כמו כן, הפעילות הטונית של הדופמין מווסתת את קליפת המוח הקדם מצחית ואת התפקודים הקוגניטיביים שהיא אחראית עליהם (כמו: זיכרון העבודה, קשב סלקטיבי ותפקודים ניהוליים) ביחס של צורת U הפוכה, כך שהתפקוד המיטבי הוא ברמות בינוניות או מתונות, בעוד שרמות גבוהות או נמוכות מידי של דופמין טוני פוגעות בתפקודים אלו.
הפולימורפיזם Val158Met מקושר להבדלים בין אישיים ביעילות של האנזים COMT, שהוא המנגנון החשוב ביותר לפירוק הדופמין בקליפת המוח הקדם-מצחית. בהתאם לכך, הפולימורפיזם Val158Met מקושר גם לרמות הטוניות (tonic) של המוליך העצבי דופמין בקליפת המוח הקדם-מצחית.
האלל met של הפולימורפיזם Val158Met מעלה את הפעילות הטונית של הדופמין.
השפעת הפעילות הטונית על תגובת מערכת העצבים לפעילות הפאזית.
השילוב בין שני דפוסי התגובה של המערכת הדופמינרגית מאפשר לדופמין לווסת את התגובה העצבית של תאי המטרה לאותות הדופמינרגיים.
הפעילות הטונית קובעת את רמת הרקע של גירוי קולטני הדופמין, אשר משנה את מידת התגובתיות של המערכת לפעילות הפאזית של הדופמין באזורים אלו.
באופן זה הפעילות הטונית של הדופמין יכולה לווסת את ההשפעה של הפעילות הפאזית שלו ואת תגובת המערכת אליה.
כתוצאה מכך, לנוכחות או היעדרות של סביבה דופמינרגית טונית, יכולה להיות השפעה על מגוון של מנגנונים פזיולוגיים שהשילוב ביניהם יוצר טווח דינאמי של תגובות עבור שינויים חולפים ברמות הדופמין.
מערכות דופמינרגיות עצביות.
במוח ישנן כמה מערכות של נוירונים דופמינרגיים. מערכות אלו מובחנות מבחינה אנטומית ותפקודית, כך שכל אחת מהן נמצאת ומשפיעה על אזורים שונים.
שלוש מהמערכות הדופמינרגיות יוצאות מהמוח האמצעי, מהחומר השחור ומאזור הטגמנטום הגחוני.
הפורניקס מכיל שלוחות של אקסונים דופמינרגיים מהטגמנטום הגחוני.
המערכת הניגרו-סטריאטלית, המזולימבית והמזו-קורטיקלית פועלות באופן מתואם לשליטה על ההתנהגות, הקשב וקבלת ההחלטות.
בהתאם לכך, כל אחת מהן מעורבת בהפרעת קשב.
היבטים התפתחותיים.
המערכות הדופמינרגיות עוברות שינויים רבים במהלך ההתפתחות של האדם.
מערכות דופמינרגיות תת-קורטיקליות (subcortical) מגיעות לשיאן בתקופת ההתבגרות.
לעומת זאת, ההתפתחות של המערכות הדופמינרגיות הקורטיקליות (cortical system) היא איטית יותר ומגיעה לשיאה רק בבגרות המוקדמת.
לרמות הדופמין בקליפת המוח הקדם-מצחית יש דפוס התפתחות לא-ליניארי.
מיד לאחר הלידה רמות הדופמין בקליפת המוח הקדם-מצחית גבוהות ודומות לאלו של האדם הבוגר, אך הן קודם יורדות ורק אז עולות בחזרה.
במהלך ההזדקנות הטבעית חלה הנמכה ברמת התפקוד של המערכות הדופמינרגיות, באופן דומה למערכות אחרות של מוליכים עצביים כמו הסרוטונין והאצטילכולין שגם בהן ניכרת ירידה בגילאים הזקנה.
מעורבות במערכת החיזוק.
מערכת החיזוק היא מכלול המבנים והמסלולים העצביים במוח שיוצרים תחושה של עונג בתגובה לגירויים מסוימים. מערכת זו משפיעה על ההתנהגות בכך שהיא מגדילה את הסיכוי שההתנהגויות המחוזקות יחזרו על עצמן בעתיד.
לדופמין יש תפקיד מרכזי במערכת החיזוק. הוא מתפקד כמתווך בתהליך העברת אות החיזוק במוח. יש לו תפקיד חיוני בתהליכי וויסות המוטיבציה - בלמידה מהם הדברים הרעים והטובים בעולם, כמו גם בבחירת הפעולות שיובילו להשגתם של הדברים הטובים ולהימנעות מהדברים השליליים.
המבנים המוחיים המקושרים למערכת החיזוק באופן משמעותי מעוצבבים על ידי שלוחות דופמינרגיות מהמוח האמצעי. לתאי העצב הדופמינרגים של המוח האמצעי יש תגובה חזקה לחיזוקים ותפקיד חיוני ביצירה של מוטיבציה חיובית.
משום שהדופמין הוא חומר שמעורר תחושה של מוטיבציה, הימצאותו תורמת לתהליך הלמידה גם במקרים בהם מקורו בפעילות שאינה קשורה ישירות לחומר הלימוד או לשיעור המועבר בכיתה.
השפעת הערך וההסתברות של הגמול על התגובות הדופמינרגיות.
הפעילות של תאי עצב דופמינרגיים מעבירה מידע אודות שני מאפיינים מקורבים אך מובחנים של הגמול: ערכו ורמת הוודאות בנוגע להתרחשותו.
תאי עצב דופמינרגיים מקודדים את טעות החיזוי של הגמול באופן דו-כיווני, כך שהתגובה הדופמינרגית שווה לגמול שהתרחש פחות הגמול שנצפה.
קידוד דו כיווני מסוג זה יכול לשמש כאות לימודי אידיאלי עבור הפלסטיות של מערכת העצבים, משום שהוא מאפשר למערכת העצבים להתאים ולשפר את התפקוד שלה ביחס למידע המופק מתוך ההתנסות עם הסביבה.
אפנון עצבי, יחס אות לרעש והתפקוד של מערכת העצבים.
לאפנון העצבי של יחס אות לרעש בתהליך עיבוד המידע יש השלכות על הקיבולת והתנודתיות של המערכת הנוירו-קוגניטיבית.
היחס בין התפקוד הקוגניטיבי לרמת הרעש במערכת העצבים הוא בצורת U הפוכה, כך שהביצוע המיטבי מתרחש ברמות רעש מתונות והוא נפגע ברמות רעש גבוהות או נמוכות מידי.
בהתאם לכך, מחסור או עודף של אפנון עצבי פוגע ביכולת עיבוד המידע העצבי.
מידה לא מתאימה של אפנון עצבי מובילה לירידה במובחנות של ייצוגים עצביים ופגיעה ביעילותן של התנהגויות תפקודיות.
לתופעה זו יש מספר הסברים. ראשית, לסנכרון בין תאי עצב יש תפקיד חשוב לאינטגרציה של יחידות תפקודיות במוח והוא מושפע רבות מהרעשים של המוח. ייתכן שרעשים אלו אף תורמים ליכולת הסנכרון העצבי במוח. כמו כן, התופעה של תהודה אקראית במערכת העצבים מראה גם היא עקומת U הפוכה, בה רמת התפקוד מגיעה לשיא ברמות מתונות. למעשה, השיא של עקומת התהודה האקראית של מערכת העצבים תלוי ברמת המוליך העצבי דופמין, אשר משפיע על רמת התנודתיות והקיבולת של המערכת הנוירו-קוגניטיבית.
בהתאם לכך, הקשר בין הדופמין לתפקודים קוגניטיביים אינו ליניארי אלא בעל צורה של U הפוכה, כך שעודף או חוסר של דופמין יכולים להוביל לפגיעה בתפקוד.
תאי עצב יכולים ליצור כמות משמעותית של רעש פנימי. הרעש הפנימי של מערכת העצבים מקושר לרמות הרקע (tone) של המוליך העצבי דופמין והוא מאפשר לשפר את התפקוד של מערכת העצבים גם בסביבות שקטות שבהן לא קיים רעש חיצוני.
מכאן שהדופמין תורם לעיבוד אותות מיטבי של מערכת העצבים על ידי שיפור יחס אות לרעש.
רעש שנמצא בסביבה החיצונית של האדם ונקלט על ידי החושים, יכול גם הוא להכניס רעש למערכת העצבית דרך תהליכי התפיסה.
בהתאם לכך, נמצא שרעש חיצוני יכול לשפר את התפקוד הקוגניטיבי של אנשים עם רמות דופמין נמוכות, כמו למשל - אנשים עם הפרעת קשב, שצריכים יותר רעש עבור תפקוד קוגניטיבי מיטבי ביחס לאוכלוסייה.
דופמין ויצירתיות.
היצירתיות מוגדרת כיכולת ההפקה של תגובות חדשות תואמות הקשר ולכן לא כל הפקה של תוצר חדש או מקורי נחשבת לפעולה יצירתית. בהתאם לכך, חשיבה יצירתית מערבת שני תהליכים מחשבתיים שונים. התהליך הראשון הוא יצירה של דברים חדשים באמצעות חשיבה מסתעפת והשני הוא הערכה של הדברים שנוצרו על ידי חשיבה מתכנסת.
מבחינה נירולוגית, היצירתיות מתבססת על האפנון הדופמינרגי של המערכת הפרונטו-סטראיטלית , כאשר הדופמין שבקליפת המוח הקדם-מצחית מווסת את ההתמדה של תהליכי המחשבה היצירתיים והחשיבה המתכנסת, בעוד שהדופמין בסטריאטום מווסת את הגמישות של תהליכי המחשבה היצירתיים והחשיבה המסתעפת.
הקשר בין רמת הדופמין במערכת הפרונטו-סטריאטלית לבין היצירתיות הוא בצורה של U הפוכה.
כתוצאה מכך, ההשפעות של ירידה או עליה ברמות הדופמין על היצירתיות של אדם מסוים, תלויות ברמת הבסיס שלו.
מנגנון נוסף אשר יכול להסביר את הקשר בין דופמין ליצירתיות הוא הנטייה להתנהגות של חיפוש חידושים , המקושרת לאזורים מוחיים שמכילים תאי עצב דופמינרגיים או מקושרים לתאי עצב דופמינרגיים מאזורים אחרים של המוח, כמו למשל: הסטריאטום הגחוני Ventral striatum, החומר השחור, הטגמנטום הגחוני והיפוקמפוס.
שינויים ברמת הדופמין ופתולוגיה.
תסמונות ומחלות רבות הסתברו כמושפעות מרמת הדופמין ומידת פעילותו. לרמת הדופמין בקליפת המוח הקדם-מצחית יש השפעה על ההתנהגות.
כמו כן, עלייה בכמות הדופמין במוח קשורה להגברת קשב וריכוז.
נהוג לחשוב שעלייה ברמת הדופמין באזורים מסוימים במוח גורמת לשיפור במצב הרוח. אך רמה גבוהה מדי, או פעילות יתר של דופמין מובילה אף היא לפתולוגיה: פעילות דופמינרגית של הטגמנטום הגחוני מעלה את רמת הדופמין לא רק בסטריאטום, אלא גם לאמיגדלה - שם הוא יכול לעורר פעילות הקשורה לצפייה לאיום ולא רק לצפייה לגמול.
כלומר, קליפת המוח הקדם-מצחית מתפקדת באופן מיטבי כאשר כמות הדופמין מיטבית. עודף או חוסר של דופמין עלול לפגוע בצורה משמעותית בתפקוד שלה.
צורת ה- U ההפוכה המקושרת לתפקוד הדופמינרגי מובילה לכך שההשפעה של גנים המקושרים לדופמין יכולה להיות עוצמתית יותר בתקופות חיים או מצבים שבהם קיים חסך או עודף בפעילות של האותות הדופמינרגיים. ישנם מספר מצבים המקושרים לחוסר איזון בתפקוד הדופמינרגי, למשל: הפרעה ביפולרית, הפרעת קשב, מחלת הפרקינסון וסכיזופרניה. כל אחד ממצבים אלו מאופיין בפגיעה דופמינרגית שונה, אשר מובילה לביטויים שונים ומצריכה טיפול שונה אצל אנשי המקצוע המתמחים בתחומים הרלוונטיים.
הפרעות במצב הרוח (הפרעות אפקטיביות).
לדופמין יש תפקיד חשוב בהפרעות מצב רוח.