La dopamina e la serotonina sono sostanze chimiche del cervello implicate in una serie di disturbi neurologici tra cui il Parkinson e la depressione, quindi la comprensione del loro funzionamento potrebbe essere la chiave per lo sviluppo di trattamenti più efficaci per queste condizioni. Il nuovo dispositivo offre uno sguardo senza precedenti su questi neurotrasmettitori in azione, consentendo per la prima volta agli scienziati di monitorare la loro attività in tempo reale.
La dopamina e la serotonina sono state a lungo collegate alla capacità del cervello di elaborare le ricompense, ma ultimamente gli scienziati stanno rivolgendo la loro attenzione a come potrebbero avere un ruolo più ampio in tutto il corpo umano. Ciò varia da come la serotonina nell’intestino può regolare lo zucchero nel sangue o come i bassi livelli potrebbero essere affrontati dalla chetamina, e come la stimolazione cerebrale profonda (DBS) potrebbe aumentare la produzione di dopamina nei pazienti affetti da Parkinson: quest’ultimo esempio è particolarmente promettente in quanto il morbo di Parkinson è caratterizzato dall’esaurimento della produzione di dopamina nel cervello, che porta ad una perdita di controllo sui movimenti del corpo. L’uso della stimolazione cerebrale profonda (DBS), in cui vengono impiantati minuscoli fili nel paziente per erogare correnti elettriche a specifiche regioni del cervello, è un modo per affrontare sintomi come tremori e rallentamenti del movimento, insieme alla carenza di dopamina.
Il Wake Forest Baptist Medical Center come riportato nella ricerca pubblicata nella rivista Neuron, ha sottoposto cinque pazienti (due con il Parkinson e tre con tremore essenziale, un disturbo involontario del movimento del sistema nervoso) al trattamento con la stimolazione cerebrale profonda (DBS). I neurochirurghi mentre impiantavano la loro serie di elettrodi per fornire la terapia con la stimolazione cerebrale profonda (DBS), un altro gruppo, che comprendeva scienziati della Virginia Tech, ha lavorato al loro fianco per inserire il proprio microelettrodo in fibra di carbonio in profondità nel cervello, è un dispositivo progettato per rilevare e registrare in tempo reale la serotonina e la dopamina quando sono rilasciate dai neuroni.
I ricercatori con i pazienti ancora svegli hanno fatto eseguire loro alcuni esercizi decisionali, in cui dovevano indicare in quale direzione una serie di punti si muovevano su uno schermo dopo la loro scomparsa. Ogni paziente ha eseguito il test 200-300 volte, in alcune circostanze gli è stato chiesto di indicare quanto fossero sicuri delle loro risposte. I ricercatori nel frattempo, attraverso il microelettrodo in fibra di carbonio aumentavano le basse tensioni per rilevare in tempo reale l’attività della dopamina e della serotonina. Gli scienziati chiamano questo metodo elettrochimico “Voltammetria ciclica a scansione rapida“, ha permesso loro di registrare per la prima volta in assoluto, alcuni microsecondi di fluttuazioni nella segnalazione di dopamina e serotonina.
Read Montague neuroscienziato della Virginia Tech, tra gli autori dello studio ha detto:
«Un numero enorme di persone in tutto il mondo stanno assumendo composti farmaceutici per influenzare i sistemi di trasmissione della dopamina e della serotonina per cambiare il loro comportamento e la loro salute mentale. L’attività in questi sistemi, momento per momento per la prima volta è stata misurata e determinata a essere coinvolta nella percezione e nelle capacità cognitive. È emerso che questi neurotrasmettitori agiscono e integrano simultaneamente l’attività su scale temporali e spaziali molto diverse da quanto ci si aspettasse».
Il team di ricercatori ha detto che il loro metodo è un grande miglioramento rispetto agli studi precedenti per tracciare questi neurotrasmettitori, che non possono offrire la stessa frequenza e lo stesso volume di misurazioni.
Gli scienziati sono stati in grado di trarre alcuni utili spunti dai loro esperimenti. Hanno scoperto che i livelli di serotonina aumentavano quando il soggetto era più incerto sulla risposta e diminuivano quando era più sicuro. La dopamina sembrava aumentare poiché i soggetti anticipavano di prendere le loro decisioni mentre i livelli di serotonina scendevano, con una scelta che alla fine veniva fatta quando entrambi raggiungevano un certo livello.
Kenneth T. Kishida ricercatore principale, ha detto:
«La ricerca fa luce sul ruolo che queste sostanze neurochimiche svolgono nell’apprendimento, sulla plasticità del cervello e su come percepiamo l’ambiente. Ora abbiamo una visione più dettagliata di come il nostro cervello costruisce ciò che percepiamo, usa queste percezioni per prendere decisioni e interpreta le conseguenze delle scelte che facciamo. La dopamina e la serotonina sembrano essere fondamentali in tutti questi processi. È importante sottolineare che studi come questo aiuteranno noi e altri scienziati a sviluppare una migliore comprensione di come i farmaci inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina influenzano la cognizione, il processo decisionale e l’impatto di condizioni psichiatriche come la depressione».