Dopamina zajmuje szczególne miejsce wśród neurotransmiterów. Na przełomie dziesiątek lat badania udowodniły jej kilka istotnych funkcji, m.in. w usprawnieniu procesów uczenia się, we wzroście motywacji i wydajności ruchowej. Pojawia się pytanie, jak to możliwe, że jeden neuroprzekaźnik może odgrywać kluczową rolę w tak wielu niezależnych procesach. Wyjaśnienie tych oddziaływań to prawdziwe wyzwanie, gdyż mózgi ludzi i innych ssaków posiadają różne rodzaje neuronów dopaminergicznych zaangażowanych w wysoce złożone szlaki neuronowe.
Badanie przeprowadzone przez zespół Vanessy Ruty z Rockefeller University spróbował zbadać to zagadnienie, biorąc pod lupę proste struktury mózgowe – mózgi muszek owocówek. Podobnie jak u ludzi, neurony dopaminergiczne Drosophila są zaangażowane w procesy uczenia się, pomagając kojarzyć zapachy z konkretnymi obiektami. Zespół naukowców badał wpływ aktywności neuronów dopaminergicznych na zachowanie owadów w odpowiedzi na bodziec węchowy. Badacze umieścili owady w odizolowanym środowisku, do którego wprowadzali strumień powietrza zawierający substancje zapachowe. Aktywność mózgów muszek była monitorowana za pomocą mikroskopu. Obserwowano częstotliwość ruchów Drosophila na powierzchni specjalnej bieżni przypominającej piłkę. Kiedy wprowadzano zapach atrakcyjny dla owadów, np. ocet jabłkowy zawierający cukier, muszka przemieszczała się w kierunku jego źródła.
Naukowcy sprawdzali, jak aktywność neuronów dopaminergicznych wpływa na zachowanie muszek owocowych. Odkryli, że ponowne pojawienie się danego bodźca zapachowego powodowało, że owady poruszały się z tą samą intensywnością jak przy pierwotnym pojawieniu się zapachu. Jednak miało to miejsce tylko wtedy, kiedy owady celowo przemieszczały się w kierunku źródła woni. Pobudzenie neuronów dopaminergicznych nie miało wpływu na aktywność motoryczną owadów w wypadku, gdy poruszały się bez konkretnego celu.
Naukowcy monitorowali także reakcję Drosophila na sygnał węchowy podczas pobudzania lub wygaszania ich neuronów dopaminergicznych. Kiedy neurony te nie pracowały, muszki znacznie rzadziej podejmowały próbę śledzenia zapachu, nawet jeśli odczuwały głód. Co ciekawe, aktywacja tych komórek sprawiała, że owady podążały za źródłem zapachu mimo tego, że wcześniej zostały nakarmione.
Wyniki dowodzą, że aktywność neuronów dopaminergicznych jest u Drosophila powiązana nie tylko z zapamiętywaniem wzorców ruchowych, ale także z motywacją do działania w odpowiedzi na bodziec węchowy. To oznacza, że dopamina, odpowiedzialna za uczenie się, powoduje też wzmocnienie wyuczonej odpowiedzi na dany sygnał w przypadku, gdy ten wystąpi ponownie.
„To świadczy o silnej zależności pomiędzy uczeniem się i motywacją, dwoma różnymi aspektami działania dopaminy” – mówi Vanessa Ruta.
Wyniki tych badań pokazują, że dopamina działa dwutorowo. Zwiększa chęć do działania w danym momencie, ale też odpowiada za intensyfikację zapamiętanej reakcji na dany bodziec. Następnym krokiem jest zrozumienie, w jaki sposób kodowana jest informacja o wyrzucie dopaminy w danym momencie. Prawdopodobnie uczenie się jest znacznie bardziej dynamicznym procesem, niż dotąd myślano.
