Kilde
1] Psykiatrisk Imaging Group, MRC Klinisk Vitenskapssenter, Imperial College London, Hammersmith Sykehus, London, Storbritannia [2] Senter for Neuropsykofarmakologi, Divisjon for Brain Sciences, Institutt for medisin, Imperial College London, London, Storbritannia.
Abstrakt
Striatal dopaminfunksjon er viktig for normal personlighet, kognitive prosesser og oppførsel, og abnormiteter er knyttet til en rekke nevropsykiatriske lidelser. Ingen studier har imidlertid undersøkt den relative innflytelsen av genetisk arv og miljøfaktorer ved bestemmelse av striatal dopaminfunksjon. Ved hjelp av [18F] -DOPA positron-utslippstomografi (PET), søkte vi å bestemme arveligheten til presynaptisk striataldopaminfunksjon ved å sammenligne variabiliteten i opptaksvurderinger i samme kjønn, monozygotiske (MZ) tvillinger til dizygotiske (DZ) tvillinger. Ni MZ og 10 DZ tvillingpar gjennomgikk [18F] -DOPA PET med høy oppløsning for å vurdere presynaptisk striataldopaminfunksjon. Opptaksverdier for de totale striatum- og funksjonelle striatal-underdelingene ble bestemt ved hjelp av en Patlak-analyse ved bruk av et cerebellar-referanseområde. Heritabilitet, delte miljøeffekter og ikke-delte individuelle spesifikke effekter ble estimert ved hjelp av en region av interesse (ROI) analyse og en bekreftende parametrisk analyse. Samlet striatal arvelighet estimater fra avkastning og parametriske analyser var henholdsvis 0.44 og 0.33. Vi fant en forskjell mellom striatal arvelighet i de funksjonelle delene, med de største arvelighetsestimater som forekommer i sensorimotorisk striatum og den største effekten av individuelle spesifikke miljøfaktorer i limbisk striatum. Våre resultater indikerer at variasjon i den totale presynaptiske striataldopaminfunksjonen bestemmes av en kombinasjon av genetiske faktorer og individuelle spesifikke miljøfaktorer, med familiære miljøeffekter som ikke har noen effekt. Disse funnene understreker betydningen av individuelle spesifikke miljøfaktorer for striatal dopaminerg funksjon, spesielt i limbisk striatum, med implikasjoner for forståelse av nevropsykiatriske lidelser som schizofreni og avhengighet.
Neuropsykofarmakologi fremskyndet nettpublikasjon, 24 oktober 2012; doi: 10.1038 / npp.2012.207.
Natur og næring spredes i hjernens belønningssenter
PET-skanningstudie har viktige implikasjoner for fremtidig forskning i forstyrrelser som skizofreni, avhengighet og Parkinsons sykdom.
Av Eliot Barford
En studie fra Imperial College London-forskere har gitt en enestående innsikt i rollene natur og næringsspill i vår oppførsel, med viktige implikasjoner for fremtidig forskning i forstyrrelser som skizofreni, avhengighet og Parkinsons sykdom.
Dr. Paul Stokes fra Institutt for medisin og kollegene hans brukte over tre år på å utføre hjerneskanninger på tvillingpar, der de målte funksjonen til hjernekjemikaliet dopamin. Dopamin har et rykte som «nytelseskjemikaliet» fordi det frigjøres i hjernen i forbindelse med belønning. «Når folk tar et stoff eller drikker alkohol, er grunnen til at de får en følelse av glede eller belønning på grunn av dopaminfrigjøring», sier Stokes. Denne kjemiske belønningen styrer vår atferd og hjelper oss å lære. «Dopamin er svært viktig for normale prosesser i hjernen, men også unormale prosesser.»
Dopaminfrigivelse i hjernen varierer mellom alle, men svært høye eller lave mengder er forbundet med psykiske lidelser: Overdreven dopaminfrigivelse forekommer hos mennesker med schizofreni, mens svært lite er sett hos de med alkohol- og rusmiddelforstyrrelser. Et underskudd i dopaminfunksjonen antas også å forårsake det sakte arbeidsminnet hos personer med Parkinsons sykdom.
Neuroscientists er fortsatt å avlede om disse endringene i dopaminaktivitet er årsaken til psykisk lidelse eller resultatet av det, men en av de mest presserende mysterier å løse er om de er arvet eller ikke. Som vi nå vet at skizofreni kan arves, er det stor interesse for muligheten for at dysfunksjonell dopaminaktivitet også kan kjøre i familier. Svaret vil ha stor innvirkning på hvordan slike sykdommer vil bli behandlet i fremtiden. "Å forstå hvordan gener og miljø har innflytelse på dopamin-systemet er svært viktig," sier Stokes.
Den striatum ligger nær sentrum av hjernen. (Bilde: Life Science Databaser (LSDB))
Dopamin gjør det meste av sitt arbeid i en del av hjernen kalt striatum, en rundaktig klump begravet nesten midt i hjernen din. "Den striatum er et relativt lite område av hjernen, men veldig viktig for belønning, følelser og noen kognitive funksjoner også," forklarer Stokes. Den striatum kommer i tre deler med forskjellige ansvar. Den limbiske striatumen er vert for den følelsen av belønning og motivasjonen den gir. Den associative striatum styrer arbeidsminne og andre tenkningsprosesser, mens sensimotorisk striatum hjelper til med å styre bevegelsen. Stokes og hans kolleger vurderte hver av de tre delene separat.
Deres innovative studiedesign involverte en variant av PET-skanningen. PET oppdager små mengder radioaktivitet i motivets kropp med høy oppløsning, og gir en serie "skiver" som kan settes sammen i en 3D-modell. Radioaktiviteten kommer fra et sporstoff injisert i motivet. I denne studien brukte forskerne F-DOPA, et kjemikalie som fungerer som en markør for dopaminfunksjon. F-DOPA blir omdannet til dopamin i hjernen uansett hvor dopamin frigjøres, så PET-skanningen avslørte hvor og hvor mye dopaminaktivitet som foregikk i tvillingenes hjerner.
Ser på tvillinger gir informasjon om arv som ofte ikke kan oppnås på annen måte. Fordi identiske tvillinger har akkurat det samme DNA, har forskjellene mellom dem ingenting å gjøre med sine gener. Du kan estimere hvor mye av et trekk som høyde eller intelligens, arves ved å finne ut hvordan lignende det er i tvillinger. For eksempel er høyden svært arvelig - tvillinger er omtrent like høye - mens intelligens er ganske arvelig og tvillinger har ofte forskjellige IQ.
Som de fleste tvillingstudier, sammenlignet denne identiske og ikke-identiske tvillinger. Ikke-identiske tvillinger deler 50 prosent av deres DNA, akkurat som alle andre bror- eller søsterpar, men er en bedre sammenligning med identiske tvillinger, ettersom de også blir født samtidig. Stokes og hans kolleger sammenlignet dopaminfunksjonen i hjernen til tvillingparene og brukte statistiske modeller for å estimere hvor mye av forskjellen som var på grunn av deres gener og hvor mye som skyldtes miljøeffekter.
De nådde to hovedkonklusjoner. For det første har den genetiske arv og de individuelle erfaringene som gjør hver enkelt av oss unike, en viktig innflytelse på dopaminfunksjonen i striatumet. "Dette er normalt opplevelser som skjer litt senere i livet, i ungdomsårene eller i tidlig voksenliv," forklarer Stokes. I motsetning til dette, har faktorer i familiemiljøet, som opplevelsen av å dele et hjem og vokse sammen, liten eller ingen innflytelse.
For det andre er det limbiske striatum - den sentrale delen av belønning og motivasjon - mye mer påvirket av disse opplevelsene enn de andre delene. Dette antyder, fascinerende, at lystsenteret og oppførselen det veileder er mest skulpturert av livserfaringer snarere enn av genene våre. Dette utfordrer tidligere antagelser om at dopaminfunksjonen kunne være arvelig, noe som gjør årsakene til schizofreni og avhengighet enda mer mystiske.
Stokes håper at disse funnene vil informere fremtidig forskning ved bruk av slike hjerneforestillingsteknikker. "Det jeg vil gjøre er å prøve å gjøre PET mer nyttig når det gjelder diagnose, behandling og resultatmål." Som konsulentpsykiater for et stort psykisk helseteam i Vest-London ønsker Stokes at bildebehandlingene hans skal strømme tilbake til sin kliniske behandling. Ved å rekruttere pasienter fra klinikken sin til studiene, vil han at de skal være de første som drar nytte av fremskritt innen vitenskapelig diagnose og terapi som følge av hans forskning.
Denne forskningen ble støttet av et stipend fra Medical Research Council og er publisert i tidsskriftet Neuropsychopharmacology.
Referanse
PRA Stokes et al. «Natur eller oppvekst ? Bestemmelse av arveligheten til menneskelig striatal dopaminfunksjon: en [ 18F ] -DOPA PET-studie» Neuropsychopharmacology advance online publisering 24. oktober 2012; doi: 10.1038/npp.2012.207