Your brain on drugs ': Fishhooks of addiction Dinsdag 15 juli 2008 Door Gigi MarinoResearch / Penn State
Toen de Amerikaanse schrijver Theodore Roethke van 1936 tot 1943 lesgaf aan Penn State, stond hij bekend om drie dingen: een goede dichter zijn, het tennisteam voor mannen coachen en dronken vallen, misschien het laatste meer dan het eerste. Roethke, een briljante en gekwelde man, kende goed de verleiding van drank en de kwelling van verslaving. In zijn gedicht 'Journey Into the Interior' schrijft Roethke: 'In the long journey out of the self, / Er zijn veel omwegen, verbleekte onderbroken rauwe plekken / Waar de schalie gevaarlijk glijdt / En de achterwielen hangen bijna over de edge / Bij het plotselinge omslaan, het moment van draaien. "
Breid de metafoor van "de plotselinge ommezwaai" uit tot een poging om de cyclus van verslaving te doorbreken. Roethke wist, net als elke fantastische dronkaard, elke craven meth-head, elke geheime roker, elke laatste heroïneverslaafde dat "de schalie gevaarlijk glijdt". Zelfs met de beste revalidatieklinieken en steungroepen, vinden verslaafden dat terugglijden in de warme, donkere baarmoeder van verslaving veel gemakkelijker - en veel aangenamer - is dan eruit te kruipen.
Afhankelijk van de studie die u leest, varieert het terugvalpercentage voor drugs- en alcoholverslaving van 50 tot 90 procent. Deze cijfers verbazen niet Kyung-An Han, universitair hoofddocent biologie, wiens primaire werk tracht te begrijpen hoe moleculen in de hersenen gedrag beïnvloeden. Afgelopen winter hield Han de lezing 'Addiction: A Bad Case of Good Memory' in de lopende reeks Frontiers of Science, gesponsord door het Eberly College of Science, waarin ze verslaving als een onvrijwillige vorm van leren en geheugen onderzocht. Han stelt dat verslaving niets met wilskracht te maken heeft. Ze zegt: “Verslaving is een probleem van de hersenen dat chronisch en progressief kan zijn. Het is geen morele kwestie. Ons gedrag wordt grotendeels bepaald door de hersenfunctie. "
Reis naar het centrum van de hersenen
In de jaren tachtig, voordat de eerste klassers wisten wat PET-scans waren en 'dopamine' en 'serotonine' huishoudelijke woorden werden, lanceerde het partnerschap voor een drugsvrij Amerika een massale antidrugscampagne die een gebakken ei gebruikte om te symboliseren ' je hersenen op drugs. " We weten vandaag wat het frituren eigenlijk veroorzaakt.
Diep in het hart van de hersenen, in het midden waar de hersenstam zich vasthecht, ligt het ventrale tegmentale gebied (VTA), dat bestaat uit neuronen die informatie ontvangen van andere delen van de hersenen, waarvan een groot deel te maken heeft met hoe wel wordt aan de menselijke behoeften voldaan. De chemische boodschapper dopamine stuurt deze informatie naar de nucleus accumbens in de voorhersenen, direct voor de VTA. Samen blazen deze twee hersengebieden het beloningspad van de hersenen in. Het paradijs op aarde begint in dit deel van de hersenen. Plezier wordt bemiddeld door dopamine, dat, zegt Han, 'de sleutel is tot onze overleving als soort'.
Dopamine is een hoofdrolspeler in dit deel van de hersenen. Natuurlijke beloningen, zoals voedsel en seks, zeggen Han, verhogen dopamine niveaus in de nucleus accumbens, die informatie ontvangt van de VTA. Kunstmatige beloningen, met name drugs zoals cocaïne, amfetaminen, methamfetaminen en methylfenidaten (bijv. Ritalin), veroorzaken schade aan de hersenen door de chemische structuur van dopamine na te bootsen en te binden aan de transporter waaraan dopamine normaliter bindt.
Normale, gezonde hersencommunicatie vindt plaats wanneer een neuron een elektrisch signaal van het cellichaam door zijn vertakkende dendrieten naar de axonale uiteinden van de neuron stuurt, waar het de synaps naar een ander neuron passeert. Zodra het signaal is ontvangen, moet het worden beëindigd zodat andere signalen erdoor kunnen komen. Cellen sturen dit proces aan door een transporter te gebruiken, een heropname molecuul dat zich in het "zender" neuron bevindt. Wanneer het dopaminemolecuul zijn werk doet in gezonde hersenen, bindt het zich aan dopaminereceptoren in het "ontvangende" neuron om het signaal te verzenden. Als de taak is voltooid, wordt de dopamine opnieuw opgenomen door de dopaminetransporteur in het "zender" -neuron, zodat het opnieuw kan worden gebruikt.
Medicijnen blokkeren de transporter, die in feite het gebied overspoelt met dopamine, die vervolgens continu de receptor activeert en zo het plezier vergroot. "Daarom voelen mensen euforie als ze drugs gebruiken", zei Han. "Het beloningspad is het centrale pad van veel drugs", waaronder heroïne, alcohol en nicotine. "
Waar het op neerkomt is dat medicijnen de hersenen een goed gevoel geven, maar er is een dunne lijn tussen bedwelming en toxiciteit. Wanneer de hersenen worden overspoeld met door geneesmiddelen geïnduceerde dopamine, compenseert dit door het aantal dopaminereceptoren onder de neurale receptoren te verminderen en door de glucoseproductie, de belangrijkste energiebron voor de hersenen, te verminderen. Uiteindelijk vertraagt de hele hersenfunctie. De prefrontale cortex, het uitvoerende gebied dat verantwoordelijk is voor planning en herinnering, vertroebelt. Synapsen werken niet zoals ze zouden moeten. Geheugen en emotie worden nadelig beïnvloed. Al die overtollige dopamine frituurt de receptorcircuits in een flits van razernij - dan verschrompelen de natuurlijke receptoren. Dit zijn je hersenen op drugs.
Verslaving en geheugen
In haar werk bij Penn State begon Han fruitvliegjes te gebruiken om geheugen en leren te bestuderen. Drosophila melanogaster is een uitstekend model voor conditioneringsstudies, legde Han uit, omdat het een geavanceerd centraal zenuwstelsel heeft waarvan de moleculaire componenten en neurale communicatie vergelijkbaar zijn met die bij mensen. Door verschillende geuren te gebruiken die verband houden met een lichte elektrische schok of een sucrose-beloning, heeft het team van Han, bestaande uit afgestudeerde en niet-gegradueerde studenten, gemakkelijk aversieve en smakelijke (vermijding en aantrekkingskracht) conditioneringsscenario's geconstrueerd om de onderliggende moleculen te bestuderen die verantwoordelijk zijn voor leren en geheugen. In het kort, vliegen leerden de geuren die verband houden met schokken te vermijden en degenen te zoeken die suiker opleverden. Haar team bestudeerde neurotransmitters, dopamine en octopamine, wat analoog is aan de neurotransmitter norepinefrine bij mensen (met epinefrine geeft het de vecht-of-vluchtreactie aan).
"We wisten uit eerdere studies dat die moleculen belangrijk zijn, en we gaan echt in op de mechanismen van hoe deze dopamine- en octopaminesystemen deze aversieve versus eetlustconditionering daadwerkelijk bemiddelen," zei Han. Het blijkt: "Er is een exacte analogie met (wat er gebeurt in de hersenen van) drugsverslaafden."
In plaats van een bepaalde geur die fruitvliegjes vermijdt of aantrekt, suggereert Han, die geïnteresseerd is in het begrijpen van de moleculen en mechanismen die ten grondslag liggen aan de associatie van omgevingsfactoren met gedrag, dat visuele signalen zoals een cola-spiegel of een bierflesje als conditionering kunnen werken. stimuli. En dit zou een krachtige trigger kunnen zijn voor drugsverslaafden of alcoholisten. "Bij het leren en het geheugen wordt dit specifieke proces versterkt bij mensen die al heel lang drugs gebruiken", zei ze. “We raakten geïnteresseerd in het stellen van de vraag: 'Zijn er gemeenschappelijke paden die het natuurlijke leer- en geheugenproces bevorderen versus het door drugs geïnduceerde leer- en geheugenproces?' Dat is hoe we begonnen met het bestuderen van alcohol en cocaïne. "
De hersenen houden van dopamine. Nee, het brein houdt van dopamine. Verwijzend naar de baanbrekende studie van Olds en Milner die voor het eerst het brein-beloningspad identificeerde in 1954, zegt Han dat ratten het VTA-startpunt van het beloningspad liever hebben - gestimuleerd dan het ontvangen van voedsel of seks hebben. En dopamine is niet alleen de magische neurotransmitter die de beloningsroute mogelijk maakt, maar ook de neurotransmitter die de hersenen in abnormale aantallen produceren met de inname van bepaalde drugs en alcohol. Mensen die een sigaret of cocktail nodig hebben om hun zenuwen te kalmeren, worden feitelijk gepacificeerd door een plotselinge stroom chemicaliën in de gelukkige plaats van de hersenen. Zo begon Han de moleculaire basis te begrijpen voor wat de hersenen liefhebben, wat niet noodzakelijk het gezondste is voor de rest van het lichaam, en hoe de fruitvliegbrein leert en onthoudt waar het van houdt - dopamine en octopamine.
Seks en de enkele vlieg
Werken aan de hypothese dat verbeterd gedrag veroorzaakt door herhaalde ervaring geheugen vereist, Han en haar team begonnen dagelijks ethanol aan de vliegen te geven om hun herinneringen over ethanolervaring te verlengen. Onderweg deed het team een aantal verrassende ontdekkingen die meer met gedrag dan geheugen te maken hadden - en wat schandalig gedrag. De studie, gepubliceerd in Jan. 2, 2008, uitgave van het wetenschappelijke tijdschrift PLoS One, is een baanbrekende blik op de effecten van chronische alcoholblootstelling bij fruitvliegen. (Vergelijkbare fruitvliegstudies over de hele wereld hebben alleen gekeken naar kortdurende blootstelling.) En, zoals bij mensen, is overmatige alcoholinname in fruitvliegjes niet mooi.
Bij wildtype vliegen ontdekten Han en haar team dat met ethanol bedwelmde mannetjesvliegen hun seksuele remmingen verloren en dat dit ongeremde gedrag werd versterkt door de herhaalde ervaring met ethanol. Bij chronisch alcoholgebruik (dwz ethanol) begonnen de dronken mannetjesvliegen, die normaal alleen vrouwtjes hof, het hof te maken met andere mannetjes… tevergeefs.
Met behulp van transgene vliegen blokkeerde Han de neurotransmissie van dopamine door de temperatuur te verhogen tot 32 graden Celsius, waardoor het effect van dopamine tijdelijk werd uitgeschakeld. Deze vliegen, zelfs wanneer ze grote doses ethanol kregen, hadden geen interesse in andere mannelijke vliegen. Han zei. "Dit resultaat suggereert dat dopamine een belangrijke bemiddelaar is van door ethanol geïnduceerde intermannen verkering."
Niemand had verwacht dit gedrag te zien. Han zei: “Mensen dachten dat ethanol seksuele opwinding bij mensen kon stimuleren, maar er was nooit een biologisch of fysiologisch model om dit te ondersteunen. Mensen dachten dat het psychologischer was, maar vliegen gaan er normaal gesproken niet van uit dat, omdat ik drink, het goed zal zijn als ik een ander mannetje voor de rechter haal. Deze toename van seksuele opwinding is volledig fysiologisch. Het is een behoorlijk fascinerend model om de fysiologische basis te begrijpen. "
En hoewel haar werk openstaat voor parodie op bierbrillen en frat boys, zei Han dat de studies van haar team dit aantonen: er is absoluut een verband tussen verslaving, remming en dopamine. Hoewel de hersenen dol zijn op de stroom van door verslaving geïnduceerde moleculen, zijn wij mensen nog steeds favoriete wezens. Han zei: “De manier waarop we worden gedefinieerd als mensen, is dat we hersenen hebben ontwikkeld met goede remmende systemen. Mensen kunnen ervoor kiezen om niet te drinken of niet te rijden en te drinken. "
Gebruik deze ontwikkelde hersenen, stelde ze voor. Maak goede keuzes voordat de vishaken van verslaving je neurotransmitters vastgrijpen en niet loslaten. In plaats van aan het einde van de dag te gaan zitten voor een nacht pinot noir, ga je hardlopen. Prikkel het beloningspad van de hersenen met de eigen onbelemmerde dopaminevoorziening van het lichaam. 'Iedereen wil plezier zoeken,' zei ze, 'maar de beste manier om dat te doen is door het pleziercentrum op natuurlijke wijze een boost te geven. Gebruik wetenschap. "
Kyung-An Han, is universitair hoofddocent biologie aan het Eberly College of Science. Ze is te bereiken op [e-mail beveiligd]”> [e-mail beveiligd]”> [e-mail beveiligd]. Het hierboven beschreven onderzoek werd ondersteund door subsidies van de National Institutes of Health en de National Science Foundation.
Voor meer functies over onderzoek bij Penn State, abonneer je op Research Penn State: http://www.rps.psu.edu/cgi-bin/subscribe.cgi
;
