Dlaczego radość sprawia, że poruszamy się szybciej? Kluczową rolę odgrywa dopamina

Nowe badania przeprowadzone przez inżynierów z University of Colorado Boulder próbują wyjaśnić, dlaczego – jak mówi popularne powiedzenie – kiedy jesteśmy szczęśliwi, pojawia się „sprężystość w kroku”.

Wyniki wskazują na centralną rolę dopaminy – neuroprzekaźnika związanego z układem nagrody – który wydaje się wpływać na zwiększenie szybkości ruchów, gdy człowiek oczekuje czegoś pożądanego. Odkrycia te mogą w przyszłości pomóc naukowcom lepiej zrozumieć, a nawet diagnozować różne choroby neurologiczne i psychiatryczne, w tym chorobę Parkinsona oraz depresję.

„Z perspektywy anegdotycznej wszyscy czujemy, że to prawda” – powiedziała główna autorka pracy, Alaa Ahmed, profesor w Paul M. Rady Department of Mechanical Engineering na University of Colorado Boulder. „Kiedy jedziemy na lotnisko odebrać rodziców, często biegniemy, żeby ich przywitać. Jeśli jednak odbieramy współpracownika, najprawdopodobniej po prostu podejdziemy do niego spokojnym krokiem”.

W nowym badaniu Ahmed oraz Colin Korbisch, były doktorant tej uczelni, postanowili przeanalizować neuronalne mechanizmy kontrolujące tego typu zachowania.

Badacze zaprojektowali prosty eksperyment. Poprosili uczestników, aby wykonywali ruchy „sięgania” do celu wyświetlanego na ekranie komputera przy użyciu urządzenia przypominającego joystick. Trafienie w cel wiązało się z nagrodą – w tym przypadku był to błysk światła oraz sygnał dźwiękowy.

Zespół odkrył, że to, czy nagroda przekraczała oczekiwania uczestników, czy też ich nie spełniała, wpływało na sposób wykonywania ruchu. W niektórych sytuacjach uczestnicy wykonywali ruchy z wyraźnie większą energią i szybkością.

Zaobserwowane wzorce były zgodne z dotychczasową wiedzą dotyczącą funkcjonowania neuronów dopaminergicznych – komórek nerwowych uwalniających dopaminę, które regulują bardzo szerokie spektrum zachowań człowieka.

Wyniki badań opublikowano 27 lutego w czasopiśmie Science Advances.

„Ruch jest swego rodzaju oknem do umysłu” – powiedział Korbisch. „Zazwyczaj nie mamy możliwości bezpośredniego obserwowania aktywności neuronów dopaminergicznych w mózgu, ale sposób poruszania się może odzwierciedlać te obliczenia neuronalne, które są niezwykle trudne do uchwycenia”.

Dopamina i uczenie się nagrody

Od wielu dekad wiadomo, że dopamina odgrywa kluczową rolę w procesach uczenia się u zwierząt.

W latach 90. XX wieku neurobiolog Wolfram Schultz przeprowadził przełomowe badania nad aktywnością dopaminergiczną u naczelnych.

W jego eksperymentach małpy uczono oczekiwania nagrody – na przykład kropli soku jabłkowego – po usłyszeniu dźwięku dzwonka. Po pewnym czasie już sam dźwięk dzwonka wywoływał wzrost aktywności dopaminergicznej w mózgu zwierząt, jeszcze zanim otrzymały one nagrodę.

Jeśli jednak małpy słyszały dzwonek, ale nie otrzymywały soku, w mózgu pojawiał się charakterystyczny wzorzec reakcji: początkowy wzrost aktywności dopaminy był następnie zastępowany jej spadkiem, odzwierciedlającym rozczarowanie.

Zjawisko to określa się mianem „błędu predykcji nagrody” (reward prediction error). W uproszczeniu oznacza ono mechanizm, dzięki któremu mózg uczy się, które działania są warte podejmowania, a które można zignorować.

Czy dopamina wpływa również na sposób poruszania się?

W nowym badaniu Ahmed i Korbisch postanowili sprawdzić, czy podobne mechanizmy mogą wpływać również na dynamikę ruchów człowieka.

Badacze mieli ku temu powody. Jak wyjaśnia Ahmed, u osób z chorobą Parkinsona dochodzi do utraty wielu neuronów dopaminergicznych w mózgu, co wiąże się z poważnymi zaburzeniami ruchu.

Aby zbadać zależność między dopaminą a ruchem, uczestnicy eksperymentu wykonywali ruchy joystickiem w kierunku jednego z czterech celów umieszczonych w rogach ekranu. Jeden z celów zawsze zapewniał nagrodę, drugi nigdy jej nie dawał, natomiast dwa pozostałe miały prawdopodobieństwo nagrody pośrednie między tymi skrajnymi przypadkami.

Zgodnie z oczekiwaniami uczestnicy wykonywali ruchy szybciej w kierunku tych celów, które częściej prowadziły do nagrody.

Jednak badacze zaobserwowali również zaskakujące zjawisko. Jeśli uczestnik kierował ruch w stronę celu, który rzadko dawał nagrodę, a mimo to ją otrzymywał, jego ruch nagle przyspieszał – nawet już po otrzymaniu nagrody.

Ten wzrost dynamiki ruchu pojawiał się zaledwie około 220 milisekund po usłyszeniu sygnału dźwiękowego. Efekt był subtelny i niewidoczny gołym okiem, jednak pomiary wykazały wyraźne zwiększenie energii ruchu.

Zaskoczenie jako impuls do działania

Badacze nie są w stanie jednoznacznie wskazać dokładnego mechanizmu stojącego za tym nagłym wzrostem energii ruchowej. Ahmed i Korbisch przypuszczają jednak, że uczestnicy mogli doświadczać drugiego wyrzutu dopaminy, wywołanego niespodziewaną nagrodą.

W sytuacjach, w których uczestnicy byli pewni otrzymania nagrody, taki drugi wzrost aktywności dopaminergicznej nie był obserwowany.

„Co istotne, efekt ten nie był związany wyłącznie z samym otrzymaniem nagrody” – podkreślił Korbisch. „Jeśli wynik był dla uczestnika całkowicie przewidywalny, nie obserwowaliśmy dodatkowego wzrostu dynamiki ruchu”.

Znaczenie miały również wcześniejsze doświadczenia uczestników. Jeśli otrzymywali oni serię nagród z rzędu, ich ruchy stawały się ogólnie szybsze. Natomiast dłuższa seria niepowodzeń powodowała spowolnienie ruchów.

Ruch jako potencjalny biomarker stanu zdrowia

Ahmed zauważa, że wiele chorób wpływa na sposób poruszania się człowieka. Na przykład osoby cierpiące na depresję często poruszają się wolniej niż osoby zdrowe.

Badaczka sugeruje, że w przyszłości analiza wzorców ruchu może stać się narzędziem wspierającym diagnostykę i monitorowanie stanu zdrowia. Długoterminowa obserwacja zmian w dynamice ruchu – na przestrzeni miesięcy lub lat – mogłaby dostarczyć lekarzom cennych informacji o stanie układu nerwowego pacjenta.

„Jeśli masz dobry dzień, poruszasz się szybciej. Jeśli masz zły dzień, twoje ruchy stają się wolniejsze” – powiedziała Ahmed. „To właśnie ta sprężystość w kroku”.

Źródło: Science Advances, Rapid Dopaminergic Signatures in Movement: Reach Vigor Reflects Reward Prediction Error and Learned Expectation
DOI: http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.adz9361