Alcoholisme kan worden veroorzaakt door een dynamische dopamine-onbalans
10 maart 2017
Een internationale onderzoeksgroep heeft mogelijke alcoholisme-mechanismen geïdentificeerd die verband houden met veranderde dopaminerge neuronrespons op complexe dynamica van prefrontale cortexneuronen die dopamine-afgifte beïnvloeden.
In elkaar grijpende neuronale populaties in de hersenschors genereren elektrische impulsen (actiepotentialen genoemd) die worden gekenmerkt door specifieke ruimtelijke en temporele patronen van neuraal afvuren (of complexe neurale dynamica). Deze schietpatronen zijn afhankelijk van de intrinsieke eigenschappen van individuele neuronen, van de neurale netwerkconnectiviteit en de invoer van deze circuits. De basis voor deze computationele studie is het experimentele bewijs voor een specifieke populatie van prefrontale cortex neuronen die via exciterende synapsen verbindt met dopaminerge en remmende ventrale tegmental gebied (VTA) neuronen. De structuur van neuraal afvuren in de prefrontale cortex kan dus direct de dopamine-celrespons en dopamine-afgifte beïnvloeden.
Boris Gutkin leidt de Theoretische Neurowetenschappen Groep bij het HSE Center for Cognition and Decision Making. Een van de onderzoeksgebieden van de groep richt zich op neurobiologische processen die leiden tot drugsmisbruik en verslaving - in het bijzonder op het detecteren van verbanden tussen de neurobiologische mechanismen van de werking van een medicijn en waarneembare gedragsreacties. In het bijzonder gebruiken de onderzoekers wiskundige modellen om specifieke kenmerken van dopaminerge neuronafvuurpatronen en -dynamica te onderzoeken die tot verslaving kunnen leiden.
Dopamine, een neurotransmitter die wordt afgegeven door dopaminergische neuronen in de hersenen, is een chemische stof die een sleutelrol speelt in het interne beloningssysteem van de hersenen dat het leren van gemotiveerd gedrag stimuleert. Door te handelen binnen de beloningssystemen in de hersenen (bijv. Het ventrale tegmentale gebied diep in het midden van de hersenen, het striatum, verantwoordelijk voor het selecteren van correcte acties en de prefrontale cortex die vrijwillige doelen en gedrag regelt), signaleert het ofwel een onverwachte beloning of anticipatie van beloning als gevolg van een bepaalde actie of gebeurtenis. Zo zorgt dopamine voor een positieve versterking van gedrag dat tot deze beloningen leidt, waardoor ze herhaald worden. Omgekeerd neemt, wanneer een bepaalde actie niet het verwachte positieve effect oplevert of gevolgd wordt door een onaangename gebeurtenis, de afgifte van dopamine scherp af, hetgeen leidt tot frustratie en de onwil om het betreffende gedrag te herhalen.
Veel dopamine-neuronen produceren deze leersignalen door snelle uitbarstingen van pieken uit te zenden wanneer het dier meer beloning ontvangt dan verwacht of te pauzeren wanneer er minder is dan verwacht. Om het leren correct te regelen, moet het aantal bursts (en de vrijgegeven dopamine) evenredig zijn aan de discrepantie tussen de ontvangen en de verwachte beloning (bijvoorbeeld als men 50 euro's verwacht voor zijn werk, maar 100 krijgt; dopamine-activiteit moet in verhouding staan tot 50, wanneer men 50 verwacht maar 500 krijgt, moet de activiteit een getal aangeven dat evenredig is met 450). Vandaar dat hoe groter de mismatch, hoe sterker de respons. Nog een andere subgroep van dopamine-neuronen geeft eenvoudig aan wanneer stimuli belangrijk zijn voor gedrag of geen binaire al-of-niets-reacties geven. Deze binaire signalen zorgen dan voor oriëntatie of benadering van de belangrijke gedragingen. Dus de twee dopamine-celpopulaties hebben verschillende responsmodi: het analoge leersignaal of de al dan niet belangrijke waarschuwing.
Twee soorten neuronactiviteit
Recent onderzoek door de groep van Gutkin, uitgevoerd samen met wetenschappers van Indiana University en het RAN Institute of Applied Physics, suggereert mogelijke mechanismen van het effect van alcohol op dopaminerge neuronale activiteit. Hun paper, "Dopamine Neurons Change the Type of Excitability in Response to Stimuli", gepubliceerd in PLOS One, beschikt over een computationeel model van dopamine (DA) neuronactiviteit, dat de belangrijkste eigenschappen beschrijft en aantoont dat de responsmodus van het DA-neuron kan variëren afhankelijk van het patroon van de synaptische input (inclusief dat van de prefrontale cortex).
In de eerste modus weerspiegelt de hoeveelheid dopamine die door de DA-neuronen vrijkomt het leersignaal dat propotioneel is met het verschil tussen wat een dier of een mens verwacht en wat ze daadwerkelijk krijgen als gevolg van een bepaalde actie. Wanneer in de tweede DA-neuronmodus, dient dopamineafgifte als een referentiebinair signaal dat aangeeft of een bepaalde gebeurtenis al dan niet belangrijk is. Aldus impliceren de resultaten van de computerstudie dat dopamine neuronen zijn misschien niet twee verschillende populaties, maar kunnen flexibel schakelen tussen de ene antwoordmodus naar de andere, afhankelijk van de aard van de signalen die ze ontvangen.
In een verwante studie, "Bijdrage van gesynchroniseerde GABAergische neuronen aan het afvuren en barsten van dopaminerge neuronen", gepubliceerd in de Journal of Neurophysiology, dezelfde groep suggereert dat naast directe verbindingen tussen DA en prefrontale cortex neuronen, indirecte neurale input van de prefrontale cortex via remmende (GABAergic) VTA neuronen overwogen moet worden. In het bijzonder ontdekten de onderzoekers dat signalen van de prefrontale cortex GABAergische neuronen kunnen laten synchroniseren, wat een sterk remmend effect op DA-neuronen produceert. De studie toonde aan dat in sommige gevallen dergelijke remmende effecten tot paradoxale resultaten kunnen leiden - in plaats van DA-neuronafbrekingen te onderdrukken en dus de dopamine-afgifte te verminderen, kunnen ze de DA-afvuurfrequentie vermenigvuldigen, wat leidt tot een hogere dopamine-afgifte en positieve versterking.
Wat het betekent voor ons begrip van alcoholisme
Experimenteel bewijs suggereert dat alcohol DA neuron-schietpatronen kan wijzigen, zowel indirect via de prefrontale cortex als remmende VTA-neuronen, en rechtstreeks door DA-neuronen als zodanig te beïnvloeden. Op basis van de huidige bevindingen veronderstellen de onderzoekers welke mechanismen er mogelijk bij betrokken zijn.
De VTA heeft ongeveer 20,000 DA neuronen in een niet-alcoholisch persoon. Sommige hiervan dienen om aan te geven dat een bepaalde stimulus van belang is, terwijl de rest het foutsignaal uitzendt. Een zeker evenwicht tussen de twee soorten signalen is essentieel voor een goed oordeel en een goed gedrag. Alcohol verstoort de balans door zowel het patroon van neurale activiteit in de prefrontale cortex en DA-neuron-eigenschappen te veranderen. Deze verandering kan meer neuronen beïnvloeden om het belang te signaleren in tegenstelling tot de fout. Dus onder invloed van alcohol, wordt elke stimulus geassocieerd met alcohol door DA-neuronen behandeld als zijnde gedrags- en motivatiebelangrijk, ongeacht of deze al dan niet overeenkomt met de verwachte uitkomst, terwijl bij afwezigheid van alcohol neuraal schieten normaliter consistent zou zijn met de verwachte en ontvangen versterkingen.
Dit effect kan de reden zijn waarom alcoholisten uiteindelijk een beperkter dan normaal bereik van gedragsreacties ontwikkelen, waardoor ze gemotiveerd worden om alcohol te zoeken. Daarbij zijn ze zich ofwel niet bewust van de mogelijke gevolgen van hun daden of, zelfs als ze dergelijke gevolgen kunnen anticiperen, heeft dit bewustzijn weinig of geen effect op hun gedrag. Volgens enquêtes begrijpen de meeste alcoholisten dat ze hun huis en gezin kunnen verliezen en zelfs kunnen overlijden door drankmisbruik, maar dit houdt hen zelden tegen. Om de gevolgen van drinken goed te kunnen beoordelen, moet hun prefrontale cortex worden geïntegreerd en leren om de negatieve verwachtingen van dit gedrag correct weer te geven, ondersteund door versterkende leersignalen van DA-neuronen. Dit gebeurt echter misschien niet omdat alcohol (net als andere stemmingsveranderende stoffen) zowel de neurale activiteit van de verslaafde kan beïnvloeden. prefrontale cortex en hun DA-neuronen direct, waardoor ze het leren blokkeren.
Een manier vinden om de dopaminefunctie in het verslaafde brein in evenwicht te brengen en om adequate neurale reacties op omgevingsprikkels uit te lokken, zelfs terwijl onder invloed invloed kan zijn op mensen met problemen met middelenmisbruik.
Verken verder: Gestresste ratten consumeren meer alcohol en onthullen verwante hersenchemie
Meer informatie: Ekaterina O. Morozova et al, Dopamine Neurons Veranderen het type van exciteerbaarheid in reactie op stimuli, PLOS Computational Biology (2016). DOI: 10.1371 / journal.pcbi.1005233
Ekaterina O. Morozova et al. Bijdrage van gesynchroniseerde GABAergic neuronen aan het vuren en barsten van dopaminerge neuronen, Journal of Neurophysiology (2016). DOI: 10.1152 / jn.00232.2016
Referentie van het tijdschrift: PLoS ONE Journal of Neurophysiology PLoS Computational Biology
Geleverd door: National Research University Hogere School of Economics
Lees meer op: https://medicalxpress.com/news/2017-03-alcoholism-dynamical-dopamine-imbalance.html#jCp
;
