新しい研究で、ウェイクフォレスト大学医学部（WFUSM）の研究者らは、精神疾患と神経疾患におけるドーパミンシグナル伝達の違いをより深く理解するのに役立つ可能性のある、脳の意思決定メカニズムに関する重要な情報を明らかにした。この研究は、3人の脳の奥深くにあるドーパミン調節をリアルタイムでマッピングした初めての研究であり、報酬の認識と間違いからの学習における脳の神経伝達物質の重要な役割を明らかにした。
「これまでの研究では、動物が『ご褒美』（場合によっては『罰』）の経験からどのように学習するかにおいてドーパミンが重要な役割を果たしていることが示されています」とWFUSMの生理学、薬理学、神経外科准教授のケネス・T・岸田博士は述べた。 「しかし、人間の脳におけるドーパミンの急速な効果を直接評価した人はほとんどいません。これは、ドーパミンが報酬と罰をどのようにエンコードするか、そしてドーパミンが今日の最先端の人工知能研究で使用される「最良の」教育信号を反映しているかどうかについて、人間を対象とした最初の研究です。」
この研究では、研究者らは高速スキャン サイクリック ボルタンメトリーと機械学習を組み合わせてドーパミン レベルをリアルタイムで測定しました。これは侵襲的処置中にのみ行うことができるため、この治療（本態性振戦に対する脳深部刺激療法）を受ける予定の患者3人が研究に含まれた。
研究者らは、意思決定、習慣形成、報酬に関与する脳の領域である線条体のドーパミンを監視するために、炭素繊維微小電極を参加者の脳の奥深くに挿入した。
次に、参加者は、ペナルティを最小限に抑えながら報酬を最大化する選択をすることを経験を通じて学ぶ必要がある、3 つのフェーズからなる単純なコンピューター ゲームをプレイするように求められました。プレイヤーが正しい決定を下した場合、プレイヤーにはリアルマネーが与えられます。間違った決定をすると、ペナルティとしてお金を失います。ゲームのさまざまな段階で、各参加者のドーパミンが 100 ミリ秒ごとに測定されました。
彼らが発見したことは予想外だった。ドーパミン経路は私たちが考えていたよりもはるかに多く、複雑である可能性があり、勝ちと同様に負けの処理においても同様に重要な役割を果たしている。そして、これらの経路は異なる時間スケールで動作します。
「ドーパミンは、脳内でポジティブな経験とネガティブな経験を信号で伝える役割を果たすだけでなく、それらの結果から学ぼうとするときに最適な方法でそうするようであることがわかりました」と岸田氏は述べた。 「また興味深いのは、脳内に別々の経路が存在し、報酬と罰の経験にドーパミン系を別々に関与させることができるようだということです。私たちの結果は、これら 2 つの経路がわずか 200 ～ 400 ミリ秒の間隔で、わずかに異なる時間スケールで報酬と罰の経験をコード化している可能性があるという驚くべき結果を明らかにしました。」
この研究は、ドーパミンが私たちが良い経験や悪い経験からどのように学習するかにおいて重要な要素であり、脳が行動を調整し、前向きな結果に関連する選択をするのを助けていることを示しています。
「伝統的に、ドーパミンは『幸せな神経伝達物質』と呼ばれることが多いです」と岸田氏は言う。 「しかし、私たちの研究は、これがドーパミンには当てはまらないという証拠を提供しています。代わりに、ドーパミンは、私たちの脳に教え、行動を導く複雑なシステムの重要な構成要素です。ドーパミンは、私たちの脳に懲罰的な経験について教えることにも関与しています。これは、新しい研究の方向性を提供し、うつ病、依存症、および関連する精神障害や神経障害の根底にあるメカニズムをより深く理解するのに役立つ可能性のある重要な発見です。」
この研究は、Science Advances誌に掲載されました。