Miten dopamiinin nousu vaikuttaa aivoihin?

Dopamiinipiikit vaikuttavat elävien olentojen käyttäytymiseen laajentamalla sen monimuotoisuutta ja tekemällä siitä tottumuksellisempaa.

Aikuinen ajattelee ja suunnittelee suurimman osan toimistaan etukäteen: hän tietää, mitä hän haluaa ja mitä muut vaativat häneltä, ja tekee suunnitelman seuraavista askeleistaan. Tämä pätee sekä monimutkaisten matemaattisten ongelmien ratkaisemiseen että illallisen ostamiseen. Lisäksi teot toimivat usein reaktiona johonkin: esimerkiksi ulkona on kylmä – ihminen pukee takin päälle, vesi kiehuu kattilassa – laskee lämpöä tai sammuttaa hellan.

Edellä mainittujen lisäksi spontaaneja toimia esiintyy usein: opiskelija pureskelee kynää tehdessään koetta, opiskelija naputtaa sormiaan pöydän pintaan miettiessään vastausta, katsoja puristaa nyrkkiään tai hampaitaan katsoessaan elokuvaa ja niin edelleen. Tällaiset spontaanit tilanteet ovat yhtä yleisiä kuin suunnitellut tilanteet. Jotkut spontaanit käyttäytymismallit toistuvat ja niistä tulee ajan myötä tapoja.

On jo pitkään todistettu, että tavat muodostuvat tiettyjen hermoston keskusten, erityisesti aivojuovion dorsolateraalisen osan, vaikutuksesta. Tämän alueen neuronit aktivoituvat, kun on tarpeen tarkentaa tai säätää tapaa muodostavien toimintojen järjestystä. Tällaisia prosesseja tukee amygdala ja sen ylempi lateraalinen osa. Vahvistusmekanismin keskukset käyttävät dopamiinia eräänlaisena välittäjänä. Äskettäin tutkijat päättivät selvittää, onko dopamiinilla muita tehtäviä spontaanien toimintojen käynnistämisessä.

Koe tehtiin jyrsijöillä, jotka vaeltelivat päämäärättömästi pimeässä huoneessa. Jyrsijöiden aivoihin syntetisoitiin proteiini, joka hehku, kun dopamiinia annettiin: valo kaapattiin sisäänrakennetulla kuituoptisella laitteella. Kaikki rottien toiminnot tallennettiin videokameralla.

Jyrsijöiden dopamiinitasot vaihtelivat jatkuvasti vaihtelevalla intensiteetillä. Pienellä dopamiinitason nousulla rotat hyppäsivät hieman, mutta pysyivät yleisesti ottaen rauhallisina. Voimakkaalla dopamiinipiikillä jyrsijöiden käyttäytyminen muuttui dramaattisesti: siitä tuli spontaania ja vaihtelevaa. Rotat nousivat jaloilleen, pyörittelivät päätään, liikkuivat kaoottisesti jne. Mielenkiintoista on, että tällaiset spontaanit liikkeet toistuivat useita minuutteja piikin päättymisen jälkeen. Dopamiinin nousu siis stimuloi eläintä satunnaisiin toimiin, minkä jälkeen se toimi vakiintuvalla tavalla, ikään kuin kehittäen tavan. Jyrsijöiden avulla esimerkkinä voitiin osoittaa, miten dopamiinin vaikutus hermosolujen ja hermosolujen tasolla heijastuu käyttäytymiseen.

Kävi ilmi, että dopamiini muuttaa käyttäytymistä kohti spontaania monimuotoisuutta ja samanaikaisesti korjaa kyseisen monimuotoisuuden yksittäisiä elementtejä toimimalla eri suuntiin.

Tulokset on julkaistu Nature-lehden sivuilla.