Дофамин и обучение: как мозг учится на ошибках

В новаторском исследовании учёные из Университета Уэйк Форест изучили роль дофамина в обучении мозга человека. Впервые удалось отследить работу этого нейромедиатора в реальном времени в глубинах мозга трёх людей. Исследование показало, что дофамин не только связан с восприятием вознаграждения, но и играет ключевую роль в процессе обучения на основе ошибок.

Доктор Кеннет Т. Кишида, ассоциированный профессор физиологии и фармакологии, отметил: "Ранее было известно о важной роли дофамина в обучении на основе переживаний 'вознаграждения' (и возможно 'наказания') у животных, но мало работ посвящено изучению его действия в человеческом мозге". Это первое исследование, демонстрирующее, как дофамин кодирует вознаграждение и наказание, а также то, что он отражает "оптимальный" сигнал обучения, используемый в современных исследованиях искусственного интеллекта.

Учёные применили метод быстрой циклической вольтамперометрии в сочетании с машинным обучением для измерения уровня дофамина в реальном времени. Исследование проводилось на трёх пациентах во время инвазивной операции – глубокой мозговой стимуляции при лечении существенного тремора.

Участникам предложили сыграть в простую компьютерную игру, где они учились принимать решения, максимизирующие награды и минимизирующие наказания. Игроки получали реальные денежные призы за правильные решения и теряли деньги за ошибки. Уровень дофамина измерялся каждые 100 миллисекунд на каждом этапе игры.

Результаты показали, что дофаминовая система намного сложнее и многоаспектнее, чем предполагалось ранее, играя важную роль как в обработке проигрышей, так и в победах. Кишида сказал: "Мы обнаружили, что дофамин играет роль не только в сигнализации о положительных и отрицательных переживаниях в мозге, но и делает это оптимальным образом при обучении на основе этих исходов".

Исследование подчёркивает ключевую роль дофамина в обучении на основе наших переживаний – как положительных, так и отрицательных, помогая мозгу адаптировать поведение для принятия решений, связанных с положительными результатами. "Дофамин – важная часть сложной системы, которая учит наш мозг и направляет наше поведение," отметил Кишида.

Исследование, опубликованное в журнале Science Advances , может предоставить новые направления в исследованиях для понимания механизмов, лежащих в основе депрессии, зависимости и связанных с ними психиатрических и неврологических расстройств.