L'alcoolisme peut être causé par un déséquilibre dynamique de la dopamine
10 mars 2017
Une collaboration de recherche internationale a permis d'identifier des mécanismes potentiels liés à l'alcoolisme associés à une réponse altérée des neurones dopaminergiques à la dynamique complexe des neurones du cortex préfrontal ayant une incidence sur la libération de dopamine.
Les populations neuronales en interaction dans le cortex cérébral génèrent des impulsions électriques (appelées potentiels d'action) caractérisées par des schémas spatio-temporels spécifiques de déclenchement neuronal (ou dynamique neurale complexe). Ces schémas de déclenchement dépendent des propriétés intrinsèques des neurones individuels, de la connectivité du réseau neuronal et des entrées de ces circuits. La base de cette étude informatique est la preuve expérimentale d'une population spécifique de neurones du cortex préfrontal qui se connecte via des synapses excitatrices à des fonctions dopaminergiques et inhibitrices. zone tegmentale ventrale (VTA) neurones. Ainsi, la structure de la mise à feu neuronale dans le cortex préfrontal peut affecter directement la réponse cellulaire à la dopamine et la libération de la dopamine.
Boris Gutkin dirige le groupe de neurosciences théoriques au Centre HSE pour la cognition et la prise de décision. L'un des domaines de recherche du groupe se concentre sur les processus neurobiologiques menant à la toxicomanie et à la toxicomanie, en particulier sur la détection des liens entre les mécanismes neurobiologiques de l'action d'un médicament et les réactions comportementales observables. En particulier, les chercheurs utilisent la modélisation mathématique pour examiner les caractéristiques spécifiques des schémas et de la dynamique de déclenchement des neurones dopaminergiques qui peuvent conduire à la dépendance.
La dopamine, un neurotransmetteur libéré par les neurones dopaminergiques dans le cerveau, est une substance chimique qui joue un rôle clé dans le système de récompense interne du cerveau qui favorise l'apprentissage d'un comportement motivé. En agissant au sein des systèmes de récompense dans le cerveau (par exemple, la région tegmentale ventrale située au centre du cerveau; le striatum, responsable de la sélection des actions correctes et du cortex préfrontal contrôlant les objectifs et les comportements volontaires), indique une récompense ou une anticipation inattendue. de récompense résultant d’une action ou d’un événement particulier. Ainsi, la dopamine renforce positivement les comportements qui conduisent à ces récompenses, ce qui les fait se reproduire. Inversement, lorsqu'une action particulière ne produit pas l'effet positif escompté ou est suivie d'un événement désagréable, la libération de dopamine diminue fortement, ce qui entraîne frustration et réticence à reproduire le comportement en question.
De nombreux neurones dopaminergiques produisent ces signaux d'apprentissage en émettant de brusques poussées de pics lorsque l'animal reçoit plus de récompense que prévu ou une pause lorsqu'il y en a moins que prévu. Afin de gérer correctement l'apprentissage, le nombre de rafales (et de dopamine libérée) doit être proportionnel à l'écart entre la récompense reçue et la récompense attendue (par exemple, si l'on s'attend à obtenir 50 en euros pour son travail, mais obtient 100; L’activité de la dopamine doit être proportionnelle à 50; lorsque l’on attend 50 mais obtient 500, l’activité doit signaler un nombre proportionnel à 450). Par conséquent, plus le décalage est important, plus la réponse est forte. Un autre sous-groupe de neurones dopaminergiques signale simplement que les stimuli sont importants pour le comportement ou ne donnent pas de réponses binaires tout ou rien. Ces signaux binaires déterminent ensuite l'orientation ou l'approche des comportements importants. Ainsi, les deux populations de cellules dopaminergiques ont des modes de réponse différents: le signal d'apprentissage analogique ou l'alerte d'importance tout ou rien.
Deux modes d'activité neuronale
Des recherches récentes du groupe de Gutkin menées conjointement avec des scientifiques de l'Université de l'Indiana et du RAN Institute of Applied Physics suggèrent des mécanismes potentiels de l'effet de l'alcool sur l'activité neuronale dopaminergique. Leur article, «Les neurones dopaminergiques changent le type d'excitabilité en réponse aux stimuli», publié dans PLoS ONE, présente un modèle de calcul de l'activité neuronale dopamine (DA), décrivant ses propriétés clés et démontrant que le mode de réponse du neurone DA peut varier en fonction du modèle de l'entrée synaptique (y compris celle du cortex préfrontal).
Dans le premier mode, la quantité de dopamine libérée par les neurones DA reflète le signal d'apprentissage propice à la différence entre ce à quoi s'attendent les animaux et les humains et ce qu'ils reçoivent réellement à la suite d'une action donnée. Dans le deuxième mode de neurone DA, la libération de dopamine sert de signal binaire de référence indiquant si un événement donné est important ou non. Ainsi, les résultats de l’étude informatique impliquent que neurones dopaminergiques peuvent ne pas être deux populations distinctes, mais sont capables de passer facilement d’un mode de réponse à un autre en fonction de la nature des signaux qu’ils reçoivent.
Dans une étude connexe, «Contribution des neurones GABAergiques synchronisés au déclenchement et à l'éclatement des neurones dopaminergiques», publiée dans le Journal de neurophysiologie, le même groupe suggère qu'en plus des liens directs entre l'AD et les neurones du cortex préfrontal, les entrées neurales indirectes provenant du cortex préfrontal via les neurones VTA inhibiteurs (GABAergiques) devraient être envisagées. Les chercheurs ont notamment découvert que les signaux provenant du cortex préfrontal pouvaient provoquer la synchronisation des neurones GABAergiques, produisant ainsi un puissant effet inhibiteur sur les neurones DA. L'étude a montré que, dans certains cas, de tels effets inhibiteurs peuvent conduire à des résultats paradoxaux: au lieu de supprimer le déclenchement de neurones DA et de réduire ainsi la libération de dopamine, ils peuvent multiplier la fréquence de déclenchement des DA, entraînant une libération de dopamine et renforcement positif.
Ce que cela signifie pour notre compréhension de l'alcoolisme
Des preuves expérimentales suggèrent que l'alcool est capable de modifier les schémas de déclenchement des neurones DA, à la fois indirectement via les neurones du cortex préfrontal et des VTA inhibiteurs, et directement en agissant sur les neurones DA eux-mêmes. Sur la base des résultats actuels, les chercheurs émettent des hypothèses sur les mécanismes pouvant être impliqués.
La VTA contient environ des neurones 20,000 DA chez une personne non alcoolique. Certaines servent à signaler l’importance d’un stimulus, les autres transmettant le signal d’erreur. Un certain équilibre entre les deux types de signaux est essentiel pour un bon jugement et un comportement correct. L'alcool perturbe l'équilibre en modifiant à la fois le modèle d'activité neuronale dans le cortex préfrontal et les propriétés neuronales DA. Ce changement peut amener plus de neurones à signaler l’importance par opposition à l’erreur. Donc, sous l'influence de l'alcool, tout stimulus associé à l'alcool est traité par les neurones DA comme ayant une importance comportementale et motivationnelle, qu'il corresponde ou non au résultat attendu, tandis qu'en l'absence d'alcool, les décharges neuronales seraient normalement compatibles avec la attendu et reçu des renforts.
Cet effet peut être la raison pour laquelle les alcooliques peuvent éventuellement développer une gamme plus étroite que la normale de réponses comportementales, les motivant à chercher de l'alcool. Ce faisant, ils ne sont pas conscients des conséquences potentielles de leurs actes ou, même s'ils peuvent anticiper de telles conséquences, cette prise de conscience n'a que peu ou pas d'effet sur leur comportement. Selon les sondages, la plupart des alcooliques comprennent qu'ils peuvent perdre leur maison et leur famille et même mourir des suites d'une consommation excessive d'alcool, mais cela les arrête rarement. Pour évaluer correctement les conséquences de la consommation d'alcool, leur cortex préfrontal doit s'intégrer et apprendre à représenter correctement les attentes négatives de ce comportement, soutenues par des signaux d'apprentissage par renforcement des neurones DA. Cela peut ne pas se produire, cependant, car l'alcool (comme d'autres substances modifiant l'humeur) peut affecter à la fois l'activité neuronale du toxicomane. cortex préfrontal et leurs neurones DA directement, bloquant l'apprentissage.
Trouver un moyen d'équilibrer la fonction dopaminergique dans le cerveau dépendant et de susciter des réponses neuronales adéquates aux stimuli environnementaux, même sous influence, pourrait donner de l'espoir aux personnes ayant des problèmes d'abus de substances.
Explorer plus loin: Les rats stressés consomment plus d'alcool, révélant la chimie cérébrale associée
En savoir plus : Ekaterina O. Morozova et al., Les neurones dopaminergiques modifient le type d’excitabilité en réponse à des stimuli, PLOS Biologie Computationnelle (2016). DOI: 10.1371 / journal.pcbi.1005233
Ekaterina O. Morozova et al. Contribution des neurones GABAergiques synchronisés au déclenchement et à l’explosion des neurones dopaminergiques, Journal de neurophysiologie (2016). DOI: 10.1152 / jn.00232.2016
Référence du journal: PLoS ONE Journal de neurophysiologie PLoS Computational Biology
Fourni par: École supérieure d'économie de l'Université nationale de la recherche
En savoir plus: https://medicalxpress.com/news/2017-03-alcoholism-dynamical-dopamine-imbalance.html#jCp
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