La dopamine et la sérotonine dans la substantia nigra humaine suivent le contexte social et les signaux de valeur pendant l'échange économique

Introduction de l’Arrière-plan

Dans les recherches neuroscientifiques contemporaines, la dopamine et la sérotonine sont supposées être des neuromodulateurs clés guidant le comportement social. Cependant, les dynamiques de ces neuromodulateurs dans les interactions sociales restent largement inconnues. Bien que les méthodes non-invasives de neuro-imagerie fonctionnelle, telles que l’électroencéphalographie et l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, aient aidé à cartographier le “cerveau social” en relation avec des tâches sociales, celles-ci présentent généralement des compromis en termes de résolution spatiale et temporelle, et les données obtenues reflètent un mélange d’événements électriques et chimiques. Par conséquent, notre compréhension du cerveau social humain à une échelle biologique plus fine reste encore limitée.

L’équipe de recherche a proposé une nouvelle méthode électrochimique capable de détecter les fluctuations de dopamine et de sérotonine dans le cerveau humain à une échelle milliseconde. Des études antérieures ont montré que la dopamine et la sérotonine jouent un rôle crucial chez la souris dans l’erreur de prédiction de récompense et le comportement adaptatif, mais les modèles animaux ne peuvent pas totalement représenter la complexité des interactions sociales humaines.

Source de la Recherche

Cet article a été rédigé par Seth R. Batten, Dan Bang, Brian H. Kopell et al., l’équipe de recherche provenant de plusieurs institutions, dont l’Institut Polytechnique de Virginie, l’Université d’Oxford, l’Université d’Aarhus et la Faculté de Médecine Icahn de Mount Sinai. Cet article a été publié dans la revue Nature Human Behaviour en avril 2024.

Processus de Travail de la Recherche

Sujets Expérimentaux et Procédure

Les sujets de l’étude étaient quatre patients atteints de la maladie de Parkinson, qui ont joué le rôle de sujets expérimentaux pendant une intervention de stimulation cérébrale profonde (SCP), en jouant au jeu de l’ultimatum. Pendant l’expérience, les chercheurs ont utilisé une méthode électrochimique avec des électrodes en fibres de carbone pour enregistrer continuellement les fluctuations de dopamine et de sérotonine dans la substantia nigra pars reticulata (SNR) des participants.

L’expérience impliquait deux interventions chirurgicales, espacées de 14 à 28 jours. Lors de chaque intervention, les participants jouaient au jeu de l’ultimatum avec un ordinateur ou une autre personne, pour un total de 60 essais (30 par condition). L’expérience était conçue selon un plan croisé équilibré, chaque condition étant bloquée dans une session.

Collecte et Analyse des Données

Les chercheurs ont utilisé une méthode électrochimique appelée voltampérométrie cyclique à balayage rapide (FSCV) pour obtenir 10 échantillons de dopamine et sérotonine par seconde. En insérant des électrodes en fibres de carbone dans les structures profondes du cerveau et en enregistrant électrochimiquement au cours des tâches expérimentales, l’équipe a pu capturer les fluctuations rapides des neuromodulateurs pendant les tâches sociales.

Pour prédire avec précision la concentration des neuromodulateurs, l’équipe de recherche a développé un modèle de prédiction des signaux. Ce modèle a été entraîné à partir d’un large ensemble de données de laboratoire, en utilisant des méthodes d’apprentissage automatique pour prévoir le mieux possible les données in vivo. L’évaluation du modèle avec des données non entraînées a démontré son efficacité et son exactitude.

Principaux Résultats et Contributions des Recherches

Résultats Comportementaux

Les résultats expérimentaux ont montré que les participants refusaient plus fréquemment les propositions faites par les humains (50% des propositions acceptées en condition humaine contre 75% en condition informatique). Ces comportements ont révélé un effet significatif des conditions sur les choix, avec des niveaux de dopamine globalement plus élevés en réponse aux propositions humaines.

Fluctuations des Neuromodulateurs

Dans les données des neuromodulateurs, les chercheurs ont trouvé que les variations de dopamine par rapport à la ligne de base étaient étroitement corrélées aux changements de valeur des propositions (par rapport à la proposition précédente), tandis que la sérotonine suivait la valeur absolue de la proposition actuelle sans être influencée par les propositions précédentes.

Conclusions de la Recherche

En synthétisant ces données, les résultats indiquent que la dopamine et la sérotonine supportent non seulement le calcul des valeurs mais utilisent ces statistiques de manière normative dans le cadre des interactions sociales. Les variations de dopamine reflètent l’erreur de prédiction de récompense (RPE) correspondant à la différence de valeur entre la proposition actuelle et la proposition précédente, tandis que les variations de sérotonine sont liées à la valeur absolue de la proposition actuelle.

Signification et Valeur de l’Étude

Cette recherche fournit pour la première fois une preuve directe des fluctuations rapides de la dopamine et de la sérotonine dans le cerveau humain pendant les interactions sociales. Les résultats indiquent que ces deux neuromodulateurs jouent des rôles complémentaires dans le calcul des valeurs et les comportements sociaux normatifs, cruciales pour comprendre les signaux neuromodulateurs rapides impliqués dans le comportement social.

Points Forts de la Recherche

1. Innovation Méthodologique: Utiliser une méthode électrochimique pendant une intervention de SCP pour capturer en temps réel les fluctuations de dopamine et de sérotonine dans le cerveau humain.
2. Lien entre Dopamine et Contexte Social: La hausse significative des niveaux de dopamine en réponse aux propositions humaines suggère son rôle dans la perception de la justice sociale.
3. Rôles Complémentaires de la Dopamine et de la Sérotonine: La dopamine répond rapidement aux variations de valeur, tandis que la sérotonine suit la valeur actuelle, révélant leur fonction complémentaire dans le codage des valeurs.

Cette étude élargit non seulement notre compréhension de la dopamine et de la sérotonine dans le comportement social, mais aussi propose de nouvelles méthodes de recherche et cadres d’analyse, fournissant une référence et une inspiration importantes pour les futures recherches en neurosciences.