Zwierzęta mają swoje ulubione smaki i zapachy. W kwestii smaku ich gusta są dosyć zbieżne: przyciągają je cukier i tłuszcz, a odrzuca gorycz. W przypadku zapachów do najatrakcyjniejszych należą te wydobywające się ze świeżego jedzenia. Woń zepsutego jedzenia stanowi zaś sygnał, który zwierzęta odczytują jako “uwaga, niebezpieczeństwo!” Aby móc dokonywać rozróżnień tego typu, mózg potrzebuje neuronów sygnalizujących, co jest lubiane, a co nie. Układ dopaminergiczny, lepiej znany jako układ nagrody, odgrywa istotną rolę w tej sygnalizacji. Dopamina jest neuroprzekaźnikiem intensywnie badanym zarówno u ludzi, jak i u innych zwierząt. Jest ona zaangażowana w działanie funkcji poznawczych organizmu: motywację, uczenie się, zachowania celowe oraz podejmowanie decyzji. Wpływa także na fizjologiczne aspekty funkcjonowania: kontrolę ruchu, reprodukcję czy trawienie.
Aby lepiej poznać własności neuronów dopaminergicznych, niezbędne są eksperymenty in vivo, czyli przeprowadzane na żywych organizmach. Ilona Grunwald Kadow, profesor katedry Neuronalnej Kontroli Metabolizmu na Uniwersytecie w Weihenstephan, prowadzi takie badania w swoim laboratorium. Wykorzystuje do nich powszechnie spotykane muszki owocowe gatunku Drosophila melanogaster. Zwierzęta te są dość często wykorzystywane do badań neuronaukowych. Jest to spowodowane faktem, iż układ nerwowy tego gatunku insektów jest dużo prostszy niż ludzki, a przy tym relatywnie dobrze poznany. Dzięki temu, wykorzystując metody genetyki molekularnej, naukowcy mogą niemalże dowolnie włączać, wyłączać lub modyfikować jego elementy.
Zespół prof. Grunwald Kadow przeprowadził badania, które umożliwiły zobrazowanie wzorców aktywności neuronów dopaminergicznych w różnych sytuacjach. Muszki były wystawiane na działanie zarówno atrakcyjnych, jak i odrzucających zapachów. Naukowcy manipulowali także stanem wewnętrznym muszek, przeprowadzając badanie w dwóch różnych stanach: gdy były głodne lub syte. Jednocześnie działanie mózgu rejestrowano za pomocą mikroskopowej technologii obrazowania jonów wapnia (z ang. calcium imaging) oraz stworzonej przez badaczy metody wizualizacji wyników pomiaru. Naukowcom udało się zarejestrować aktywność sieci neuronów dopaminergicznych, która odzwierciedlała indywidualne preferencje sensoryczne, fizjologiczny stan organizmu oraz to, czy znajduje się on w ruchu. Innymi słowy, aktywność tej sieci była modulowana przez stany wewnętrzne organizmu. Dla przykładu – sygnał dopaminergiczny u najedzonego owada w odpowiedzi na atrakcyjny zapach był słabszy. Jeśli muszka była głodna, odpowiedź na bodziec odpowiednio zwiększała się.
“Aktywność tych neuronów jest elastyczna. Zależy ona zarówno od informacji sensorycznej – obecności smaków i zapachów w środowisku, jak i od informacji o stanie własnego organizmu. Ta zintegrowana aktywność jest niezbędna, by podejmować decyzje w nieustannie zmieniającym się otoczeniu. Zewnętrzny bodziec może mieć różne znaczenie w zależności od wewnętrznego stanu organizmu” – wyjaśnia prof. Grunwald Kadow.
Nie obyło się bez niespodzianek. Naukowcy z zaskoczeniem stwierdzili, że aktywność neuronów dopaminergicznych znacząco różni się pomiędzy osobnikami tego samego gatunku. Jednym z możliwych wyjaśnień tego fenomenu jest to, iż różnice odzwierciedlają indywidualne gusta osobników. Co więcej, naukowcy odkryli, że ruch insektów aktywował nie tylko neurony dopaminergiczne, lecz także inne rejony mózgu niezwiązane z motoryką. Stanowi to istotny punkt zaczepienia dla przyszłych badań, które sprawdzą, jaką rolę gra ruch w tworzeniu odpowiedzi na bodźce zewnętrzne.
