Alkoholizm może być spowodowany dynamicznym brakiem równowagi dopaminy
10 marca 2017 r.
Międzynarodowa grupa badawcza zidentyfikowała potencjalne mechanizmy alkoholizmu związane ze zmienioną odpowiedzią neuronów dopaminergicznych na złożoną dynamikę neuronów kory przedczołowej wpływających na uwalnianie dopaminy.
Oddziałujące na siebie populacje neuronów w korze mózgowej generują impulsy elektryczne (zwane potencjałami akcji), które charakteryzują się specyficznymi przestrzennymi i czasowymi wzorami odpalania neuronowego (lub złożonej dynamiki neuronowej). Te wzorce strzelania zależą od swoistych właściwości poszczególnych neuronów, połączenia sieci neuronowej i wejść do tych obwodów. Podstawą tego badania obliczeniowego są dowody doświadczalne dla specyficznej populacji neuronów kory przedczołowej, która łączy się przez synapsy pobudzające z dopaminergicznym i hamującym brzuszny obszar nakrywki (VTA) neurony. Zatem struktura odpalania nerwowego w korze przedczołowej może bezpośrednio wpływać na odpowiedź komórek dopaminy i uwalnianie dopaminy.
Boris Gutkin kieruje Theoretical Neuroscience Group w HSE Center for Cognition and Decision Making. Jeden z obszarów badawczych grupy koncentruje się na procesach neurobiologicznych prowadzących do nadużywania i uzależnienia od substancji - w szczególności na wykrywaniu powiązań między neurobiologicznymi mechanizmami działania leku a obserwowalnymi reakcjami behawioralnymi. W szczególności naukowcy wykorzystują modelowanie matematyczne do badania specyficznych cech wzorców odpalania neuronów dopaminergicznych i dynamiki, które mogą prowadzić do uzależnienia.
Dopamina, neuroprzekaźnik uwalniany przez neurony dopaminergiczne w mózgu, jest substancją chemiczną, która odgrywa kluczową rolę w wewnętrznym systemie nagradzania mózgu, który napędza uczenie się zmotywowanych zachowań. Działając w ramach systemów nagrody w mózgu (np. Brzuszny obszar nakrywkowy znajdujący się głęboko w śródmózgowiu; prążkowie, odpowiedzialne za wybór prawidłowych działań i kora przedczołowa kontrolująca dobrowolne cele i zachowania), sygnalizuje nieoczekiwaną nagrodę lub oczekiwanie nagrody wynikającej z określonego działania lub wydarzenia. Zatem dopamina zapewnia pozytywne wzmocnienie zachowań, które prowadzą do tych nagród, powodując ich powtarzanie. I odwrotnie, gdy konkretne działanie nie przynosi oczekiwanego pozytywnego efektu lub następuje nieprzyjemne zdarzenie, uwalnianie dopaminy gwałtownie maleje, co prowadzi do frustracji i niechęci do powtarzania tego zachowania.
Wiele neuronów dopaminowych wytwarza te sygnały uczenia się, emitując gwałtowne wybuchy kolców, gdy zwierzę otrzymuje więcej nagród niż oczekiwano lub wstrzymuje się, gdy jest mniej niż oczekiwano. Aby prawidłowo rządzić uczeniem się, liczba wybuchów (i uwolnionej dopaminy) musi być proporcjonalna do rozbieżności między otrzymaną a oczekiwaną nagrodą (na przykład, jeśli spodziewa się uzyskać 50 euro za swoją pracę, ale dostaje 100; aktywność dopaminy powinna być proporcjonalna do 50, gdy oczekuje się 50, ale dostaje 500, aktywność powinna sygnalizować liczbę proporcjonalną do 450). Stąd im większe niedopasowanie, tym silniejsza odpowiedź. Jeszcze inna podgrupa neuronów dopaminowych po prostu sygnalizuje, kiedy bodźce są ważne dla zachowania lub nie dają binarnych odpowiedzi all-or-none. Te sygnały binarne kierują następnie orientację lub podejście do ważnych zachowań. Tak więc dwie populacje komórek dopaminowych mają różne tryby odpowiedzi: analogowy sygnał uczenia się lub alert o znaczeniu „wszystko albo nic”.
Dwa tryby aktywności neuronów
Najnowsze badania przeprowadzone przez grupę Gutkina wspólnie z naukowcami z Indiana University i RAN Institute of Applied Physics sugerują potencjalne mechanizmy wpływu alkoholu na dopaminergiczną aktywność neuronalną. Ich artykuł „Dopamine Neurons Change the Type of Excitability in Response to Stimuli”, opublikowany w PLoS ONE, zawiera model obliczeniowy aktywności neuronu dopaminy (DA), opisujący jego kluczowe właściwości i wykazujący, że tryb odpowiedzi neuronu DA może się różnić w zależności od wzorca sygnału wejściowego synaptycznego (w tym z kory przedczołowej).
Gdy w pierwszym trybie, ilość dopaminy uwalnianej przez neurony DA odzwierciedla sygnał uczenia się proporcjonalny do różnicy między tym, czego zwierzę lub człowiek oczekuje, a tym, co faktycznie otrzymują w wyniku pewnego działania. W drugim trybie neuronu DA uwalnianie dopaminy służy jako referencyjny sygnał binarny wskazujący, czy pewne zdarzenie jest ważne, czy nie. Zatem wyniki badania obliczeniowego implikują to neurony dopaminowe nie mogą być dwiema odrębnymi populacjami, ale są w stanie elastycznie przełączać się z jednego trybu odpowiedzi na inny w zależności od charakteru odbieranych sygnałów.
W pokrewnym badaniu „Udział zsynchronizowanych neuronów GABA-ergicznych w odpalaniu i pękaniu neuronów dopaminergicznych”, opublikowanym w Journal of Neurophysiology, ta sama grupa sugeruje, że oprócz bezpośrednich połączeń między DA i neuronami kory przedczołowej, należy rozważyć pośrednie sygnały neuronalne z kory przedczołowej poprzez hamujące (GABAergiczne) neurony VTA. W szczególności naukowcy odkryli, że sygnały z kory przedczołowej mogą powodować synchronizację neuronów GABAergicznych, wytwarzając silny efekt hamujący na neurony DA. Badanie wykazało, że w niektórych przypadkach takie efekty hamujące mogą prowadzić do paradoksalnych rezultatów - zamiast tłumić odpalanie neuronów DA, a tym samym zmniejszać uwalnianie dopaminy, mogą zwielokrotniać częstotliwość wystrzeliwania DA, prowadząc do wyższych uwalnianie dopaminy i pozytywne wzmocnienie.
Co to oznacza dla naszego zrozumienia alkoholizmu
Dowody doświadczalne sugerują, że alkohol jest zdolny do modyfikowania wzorców wystrzeliwania neuronów DA, zarówno pośrednio przez korę przedczołową, jak i hamujące neurony VTA, i bezpośrednio przez działanie na neurony DA jako takie. Opierając się na obecnych odkryciach, naukowcy postawili hipotezę, jakie mechanizmy mogą być zaangażowane.
VTA ma neurony DA 20,000 u osoby bezalkoholowej. Niektóre z nich służą do sygnalizowania, że określony bodziec ma znaczenie, podczas gdy reszta przekazuje sygnał błędu. Pewna równowaga między dwoma typami sygnałów ma zasadnicze znaczenie dla dobrego osądu i właściwego zachowania. Alkohol zakłóca równowagę poprzez zmianę zarówno wzorca aktywności neuronalnej w korze przedczołowej, jak i właściwości neuronów DA. Ta zmiana może zniekształcić więcej neuronów, aby sygnalizować znaczenie, w przeciwieństwie do błędu. Tak więc pod wpływem alkoholu, każdy bodziec związany z alkoholem jest traktowany przez neurony DA jako mający znaczenie behawioralne i motywacyjne, niezależnie od tego, czy pasuje do oczekiwanego wyniku, podczas gdy przy braku alkoholu, odpalanie neuronowe byłoby normalnie zgodne z oczekiwane i otrzymane posiłki.
Efekt ten może być przyczyną, dla której alkoholicy mogą w końcu rozwinąć węższy niż normalny zakres reakcji behawioralnych, motywując ich do poszukiwania alkoholu. Czyniąc to, albo są nieświadomi potencjalnych konsekwencji swoich działań, albo nawet jeśli potrafią przewidzieć takie konsekwencje, świadomość ta ma niewielki wpływ lub nie ma żadnego wpływu na ich zachowanie. Według badań większość alkoholików rozumie, że mogą stracić dom i rodzinę, a nawet umrzeć z powodu upijania się, ale to rzadko ich powstrzymuje. Aby właściwie ocenić konsekwencje picia, ich kora przedczołowa musi się zintegrować i nauczyć się prawidłowo przedstawiać negatywne oczekiwania wynikające z tego zachowania, wspierane przez wzmacniające sygnały uczenia się z neuronów DA. Może się to jednak nie zdarzyć, ponieważ alkohol (podobnie jak inne substancje zmieniające nastrój) może wpływać zarówno na aktywność nerwową osoby uzależnionej. Kora przedczołowa i ich neurony DA bezpośrednio, blokując uczenie się.
Znalezienie sposobu na zrównoważenie funkcji dopaminy w uzależnionym mózgu i wywołanie odpowiednich reakcji neuronalnych na bodźce środowiskowe, nawet pod wpływem, może dać nadzieję osobom z problemami z nadużywaniem substancji.
Przeglądaj dalej: Zestresowane szczury spożywają więcej alkoholu, ujawniając związaną z tym chemię mózgu
Więcej informacji: Ekaterina O. Morozova i wsp., Neurony dopaminowe zmieniają typ pobudliwości w odpowiedzi na bodźce, PLOS Computational Biology (2016). DOI: 10.1371 / journal.pcbi.1005233
Ekaterina O. Morozova i in. Wkład zsynchronizowanych neuronów GABAergicznych w strzelanie i pękanie neuronów dopaminergicznych, Journal of Neurophysiology (2016). DOI: 10.1152 / jn.00232.2016
Numer referencyjny czasopisma: PLoS ONE Journal of Neurophysiology PLoS Computational Biology
Dostarczone przez: National Research University Wyższa Szkoła Ekonomii
Dowiedz się więcej: https://medicalxpress.com/news/2017-03-alcoholism-dynamical-dopamine-imbalance.html#jCp
;
