人間の脳内のドーパミン経路（ドーパミン経路、ドーパミン投射）は、運動、認知、実行機能、報酬、動機付け、神経内分泌制御などの生理学的プロセスと行動的プロセスの両方に関与しています。^{[ 1 ]}各経路は、個々のドーパミンニューロンで構成される投射ニューロンの集合です。

10以上のドーパミン細胞群と経路が存在します。主要なドーパミン経路は、中脳辺縁系経路、中脳皮質経路、黒質線条体経路、結節漏斗状経路の4つです。中脳辺縁系経路と中脳皮質経路は中脳皮質辺縁系を形成します。他に考慮すべきドーパミン経路は、視床下部脊髄路と視床下部脊髄路です。

パーキンソン病、注意欠陥多動性障害(ADHD)、物質使用障害(依存症)、むずむず脚症候群(RLS) は、特定のドーパミン経路の機能不全に起因すると考えられます。

ドーパミン経路のドーパミンニューロンは、神経伝達物質 ドーパミンを合成・放出する。^{[ 2 ] [ 3 ]}ドーパミン合成には、チロシン水酸化酵素とドーパ脱炭酸酵素という酵素が必要である。 ^{[ 4 ]}これらの酵素はともにドーパミンニューロンの細胞体で産生される。ドーパミンは細胞質と軸索末端の小胞に蓄えられる。小胞からのドーパミン放出は、活動電位伝播によって誘発される膜脱分極によって引き起こされる。^{[ 4 ]}ドーパミンニューロンの軸索は、それぞれの経路の全長にわたって伸びている。

ドーパミン経路のうち6つを以下に挙げる。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

視床下部脊髄

• 視床下部→脊髄

視床下部狭窄

• 不確帯→視床下部
• 不確帯 →脳幹静脈洞 →扁桃体（中扁桃体経路）^{[ 6 ]}

VTA →海馬^{[ 6 ]}

VTA →帯状皮質^{[ 6 ]}

VTA →嗅球^{[ 6 ]}

SNc →視床下核^{[ 11 ]}

中皮質辺縁系（中皮質辺縁回路）は、中皮質経路と中脳辺縁系経路の両方を指します。^{[ 3 ] [ 12 ]}両方の経路は、中脳にある腹側被蓋野（VTA）で始まります。前頭前皮質（中皮質）と腹側線条体（中脳辺縁系）への別々の接続を介して、中皮質辺縁系投射は、学習、動機付け、報酬、記憶、および運動に重要な役割を果たします。^{[ 13 ]}ドーパミン受容体のサブタイプであるD1とD2は、中皮質辺縁系投射で補完的な機能を果たし、正のフィードバックと負のフィードバックの両方に反応して学習を促進することが示されています。^{[ 14 ]}中皮質辺縁系の両方の経路は、 ADHD、統合失調症、および依存症に関連しています。^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

中皮質経路は腹側被蓋野から前頭前皮質に投射する（VTA →前頭前皮質）。この経路は認知機能と実行機能（注意、ワーキングメモリ、抑制制御、計画など）の調節に関与している。この複雑な神経回路は脳内の重要な情報伝達経路として機能し、報酬、動機づけ、認知制御に関連する神経伝達物質であるドーパミンの伝達を促進する。^{[ 19 ]}実行機能の中枢である前頭前皮質は、中皮質経路からの入力に依存して、目標指向的な行動や意思決定に不可欠な認知プロセスを調節し、微調整する。^{[ 20 ]}この経路のニューロンの調節不全はADHDと関連付けられている。^{[ 16 ]}

報酬経路と呼ばれる中脳辺縁系経路は、腹側被蓋野から腹側線条体に投射しています（腹側線条体 →腹側線条体[側坐核と嗅結節]）。^{[ 17 ]}報酬が予期されると、中脳辺縁系経路のドーパミンニューロンの発火率が上昇します。^{[ 21 ]}中脳辺縁系経路は、インセンティブ サリエンス、動機付け、強化学習、恐怖、その他の認知プロセスに関係しています。 ^{[ 6 ] [ 16 ] [ 22 ]}動物実験では、この経路のドーパミンの枯渇、またはその起源部位の病変により、動物が報酬を得るために進んで行う程度（ニコチンを得るためにレバーを押す回数、または餌を探す時間など）が減少します。^{[ 21 ]}快楽の知覚における中脳辺縁系経路の役割を明らかにする研究が進められています。^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

黒質線条体経路は、運動や動機づけに関わる行動に関与している。ドーパミンニューロンの背側線条体への伝達は、特に報酬と動機づけに役割を果たし、運動はドーパミンニューロンの黒質への伝達によって影響を受ける。^{[ 27 ] [ 28 ]}黒質線条体経路は、ハンチントン病、パーキンソン病、ADHD、統合失調症、トゥレット症候群などの病態と関連している。ハンチントン病、パーキンソン病、トゥレット症候群は運動機能に影響を受ける病態である^{[ 29 ]}一方、統合失調症とADHDは報酬と動機づけの機能に影響を受ける。この経路は、古典的条件付けやオペラント条件付けなどの関連学習も制御する。^{[ 30 ]}

結節漏斗路は、視床下部から下垂体へドーパミンを伝達​​する。この神経回路はホルモンバランスの調節、特に女性の母乳産生を担う下垂体からのプロラクチン分泌の調節に極めて重要な役割を果たしている。高プロラクチン血症は、プロラクチンの過剰産生によって引き起こされる関連疾患であり、妊婦によく見られる。^{[ 31 ]}出産後、結節漏斗路はプロラクチン濃度の調節に再び関与する。出産後のエストロゲン濃度の低下はドーパミン抑制の回復に寄与し、非妊娠・非授乳期における高プロラクチン血症の持続を防ぐ。^{[ 32 ]}

黒質緻密部(SNc)と腹側被蓋野(VTA)から線条体に投射するドーパミン作動性経路(それぞれ黒質線条体経路と中脳辺縁系経路) は、皮質-基底核-視床-皮質ループとして知られる一連の経路の 1 つの要素を形成します。^{[ 33 ] [ 34 ]}ループの黒質線条体要素は SNc で構成され、線条体から淡蒼球を経て視床に、または視床下核を経て視床に続く抑制性経路と興奮性経路の両方を生み出します。この回路のドーパミン作動性ニューロンは、報酬が期待報酬を超えた場合、つまり正の報酬誤差に反応して位相性発火の振幅を増加させます。これらのニューロンは、負の報酬予測（予想よりも少ない報酬）の際に位相発火を減少させないことから、報酬喪失を符号化するのはドーパミン作動性ニューロンではなくセロトニン作動性ニューロンであるという仮説が導かれる。^{[ 35 ]}ドーパミンの位相活動は、負の出来事を示唆する手がかりの際にも増加するが、ドーパミン作動性ニューロンの刺激は依然として場所選好を誘発することから、ドーパミン作動性ニューロンの主な役割は正の刺激の評価にあることが示唆される。これらの知見から、行動選択における基底核と黒質線条体のドーパミン回路の役割について、2つの仮説が提唱されている。最初のモデルは、価値を符号化する「批評家」と、知覚された価値に基づいて刺激への反応を符号化する行為者を示唆している。しかし、2番目のモデルは、行動は基底核ではなく大脳皮質に由来し、基底核によって選択されると提唱している。このモデルは、直接的な経路が適切な行動を制御し、間接的な経路が状況に適さない行動を抑制すると提唱している。このモデルは、持続性ドーパミン発火が直接経路の活動を増加させ、より速く行動を実行する傾向を引き起こすと提唱している。^{[ 36 ]}

これらの基底核モデルは、OCD、^{[ 37 ] [ 38 ]} 、 ADHD、トゥレット症候群、パーキンソン病、統合失調症、依存症の研究に関連していると考えられています。例えば、パーキンソン病は過剰な抑制経路の活動の結果であると仮説が立てられており、これが動作の遅延や認知障害を説明しています。一方、トゥレット症候群は過剰な興奮性活動の結果であり、トゥレット症候群に特徴的なチックを引き起こすと提唱されています。^{[ 36 ]}

腹側被蓋野と黒質緻密部は、グルタミン作動性入力、GABA作動性入力、コリン作動性入力、その他のモノアミン作動性核からの入力など、他の神経伝達物質システムからの入力を受け取る。腹側被蓋野には発火に二相性効果を発揮する5-HT _1A受容体が含まれており、低用量の5-HT _1A受容体作動薬は発火率の増加を引き起こし、高用量では活動を抑制する。ドーパミン作動性ニューロンに発現する5-HT _2A受容体は活動を増加させ、5-HT _2C受容体は活動を減少させる。^{[ 39 ]} 腹側被蓋野から側坐核に投射する中脳辺縁系経路もムスカリン性アセチルコリン受容体によって制御されている。特に、ムスカリン性アセチルコリン受容体M2とM4の活性化はドーパミン放出を抑制し、ムスカリン性アセチルコリン受容体M1の活性化はドーパミン放出を増加させます。^{[ 40 ]} 線条体からのGABA作動性入力はドーパミン作動性ニューロンの活動を減少させ、多くの皮質および皮質下領域からのグルタミン作動性入力はドーパミン作動性ニューロンの発火率を増加させます。エンドカンナビノイドはまた、VTAとSNcから投射するニューロンからのドーパミン放出に調節作用を持つようです。^{[ 41 ]}青斑核からのノルアドレナリン入力は、VTAとSNcから投射するドーパミン作動性ニューロンに興奮性および抑制性作用を持ちます。^{[ 42 ] [ 43 ]} VTAへの興奮性オレキシン入力は側方視床下部に由来し、 VTAドーパミンニューロンのベースライン発火を制御する可能性がある。 ^{[ 44 ] [ 45 ]}

• ドーパミン細胞群