ScienceDaily (29 listopada 2011) — Im więcej istoty szarej masz w części mózgu odpowiedzialnej za podejmowanie decyzji i przetwarzanie myśli, tym lepsza jest twoja zdolność do oceny nagród i konsekwencji. Może się to wydawać oczywistym wnioskiem, ale nowe badanie przeprowadzone w Narodowym Laboratorium Brookhaven w Departamencie Energii USA jest pierwszym, które pokazuje związek między strukturą i funkcją u zdrowych ludzi – a upośledzeniem zarówno struktury, jak i funkcji u osób uzależnionych od kokainy.
„To badanie po raz pierwszy dokumentuje znaczenie nagradzania przetwarzania integralności strukturalnej istoty szarej w częściach kory przedczołowej mózgu, które są zaangażowane w funkcje wykonawcze wyższego rzędu, w tym samokontrolę i podejmowanie decyzji” - powiedział Muhammad Parvaz, stypendysta podoktoranckiego w Brookhaven Lab i współautor publikacji.
„Poprzednie badania przeprowadzone w Brookhaven i innych miejscach dotyczyły strukturalnej integralności kory przedczołowej w uzależnieniu od narkotyków i funkcjonalnych składników przetwarzania nagrody, ale te badania były prowadzone oddzielnie” – powiedział Parvaz. „Chcieliśmy wiedzieć, czy specyficzną funkcję przetwarzania nagrody można „zmapować” na podstawową strukturę mózgu – czy i jak te dwie funkcje są ze sobą powiązane” – dodał.
Różnice w objętości istoty szarej – ilości materii mózgowej zbudowanej z ciał komórek nerwowych, w przeciwieństwie do aksonów istoty białej, które tworzą połączenia między komórkami – zaobserwowano w szeregu chorób neuropsychiatrycznych w porównaniu ze stanami zdrowymi, wyjaśniła Anna Konova, druga współautorka artykułu. „Chcieliśmy dowiedzieć się więcej o tym, co te różnice oznaczają funkcjonalnie u osób zdrowych i osób uzależnionych od narkotyków” – powiedziała.
Aby zbadać tę zależność struktura-funkcja, naukowcy przeprowadzili skany mózgu metodą rezonansu magnetycznego (MRI) w celu zmierzenia objętości mózgu u 17 zdrowych osób i 22 osób zażywających kokainę. Skany zbierają pomiary strukturalne dla całego mózgu i mogą być analizowane woksel po wokselu – odpowiednik trójwymiarowych pikseli – w celu uzyskania szczegółowych pomiarów dla poszczególnych obszarów mózgu.
W krótkim okresie skanowania MRI naukowcy wykorzystali również elektrody umieszczone na skórze głowy badanych do pomiaru określonego sygnału elektrycznego znanego jako P300 (potencjał związany ze zdarzeniem pochodzący z trwającego elektroencefalogramu lub EEG, czyli zablokowane na określone wydarzenie). Ta konkretna miara może indeksować aktywność mózgu związaną z przetwarzaniem nagrody. Podczas tych nagrań elektrycznych badani wykonywali określone w czasie zadanie psychologiczne (naciskanie przycisków zgodnie z określonym zestawem reguł) z perspektywą uzyskania różnych poziomów nagrody pieniężnej, od braku pieniędzy do 45 centów za każdą poprawną odpowiedź z całkowitą potencjalną nagrodą 50 $.
Poprzednie badania przeprowadzone przez zespół badawczy wykazały, że u zdrowych osób sygnał P300 zwiększa się wraz z kwotą oferowanej nagrody pieniężnej. Osoby uzależnione od kokainy nie wykazują jednak tej różniczkowej odpowiedzi w pomiarze aktywności mózgu P300, chociaż, podobnie jak osoby zdrowe, oceniają to zadanie jako bardziej interesujące i ekscytujące, gdy potencjalna nagroda jest większa.
Obecne badanie rozszerzyło te wyniki, łącząc je po raz pierwszy z pomiarami strukturalnymi.
Naukowcy wykorzystali metody statystyczne do poszukiwania korelacji między różnicą w aktywności mózgu obserwowaną w warunkach wysokiej nagrody i braku nagrody – jak bardzo odpowiedź P300 mózgu zmieniła się wraz ze wzrostem nagrody – a objętością istoty szarej w różnych częściach mózgu mierzoną woksel po wokselu w skanach MRI.
U zdrowych osobników wielkość zmiany sygnału P300 wraz ze wzrostem nagrody była najsilniej skorelowana z objętością istoty szarej w trzech obszarach kory przedczołowej.
„Im większa objętość istoty szarej w tych konkretnych regionach, tym bardziej wzrosła aktywność mózgu w celu uzyskania najwyższej nagrody pieniężnej w porównaniu ze stanem bez nagrody” - powiedziała Konova.
Osoby uzależnione od kokainy miały zmniejszoną objętość istoty szarej w tych regionach w porównaniu ze zdrowymi osobami i nie wykrywały różnic między warunkami nagrody w pomiarze aktywności mózgu P300. Nie było również istotnych korelacji między pierwszym a drugim — miarami struktury i funkcji — u osób uzależnionych od kokainy.
„Odkrycia te sugerują, że upośledzone przetwarzanie nagrody można przypisać deficytom w integralności strukturalnej mózgu, szczególnie w obszarach kory przedczołowej zaangażowanych w funkcje poznawcze i emocjonalne wyższego rzędu” - powiedział Parvaz. „Badanie to potwierdza zatem użycie miar strukturalnych uzyskanych za pomocą MRI jako wskazujące na deficyty czynnościowe”.
Implikacje są ważne dla zrozumienia potencjalnej utraty kontroli i podejmowania niekorzystnych decyzji, które mogą wystąpić u osób cierpiących na uzależnienie od narkotyków, wyjaśnił Konova: „Te deficyty struktury i funkcji mogą przekładać się na dysfunkcyjne zachowania w prawdziwym świecie. W szczególności upośledzona zdolność porównywania nagród i zmniejszona ilość istoty szarej w korze przedczołowej może doprowadzić do upośledzonej zdolności do odczuwania przyjemności i kontrolowania zachowania, zwłaszcza w sytuacjach wysokiego ryzyka – na przykład podczas głodu lub stresu – co prowadzi do używania narkotyków pomimo katastrofalnych konsekwencji”.
Autorzy przyznają, że nadal istnieją pytania, czy te zmiany w strukturze i funkcji mózgu są przyczyną lub konsekwencją uzależnienia. Jednak zastosowanie technik obrazowania multimodalnego, jak zilustrowano w tym badaniu, może otworzyć nowe sposoby rozwiązania tych i innych pytań istotnych dla zrozumienia ludzkiej motywacji zarówno w stanach zdrowia, jak i stanach chorobowych, ze szczególnym uwzględnieniem leczenia uzależnienia od narkotyków.
Badanie to zostało przeprowadzone w Brookhaven Lab pod kierunkiem Rity Goldstein, dyrektora Grupy Neuropsychoimaging Brookhaven Lab i korespondenta artykułu. Współautorami byli Dardo Tomasi z National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism, który prowadzi placówkę MRI w Brookhaven oraz Nora Volkow, dyrektor National Institute on Drug Abuse (NIDA). Badania zostały sfinansowane z grantu udzielonego Goldsteinowi przez National Institutes of Health oraz General Clinical Research Center of Stony Brook University.
;
