Alkoholizem lahko povzroči dinamično neravnovesje dopamina
Marec 10, 2017
Mednarodno raziskovalno sodelovanje je odkrilo potencialne mehanizme alkoholizma, povezane s spremenjenim odzivom dopaminergičnega nevrona na kompleksno dinamiko nefronov predfrontalne skorje, ki vplivajo na sproščanje dopamina.
Medsebojno delovanje nevronskih populacij v možganski skorji generira električne impulze (imenovane akcijski potenciali), za katere so značilni specifični prostorski in časovni vzorci nevronskega streljanja (ali kompleksna nevronska dinamika). Ti vzorci streljanja so odvisni od lastnih lastnosti posameznih nevronov, od povezljivosti nevronske mreže in vhodov v ta vezja. Osnova te računalniške študije so eksperimentalni dokazi za specifično populacijo nefronov predfrontalne skorje, ki se prek ekscitacijskih sinaps povezujejo z dopaminergično in zaviralno ventralno tegmentalno območje (VTA) nevroni. Tako lahko struktura nevronskih strel v prefrontalni skorji neposredno vpliva na odziv celic dopamina in sproščanje dopamina.
Boris Gutkin vodi skupino za teoretično nevroznanost pri Centru za spoznavanje in odločanje HSE. Eno od raziskovalnih področij skupine je osredotočeno na nevrobiološke procese, ki vodijo do zlorabe substanc in zasvojenosti - natančneje na odkrivanje povezav med nevrobiološkimi mehanizmi delovanja zdravila in opaznimi vedenjskimi reakcijami. Raziskovalci zlasti uporabljajo matematično modeliranje za preučevanje posebnih značilnosti vzorcev in dinamike streljanja dopaminergičnih nevronov, ki lahko vodijo do zasvojenosti.
Dopamin, nevrotransmiter, ki ga v možganih sproščajo dopaminergični nevroni, je kemikalija, ki ima ključno vlogo v notranjem sistemu nagrajevanja možganov, ki spodbuja učenje motiviranega vedenja. Z delovanjem znotraj sistemov nagrajevanja v možganih (npr. Ventralno tegmentalno območje, ki ga najdemo globoko v srednjih možganih; striatum, odgovoren za izbiro pravilnih dejanj, in predfrontalno skorjo, ki nadzira prostovoljne cilje in vedenja), pomeni nenadno nagrado ali pričakovanje nagrade, ki je posledica določene akcije ali dogodka. Tako dopamin zagotavlja pozitivno krepitev vedenja, ki vodi do teh nagrad, zaradi česar se lahko ponovijo. Če pa določeno dejanje ne prinese pričakovanega pozitivnega učinka ali mu sledi neprijeten dogodek, se sproščanje dopamina močno zmanjša, kar vodi v frustracije in nepripravljenost, da bi se vedenje ponovilo.
Številni dopaminski nevroni proizvajajo te učne signale, tako da oddajajo hiter razpoke konic, ko žival prejme večjo nagrado, kot je bilo pričakovano, ali začasno ustavijo, kadar je manj, kot je pričakovano. Za pravilno upravljanje učenja mora biti število porušitev (in sproščenega dopamina) sorazmerno z neskladjem med prejeto in pričakovano nagrado (na primer, če kdo pričakuje, da bo za svoje delo dobil 50 evrov, vendar dobi 100; aktivnost dopamina mora biti sorazmerna z 50; ko pričakujemo, da bo 50 dobil 500; aktivnost mora signalizirati število, sorazmerno z 450). Zato je večja neusklajenost močnejša odzivnost. Še ena podskupina dopaminskih nevronov preprosto signalizira, kdaj so dražljaji pomembni za vedenje ali ne dajejo binarnih odzivov na vse ali nič. Ti binarni signali se nato usmerjajo v orientacijo ali se približajo pomembnim vedenjem. Torej imata dve populaciji dopaminskih celic različne načine odziva: analogni učni signal ali opozorilo o pomembnosti ali brez njega.
Dva načina aktivnosti nevronov
Nedavne raziskave Gutkinove skupine, ki jih je izvedla skupaj z znanstveniki z univerze Indiana in Inštituta za uporabno fiziko RAN, kažejo na možne mehanizme vpliva alkohola na aktivnost dopaminergičnih nevronov. Njihov članek "Dopaminski nevroni spremenijo vrsto razdražljivosti kot odziv na dražljaje", objavljen v Plos Onevsebuje računski model aktivnosti nevronov dopamina (DA), ki opisuje njegove ključne lastnosti in dokazuje, da se lahko odzivni način DA nevrona spreminja glede na vzorec sinaptičnega vnosa (vključno s prefrontalno skorjo).
Ko je v prvem načinu količina dopamina, ki ga sprostijo nevroni DA, odraža učni signal, ki je odvisen od razlike med tem, kaj pričakuje žival ali človek, in tistim, kar dejansko prejmejo kot rezultat določenega dejanja. Ko je v drugem DA nevronskem načinu, sproščanje dopamina služi kot referenčni binarni signal, ki označuje, ali je določen dogodek pomemben ali ne. Tako rezultati računske študije to kažejo nevroni dopamina Morda nista dve ločeni populaciji, vendar sta sposobni prožno prehajati iz enega načina odgovora v drugega, odvisno od narave sprejetih signalov.
V sorodni študiji "Prispevek sinhroniziranih GABAergičnih nevronov k sprožitvi in razpokanju dopaminergičnega nevrona", objavljeni v Journal of Neurophysiologyenaka skupina predlaga, da je treba poleg neposrednih povezav med nevroni DA in prefrontalne skorje upoštevati tudi posredne nevronske vhode iz prefrontalne skorje preko zaviralnih (GABAergičnih) nevronov VTA. Zlasti so raziskovalci ugotovili, da lahko signali iz predfrontalne skorje povzročijo sinhronizacijo GABAergičnih nevronov, kar povzroči močan zaviralni učinek na DA nevrone. Študija je pokazala, da lahko takšni zaviralni učinki v nekaterih primerih privedejo do paradoksalnih rezultatov - namesto da zavirajo streljanje nevrona DA in s tem zmanjšajo sproščanje dopamina, lahko pomnožijo pogostost streljanja DA, kar vodi do višjih sproščanje dopamina in pozitivna okrepitev.
Kaj pomeni naše razumevanje alkoholizma
Eksperimentalni dokazi kažejo, da alkohol lahko spreminja vzorce streljanja nevronov DA, tako posredno prek prefrontalne skorje kot zaviralnih nevronov VTA kot tudi neposredno z delovanjem na nevrone DA kot take. Na podlagi trenutnih ugotovitev raziskovalci domnevajo, v kakšne mehanizme gre.
VTA ima približno 20,000 DA nevronov pri brezalkoholni osebi. Nekateri od njih služijo kot znak, da ima določen dražljaj pomen, drugi pa oddajajo signal o napaki. Za dobro presojo in pravilno vedenje je nujno določeno ravnovesje med obema vrstama signalov. Alkohol moti ravnovesje s spreminjanjem vzorca nevronske aktivnosti v lastnostih predfrontalne skorje in nevronov DA. Ta sprememba lahko odkloni več nevronov, da signalizirajo pomen, v nasprotju z napako. Torej, pod vplivom alkohola, vsak dražljaj, povezan z alkoholom, nevroni DA obravnavajo kot vedenjski in motivacijski pomen, ne glede na to, ali ustreza pričakovanemu izidu ali ne, medtem ko bi v primeru odsotnosti alkohola nevronsko streljanje običajno bilo skladno z pričakovali in dobili okrepitve.
Ta učinek je lahko razlog, da lahko alkoholiki sčasoma razvijejo ožji obseg vedenjskih odzivov, ki jih spodbudi k iskanju alkohola. Pri tem se niti ne zavedajo morebitnih posledic svojih dejanj, ali četudi lahko predvidevajo takšne posledice, to zavedanje malo ali nič ne vpliva na njihovo vedenje. Glede na raziskave večina alkoholikov razume, da lahko izgubijo dom in družino ter celo umrejo zaradi popivanja, vendar jih to redko ustavi. Da bi pravilno ocenili posledice pitja, se mora njihova predfrontalna skorja vključiti in se naučiti pravilno predstavljati negativna pričakovanja od tega vedenja, podprta z ojačevalnimi učnimi signali nevronov DA. Vendar se to morda ne bo zgodilo, ker lahko alkohol (tako kot druge snovi, ki spreminjajo razpoloženje) vpliva na živčno aktivnost odvisnika. prefrontal korteks in njihovi DA nevroni neposredno, ki blokirajo učenje.
Iskanje načina za uravnoteženje funkcije dopamina v možganih odvisnikov in pridobivanje ustreznih nevronskih odzivov na okoljske dražljaje, čeprav bi pod vplivom lahko ljudem, ki imajo težave z zlorabo snovi, ponudilo upanje.
Raziščite še: Podgane, ki so pod stresom, zaužijejo več alkohola, kar kaže na povezano možgansko kemijo
Več informacij: Ekaterina O. Morozova in sod., Dopaminski nevroni spremenijo vrsto ekscitabilnosti v odzivu na Stimuli, PLOS računalniška biologija (2016). DOI: 10.1371 / journal.pcbi.1005233
Ekaterina O. Morozova et al. Prispevek sinhroniziranih GABAergičnih nevronov k izgorevanju in porušitvi dopaminergičnega nevrona, Journal of Neurophysiology (2016). DOI: 10.1152 / jn.00232.2016
Referenčna številka: PLoS ONE Journal of Neurophysiology PLoS Računalniška biologija
Provided by: Visoka ekonomska šola National Research University
Preberite več na: https://medicalxpress.com/news/2017-03-alcoholism-dynamical-dopamine-imbalance.html#jCp
;
