Алкоголізм може бути викликаний динамічним дисбалансом дофаміну
Березня 10, 2017
Міжнародний науковий співробітник визначив потенційні механізми алкоголізму, пов’язані зі зміною реакції дофамінергічного нейрона на складну динаміку нейронів префронтальної кори, що впливають на вивільнення дофаміну.
Взаємодіючі популяції нейронів у корі головного мозку генерують електричні імпульси (так звані потенціали дії), які характеризуються специфічними просторовими та часовими патернами нейронної стрілянини (або складною нейронною динамікою). Ці схеми випалу залежать від внутрішніх властивостей окремих нейронів, від зв'язку нейронної мережі та входів у ці схеми. Основою цього обчислювального дослідження є експериментальні докази для конкретної популяції нейронів префронтальної кори, яка з'єднується через збуджуючі синапси до дофамінергічної та інгібіторної вентральна тегментальна область (VTA) нейрони. Таким чином, структура нейронного випалу в префронтальній корі може безпосередньо впливати на реакцію клітин дофаміну та вивільнення дофаміну.
Борис Гуткін очолює Теоретичну групу неврології в Центрі пізнання та прийняття рішень ВШЕ. Один із напрямків досліджень групи зосереджений на нейробіологічних процесах, що призводять до зловживання наркотиками та звикання - зокрема, на виявленні зв’язків між нейробіологічними механізмами дії препарату та спостережуваними поведінковими реакціями. Зокрема, дослідники використовують математичне моделювання для вивчення специфічних характеристик дофамінергічних моделей випалення та динаміки нейронів, які можуть призвести до звикання.
Дофамін, нейромедіатор, що виділяється дофамінергічними нейронами в мозку, є хімічною речовиною, яка відіграє ключову роль у внутрішній системі винагородження мозку, яка спонукає до вивчення мотивованої поведінки. Діяючи в системах винагород в мозку (наприклад, вентральна тегментальна область, виявлена глибоко в середині мозку; смугастий, відповідальний за вибір правильних дій та передня корова, яка контролює добровільні цілі та поведінку), це сигналізує або про несподівану винагороду або передчуття винагороди внаслідок конкретної дії чи події. Таким чином, дофамін забезпечує позитивне підкріплення поведінки, що призводить до цих нагород, викликаючи їх повторення. І навпаки, коли певна дія не дає очікуваного позитивного ефекту або супроводжується неприємною подією, вивільнення дофаміну різко зменшується, що призводить до розладу та небажання повторювати поведінку, про яку йдеться.
Багато нейронів дофаміну виробляють ці навчальні сигнали, випромінюючи швидкі сплески шипів, коли тварина отримує більшу винагороду, ніж очікувалося, або паузу, коли менше, ніж очікувалося. Щоб правильно керувати навчанням, кількість вибухів (і вивільнений дофамін) повинна бути пропорційною невідповідності між отриманою та очікуваною винагородою (наприклад, якщо хтось розраховує отримати 50 євро за свою роботу, але отримує 100; Активність дофаміну повинна бути пропорційною 50; коли очікує, що 50 отримує 500; активність повинна сигналізувати число, пропорційне 450). Отже, чим більша невідповідність, тим сильніша реакція. Ще одна підгрупа дофамінових нейронів просто сигналізує про те, коли стимули важливі для поведінки чи не дають двійкових відповідей на повну або жодну. Ці бінарні сигнали потім рухаються орієнтуючись або наближаються до важливої поведінки. Таким чином, дві допамінові клітинні клітини мають різні режими реагування: аналоговий сигнал навчання або попередження про важливість «все або ні».
Два режими активності нейронів
Недавнє дослідження групи Гуткіна, проведене спільно з вченими з Університету Індіани та Інституту прикладної фізики РАН, свідчить про потенційні механізми впливу алкоголю на дофамінергічну нейрональну активність. Їх стаття "Нейрони дофаміну змінюють тип збудливості у відповідь на стимули", опублікована в PLoS ONE, має обчислювальну модель активності нейронів дофаміну (DA), описуючи його ключові властивості та демонструючи, що режим реакції нейрону DA може змінюватися залежно від структури входу синаптиків (включаючи таку з префронтальної кори).
Коли в першому режимі кількість дофаміну, що виділяється нейронами DA, відображає навчальний сигнал пропорційно різниці між тим, що очікує тварина або людина, і тим, що вони насправді отримують в результаті певної дії. Перебуваючи у режимі другого нейрона DA, вивільнення дофаміну служить опорним бінарним сигналом, що вказує на те, важлива чи не певна подія. Таким чином, результати обчислювального дослідження випливають із цього нейронів дофаміну може не бути двома різними групами, але вони здатні гнучко переходити з одного режиму відповіді в інший залежно від характеру сигналів, які вони отримують.
У відповідному дослідженні «Внесок синхронізованих GABAergic нейронів у випалювання та розрив дофамінергічних нейронів», опублікованому в Журнал нейрофізіологіїта ж група припускає, що крім прямих зв’язків між DA та префронтальними нейронами кори, слід враховувати непрямі нейронні входи з префронтальної кори через інгібіторні (GABAergic) VTA нейрони. Зокрема, дослідники виявили, що сигнали з префронтальної кори можуть спричиняти синхронізацію нейронів GABAergic, виробляючи сильну гальмівну дію на нейрони DA. Дослідження виявило, що в деяких випадках такі інгібіторні ефекти можуть призвести до парадоксальних результатів - замість придушення вистрілення нейрону DA і тим самим зменшення вивільнення дофаміну вони можуть примножувати частоту випалу DA, що призводить до вищої вивільнення дофаміну і позитивне підкріплення.
Що це означає для нашого розуміння алкоголізму
Експериментальні дані свідчать про те, що алкоголь здатний змінювати схеми вистрілення нейронів DA, як опосередковано, через префронтальну кору та інгібуючі нейрони VTA, так і безпосередньо, діючи на нейрони DA, як такі. Виходячи з сучасних висновків, дослідники гіпотезують, які механізми можуть бути залучені.
VTA має близько нейронів 20,000 DA у безалкогольної людини. Деякі з них служать сигналом про те, що певний стимул має важливе значення, а інші передають сигнал про помилку. Певний баланс між двома типами сигналів має важливе значення для правильного судження та правильної поведінки. Алкоголь порушує рівновагу, змінюючи як характер нейронної активності у властивостях префронтальної кори, так і нейронів DA. Ця зміна може упереджувати більше нейронів для сигналізації важливості на відміну від помилки. Таким чином, під впливом алкоголю будь-який стимул, пов’язаний з алкоголем, нейронами ДА трактується як поведінкове та мотиваційне значення, незалежно від того, відповідає він очікуваному результату чи ні, тоді як за відсутності алкоголю нервова стрілянина зазвичай відповідала б очікували та отримали підкріплення.
Цей ефект може бути причиною того, що алкоголіки в кінцевому підсумку можуть розвинути більш вузький від звичайного діапазон поведінкових реакцій, що спонукає їх шукати алкоголь. Роблячи це, вони або не підозрюють про потенційні наслідки своїх дій, або, навіть якщо вони можуть передбачити такі наслідки, це усвідомлення мало чи зовсім не впливає на їх поведінку. Згідно з опитуваннями, більшість алкоголіків розуміють, що можуть втратити будинок та сім'ю та навіть померти від запою, але це рідко зупиняє їх. Щоб правильно оцінити наслідки вживання алкоголю, їх префронтальна кора має інтегруватися і навчитися правильно відображати негативні очікування від цієї поведінки, підкріплену посиленням навчальних сигналів від нейронів DA. Однак цього може не статися, оскільки алкоголь (як і інші речовини, що змінюють настрій) може впливати як на нервову активність у наркомана префронтальної кори і їх DA нейронів безпосередньо, блокуючи навчання.
Пошук способу збалансувати дофамінову функцію в мозку залежних та викликати адекватні нейронні реакції на стимули навколишнього середовища, навіть перебуваючи під впливом, може запропонувати надію людям, які мають проблеми з наркоманією.
Досліджуйте далі: Щури, піддані стресу, споживають більше алкоголю, виявляючи пов'язану з цим хімію мозку
Більш детальна інформація: Катерина О. Морозова та ін. Нейрони дофаміну змінюють тип збудливості у відповідь на Стимули, ПЛОС-обчислювальна біологія (2016). DOI: 10.1371 / journal.pcbi.1005233
Катерина О. Морозова та ін. Вклад синхронізованих нейронів GABAergic у випалення та розрив дофамінергічних нейронів, Журнал нейрофізіології (2016). DOI: 10.1152 / jn.00232.2016
Довідка з посиланням: PLoS ONE Журнал нейрофізіології PLoS Обчислювальна біологія
Забезпечується: Вища школа економіки Національного науково-дослідного університету
Докладніше на: https://medicalxpress.com/news/2017-03-alcoholism-dynamical-dopamine-imbalance.html#jCp
;