O alcoolismo pode ser causado pelo desequilíbrio dinâmico da dopamina
10 de março de 2017
Uma pesquisa internacional colaborativa identificou possíveis mecanismos de alcoolismo associados à resposta alterada de neurônios dopaminérgicos à dinâmica complexa de neurônios do córtex pré-frontal que afetam a liberação de dopamina.
Populações neuronais interagentes no córtex cerebral geram impulsos elétricos (chamados de potenciais de ação) que são caracterizados por padrões espaciais e temporais específicos de disparo neural (ou dinâmica neural complexa). Esses padrões de disparo dependem das propriedades intrínsecas dos neurônios individuais, da conectividade da rede neural e das entradas desses circuitos. A base para este estudo computacional é a evidência experimental para uma população específica de neurônios do córtex pré-frontal que se conecta via sinapses excitatórias a dopaminérgicos e inibitórios. área tegmental ventral Neurônios (VTA). Assim, a estrutura do disparo neural no córtex pré-frontal pode afetar diretamente a resposta das células da dopamina e a liberação de dopamina.
Boris Gutkin lidera o Grupo de Neurociências Teóricas no Centro de HSE para Cognição e Tomada de Decisão. Uma das áreas de pesquisa do grupo concentra-se nos processos neurobiológicos que levam ao abuso e dependência de substâncias - especificamente, na detecção de ligações entre os mecanismos neurobiológicos da ação de uma droga e as reações comportamentais observáveis. Em particular, os pesquisadores usam modelagem matemática para examinar características específicas dos padrões e dinâmicas de disparo de neurônios dopaminérgicos que podem levar ao vício.
A dopamina, um neurotransmissor liberado pelos neurônios dopaminérgicos no cérebro, é uma substância química que desempenha um papel fundamental no sistema interno de recompensa do cérebro, que impulsiona o aprendizado do comportamento motivado. Agindo dentro dos sistemas de recompensa no cérebro (por exemplo, a área ventral tegmental encontrada profundamente no meio do cérebro; o corpo estriado, responsável por selecionar as ações corretas e o córtex pré-frontal que controla os objetivos e comportamentos voluntários), indica recompensa inesperada ou antecipação de recompensa resultante de uma determinada ação ou evento. Assim, a dopamina fornece reforço positivo de comportamentos que levam a essas recompensas, fazendo com que elas sejam repetidas. Por outro lado, quando uma ação específica não produz o efeito positivo esperado ou é seguida por um evento desagradável, a liberação de dopamina diminui acentuadamente, levando à frustração e à falta de vontade de repetir o comportamento em questão.
Muitos neurônios dopaminérgicos produzem esses sinais de aprendizado emitindo rajadas rápidas de espinhos quando o animal recebe mais recompensa do que o esperado ou faz uma pausa quando há menos do que o esperado. Para governar corretamente a aprendizagem, o número de rajadas (e a liberação de dopamina) deve ser proporcional à discrepância entre a recompensa recebida e a esperada (por exemplo, se se espera obter 50 euros por seu trabalho, mas recebe 100; a atividade da dopamina deve ser proporcional ao 50, quando se espera 50 mas recebe 500, a atividade deve sinalizar um número proporcional ao 450). Portanto, quanto maior a incompatibilidade, mais forte é a resposta. Ainda outro subgrupo de neurônios dopaminérgicos simplesmente sinaliza quando os estímulos são importantes para o comportamento ou não fornecem respostas binárias de tudo ou nada. Esses sinais binários orientam a orientação ou abordagem dos comportamentos importantes. Assim, as duas populações de células de dopamina têm diferentes modos de resposta: o sinal de aprendizagem analógica ou o alerta de importância "tudo ou nada".
Dois modos de atividade neuronal
Uma pesquisa recente do grupo de Gutkin conduzida em conjunto com cientistas da Universidade de Indiana e do RAN Institute of Applied Physics sugere mecanismos potenciais do efeito do álcool na atividade neuronal dopaminérgica. Seu artigo, "Dopamine Neurons Change the Type of Excitability in Response to Stimuli", publicado em PLoS ONE, apresenta um modelo computacional de atividade de neurônio dopamina (DA), descrevendo suas propriedades principais e demonstrando que o modo de resposta do neurônio DA pode variar dependendo do padrão da entrada sináptica (incluindo aquela do córtex pré-frontal).
Quando no primeiro modo, a quantidade de dopamina liberada pelos neurônios DA reflete o sinal de aprendizado propocional à diferença entre o que um animal ou humano espera e o que eles realmente recebem como resultado de uma determinada ação. Quando no segundo modo de neurônio DA, a liberação de dopamina serve como um sinal binário de referência, indicando se um evento é importante ou não. Assim, os resultados do estudo computacional implicam que neurônios de dopamina podem não ser duas populações distintas, mas são capazes de mudar flexivelmente de um modo de resposta para outro, dependendo da natureza dos sinais que recebem.
Em um estudo relacionado, "Contribuição de neurônios GABAérgicos sincronizados para disparo e explosão de neurônios dopaminérgicos", publicado no Jornal de Neurofisiologia, o mesmo grupo sugere que, além das ligações diretas entre os neurónios DA e do córtex pré-frontal, devem ser considerados os inputs neurais indiretos do córtex pré-frontal via neurônios VTA inibitórios (GABAergic). Em particular, os pesquisadores descobriram que os sinais do córtex pré-frontal podem causar neurônios GABAérgicos para sincronizar, produzindo um forte efeito inibitório sobre os neurônios DA. O estudo descobriu que, em alguns casos, tais efeitos inibitórios podem levar a resultados paradoxais - em vez de suprimir o disparo de neurônios DA e, assim, diminuir a liberação de dopamina, eles podem multiplicar a freqüência de disparo de DA levando a uma maior liberação de dopamina e reforço positivo.
O que significa para nossa compreensão do alcoolismo
Evidências experimentais sugerem que o álcool é capaz de modificar os padrões de disparo dos neurônios DA, tanto indiretamente via córtex pré-frontal quanto neurônios VTA inibitórios, e atuando diretamente nos neurônios DA per se. Com base nos resultados atuais, os pesquisadores supõem quais mecanismos podem estar envolvidos.
O VTA tem cerca de neurônios 20,000 DA em uma pessoa não alcoólica. Algumas delas servem para sinalizar que certo estímulo tem importância, enquanto o restante transmite o sinal de erro. Um certo equilíbrio entre os dois tipos de sinais é essencial para bom senso e bom comportamento. O álcool perturba o equilíbrio alterando o padrão de atividade neural no córtex pré-frontal e as propriedades dos neurônios DA. Essa mudança pode influenciar mais neurônios para sinalizar importância em oposição ao erro. Assim, sob a influência do álcool, qualquer estímulo associado ao álcool é tratado pelos neurônios DA como tendo importância comportamental e motivacional, independentemente de corresponder ou não ao resultado esperado, enquanto na ausência de álcool, o disparo neural normalmente seria consistente com o álcool. esperava e recebia reforços.
Esse efeito pode ser a razão pela qual os alcoólatras podem eventualmente desenvolver uma gama mais estreita de respostas comportamentais do que o normal, motivando-os a buscar o álcool. Ao fazer isso, eles não estão cientes das consequências potenciais de suas ações ou, mesmo que possam antecipar tais consequências, essa consciência tem pouco ou nenhum efeito em seu comportamento. De acordo com pesquisas, a maioria dos alcoólatras entende que podem perder sua casa e família e até morrer por causa do consumo excessivo de álcool, mas isso raramente os impede. Para avaliar adequadamente as consequências de beber, seu córtex pré-frontal precisa se integrar e aprender a representar adequadamente as expectativas negativas desse comportamento, apoiado por sinais de aprendizado de reforço de neurônios DA. Isso pode não acontecer, no entanto, porque o álcool (como outras substâncias que alteram o humor) pode afetar a atividade neural do viciado córtex pré-frontal e seus neurônios DA diretamente, bloqueando o aprendizado.
Encontrar uma maneira de equilibrar a função da dopamina no cérebro viciado e obter respostas neurais adequadas aos estímulos ambientais, mesmo sob a influência, poderia oferecer esperança às pessoas com problemas de abuso de substâncias.
Explorar mais: Ratos estressados consomem mais álcool, revelando química cerebral relacionada
Mais informação: Ekaterina O. Morozova e cols. Neurônios dopaminérgicos mudam o tipo de excitabilidade em resposta a estímulos, Biologia Computacional PLOS (2016). DOI: 10.1371 / journal.pcbi.1005233
Ekaterina O. Morozova et al. Contribuição dos neurônios GABAérgicos sincronizados para o disparo e rebentamento de neurônios dopaminérgicos Jornal de Neurofisiologia (2016). DOI: 10.1152 / jn.00232.2016
Referência de revista: PLoS ONE Jornal de Neurofisiologia Biologia Computacional PLoS
Fornecido por: Escola Superior Universitária de Pesquisa Nacional de Economia
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