ヒトの黒質におけるドーパミンとセロトニンは経済取引中の社会的文脈と価値信号を追跡する

2024-05-22 Wed
背景紹介現代神経科学研究において、ドーパミン（dopamine）とセロトニン（serotonin）は社会行動を指導する重要な神経調節物質と仮定されています。しかし、これらの神経調節物質が社会的相互作用過程においてどのように動的に変化するかについてはほとんど知られていません。既存の非侵襲的な機能神経イメージング方法（例：脳波図や機能的磁気共鳴イメージング）は、社会的タスクに関連する「社会脳」ネットワークを描くのに役立っていますが、これらの方法は通常空間および時間分解能にトレードオフがあり、得られるデータは電気的および化学的イベントの混合を反映しています。そのため、より細かい生物学的スケールでの人間の社会脳の理解は依然として不足しています。
研究チームは、人間の脳内でのドーパミンとセロトニンの変動をミリ秒単位で検出できる新しい電気化学的方法を提案しました。以前の研究では、ドーパミンとセロトニンがマウスにおいて報酬期待エラーと適応行動に重要な役割を果たすことが示されていますが、動物モデルでは人間の社会的相互作用の複雑さを完全に代表することはできません。
研究背景本論文は、Seth R. Batten、Dan Bang、Brian H. Kopellらによって共同執筆され、研究チームはバージニア工科大学、オックスフォード大学、アルファス大学、およびアイカーン医科大学シナイ山キャンパスなどの複数の研究機関から成り立っています。論文は2024年4月の《Nature Human Behaviour》に掲載されました。
研究ワークフロー実験対象と手順実験対象はパーキンソン病を患っている4名の患者で、深部脳刺激（DBS）手術中に実験に参加し、最後通牒ゲーム（Ultimatum Game）を行いました。実験期間中、研究者は炭素繊維電極を用いた電気化学的方法を使用し、被験者の黒質網状部（Substantia Nigra Pars Reticulata、SNR）におけるドーパミンとセロトニンの脳波動データを連続的に取得しました。
実験は2回の手術を含み、各手術の間隔は14〜28日です。各手術において、被験者はコンピュータまたは他の人と最後通牒ゲームを行い、各条件で30回ずつ（合計60回の試行）を実施しました。実験はクロスオーバーバランスデザインを使用し、各条件が1つのセッション内でブロックされました。
データ収集と分析研究者は、1秒間に10個のドーパミンおよびセロトニンのデータサンプルを取得する高速スキャンサイクリックボルタメトリー（FSCV）を使用しました。大脳深部構造に炭素繊維電極を挿入し、実験タスク中に電気化学記録を行うことで、研究チームは社会的なタスク中に神経調節物質の迅速な変動をキャプチャすることができました。
神経調節物質の濃度を正確に予測するため、研究チームは信号予測モデルを開発しました。このモデルは大規模実験室データセットに基づいており、機械学習方法で訓練され、体内データの高精度かつ高感度な予測を実現します。モデルの評価には非訓練データが使用され、その高効率性と正確性が証明されました。
主な研究結果と貢献行動結果実験結果から、人間が提示した提案に対して被験者が拒否する頻度が高いことが分かりました（人間条件下では50%の提案が受け入れられた一方、コンピュータ条件下では75%）。これらの行動において、条件は選択に対して顕著な影響を持ち、ドーパミン全体のレベルは人間の提案に直面したときに有意に上昇しました。
神経調節物質の変動実験の神経調節物質のデータにより、ドーパミンの基線に対する変動が提案価値の変動（以前の提案に対する）と密接に関連していることが確認されました。一方で、セロトニンは現在の提案の絶対価値を追跡し、以前の提案の影響を受けませんでした。
研究結論これらのデータを総合すると、研究結果は、ドーパミンとセロトニンが価値統計の計算をサポートするだけでなく、社会的相互作用過程において基準に基づいてこれらの統計結果を使用していることを示しています。ドーパミンの変動は現在と以前の提案価値の差に対応する報酬期待エラー（RPE）を反映し、セロトニンの変動は現在の提案の絶対価値と関連していることが示されました。
研究の意義と価値この研究は、社会的相互作用過程におけるドーパミンとセロトニンの迅速な変動に関する人間の脳内での初めての直接的な証拠を提供します。研究結果は、これらの2つの神経調節物質が価値計算と規範駆動の社会行動において補完的な役割を果たしていることを示し、社会行動における迅速な神経調節物質信号の役割を理解することに非常に重要な意味を持ちます。
研究のハイライト実験方法の革新：DBS手術中に電気化学的方法を使用することで、人間の脳内でのドーパミンとセロトニンのリアルタイム波動データを取得。
ドーパミンと社会的状況の関係発見：ドーパミンレベルが人間の提案に直面したときに有意に上昇することが分かり、社会的公平感におけるその役割を示す。
ドーパミンとセロトニンの補完的役割の解明：ドーパミンは価値変動に迅速に反応する一方、セロトニンは現在の価値を追跡し、両者の価値コードにおける相補的な機能を明らかに。
この研究を通じ、ドーパミンとセロトニンが社会行動において果たす役割についての理解を広げるだけでなく、新しい研究方法と分析フレームワークを提供し、今後のさらなる神経科学研究に重要な参考と啓発を与えました。