Alcoolismul poate fi cauzat de dezechilibrul dinamic al dopaminei
Martie 10, 2017
Un colaborator internațional de cercetare a identificat mecanismele potențiale de alcoolism asociate cu răspunsul neuronului modificat dopaminergic la dinamica complexă a neuronilor cortexului prefrontal care afectează eliberarea dopaminei.
Interacțiunea populațiilor neuronale din cortexul cerebral generează impulsuri electrice (numite potențiale de acțiune) caracterizate de modele specifice spațiale și temporale ale arderii neuronale (sau ale dinamicii neuronale complexe). Aceste modele de ardere depind de proprietățile intrinseci ale neuronilor individuali, de conectivitatea rețelei neuronale și de intrările către aceste circuite. Baza pentru acest studiu computațional este dovezile experimentale pentru o populație specifică de neuroni cortex prefrontal care se conectează prin intermediul sinapsei excitatorii la dopaminergici și inhibitori zona tegmentală ventrală (VTA). Astfel, structura arderii neuronale în cortexul prefrontal poate afecta în mod direct răspunsul celulelor dopaminei și eliberarea dopaminei.
Boris Gutkin conduce grupul de neuroștiințe teoretice de la Centrul HSE pentru cunoaștere și luarea deciziilor. Una dintre domeniile de cercetare ale grupului se concentrează pe procesele neurobiologice care conduc la abuzul de substanțe și dependență - în special, pe detectarea legăturilor dintre mecanismele neurobiologice ale acțiunii unui medicament și reacțiile comportamentale observabile. În special, cercetătorii folosesc modelarea matematică pentru a examina caracteristicile specifice ale modelelor de tragere a neuronilor dopaminergici și dinamicii care pot duce la dependență.
Dopamina, un neurotransmițător eliberat de neuronii dopaminergici din creier, este un produs chimic care joacă un rol-cheie în sistemul intern de recompensare a creierului care conduce învățarea comportamentului motivat. Acționând în cadrul sistemelor de recompensare din creier (de exemplu, zona tegmentală ventrală găsită adânc în creierul mijlociu, striatumul, responsabil pentru selectarea acțiunilor corecte și a cortexului prefrontal care controlează scopurile și comportamentele voluntare), semnalează fie o recompensă sau o anticipare neașteptată de recompensă care rezultă dintr-o anumită acțiune sau eveniment. Astfel, dopamina oferă o întărire pozitivă a comportamentelor care conduc la aceste recompense, determinând repetarea acestora. Dimpotrivă, în cazul în care o anumită acțiune nu reușește să producă efectul așteptat pozitiv sau este urmată de un eveniment neplăcut, eliberarea de dopamină scade brusc, ducând la frustrare și la o respingere a comportamentului în cauză.
Mulți neuroni ai dopaminei produc aceste semnale de învățare prin emiterea de explozii rapide de vârfuri atunci când animalul primește mai multă recompensă decât se aștepta sau se oprește atunci când este mai puțin decât se aștepta. Pentru a guverna corect învățarea, numărul de explozii (și dopamina eliberat) trebuie să fie proporțional cu discrepanța dintre recompensa primită și cea așteptată (de exemplu, dacă se așteaptă să se obțină 50 euro pentru munca sa, dar devine 100; activitatea de dopamină ar trebui să fie proporțională cu 50; atunci când se așteaptă 50 dar devine 500, activitatea trebuie să semnaleze un număr proporțional cu 450). Prin urmare, cu cât este mai mare decalajul, cu atât este mai mare răspunsul. Un alt subgrup de neuroni ai dopaminei semnalează pur și simplu când stimulii sunt importanți pentru comportament sau nu dau răspunsuri binare toate sau nici una. Aceste semnale binare conduc apoi orientarea sau abordarea comportamentelor importante. Astfel, cele două populații de celule dopamice au diferite moduri de răspuns: semnalul de învățare analogic sau semnalul de importanță totală sau nedorită.
Două moduri de activitate a neuronilor
Cercetări recente efectuate de grupul lui Gutkin împreună cu oamenii de știință de la Universitatea Indiana și Institutul de Fizică Aplicată RAN sugerează mecanisme potențiale ale efectului alcoolului asupra activității neuronale dopaminergice. Lucrarea lor, „neuronii dopaminei schimbă tipul de excitabilitate ca răspuns la stimuli”, publicată în PLoS ONE, prezintă un model de calcul al activității neuronice dopaminei (DA), care descrie proprietățile sale cheie și demonstrează că modul de răspuns al neuronului DA poate varia în funcție de modelul intrării sinaptice (inclusiv cel din cortexul prefrontal).
Când în primul mod, cantitatea de dopamină eliberată de neuronii DA reflectă semnalul de învățare propoțional cu diferența dintre ceea ce un animal sau omul se așteaptă și ceea ce primesc efectiv ca rezultat al unei anumite acțiuni. Când în cel de-al doilea mod neuron DA, eliberarea de dopamină servește ca un semnal binar de referință indicând dacă un anumit eveniment este important sau nu. Astfel, rezultatele studiului computațional implică acest lucru dopamine nu pot fi două populații distincte, dar sunt capabile să treacă flexibil de la un mod de răspuns la altul, în funcție de natura semnalelor pe care le primesc.
Într-un studiu înrudit, „Contribuția neuronilor GABAergici sincronizați la tragerea și spargerea neuronilor dopaminergici”, publicată în Revista de Neurofiziologie, același grup sugerează că, în plus față de legăturile directe între DA și neuronii cortexului prefrontal, ar trebui luate în considerare intrările neurale indirecte din cortexul prefrontal prin intermediul neuronilor inhibitori (GABAergici) VTA. In special, cercetatorii au descoperit ca semnalele de la cortexul prefrontal pot cauza neuronii GABAergic sa se sincronizeze, producand un puternic efect inhibitor asupra neuronilor DA. Studiul a constatat că, în unele cazuri, astfel de efecte inhibitorii pot duce la rezultate paradoxale - în loc de a suprima arderea neuronilor DA și, prin urmare, de a scădea eliberarea de dopamină, pot multiplica frecvența de ardere a DA, dopamina și armare pozitivă.
Ce înseamnă pentru înțelegerea noastră despre alcoolism
Dovezile experimentale sugerează că alcoolul este capabil să modifice modelele de ardere a neuronilor DA, atât indirect, prin cortexul prefrontal și neuronii VTA inhibitori, și direct prin acțiunea neuronilor DA per se. Pe baza constatărilor actuale, cercetătorii ipoteză ce mecanisme pot fi implicate.
VTA are aproximativ neuronii 20,000 DA într-o persoană fără alcool. Unele dintre acestea servesc pentru a semnala că un anumit stimul are importanță, în timp ce restul transmite semnalul de eroare. Un anumit echilibru între cele două tipuri de semnale este esențial pentru o bună judecată și un comportament adecvat. Alcoolul perturbă echilibrul schimbând atât modelul activității neuronale în cortexul prefrontal, cât și proprietățile neuronului DA. Această modificare poate afecta mai mulți neuroni pentru a semnala importanța, spre deosebire de eroare. Prin urmare, sub influența alcoolului, orice stimulent asociat alcoolului este tratat de neuronii DA ca având importanță comportamentală și motivațională, indiferent dacă se potrivește sau nu cu rezultatul anticipat, în timp ce în absența alcoolului, arderea neurală ar fi în mod normal compatibilă cu așteptările și întăririle primite.
Acest efect poate fi motivul pentru care alcoolicii pot dezvolta în cele din urmă o gamă de răspunsuri comportamentale mai îngustă decât cea normală, motivându-i să caute alcool. Procedând astfel, ei fie nu sunt conștienți de consecințele potențiale ale acțiunilor lor, fie, chiar dacă pot anticipa astfel de consecințe, această conștientizare are un efect redus sau deloc asupra comportamentului lor. Potrivit sondajelor, majoritatea alcoolicilor înțeleg că își pot pierde casa și familia și chiar mor din cauza consumului excesiv de alcool, dar acest lucru îi oprește rar. Pentru a evalua în mod corespunzător consecințele consumului de alcool, cortexul lor prefrontal trebuie să se integreze și să învețe să reprezinte în mod corespunzător așteptările negative din acest comportament, susținute de semnale de învățare de la neuroni DA. Acest lucru s-ar putea să nu se întâmple, totuși, deoarece alcoolul (la fel ca alte substanțe care modifică starea de spirit) pot afecta atât activitatea neuronală a dependenței cortexul prefrontal și neuronii DA direct, blocând învățarea.
Găsirea unei modalități de a echilibra funcția de dopamină în creierul dependent și de a determina răspunsuri neurale adecvate la stimulii de mediu, chiar dacă în timpul influenței ar putea oferi speranță persoanelor cu probleme de abuz de substanțe.
Explorați în continuare: Șobolanii stresați consumă mai mult alcool, dezvăluind chimia creierului asociată
Mai multe informații: Ekaterina O. Morozova și colab., Dopamine Neurons Modificarea tipului de excitabilitate în răspuns la stimuli, PLOS Biologie computațională (2016). DOI: 10.1371 / jurnal.pcbi.1005233
Ekaterina O. Morozova și colab. Contribuția neuronilor GABAergici sincronizați la arderea și spargerea neuronilor dopaminergici, Revista de Neurofiziologie (2016). DOI: 10.1152 / jn.00232.2016
Referința jurnalului: PLoS ONE Revista de Neurofiziologie PLoS Biologie computațională
Furnizat de: Universitatea Națională de Cercetare Școala superioară de economie
Citește mai mult la: https://medicalxpress.com/news/2017-03-alcoholism-dynamical-dopamine-imbalance.html#jCp
;
