dra. Sharpe e seus colegas realizaram uma série de experimentos em ratos. Durante esses experimentos, eles empregaram um procedimento de transferência Pavloviano para Instrumental, um teste experimental bem conhecido projetado para elucidar as representações cognitivas que impulsionam o comportamento animal ou humano.
“Ensinamos aos ratos que um sinal (por exemplo, um tom ou clique) leva a um resultado específico (por exemplo, estimulação de dopamina ou um pellet de comida)”, disse o Dr. Sharpe. “Então, quando o tom ou clique é tocado, ocorre um desses resultados (por exemplo, tom -> estimulação de dopamina). Então, ensinamos a eles que eles podem obter esses resultados pressionando uma das duas alavancas. Se o tom os fizer pensar do resultado ‘específico’ com o qual foi emparelhado (por exemplo, estimulação da dopamina), eles aumentarão seletivamente a pressão da alavanca associada à estimulação da dopamina (e não à comida).”
Os experimentos conduzidos pela Dra. Sharpe e seus colegas produziram várias descobertas interessantes. Primeiro, os investigadores descobriram que uma taxa de disparo fisiológico dos neurónios dopaminérgicos não apoiava a autoestimulação intracraniana de uma forma que sugerisse que os neurónios dopaminérgicos transportam um sinal de valor.
No entanto, observaram que se fizessem com que os neurónios dopaminérgicos disparassem acima desta taxa fisiológica, o disparo destes neurónios poderia funcionar como um objectivo sensorial específico para o qual os animais exibiriam comportamento. Ou seja, a alta frequência de disparos nos neurônios dopaminérgicos poderia funcionar como uma recompensa que, em última análise, levou os ratos a se envolverem em comportamentos de busca de prazer associados ao chamado efeito de transferência Pavloviano para Instrumental.
“Isso sugere que quando os neurônios dopaminérgicos disparam na vida cotidiana, eles não estão tornando as coisas valiosas”, explicou o Dr. Sharpe. “Em vez disso, eles funcionam para nos ajudar a formar novas memórias ou como as coisas em nosso ambiente estão relacionadas. Num caso em que os neurônios dopaminérgicos disparam mais do que deveriam (por exemplo, ao tomar drogas de abuso), isso pode ser codificado no cérebro como um evento gratificante que nos torna mais propensos a procurar drogas no futuro.”
No geral, este estudo recente da Dra. Sharpe e seus colegas pode contribuir muito para a compreensão da dopamina e seu papel na aprendizagem baseada em recompensas (ou seja, reforço). Em particular, as suas descobertas sugerem que os neurónios dopaminérgicos não transportam sinais de valor que atribuem prazer ou felicidade aos estímulos do ambiente. No futuro, eles poderiam abrir caminho para experimentos adicionais destinados a validar ainda mais as descobertas da equipe ou examinar a contribuição única de circuitos neurais específicos de produção de dopamina.
“Nossa equipe agora está interessada em saber como os diferentes circuitos de dopamina contribuem para diferentes tipos de aprendizagem e como isso nos ajuda a criar uma representação complexa, mas unificada, do nosso ambiente”, acrescentou o Dr.
Mais Informações:
Samuel J. Millard et al, As representações cognitivas da autoestimulação intracraniana dos neurônios dopaminérgicos do mesencéfalo dependem da frequência de estimulação, Neurociência da Natureza (2024). DOI: 10.1038/s41593-024-01643-1
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Citação: Estudo lança nova luz sobre a contribuição da dopamina para a aprendizagem por reforço (2024, 2 de junho) recuperado em 2 de junho de 2024 em https://medicalxpress.com/news/2024-05-contribution-dopamine.html
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