Nagrody w znaczący sposób kształtują zachowania ludzi i zwierząt – jest to koncepcja szeroko badana w neurologii, ale z ograniczonym zrozumieniem leżących u jej podstaw procesów neuronowych. Nowe badanie wskazało, że aktywność neuronowa o częstotliwości beta w przedniej części kory obręczy ma kluczowe znaczenie w rozpoznawaniu nagrody i podejmowaniu decyzji, co pozwala na zrozumienie i potencjalne leczenie anhedonii w depresji. Badanie to, wspierane przez inicjatywę NIH BRAIN, wprowadza potencjalny biomarker anhedonii i bada zmianę aktywności mózgu jako strategię leczenia.
W nowym badaniu zidentyfikowano aktywność częstotliwości beta w przedniej części kory obręczy mózgu jako klucz do wpływu nagród na zachowanie, łącząc ją z potencjalnymi nowymi metodami leczenia anhedonii w depresji.
Jak mogą poświadczyć rodzice, nauczyciele i właściciele zwierząt domowych, nagrody odgrywają znaczącą rolę w kształtowaniu zachowań zarówno u ludzi, jak i zwierząt. Nagrody, czy to w formie jadalnych smakołyków, prezentów, słów uznania, pochwał, sławy czy korzyści pieniężnych, służą jako pozytywne wzmocnienie powiązanych zachowań. Ta korelacja między nagrodami a przyszłymi wyborami jest od ponad stulecia ugruntowanym paradygmatem w badaniach neuronaukowych. Jednak procesy neuronowe leżące u podstaw tego zjawiska – w szczególności sposób, w jaki mózg koduje, zapamiętuje i przekłada sygnały nagrody na pożądane przyszłe zachowania – pozostają w dużej mierze nieznane.
Niedawne badanie prowadzone przez dr Sameera Shetha, profesora i wiceprzewodniczącego ds. badań na Wydziale Neurochirurgii w Baylor College of Medicine, dyrektora laboratoriów Fundacji Badań nad Neurologią Dziecięcą Gordona i Mary Cainów oraz badacza w Instytucie Badań Neurologicznych Jana i Dana Duncanów (Duncan NRI) w Texas Children’s Hospital zidentyfikowali aktywność neuronalną o częstotliwości beta w przedniej części kory obręczy (ACC) płata czołowego mózgu jako kluczową sygnaturę neuronową leżącą u podstaw procesów związanych z rozpoznawaniem nagród i określaniem późniejszych wyborów, a tym samym kształtowaniem przyszłych zachowań.
Co więcej, badanie opublikowane w Komunikacja przyrodniczadonosi, że ta sygnatura neuronowa ulega zmianie u pacjentów z depresją, co otwiera ekscytującą możliwość wykorzystania tych sygnałów neuronowych jako nowego biomarkera i potencjalnej innowacyjnej ścieżki terapii.
Anhedonia jest głównym objawem depresji i innych schorzeń psychicznych
Istoty ludzkie czerpią przyjemność poprzez różne czynności fizyczne lub umysłowe, doświadczenia zmysłowe oraz interakcje z rodziną i przyjaciółmi. Jednakże osoby cierpiące na depresję często doświadczają uczucia beznadziejności, smutku lub rozpaczy przez dłuższy czas z powodu braku zaangażowania i anhedonii – termin medyczny oznaczający utratę zdolności odczuwania radości i zadowolenia z czynności i rzeczy, które wcześniej sprawiały im przyjemność, a które ma głęboko negatywny wpływ na jakość ich życia.
Anhedonia jest również powiązana z innymi zaburzeniami psychicznymi i neurologicznymi, takimi jak schizofrenia i choroba afektywna dwubiegunowa, zaburzenia związane z nadużywaniem substancji psychoaktywnych, stany lękowe i choroba Parkinsona. Tradycyjne leki przeciwdepresyjne i standardowe metody leczenia często nie łagodzą odpowiednio tego objawu u osób z ciężką depresją oporną na leczenie i innymi schorzeniami. Lepsze zrozumienie anhedonii może pomóc w opracowaniu ukierunkowanych i skuteczniejszych metod leczenia depresji i schorzeń pokrewnych.
Odpowiedź na odchylenie nagrody jest regulowana przez aktywność beta w płacie czołowym
Aby zidentyfikować podłoże nerwowe anhedonii, Sheth i zespół zarejestrowali i przeanalizowali aktywność neuronalną czterech obszarów mózgu 15 pacjentów z padaczką oporną na leki, których poddano inwazyjnemu monitorowaniu w celu zlokalizowania strefy, z której pochodziły ich napady.
Podczas monitorowania aktywności mózgu pacjenci ci wykonywali zadanie dyskryminacji percepcyjnej zwane probabilistycznym zadaniem nagrody (PRT), dobrze potwierdzonym zadaniem behawioralnym, które obiektywnie mierzy anhedonię poprzez obserwację subtelnych zmian w zachowaniu związanych z nagrodą.
„Odkryliśmy, że nierówne przypisanie nagrody pomiędzy dwiema prawidłowymi odpowiedziami w tym zadaniu spowodowało przesunięcie reakcji w stronę częściej nagradzanego bodźca” – powiedział główny autor, dr Jiayang Xiao, który przeprowadził to badanie jako absolwent w laboratorium Sheth. „Odkryliśmy, że na podstawie opinii większość osób modyfikowała swoje kolejne odpowiedzi, aby dokonywać wyborów, które z dużym prawdopodobieństwem zostaną nagrodzone, niezależnie od tego, dokładność swoich odpowiedzi.”
Co więcej, odkryli specyficzny sygnał – oscylacje nerwowe w zakresie częstotliwości beta – pochodzący z przedniej kory obręczy (ACC) w płacie czołowym mózgu, wykazywał niezmiennie silną i dodatnią korelację z zachowaniem skłonności do nagrody i był ściśle śledzony z otrzymania nagród i ich wartości. Co więcej, odkryli, że ten konkretny obszar mózgu był zaangażowany w ocenę zarówno bodźców, jak i wyników związanych z nagrodą, potencjalnie pełniąc rolę węzła krytycznego ze wspólnym mechanizmem oceny nagrody.
„Nasze badanie zajęło się od dawna fundamentalnym pytaniem neurologii – który konkretny obszar mózgu i sygnał regulują klasyczną reakcję na tendencję do nagradzania, czego słynnym przykładem jest warunkowanie Pawłowowskie, w wyniku którego psy nauczyły się kojarzyć dźwięk dzwonka z jedzeniem” – mówi. współautor dr Benjamin Hayden, profesor neurochirurgii w Baylor.
Reakcja na nastawienie nagrody jest zmieniona u pacjentów z depresją oporną na leczenie
Następnie Sheth i jego zespół przeprowadzili PRT u czterech osób z ciężką depresją oporną na leczenie. Odkryli, że w tej grupie przetwarzanie nagród w ACC uległo zmianie. Osoby te nie wykazywały typowej reakcji behawioralnej polegającej na faworyzowaniu wyborów, które są częściej nagradzane. Obserwacja ta sugeruje brak oczekiwania zorientowanego na nagrodę i że ich wybory w mniejszym stopniu opierały się na informacjach zwrotnych na temat nagrody. Zgodnie z tą zmianą w zachowaniu skłonności do nagrody, aktywność beta w regionie ACC została zmniejszona i opóźniona u tych osób.
„W tym badaniu zidentyfikowaliśmy aktywność beta w ACC jako potencjalny biomarker anhedonii” – powiedział Sheth, również stypendysta McNair Scholar i przewodniczący Fundacji Cullen w Baylor. „Taki biomarker mógłby przynieść wiele potencjalnych korzyści, w tym poprawić diagnostykę i monitorowanie objawów u pacjentów z ciężką depresją i innymi schorzeniami psychicznymi związanymi z anhedonią. Co więcej, nasze odkrycia przedstawiają ekscytującą możliwość, że modulacja aktywności beta ACC może być skuteczną metodą leczenia anhedonii, co jest hipotezą, którą planujemy przetestować w przyszłych badaniach klinicznych”.
Postęp neurotechnologii wynikający z tych badań postępuje w tempie, które wcześniej nie było możliwe, częściowo dzięki finansowaniu przez Fundację Narodowy Instytut Zdrowia Inicjatywa dotycząca badań mózgu poprzez rozwój innowacyjnych neurotechnologii lub inicjatywa BRAIN.
„To badanie ilustruje, jak badania finansowane przez BRAIN już dziś wywierają wpływ na klinikę” – powiedział dr John Ngai, dyrektor inicjatywy NIH BRAIN. „Innowacje w gromadzeniu danych i zindywidualizowanej głębokiej stymulacji mózgu wykazane w tym badaniu mogą umożliwić nową generację precyzyjnych terapii”.
Odniesienie: „Aktywność beta w ludzkiej przedniej części kory obręczy pośredniczy w skłonnościach do nagrody” Jiayang Xiao, Joshua A. Adkinson, John Myers, Anusha B. Allawala, Raissa K. Mathura, Victoria Pirtle, Ricardo Najera, Nicole R. Provenza, Eleonora Bartoli, Andrew J. Watrous, Denise Oswalt, Ron Gadot, Adrish Anand, Ben Shofty, Sanjay J. Mathew, Wayne K. Goodman, Nader Pouratian, Xaq Pitkow, Kelly R. Bijanki, Benjamin Hayden i Sameer A. Sheth, 15 lipca 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-49600-7
Badanie to zostało wsparte przez National Institutes of Health przyznaniem nagród o numerach UH3 NS103549, K01 MH116364, R21 NS104953, UH3 NS100549 i R01 MH114854; oraz Instytut Medyczny McNair przy Fundacji Roberta i Janice McNair. Naukowcy chcieliby także podziękować Fundacji Cullen, Instytutowi Badań Neurologicznych Jana i Dana Duncanów oraz laboratoriom Fundacji Badań nad Neurologią Dziecięcą Gordona i Mary Cain w Szpitalu Dziecięcym w Teksasie.
