ドーパミンはカテコールアミン系の神経伝達物質で、中脳の腹側被蓋野 (VTA) や黒質から放出される。報酬予測誤差のシグナルとして学習を駆動し、前頭前皮質では D1 受容体を介してワーキングメモリの維持と更新を制御する。線条体における運動プログラムの選択にも不可欠であり、反応時間や運動の正確性に直接影響を与える。
ドーパミン経路と認知機能
ドーパミンの主要経路は 4 つあり、認知機能と関わる経路には中脳皮質経路 (VTA → 前頭前皮質) や中脳辺縁系経路 (VTA → 側坐核) がある。中脳皮質経路は注意制御、計画立案、ワーキングメモリの維持に関与する。前頭前皮質の D1 受容体の刺激は、少なすぎても多すぎても空間的ワーキングメモリを損なう逆 U 字型の用量反応を示し、この反応は複数の動物種で観察されている。
報酬予測誤差と学習メカニズム
ドーパミンニューロンは期待した報酬と実際の結果の差分 (報酬予測誤差) を符号化する。予想以上の報酬で発火が増加し、予想を下回ると発火が抑制される。この信号が線条体のシナプス可塑性を駆動し、行動の強化学習を実現する。
運動制御とパフォーマンスへの影響
黒質線条体経路のドーパミンは、大脳基底核における運動プログラムの選択と実行を制御する。線条体の直接路と間接路の投射ニューロンにはそれぞれ D1 受容体と D2 受容体が分かれて存在し、ドーパミンの増減による行動の選択の制御をこの分離で説明するモデルがある。反応時間テストでの素早い応答やエイムテストでのカーソル操作にも、この運動の選択と実行の機構が関わる。