Alkoholism võib olla tingitud dünaamilise dopamiini tasakaalustamatusest
Märtsil 10, 2017
Rahvusvaheline teaduskoostöö on tuvastanud võimalikud alkoholismimehhanismid, mis on seotud dopamiinergilise vastuse muutumisega dopamiini vabanemist mõjutavate prefrontaalsete ajukoorete neuronite komplekssele dünaamikale.
Aju-ajukoorme interakteeruvad neuronaalsed populatsioonid tekitavad elektrilisi impulsse (mida nimetatakse tegevuspotentsiaalideks), mida iseloomustavad neuraalse põletamise (või keerulise närvi dünaamika) spetsiifilised ruumilised ja ajalised mustrid. Need põlemismustrid sõltuvad üksikute neuronite sisemistest omadustest, närvivõrgu ühenduvusest ja nende ahelate sisenditest. Selle arvutusuuringu aluseks on eksperimentaalsed tõendid prefrontaalsete ajukoorete neuronite spetsiifilisele populatsioonile, mis ühendab eksitatoorsete sünapside kaudu dopamiinergilist ja inhibeerivat ventral tegmental ala (VTA) neuronid. Niisiis võib eellase põletamise struktuur prefrontaalses ajukoores otseselt mõjutada dopamiini rakkude vastust ja dopamiini vabanemist.
Boris Gutkin juhib HSE tunnetus- ja otsustuskeskuse teoreetilist neuroteaduste rühma. Üks rühma uurimisvaldkondadest keskendub neurobioloogilistele protsessidele, mis põhjustavad ainete kuritarvitamist ja sõltuvust - täpsemalt seose tuvastamisele ravimi toime neurobioloogiliste mehhanismide ja jälgitavate käitumisreaktsioonide vahel. Eelkõige uurivad teadlased matemaatilist modelleerimist dopaminergiliste neuronite vallandumismudelite ja dünaamika spetsiifiliste omaduste uurimiseks, mis võivad põhjustada sõltuvust.
Dopamiin, neurotransmitter, mis vabaneb aju dopamiinergilistest neuronitest, on kemikaal, millel on keskne roll aju sisemise tasustamise süsteemis, mis motiveerib motiveeritud käitumist. Tegutsedes aju tasustamissüsteemides (nt ventral tegmental ala, mis leidub sügavalt aju keskel; striatum, kes vastutab õige tegevuse valimise eest ja prefrontaalne ajukoor, mis kontrollib vabatahtlikke eesmärke ja käitumist), annab see märku kas ootamatust tasust või ootusest konkreetse tegevuse või sündmuse tulemusel saadud tasu. Seega annab dopamiin positiivset käitumist, mis toob kaasa need hüved, põhjustades nende kordamist. Vastupidi, kui konkreetne tegevus ei anna oodatavat positiivset mõju või sellele järgneb ebameeldiv sündmus, väheneb dopamiini vabanemine järsult, põhjustades pettumust ja soovimatust kõnealust käitumist korrata.
Paljud dopamiini neuronid toodavad neid õppesignaale kiirgavate kiirete purunemiste tekitamisel, kui loom saab rohkem oodatust või peatub, kui on oodatust väiksem. Õppimise korrektseks reguleerimiseks peavad purunemiste arv (ja vabanenud dopamiin) olema proportsionaalsed saadud ja oodatava tasu vahelise erinevusega (näiteks kui eeldatakse, et 50-i teenus on tema töö eest, kuid saab 100i; dopamiini aktiivsus peaks olema 50iga proportsionaalne, kui oodatakse 50i, kuid saab 500i, peaks aktiivsus signaalima 450-iga proportsionaalset arvu). Seega, mida suurem on mittevastavus, seda tugevam on vastus. Veel üks dopamiini neuronite alarühm annab signaale lihtsalt siis, kui stiimulid on käitumise seisukohalt olulised või ei anna binaarseid kõik-või-vastuseid. Need binaarsed signaalid juhivad seejärel orienteerumist või lähenemist olulisele käitumisele. Seega on kahel dopamiinirakkude populatsioonil erinevad reageerimisrežiimid: analoogõppesignaal või kõik-või-tähtsusetu hoiatus.
Neurooni aktiivsuse kaks viisi
Gutkini rühma hiljutised uuringud, mis viidi läbi koos Indiana ülikooli ja RAN Rakendusfüüsika Instituudi teadlastega, viitavad alkoholi potentsiaalsetele mehhanismidele dopaminergilisele neuronite aktiivsusele. Nende artikkel "Dopamiini neuronid muudavad ärritusele reageerimise erutatavuse tüüpi", mis ilmus aastal PLoS One, sisaldab dopamiini (DA) neurooni aktiivsuse arvutuslikku mudelit, kirjeldades selle peamisi omadusi ja näidates, et DA neurooni reageerimisrežiim võib varieeruda sõltuvalt sünaptilise sisendi mustrist (sealhulgas prefrontaalsest ajukoorest).
Esimesel režiimil peegeldab DA neuronite poolt vabanenud dopamiini kogus õppesignaali, mis on proportsionaalne loomade või inimeste ootuste ja konkreetse tegevuse tulemusel tegelikult saadud tulemuste erinevusega. Teises DA-neuronirežiimis toimib dopamiini vabanemine binaarsignaalina, mis näitab, kas teatud sündmus on oluline. Seega viitavad arvutusuuringu tulemused sellele dopamiini neuronid ei pruugi olla kaks erinevat populatsiooni, vaid on võimelised paindlikult ühelt reageerimisrežiimilt teisele lülituma, sõltuvalt nende vastuvõetud signaalide iseloomust.
Seotud uuringus avaldati ajakirjas "Sünkroniseeritud GABAergiliste neuronite panus dopaminergiliste neuronite põletamisse ja lõhkemisse". Neurofüsioloogia ajakirisama grupp viitab sellele, et lisaks otsestele seostele DA ja prefrontaalsete ajukoorete neuronite vahel tuleks kaaluda kaudse neuraalse sisendi kasutamist prefrontaalsest ajukoorest inhibeerivate (GABAergiliste) VTA neuronite kaudu. Eriti leidsid uurijad, et prefrontaalsest ajukoorest pärinevad signaalid võivad põhjustada GABAergiliste neuronite sünkroniseerumist, põhjustades DA neuronitele tugeva inhibeeriva toime. Uuringus leiti, et mõnel juhul võivad sellised inhibeerivad toimed viia paradoksaalsete tulemusteni - DA neuroni põletamise pärssimise ja seega dopamiini vabanemise vähenemise asemel võivad nad paljundada DA suuremat sagedust, mis viib kõrgemale dopamiini vabanemine ja positiivne tugevdamine.
Mida see tähendab meie alkoholismi mõistmiseks?
Eksperimentaalsed tõendid näitavad, et alkohol on võimeline modifitseerima DA-neuronite põletamise mustreid nii kaudselt prefrontaalse ajukoorme kui ka inhibeerivate VTA neuronite kaudu ning toimides otseselt DA neuronite suhtes per se. Praeguste järelduste põhjal eeldavad teadlased, millised mehhanismid võivad olla kaasatud.
VTA-l on alkoholivaba inimeses umbes 20,000 DA neuroneid. Mõned neist annavad märku, et teatud stiimulil on tähtsus, ülejäänud edastavad veateate. Teatud tasakaal kahe signaalitüübi vahel on hädavajalik hea mõistmise ja õige käitumise jaoks. Alkohol häirib tasakaalu, muutes nii närviaktiivsuse struktuuri prefrontaalses ajukoores kui ka DA neuronite omadustes. See muutus võib kallutada rohkem neuroneid, et tähendada tähtsust, mitte viga. Nii et alkoholi mõjul ravivad DA-neuronid alkoholi puudutavaid stiimuleid käitumusliku ja motiveeriva tähtsusega, olenemata sellest, kas see vastab eeldatavale tulemusele või mitte, samas kui alkoholi puudumisel on närvipõletamine tavaliselt kooskõlas. oodatud ja saadud tugevdused.
See mõju võib olla põhjus, miks alkohoolikutel võivad lõpuks tekkida tavapärasest kitsamad käitumisreaktsioonid, mis motiveerivad neid alkoholi otsima. Seda tehes ei ole nad kas teadlikud oma tegevuse võimalikest tagajärgedest või isegi kui nad suudavad selliseid tagajärgi aimata, ei oma see teadlikkus nende käitumisele vähe mõju või puudub see üldse. Uuringute järgi saab enamik alkohoolikutest aru, et nad võivad kaotada kodu ja perekonna ning surevad liigsamas joomises, kuid see peatab neid harva. Joomise tagajärgede õigeks hindamiseks peab nende prefrontaalne ajukoor integreeruma ja õppima selle käitumise negatiivseid ootusi õigesti esindama, mida toetavad DA neuronite tugevdavad õppesignaalid. See ei pruugi siiski juhtuda, sest alkohol (nagu teised meeleolu muutvad ained) võib mõjutada sõltlase neuraalset aktiivsust prefrontaalses ajukoores ja nende DA neuronid otse, blokeerides õppimise.
Dopamiini funktsiooni tasakaalustamiseks sõltuvuses olevates ajus ja piisava närvivastuse tekitamiseks keskkonnaalastele stiimulitele isegi siis, kui see on mõjuvõimu all, võib inimestel, kellel on narkootikumide kuritarvitamise probleeme, loota.
Tutvuge veel: Rõhutanud rotid tarbivad rohkem alkoholi, paljastades sellega seotud aju keemiat
Rohkem infot: Ekaterina O. Morozova et al., Dopamiini neuronid muudavad stimuleeritavuse tüübi vastuseks stimulaatoritele, PLOS-i arvutusbioloogia (2016). DOI: 10.1371 / journal.pcbi.1005233
Ekaterina O. Morozova et al. Sünkroniseeritud GABAergiliste neuronite panus dopamiinergilisse neuroni põletamisse ja lõhkemisse, Neurofüsioloogia ajakiri (2016). DOI: 10.1152 / jn.00232.2016
Viide: PLoS ONE Neurofüsioloogia ajakiri PLoS Computational Biology
Pakub: Riiklik teadusülikool Majanduskõrgkool
Loe lähemalt: https://medicalxpress.com/news/2017-03-alcoholism-dynamical-dopamine-imbalance.html#jCp
;