Нейронные ансамбли: новая надежда в борьбе с зависимостями

Понимание «нейронных ансамблей» может произвести революцию в лечении зависимости.
Каждый день поведение человека формируется в поисках вознаграждений. Это касается не только употребления вкусной пищи и освежающих напитков, но также сексуальной активности и заботы о детях. Многие из этих действий необходимы для выживания. Однако иногда этот поиск вознаграждений может представлять собой значительную угрозу для выживания.
Люди полагаются на воспоминания о наградах, чтобы функционировать и выживать. Эти воспоминания, связанные с положительными эмоциями, обеспечивают контекст для оценки нынешнего и будущего выбора. Например, если сахаросодержащие продукты ассоциируются с чем-то позитивным, это может подкрепить поведение поедания этой еды, которая принесла награду. Точно так же, вкусная еда в конкретном ресторане увеличивает вероятность того, что вы станете постоянным клиентом.
Глубокое понимание того, как работают воспоминания о наградах и взаимодействуют между собой, критично для информирования ваших выборов и лечения расстройств, которые возникают из-за проблемного поиска вознаграждений. Исключение всех вознаграждающих действий негативно повлияет на необходимые для выживания поведения, такие как еда и размножение. Но если вы сможете целенаправленно воздействовать на воспоминания о наградах, связанных с различными наркотиками, это может помочь снизить их употребление.
Я являюсь нейробиологом поведения, изучающим зависимость, и моя команда интересуется тем, как формируются и обрабатываются воспоминания о наградах в мозге. Мы изучаем, как воспоминания, связанные с естественными наградами, такими как еда, вода и секс, отличаются от тех, что связаны с наградами от наркотиков, таких как фентанил и кокаин.
Понимание различий между этими типами наград и тем, как воспоминания о различных наркотиках взаимодействуют, может привести к более эффективным методам лечения зависимости.
Чтобы изучать воспоминания о наградах, важно понимать нейробиологию памяти, или как мозг помнит вещи.
В 1904 году эволюционный зоолог Ричард Семон ввел термин "енграмма", чтобы описать физическое представление памяти – также называемое трассой – которое формируется в мозге после какого-либо опыта. Позже психолог Дональд Хебб гипотезировал, что взаимосвязанные нейроны, активные одновременно во время опыта, образуют физический ансамбль, составляющий память.
В последние десять лет нейробиологи разработали новые инструменты, поддерживающие идею, что нейронные ансамбли, или небольшие группы нейронов, активируемых одновременно, вероятно, являются физическим представлением памяти. Как новые воспоминания привлекают нейроны в ансамбли, еще не совсем ясно, но пластичность нейронов – их способность менять связи между собой – похоже, играет главную роль.
Исследования нейронных ансамблей изменили представления ученых о том, как работает обучение и память. Теперь исследователи могут создавать искусственные воспоминания, активировать положительные воспоминания, чтобы противодействовать негативным эмоциям, и изменять то, как воспоминания связываются. Все эти эксперименты по изменению памяти проводились на животных, поскольку технологии для применения этих методов на людях пока недоступны.
Например, чтобы создать искусственные воспоминания, ученые могут пометить нейронный ансамбль, связанный с определенной средой А, у генетически модифицированных мышей. Затем они могут активировать эти нейроны, когда подвергают мышей удару током в другой среде B. Позже мыши проявляли повышенное поведение к непокорным реакциям в среде А, хотя никогда не испытывали удара в этом пространстве. Активировав память о среде А во время удара током, мыши создавали ложное воспоминание о том, что удар током был связан с этой местностью.
Нейронные ансамбли представляют собой неиспользованный потенциал для изучения и лечения расстройств, связанных с употреблением веществ и других расстройств, касающихся вознаграждений. К ним относятся расстройства, связанные с дефицитом способности испытывать вознаграждение, такие как игорная зависимость, расстройства пищевого поведения и депрессия.
Естественные награды – еда, вода, секс и забота о потомстве – вызывают приятные ощущения, которые подкрепляют поведение, которое вызывает это вознаграждение. Это известно как положительное подкрепление, стратегия, которую часто используют в повседневной жизни; подумайте о дрессировке собаки на лакомства или о детских наклейках на диаграммах для приучения к туалету.
Исследования связали положительные и отрицательные переживания с нейронными ансамблями: исследовательское и социальное поведение, страх и кормление. При расстройствах, связанных с употреблением наркотиков, наркотик может вызывать как приятные, так и неприятные ощущения. Например, кокаин вызывает сильный прилив или подъем, но последующий спад, вызванный действием наркотика, вызывает раздражительность и вялость. Эти чувства усиливают наркотическое поведение за счет важных действий, которые обеспечивают выживание, таких как еда, сон или поддержание социальных связей.
Нейронные ансамбли также могут играть причинную роль в развитии различных аспектов расстройств, связанных с употреблением наркотиков, включая прием наркотиков, влечение к наркотикам и поисковое поведение, повышенную чувствительность к определенным наркотикам и рецидив.
Так же, как любая память хранится в мозге как нейронный ансамбль, воспоминания о наркотиках хранятся в специфических нейронных ансамблях и активируются в процессе поведения, связанном с наркотиками.
Остаются фундаментальные вопросы о том, как нейронные ансамбли кодируют воспоминания, связанные с наркотиками. Поскольку центры обработки вознаграждений для наркотиков и естественных наград в основном пересекаются в мозге, трудно разработать методы лечения, которые нацелены только на поиск вознаграждений от наркотиков. Появляющиеся методы лечения зависимости, такие как определенные виды стимуляции мозга, недостаточно специфичны, чтобы различать между путями наркотической и естественной вознаграждений.
Открытие того, как конкретные наркотики влияют на гены, клетки и нейронные цепи, может помочь исследователям разработать новые методы лечения расстройств, связанных с употреблением веществ, не изменяя естественные поведения поиска вознаграждений, необходимые для выживания.
Например, около 72 % людей, страдающих от расстройств, связанных с употреблением наркотиков, сообщают о использовании нескольких наркотиков одновременно. Чтобы лучше понять, как полисубстанция влияет на мозг, моя команда помечает нейроны, активные во время поведения, связанного с наркотиками, у генетически модифицированных мышей. Это позволяет нам сопоставлять и сравнивать нейроны, которые хранят воспоминания, связанные с наградой для одного наркотика, с нейронами, связанными с другим наркотиком. Таким образом, мы можем изучить, как мозг представляет и хранит воспоминания, когда мыши подвергаются воздействию кокаина и фентанила – двух веществ, которые люди в США все чаще употребляют вместе – и как различные области мозга обмениваются этой информацией друг с другом.
Чтобы точно разобраться, как наркотики злоупотребляют естественной системой вознаграждений мозга, моя команда сравнивает, как поиск различных типов наград изменяет нейроны, хранящие воспоминания о наградах. Например, мы ранее показали, что сеть клеток, несущая воспоминание о поиске кокаина, в основном отличается от тех, что связаны с поиском сахара.
Основываясь на этой работе, мы сейчас используем модели фруктовых мушек для анализа генетической активности нейронного ансамбля, связанного с поиском кокаина. Это позволит нам лучше определить, какие гены могут быть потенциальными целями для снижения активности этого нейронного ансамбля и лечения зависимости от веществ.
Наркоманские навязчивые мысли и фиксированные поведенческие паттерны – это распространенные симптомы наркозависимости, которые приводят к формированию вредных нейронных путей в мозге. Психоделики могут помочь перестроить эти пути, запуская общий «перезагрузку» мозга.
Несколько клинических испытаний указывают на потенциал психоделиков в лечении зависимости от табака, алкоголя и опиоидов, с первичными результатами, показывающими увеличение воздержания и снижение влечения к наркотикам.
Моя лаборатория в настоящее время изучает, как псилоцин – активный метаболит психоделика псилоцибин – влияет на наркотические воспоминания у мышей. Наше исследование сосредоточено на двух вопросах. Во-первых, может ли псилоцин изменить поиск и прием наркотиков при зависимости от фентанила? И во-вторых, какой тип памяти создает псилоцин в мозге и может ли он изменить прежние воспоминания о кокаине?
Воспоминания о наградах как помогают людям выжить, так и ведут к расстройствам, связанным с употреблением наркотиков. Углубляясь в сложные механизмы того, как мозг запоминает вознаграждения на клеточном и генетическом уровнях, ученые и врачи могут лучше лечить зависимость, не изменяя пути вознаграждений, необходимые для выживания.