El alcoholismo puede ser causado por un desequilibrio dinámico de dopamina
Marzo 10, 2017
Una investigación internacional colaborativa ha identificado mecanismos potenciales de alcoholismo asociados con la respuesta de neurona dopaminérgica alterada a la dinámica compleja de las neuronas de la corteza prefrontal que afectan la liberación de dopamina.
Las poblaciones neuronales que interactúan en la corteza cerebral generan impulsos eléctricos (llamados potenciales de acción) que se caracterizan por patrones espaciales y temporales específicos de disparo neural (o dinámica neural compleja). Estos patrones de disparo dependen de las propiedades intrínsecas de las neuronas individuales, de la conectividad de la red neuronal y de las entradas a estos circuitos. La base de este estudio computacional es la evidencia experimental de una población específica de neuronas de la corteza prefrontal que se conectan a través de sinapsis excitadoras con dopaminérgicos e inhibidores. área tegmental ventral (VTA) neuronas. Por lo tanto, la estructura de la activación neural en la corteza prefrontal puede afectar directamente la respuesta de las células de dopamina y la liberación de dopamina.
Boris Gutkin dirige el Grupo de Neurociencia Teórica en el Centro de HSE para la Cognición y la Toma de Decisiones. Una de las áreas de investigación del grupo se centra en los procesos neurobiológicos que conducen al abuso de sustancias y la adicción, específicamente, en la detección de vínculos entre los mecanismos neurobiológicos de la acción de una droga y las reacciones conductuales observables. En particular, los investigadores utilizan modelos matemáticos para examinar características específicas de los patrones y la dinámica de activación de neuronas dopaminérgicas que pueden conducir a la adicción.
La dopamina, un neurotransmisor liberado por las neuronas dopaminérgicas en el cerebro, es una sustancia química que desempeña un papel clave en el sistema de recompensa cerebral interno que impulsa el aprendizaje del comportamiento motivado. Al actuar dentro de los sistemas de recompensa en el cerebro (p. Ej., El área ventral tegmentaria que se encuentra en lo profundo del cerebro medio; el estriado, responsable de seleccionar las acciones correctas y la corteza prefrontal que controla los objetivos y comportamientos voluntarios), señala una recompensa inesperada o anticipación de recompensa resultante de una acción o evento particular. Por lo tanto, la dopamina proporciona un refuerzo positivo de los comportamientos que conducen a estas recompensas, haciendo que se repitan. A la inversa, cuando una acción particular no produce el efecto positivo esperado o es seguida por un evento desagradable, la liberación de dopamina disminuye considerablemente, lo que lleva a la frustración y la falta de voluntad para repetir el comportamiento en cuestión.
Muchas neuronas de dopamina producen estas señales de aprendizaje al emitir ráfagas rápidas de picos cuando el animal recibe más recompensa de lo esperado o se detiene cuando hay menos de lo esperado. Para gobernar el aprendizaje correctamente, el número de ráfagas (y la dopamina liberada) debe ser proporcional a la discrepancia entre la recompensa recibida y la recompensa esperada (por ejemplo, si se espera obtener 50 euros por su trabajo, pero se obtiene 100; la actividad de la dopamina debe ser proporcional a 50; cuando uno espera 50 pero obtiene 500, la actividad debe indicar un número proporcional a 450). Por lo tanto, cuanto mayor sea el desajuste, más fuerte será la respuesta. Otro subgrupo de neuronas de dopamina simplemente señala cuándo los estímulos son importantes para el comportamiento o no dan respuestas binarias de todo o nada. Estas señales binarias conducen a la orientación o el acercamiento a los comportamientos importantes. De modo que las dos poblaciones de células de dopamina tienen diferentes modos de respuesta: la señal de aprendizaje analógica o la alerta de importancia de todo o nada.
Dos modos de actividad neuronal
Una investigación reciente del grupo de Gutkin, realizada en conjunto con científicos de la Universidad de Indiana y el Instituto de Física Aplicada RAN, sugiere posibles mecanismos del efecto del alcohol sobre la actividad neuronal dopaminérgica. Su artículo, "Las neuronas de la dopamina cambian el tipo de excitabilidad en respuesta a los estímulos", publicado en PLOS One, presenta un modelo computacional de la actividad de la neurona de la dopamina (DA), que describe sus propiedades clave y demuestra que el modo de respuesta de la neurona DA puede variar según el patrón de entrada sináptica (incluido el de la corteza prefrontal).
Cuando está en el primer modo, la cantidad de dopamina liberada por las neuronas DA refleja la señal de aprendizaje de la diferencia entre lo que un animal o humano espera y lo que realmente reciben como resultado de una determinada acción. Cuando se encuentra en el segundo modo de neurona DA, la liberación de dopamina sirve como una señal binaria de referencia que indica si un evento determinado es importante o no. Así, los resultados del estudio computacional implican que neuronas de dopamina puede que no sean dos poblaciones distintas, pero son capaces de cambiar de manera flexible de un modo de respuesta a otro, dependiendo de la naturaleza de las señales que reciben.
En un estudio relacionado, "Contribución de las neuronas GABAérgicas sincronizadas a la activación y explosión de las neuronas dopaminérgicas", publicado en el Revista de Neurofisiología, el mismo grupo sugiere que además de los enlaces directos entre la DA y las neuronas de la corteza prefrontal, se deben considerar las entradas neuronales indirectas de la corteza prefrontal a través de las neuronas VTA inhibitorias (GABAérgicas). En particular, los investigadores encontraron que las señales de la corteza prefrontal pueden hacer que las neuronas GABAérgicas se sincronicen, produciendo un fuerte efecto inhibitorio sobre las neuronas DA. El estudio descubrió que en algunos casos, tales efectos inhibitorios pueden conducir a resultados paradójicos: en lugar de suprimir la activación de las neuronas DA y, por lo tanto, disminuir la liberación de dopamina, pueden multiplicar la frecuencia de activación de DA, lo que lleva a una mayor liberación de dopamina y refuerzo positivo.
Lo que significa para nuestra comprensión del alcoholismo
La evidencia experimental sugiere que el alcohol es capaz de modificar los patrones de activación de las neuronas DA, tanto indirectamente a través de la corteza prefrontal como las neuronas VTA inhibitorias, y directamente actuando sobre las neuronas DA per se. Basados en los hallazgos actuales, los investigadores plantean la hipótesis de qué mecanismos pueden estar involucrados.
El VTA tiene alrededor de las neuronas 20,000 DA en una persona sin alcohol. Algunos de estos sirven para señalar que cierto estímulo tiene importancia, mientras que el resto transmite la señal de error. Un cierto equilibrio entre los dos tipos de señales es esencial para el buen juicio y el comportamiento adecuado. El alcohol altera el equilibrio al cambiar tanto el patrón de actividad neuronal en la corteza prefrontal como las propiedades de la neurona DA. Este cambio puede sesgar más neuronas para señalar la importancia en oposición al error. Por lo tanto, bajo la influencia del alcohol, las neuronas DA tratan cualquier estímulo asociado con el alcohol por tener una importancia motivacional y de comportamiento, independientemente de si coincide o no con el resultado esperado, mientras que en ausencia de alcohol, el disparo neuronal normalmente sería consistente con el Refuerzos esperados y recibidos.
Este efecto puede ser la razón por la cual los alcohólicos pueden eventualmente desarrollar una gama de respuestas conductuales más estrecha de lo normal, motivándolos a buscar alcohol. Al hacerlo, no son conscientes de las posibles consecuencias de sus acciones o, incluso si pueden anticipar tales consecuencias, esta conciencia tiene poco o ningún efecto sobre su comportamiento. Según las encuestas, la mayoría de los alcohólicos comprenden que pueden perder su hogar y su familia e incluso morir a causa del consumo excesivo de alcohol, pero esto rara vez los detiene. Para evaluar adecuadamente las consecuencias de beber, su corteza prefrontal necesita integrarse y aprender a representar adecuadamente las expectativas negativas de este comportamiento, con el apoyo de las señales de aprendizaje reforzado de las neuronas DA. Sin embargo, es posible que esto no suceda porque el alcohol (como otras sustancias que alteran el estado de ánimo) puede afectar tanto a la actividad neuronal del adicto la corteza prefrontal y sus neuronas DA directamente, bloqueando el aprendizaje.
Encontrar una manera de equilibrar la función de la dopamina en el cerebro adicto y obtener respuestas neuronales adecuadas a los estímulos ambientales, incluso mientras están bajo la influencia, podría ofrecer esperanza a las personas con problemas de abuso de sustancias.
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Más información: Ekaterina O. Morozova et al., Las neuronas de la dopamina cambian el tipo de excitabilidad en respuesta a los estímulos, Biología computacional PLOS (2016). DOI: 10.1371 / journal.pcbi.1005233
Ekaterina O. Morozova et al. Contribución de las neuronas GABAérgicas sincronizadas a la activación y el estallido de las neuronas dopaminérgicas, Revista de Neurofisiología (2016). DOI: 10.1152 / jn.00232.2016
Referencia del diario: PLoS ONE Revista de Neurofisiología PLoS Computational Biology
Proporcionado por: Universidad Nacional de Investigación Escuela Superior de Economía
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