Una frecuencia de estimulación con dopamina fisiológicamente relevante (20 Hz) no funciona como una recompensa significativa; sin embargo, la estimulación con dopamina de alta frecuencia (50 Hz) funciona como una recompensa codificada como un evento sensorial específico. Arriba: Verificación histológica con A) expresión bilateral de ChR2 dependiente de Cre en ratas TH-Cre, B) colocalización de TH y expresión del virus se acercó a ~90 %, y C) esquema de expresión mínima y máxima del virus y colocación de fibras. Columna izquierda: esquema que ilustra el diseño de la tarea utilizando un ejemplo de contrapeso, que consistió en D) condicionamiento pavloviano, E) condicionamiento instrumental y F) la prueba PIT. Las ratas primero aprendieron que dos señales auditivas (p. ej., clic y ruido blanco) conducían a dos resultados (p. ej., estimulación con dopamina y bolitas), luego aprendieron a realizar dos presiones de palanca que conducían a los dos resultados. Finalmente, a las ratas se les presentaron las dos señales auditivas y se les dio la oportunidad de presionar cualquiera de las palancas, sin respuesta de recompensa. Columna central: G) Las ratas en el grupo de 20 Hz (n = 6) mostraron un aumento en las entradas del puerto de alimento durante el estímulo con pellets emparejados, pero no con el estímulo emparejado con dopamina. Estas ratas mostraron aumentos equivalentes en la actividad locomotora al aprender ambos estímulos. H) Durante el acondicionamiento instrumental, donde las ratas aprendieron a presionar la palanca para los dos resultados, las ratas en el grupo de 20 Hz mostraron respuestas robustas al presionar la palanca para los gránulos, pero no para la estimulación con dopamina. I) En la prueba PIT final, cuando se presenta la señal del par de perdigones, estas ratas mostraron elevaciones significativas en la respuesta a la palanca del par de perdigones, lo que indica PIT específico. Sin embargo, no mostraron PIT para la señal emparejada con dopamina. Columna derecha: J) Las ratas en el grupo de 50 Hz (n=5) mostraron aumentos en las entradas de los puertos de alimentación durante el estímulo con pellets emparejados, pero no con el estímulo con dopamina emparejada. Los aumentos en la actividad locomotora a lo largo del aprendizaje fueron similares tanto para el estímulo de dopamina como para el de pellets. K) Durante el entrenamiento instrumental, el grupo de 50 Hz mostró una fuerte presión de la palanca tanto para la estimulación con dopamina como para los gránulos. L) En la prueba PIT final, los estímulos emparejados con dopamina y gránulos produjeron PIT específico robusto. Barras de error =SEM. Crédito: Millard et al.
El neurotransmisor dopamina a menudo se ha relacionado con conductas de búsqueda de placer y hace que los estímulos combinados con recompensas (p. ej., comida, bebida) sean valiosos. Sin embargo, los procesos a través de los cuales este mensajero químico clave contribuye al aprendizaje aún no se han dilucidado por completo.
Investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles, la Universidad de Sydney y la Universidad Estatal de Nueva Jersey llevaron a cabo recientemente un estudio destinado a comprender mejor cómo las neuronas dopaminérgicas (es decir, las células cerebrales que apoyan la producción de dopamina) apoyan el aprendizaje basado en recompensas. Sus hallazgos, publicado en Neurociencia de la naturalezasugieren que en lugar de representar el valor atribuido a diferentes estímulos, estas neuronas contribuyen a la formación de nuevas asociaciones mentales entre estímulos y recompensa (u otros estímulos neutrales), que nos ayudan a formar mapas cognitivos de nuestro entorno.
«Nuestra investigación reciente ha demostrado que la activación de las neuronas de dopamina actúa como una señal de enseñanza del cerebro», dijo a Medical Xpress Melissa Sharpe, coautora del artículo. «Esto ocurre cada vez que sucede algo nuevo o destacado, lo que nos ayuda a aprender a asociar eventos para crear un nuevo recuerdo. Fundamentalmente, hemos demostrado que las neuronas de dopamina hacen esto sin hacer que las cosas sean ‘valiosas’ o ‘buenas’ en sí mismas».
Este trabajo está en desacuerdo con estudios anteriores que han definido la dopamina como el neurotransmisor que produce «felicidad» o «placer». Sin embargo, si las neuronas dopaminérgicas no transportan señales de valor, no deberían poder atribuir cualidades positivas o placenteras a experiencias o acciones específicas.
«Nos preguntábamos, si las neuronas de dopamina no transportan una señal de valor, entonces ¿cómo apoyan la autoestimulación intracraneal, lo que sugiere que las neuronas de dopamina transportan una señal de valor?» Explicó el Dr. Sharpe. «Nuestros experimentos tenían como objetivo responder a la pregunta: si las neuronas dopaminérgicas realmente tienen valor en el contexto de la autoestimulación intracraneal, ¿cuál es la representación cognitiva que permite [them] para hacerlo?»
Para responder a esta pregunta de investigación, la Dra. Sharpe y sus colegas llevaron a cabo una serie de experimentos con ratas. Durante estos experimentos, emplearon un procedimiento de transferencia pavloviano a instrumental, una conocida prueba experimental diseñada para dilucidar las representaciones cognitivas que impulsan el comportamiento animal o humano.
«Enseñamos a las ratas que una señal (p. ej., un tono o clic) conduce a un resultado particular (p. ej., estimulación con dopamina o una pastilla de comida)», dijo el Dr. Sharpe. «Entonces, cuando se reproduce el tono o el clic, se produce uno de estos resultados (por ejemplo, tono -> estimulación de dopamina). Luego, les enseñamos que pueden obtener estos resultados presionando una de dos palancas. Si el tono les hace pensar del resultado ‘específico’ con el que se combinó (por ejemplo, estimulación de dopamina), aumentarán selectivamente la presión de la palanca asociada con la estimulación de dopamina (y no la comida)».
Los experimentos realizados por la Dra. Sharpe y sus colegas arrojaron varios hallazgos interesantes. En primer lugar, los investigadores descubrieron que una tasa de activación fisiológica de las neuronas de dopamina no apoyaba la autoestimulación intracraneal de una manera que sugeriría que las neuronas de dopamina transportan una señal de valor.
Sin embargo, observaron que si hacían que las neuronas dopaminérgicas se activaran por encima de esta tasa fisiológica, la activación de estas neuronas podría funcionar como un objetivo sensorial específico hacia el cual los animales exhibirían un comportamiento. Es decir, la alta frecuencia de activación de las neuronas dopaminérgicas podría funcionar como una recompensa que, en última instancia, llevó a las ratas a participar en conductas de búsqueda de placer asociadas con el llamado efecto de transferencia pavloviano a instrumental.
«Esto sugiere que cuando las neuronas de dopamina se activan en la vida cotidiana, no hacen que las cosas sean valiosas», explicó el Dr. Sharpe. «En cambio, funcionan para ayudarnos a formar nuevos recuerdos o cómo se relacionan las cosas en nuestro entorno. En el caso de que las neuronas de dopamina se activen más de lo que deberían (por ejemplo, cuando se toman drogas de abuso), esto puede estar codificado en el cerebro. como un evento gratificante que nos hace más propensos a buscar drogas en el futuro».
En general, este estudio reciente realizado por la Dra. Sharpe y sus colegas podría contribuir en gran medida a la comprensión de la dopamina y su papel en el aprendizaje basado en recompensas (es decir, refuerzo). En particular, sus hallazgos sugieren que las neuronas dopaminérgicas no transmiten señales de valor que atribuyen placer o felicidad a los estímulos del entorno. En el futuro, podrían allanar el camino para experimentos adicionales destinados a validar aún más los hallazgos del equipo o examinar la contribución única de circuitos neuronales productores de dopamina específicos.
«Nuestro equipo ahora está interesado en cómo los diferentes circuitos de dopamina contribuyen a los diferentes tipos de aprendizaje y cómo esto nos ayuda a crear una representación compleja pero unificada de nuestro entorno», añadió el Dr. Sharpe.
Más información:
Samuel J. Millard et al, Las representaciones cognitivas de la autoestimulación intracraneal de las neuronas dopaminérgicas del mesencéfalo dependen de la frecuencia de estimulación, Neurociencia de la naturaleza (2024). DOI: 10.1038/s41593-024-01643-1
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Citación: Estudio arroja nueva luz sobre la contribución de la dopamina al aprendizaje por refuerzo (2 de junio de 2024) obtenido el 2 de junio de 2024 de https://medicalxpress.com/news/2024-05-contribution-dopamine.html
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