Neuroscience has made significant progress in understanding the neural processes that influence human behavior. A classic example is the role of dopamine, a neurotransmitter that is crucial for motor and motivational functions. Studies in rats have shown that removing dopamine results in a state of extreme inactivity, where the animals cease to move, highlighting the importance of this neurotransmitter in regulating movement and motivated behavior.
However, to fully understand the origin and functioning of neurotransmitters like dopamine, we must go beyond classical biology and explore the subatomic foundations that make up the matter and energy that shape these processes. This is where quantum neuroscience comes in, an emerging field that seeks to relate quantum phenomena to brain activity. To understand the essence of dopamine and its role in the brain, we must trace its origins back to the fundamental particles that make up all matter.
Sequence of Fundamental Particles
Cordas (hipotético): Segundo a teoria das cordas, todas as partículas fundamentais poderiam ser, na verdade, vibrações de cordas extremamente pequenas. Embora ainda não comprovada, essa teoria oferece uma visão elegante de como partículas diferentes podem ser unificadas sob um mesmo conceito.
Quarks: São os blocos de construção de prótons e nêutrons. Essas partículas fundamentais não podem ser encontradas isoladamente na natureza, sendo sempre combinadas para formar partículas maiores.
Léptons: Incluem partículas como o elétron, que orbitam ao redor do núcleo dos átomos. Diferente dos quarks, os léptons podem existir de forma isolada.
Prótons, Nêutrons e Elétrons: Juntos, esses formam os componentes subatômicos do átomo. Os prótons e nêutrons são compostos de quarks, enquanto o elétron é um lépton, orbitando ao redor do núcleo e interagindo com ele através da força eletromagnética.
Bósons: São as partículas que mediam as interações fundamentais entre as partículas de matéria. As principais interações são:
Fótons: Responsáveis pela força eletromagnética, que mantém os elétrons orbitando ao redor do núcleo atômico.
Glúons: Mantêm os quarks unidos dentro dos prótons e nêutrons através da força forte.
Bósons W e Z: Controlam a força fraca, envolvida em processos de decaimento radioativo.
Bóson de Higgs: Confere massa às partículas através do campo de Higgs, explicando por que algumas partículas têm massa e outras não.
From Matter to Biological Molecules
Once subatomic particles organize into atoms, they form the basic building blocks of organic matter:
C – H – O – N: Carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio são os principais átomos que compõem as moléculas biológicas. Estes átomos, unidos em ligações químicas, formam moléculas maiores e mais complexas, essenciais para a vida.
One such molecule is phenylalanine, a molecule composed of C, H, O, and N atoms. Phenylalanine is converted to tyrosine, an amino acid that is the direct precursor of important neurotransmitters in the brain.
The Dopamine Production Pathway
Fenilalanina é convertida em tirosina.
Tirosina é convertida em L-DOPA, um intermediário essencial na produção de dopamina.
L-DOPA é convertido em dopamina, um neurotransmissor fundamental para funções motoras, controle do prazer, motivação e aprendizado.
The Role of Dopamine in Motivation
Dopamine acts on the brain’s reward system, directly influencing motivational behavior. Its absence, as observed in studies with rats, results in a state of apathy and lack of movement. In humans, dopamine is associated with pleasure, the pursuit of rewards and mood regulation, and is crucial for motivation and decision-making.
Where do Bosons and Leptons come in?
At the base of everything are quarks and leptons, which make up matter, such as protons and neutrons (formed by quarks) and electrons (leptons). Bosons mediate the interactions between these particles, ensuring that the fundamental forces are in action, allowing atoms to join together to form molecules such as phenylalanine, which in turn is transformed into neurotransmitters such as dopamine.
Boson Functions
Fóton: Controla a interação eletromagnética, mantendo o elétron ao redor do núcleo.
Glúons: Mantêm os quarks unidos dentro dos prótons e nêutrons.
Bósons W e Z: Participam de processos de decaimento radioativo.
Bóson de Higgs: Dá massa às partículas fundamentais.
Conclusion
Quantum neuroscience offers a window into the most fundamental foundations of matter and energy that make up the human brain. By unraveling the subatomic particles and forces that operate at the most basic level, we can begin to connect quantum phenomena with complex biological processes, such as neurotransmitter production and motivational behavior related to weather, magnetism, space, and more. Understanding these interactions may eventually reveal new dimensions of brain function and consciousness.
This integrative approach allows us not only to understand the biological basis of dopamine, but also to investigate how quantum interactions can influence brain processes at as yet unknown levels.
