Codzienność człowieka to seria decyzji – tych prostych, jak wybór kierunku drogi, i bardziej złożonych, jak podejmowanie ryzyka czy ocena sytuacji zagrażającej. Naukowcy z Wydziału Medycyny Uniwersytetu Ottawa postanowili zbadać, co tak naprawdę dzieje się w naszym mózgu w trakcie podejmowania decyzji binarnych – chodzi tu o wybór pomiędzy dwiema możliwościami. Wyniki ich pracy, opublikowane w renomowanym czasopiśmie Nature Neuroscience, rzucają nowe światło na zasady działania regionu śródmózgowia, będącego źródłem serotoniny – neuroprzekaźnika kluczowego dla naszego nastroju, zachowań i przetwarzania informacji.
Dotychczas panowało przekonanie, że neurony produkujące serotoninę (5-HT) działają niezależnie od siebie. Tymczasem zespół badawczy, kierowany przez profesora Jeana-Claude’a Béïque’a, odkrył, że neurony te są rzeczywiście ze sobą bezpośrednio połączone i tworzą zorganizowane sieci. Co więcej, wykazał, że ta wewnętrzna komunikacja między neuronami wspiera specyficzne obliczenia neurologiczne, które wpływają na to, jakie decyzje podejmujemy w codziennym życiu.
Do przeprowadzenia tego innowacyjnego badania wykorzystano szereg zaawansowanych metod – od elektrofizjologii, przez obrazowanie komórek nerwowych i optogenetykę, aż po analizę zachowań. Całość dopełniły modelowanie matematyczne i symulacje komputerowe, które pozwoliły lepiej zrozumieć strukturę oraz funkcję tego systemu w mózgu ssaków.
Zasadniczym rezultatem odkrycia jest to, że system serotoninowy w mózgu nie jest tak jednorodny, jak dotąd uważano. Dr Michael Lynn, pierwszy autor badania i były członek zespołu prof. Béïque’a, podkreśla, że neurony serotoninowe można podzielić na odrębne grupy, z których każda steruje uwalnianiem serotoniny w konkretnych obszarach mózgu. Co ciekawe, w pewnych okolicznościach grupy te mogą ze sobą konkurować – „silniejsza” grupa neuronów może tłumić aktywność tej „słabszej”. To nowe spojrzenie przeczy wcześniejszemu przekonaniu o jednolitym przekazie serotoninowym i otwiera drogę do rozwoju nowych metod leczenia zaburzeń nastroju, w tym depresji.
Przełomem w badaniu było również poznanie roli bocznej części habenuli – regionu mózgu, który aktywuje się w momentach frustracji, a także odgrywa istotną rolę w depresji. Naukowcy odkryli, że to właśnie ta struktura kontroluje aktywność neuronów serotoninowych i może przetwarzać poziom odczuwanego zagrożenia, pochodzącego z otoczenia lub naszych własnych działań. Innymi słowy, to habenula pomaga nam ocenić, czy warto wkroczyć w nieznane lub ryzykowne środowisko – czy przeskoczyć przez przeszkodę, czy zrezygnować.
Jak tłumaczy prof. Béïque: „Wyobraźmy sobie sytuację: stoimy na wysokiej wieży do skoków do wody. Skaczemy czy nie? A co z ciemną, nieznaną uliczką? Wejść w nią, czy nie? Mózg musi przetworzyć dane z otoczenia i na ich podstawie podjąć prostą decyzję: idziesz albo nie idziesz.” Zespół badawczy uważa, że udało mu się zidentyfikować obwód neuronalny, który odpowiada właśnie za podejmowanie takich decyzji na poziomie biologicznym.
Przyszłość projektu to kontynuacja badań z użyciem modeli behawioralnych na myszach. Do tej pory obserwowane zachowania były sztucznie wywoływane. Teraz naukowcy skupią się na tym, czy podobne reakcje będą widoczne w bardziej naturalnym środowisku testowym. Celem jest sprawdzenie, jak nowo odkryty układ wpływa na rzeczywiste, „życiowe” wybory gryzoni, co może jeszcze dokładniej przybliżyć działanie tego mechanizmu u człowieka.
W skład zespołu badawczego weszli również inni wybitni naukowcy z Uniwersytetu Ottawa, m.in. dr Richard Naud – specjalista od neuroinformatyki i współautor wcześniejszego odkrycia opublikowanego na łamach Nature – oraz Sean Geddes, dyrektor ds. innowacji i współpracy naukowej. Ich wspólne wysiłki mogą przyczynić się nie tylko do dalszego rozwoju neuronauki, ale także do stworzenia nowych, bardziej precyzyjnych terapii ukierunkowanych na indywidualne cechy neurobiologiczne pacjentów.
Odkrycia te potwierdzają, jak złożony i dynamiczny jest system nerwowy człowieka. W szczególności rola serotoniny – jednej z najważniejszych substancji chemicznych w naszym mózgu – okazuje się znacznie bardziej wyrafinowana, niż wcześniej sądzono. Zrozumienie tych mechanizmów może w przyszłości przełożyć się na lepsze diagnozowanie i leczenie zaburzeń psychicznych oraz efektywniejsze wsparcie w zakresie zdrowia psychicznego.