O sistema de recompensas a longo prazo do cérebro depende da dopamina
5 de agosto de 2013
Brett Smith para redOrbit.com - seu universo em linha
De dirigir por todo o país até se formar na faculdade, os objetivos de longo prazo são muitas vezes difíceis de manter o foco quando uma recompensa imediata não está à vista.
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Washington em Seattle e do MIT descobriu recentemente novos detalhes sobre como o cérebro é capaz de permanecer focado até que essas metas de longo prazo sejam alcançadas, de acordo com um relatório publicado na revista Nature.
A pesquisa da equipe conjunta se baseia em estudos anteriores que ligaram o neurotransmissor dopamina ao sistema de recompensa do cérebro. Enquanto a maioria dos estudos anteriores envolvia olhar para a dopamina em relação a uma recompensa imediata, o novo estudo descobriu níveis crescentes de dopamina, à medida que os ratos de laboratório se aproximavam de uma recompensa esperada após a gratificação tardia.
Para medir os níveis de dopamina no cérebro dos ratos, a equipe usou um sistema desenvolvido pelo cientista comportamental da UW, Paul Phillips, chamado voltametria cíclica de varredura rápida (FSCV) que envolve pequenos eletrodos implantados que registram continuamente a concentração de dopamina, procurando por sua assinatura eletroquímica.
"Nós adaptamos o método FSCV para que pudéssemos medir a dopamina em até quatro locais diferentes no cérebro simultaneamente, enquanto os animais se moviam livremente pelo labirinto", disse o co-autor Mark Howe, atualmente um neurobiólogo de pós-doutorado na Northwestern University. "Cada sonda mede a concentração de dopamina extracelular dentro de um pequeno volume de tecido cerebral e provavelmente reflete a atividade de milhares de terminais nervosos".
Os cientistas começaram treinando ratos para encontrar seu caminho através de um labirinto em busca de uma recompensa. Durante a corrida de cada rato através do labirinto, um som soaria instruindo-o a virar à direita ou à esquerda em um cruzamento em busca de uma recompensa de leite com chocolate.
A equipe de pesquisa disse que eles esperavam ver pulsos de dopamina sendo liberados pelo cérebro dos ratos em intervalos periódicos durante os testes. No entanto, eles descobriram que os níveis do neurotransmissor aumentaram constantemente durante o experimento - culminando em um nível de pico quando o roedor se aproximava de sua recompensa. Enquanto o comportamento dos ratos durante cada tentativa variou, os níveis de dopamina aumentaram de forma confiável, apesar da velocidade de corrida ou da probabilidade de recompensa.
"Em vez disso, o sinal de dopamina parece refletir a que distância o rato está do seu objetivo", disse Ann Graybiel, que dirige um laboratório de pesquisa do cérebro no MIT. "Quanto mais perto fica, mais forte o sinal se torna."
A equipe também descobriu que a magnitude do sinal da dopamina estava associada ao tamanho da recompensa esperada. Quando os ratos foram condicionados a esperar uma porção maior de leite achocolatado, seus níveis de dopamina subiram mais rapidamente para um pico mais alto.
Os pesquisadores variaram o experimento estendendo o labirinto até uma forma mais complexa que fez os ratos correrem mais longe e fazerem curvas adicionais para alcançar o prêmio. Durante esses testes mais longos, o sinal da dopamina aumentou mais gradualmente, mas finalmente atingiu o mesmo nível do labirinto anterior.
"É como se o animal estivesse ajustando suas expectativas, sabendo que precisava ir mais longe", disse Graybiel.
Ela sugeriu que estudos futuros deveriam investigar esse mesmo fenômeno em humanos.
"Eu ficaria chocado se algo semelhante não estivesse acontecendo em nossos próprios cérebros", disse Graybiel.
Pesquisa revela como o cérebro mantém os olhos no prêmio
Seg, 08/05/2013 - 10:15
McGovern Institute for Brain Research
"Já estamos lá?"
Como qualquer pessoa que viajou com crianças pequenas sabe que manter o foco em metas distantes pode ser um desafio. Um novo estudo do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) sugere como o cérebro alcança essa tarefa e indica que o neurotransmissor dopamina pode sinalizar o valor das recompensas a longo prazo. As descobertas também podem explicar por que os pacientes com doença de Parkinson - nos quais a sinalização da dopamina é prejudicada - muitas vezes têm dificuldade em manter a motivação para concluir as tarefas.
O trabalho é descrito na natureza.
Estudos anteriores ligaram a dopamina a recompensas e mostraram que os neurônios da dopamina mostram breves explosões de atividade quando os animais recebem uma recompensa inesperada. Acredita-se que esses sinais de dopamina sejam importantes para o aprendizado por reforço, o processo pelo qual um animal aprende a realizar ações que levam à recompensa.
Tomando a visão de longo prazo
Na maioria dos estudos, essa recompensa foi entregue em poucos segundos. Na vida real, porém, a gratificação nem sempre é imediata: os animais devem viajar frequentemente em busca de alimento e devem manter a motivação para um objetivo distante, ao mesmo tempo em que respondem a sugestões mais imediatas. O mesmo é verdadeiro para os seres humanos: um motorista em uma longa viagem deve permanecer focado em alcançar um destino final ao mesmo tempo em que reage ao tráfego, parando para lanches e entretendo as crianças no banco de trás.
A equipe do MIT, liderada pelo Instituto Professor Ann Graybiel - que também é um investigador do McGovern Institute for Brain Research do MIT - decidiu estudar como as mudanças de dopamina durante uma tarefa de labirinto aproximam o trabalho para gratificação atrasada. Os pesquisadores treinaram ratos para navegar em um labirinto para alcançar uma recompensa. Durante cada tentativa, um rato ouvia um tom instruindo-o a virar à direita ou à esquerda em um cruzamento para encontrar uma recompensa de leite com chocolate.
Em vez de simplesmente medir a atividade de neurônios contendo dopamina, os pesquisadores do MIT queriam medir a quantidade de dopamina liberada no corpo estriado, uma estrutura cerebral conhecida por ser importante no aprendizado por reforço. Eles se uniram com Paul Phillips da Univ. de Washington, que desenvolveu uma tecnologia chamada voltametria cíclica de varredura rápida (FSCV) na qual minúsculos eletrodos de fibra de carbono implantados permitem medições contínuas da concentração de dopamina com base em suas impressões digitais eletroquímicas.
"Nós adaptamos o método FSCV para que pudéssemos medir a dopamina em até quatro locais diferentes no cérebro simultaneamente, enquanto os animais se moviam livremente pelo labirinto", explica o primeiro autor Mark Howe, um ex-aluno de pós-graduação de Graybiel que agora é pós-doutorado em o Departamento de Neurobiologia da Universidade Northwestern. "Cada sonda mede a concentração de dopamina extracelular dentro de um pequeno volume de tecido cerebral e provavelmente reflete a atividade de milhares de terminais nervosos".
Aumento gradual da dopamina
Do trabalho anterior, os pesquisadores esperavam que pudessem ver pulsos de dopamina liberados em diferentes momentos do teste, "mas na verdade encontramos algo muito mais surpreendente", diz Graybiel: O nível de dopamina aumentou de forma constante ao longo de cada tentativa, atingindo o pico. animal aproximou seu objetivo - como se antecipando uma recompensa.
O comportamento dos ratos variou de julgamento a julgamento - algumas corridas foram mais rápidas do que outras e, algumas vezes, os animais pararam por um breve período -, mas o sinal da dopamina não variou com a velocidade de corrida ou com a duração da prova. Nem dependia da probabilidade de obter uma recompensa, algo sugerido por estudos anteriores.
"Em vez disso, o sinal de dopamina parece refletir a que distância o rato está do seu objetivo", explica Graybiel. "Quanto mais perto fica, mais forte o sinal se torna." Os pesquisadores também descobriram que o tamanho do sinal estava relacionado ao tamanho da recompensa esperada: quando os ratos foram treinados para antecipar um maior gole de leite com chocolate, o sinal de dopamina aumentou mais íngreme para uma maior concentração final.
Em algumas tentativas, o labirinto em forma de T foi estendido para uma forma mais complexa, exigindo que os animais corressem mais e fizessem curvas extras antes de alcançar uma recompensa. Durante esses testes, o sinal da dopamina aumentou gradualmente, chegando ao mesmo nível do labirinto mais curto. "É como se o animal estivesse ajustando suas expectativas, sabendo que ainda tinha que ir", diz Graybiel.
Um 'sistema de orientação interna'
"Isso significa que os níveis de dopamina poderiam ser usados para ajudar um animal a fazer escolhas no caminho para a meta e estimar a distância até a meta", diz Terrence Sejnowski, do Instituto Salk, um neurocientista computacional que está familiarizado com as descobertas, mas que não estava envolvido com o estudo. "Esse 'sistema de orientação interna' também pode ser útil para os seres humanos, que também precisam fazer escolhas ao longo do caminho para o que pode ser um objetivo distante".
Uma questão que Graybiel espera examinar em pesquisas futuras é como o sinal surge dentro do cérebro. Ratos e outros animais formam mapas cognitivos de seu ambiente espacial, com as chamadas “células de lugar” que estão ativas quando o animal está em um local específico. "Como nossos ratos correm o labirinto repetidamente", diz ela, "nós suspeitamos que eles aprendem a associar cada ponto no labirinto com a sua distância da recompensa que eles experimentaram em corridas anteriores."
Quanto à relevância desta pesquisa para os seres humanos, Graybiel diz: "Eu ficaria chocado se algo semelhante não estivesse acontecendo em nossos próprios cérebros". Sabe-se que os pacientes de Parkinson, nos quais a sinalização de dopamina está prejudicada, muitas vezes parecem ser apáticos, e ter dificuldade em manter a motivação para concluir uma tarefa longa. "Talvez seja porque eles não podem produzir este sinal de dopamina de rampa lenta", diz Graybiel.
Fonte: Instituto de Tecnologia de Massachusetts
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