Вентральная область покрышки ( VTA ) ( tegmentum по-латыни означает « покрывать »), также известная как вентральная область покрышки Цая [1] или просто вентральный тегментум , представляет собой группу нейронов, расположенных близко к средней линии на дне среднего мозга . VTA является источником дофаминергических клеточных тел мезокортиколимбической дофаминовой системы и других дофаминовых путей ; она широко вовлечена в наркотическую и естественную схему вознаграждения мозга . VTA играет важную роль в ряде процессов, включая познание вознаграждения ( мотивационная значимость , ассоциативное обучение и положительно-валентные эмоции) и оргазм [2] среди прочих , а также несколько психиатрических расстройств . Нейроны в VTA проецируются в многочисленные области мозга, начиная от префронтальной коры до каудального ствола мозга и нескольких областей между ними.
Нейробиологи часто испытывали большие трудности с различением VTA в мозге человека и других приматов от черной субстанции (SN) и окружающих ядер. Первоначально вентральная область покрышки была обозначена как «ядро», но со временем «область» стала более подходящим термином из-за гетерогенных цитоархитектонических особенностей области и отсутствия четких границ, которые отделяют ее от соседних областей. [3] Из-за селективных лимбических афферентов к VTA, клетки VTA получили обозначение A10 , чтобы отличать их от окружающих клеток. [4]
Вентральная область покрышки находится в среднем мозге между несколькими другими основными областями, некоторые из которых описаны здесь. Сосцевидные тела и задний гипоталамус , оба входящие в промежуточный мозг , простираются рострально от VTA. Красное ядро расположено латерально, а глазодвигательные волокна расположены вентромедиально к VTA. [5] Мост и задний мозг лежат каудально к VTA. Наконец , черная субстанция расположена латерально к VTA. [6]
В 1987 году Оудс выделил четыре первичных ядра в группе клеток VTA A10 : ядро паранигральное (Npn), ядро парабрахиальное пигментное (Npbp), ядро межпучковое (Nif) и ядро линейное (Nln) каудальное и ростральное. В настоящее время ученые делят VTA на четыре похожие зоны, которые называются паранигральным ядром (PN), парабрахиальной пигментированной областью (PBP), областью парафасцикулюса ретрофлексуса (PFR) и ростромедиальным ядром покрышки (RMTg), которые приблизительно соответствуют предыдущим делениям. Некоторые определения VTA также включают срединные ядра (т. е. межпучковое ядро, ростральное линейное ядро и центральное линейное ядро).
PN и PBP богаты дофаминергическими клетками, тогда как в двух других регионах плотность этих нейронов низкая. PFR и RMTg содержат низкую плотность тирозингидроксилазных (TH)-положительных клеточных тел, которые имеют небольшой размер и слабо окрашиваются; RMTg состоит в основном из ГАМКергических клеток. С другой стороны, PN и PBP состоят в основном из средних и крупных TH-положительных клеточных тел, которые окрашиваются умеренно.
Почти все области, получающие проекции от VTA, проецируют обратно в нее. Таким образом, вентральная тегментальная область реципрокно связана с широким спектром структур по всему мозгу, что предполагает, что она играет роль в контроле функций в филогенетически более новом и высокоразвитом неокортексе , а также в филогенетически более старых лимбических областях. [ необходима цитата ]
VTA представляет собой гетерогенную область, состоящую из множества нейронов, которые характеризуются различными нейрохимическими и нейрофизиологическими свойствами. Следовательно, глутаматергические и ГАМКергические входы не являются исключительно тормозными или исключительно возбуждающими. [7] VTA получает глутаматергические афференты от префронтальной коры , ножко-понтинного ядра покрышки (PPTg), латеродорсального ядра покрышки , субталамического ядра , ядра ложа конечной полоски , верхнего холмика , околоводопроводного серого вещества , латеральной габенулы , дорсального ядра шва и латеральных гипоталамических и преоптических областей . [8] [7] Эти глутаматергические афференты играют ключевую роль в регуляции активации клеток VTA. Когда активируются глутаматергические нейроны, частота активации дофаминовых нейронов увеличивается в VTA и вызывает залповую активацию. Исследования показали, что эти глутаматергические действия в VTA имеют решающее значение для эффектов наркотиков, вызывающих зависимость. Напротив, хвост вентральной области покрышки (tVTA, также известной как RMTg) проецируется в VTA с ГАМКергическими афферентами, функционируя как «главный тормоз» для дофаминовых путей VTA. [9] [10]
ГАМКергические входы в VTA также включают прилежащее ядро , вентральный бледный шар , дорсальное ядро шва , латеральный гипоталамус , околоводопроводное серое вещество , ядро ложа терминальной полоски и ростромедиальное ядро покрышки (RMTg). [7] Латеральная габенула также может оказывать ингибирующее действие на дофаминергические нейроны в VTA, возбуждая RMTg ГАМКергические нейроны, что, как полагают, играет важную роль в ошибках предсказания вознаграждения. [11] Субпаллидарные афференты в VTA в основном ГАМКергические и, таким образом, ингибирующие. [7] [12] Существует значительный путь из субпаллидарной области в VTA. [12] Когда этот путь растормаживается, увеличение высвобождения дофамина в мезолимбическом пути усиливает локомоторную активность . [ необходима медицинская ссылка ]
Также существуют холинергические входы в VTA, хотя они менее изучены, чем глутаматергические и ГАМКергические входы. Оптогенетические исследования на мышах, изучающие холинергические входы из педункулопонтийного тегментального ядра (PPTg) и латеродорсального тегментального ядра, показывают, что эти цепи усиливают свойства разряда нейронов VTA, что предполагает модулирующее влияние на цепи вознаграждения. [13]
Два основных эфферентных волокна проекций VTA — это мезокортикальный и мезолимбический пути , которые соответствуют префронтальной коре и прилежащему ядру соответственно. [14] [15] Кроме того, эксперименты на грызунах выявили мезогабенулярный путь, состоящий из нейронов VTA, которые не выделяют дофамин , а выделяют глутамат и ГАМК . [16] [17] Другие проекции VTA, которые используют дофамин в качестве основного нейромедиатора , перечислены ниже. [14]
Поскольку они развиваются из общей эмбриональной ткани и частично перекрываются в своих проекционных полях, группы дофаминергических клеток не имеют четких анатомических границ. Во время развития мозга млекопитающих как нейроны черной субстанции (SN), так и нейроны VTA изначально проецируются в дорсолатеральный и вентромедиальный стриатум . Однако при рождении дофаминергические нейроны SN проецируются исключительно в дорсолатеральный стриатум, а дофаминергические нейроны VTA проецируются исключительно в вентромедиальный стриатум. Это сокращение связей происходит путем устранения ненужных коллатералей. [ необходима цитата ]
Как указано выше, VTA, в частности дофаминовые нейроны VTA, выполняют несколько функций в системе вознаграждения , мотивации , познании и наркотической зависимости , а также могут быть в центре внимания нескольких психиатрических расстройств . Также было показано, что VTA обрабатывает различные типы эмоционального вывода из миндалевидного тела , где она также может играть роль в избегании и формировании страха. [19] [20] Электрофизиологические записи продемонстрировали, что нейроны VTA реагируют на новые стимулы, неожиданные вознаграждения и предсказывающие вознаграждение сенсорные сигналы. Паттерн активации этих клеток согласуется с кодированием ошибки ожидания вознаграждения.
В 2006 году исследования МРТ Хелен Фишер и ее исследовательской группы обнаружили и задокументировали различные эмоциональные состояния, связанные с сильной любовью, коррелирующие с активностью в VTA, что может помочь объяснить навязчивое поведение отвергнутых партнеров, поскольку это разделяется системой вознаграждения. Поведение совместного гнездования связано с повышенной экспрессией V1aR в VTA недавно образовавших пару зебровых амадинов. [21] Однако экспрессия V1aR не была связана с темпами пения, направленного самками, что может указывать на селективную роль вазотоцина в VTA в поддержании пары по сравнению с поведением ухаживания. [21]
Было показано, что VTA имеет большую сеть ГАМКергических нейронов, которые связаны между собой через щелевые контакты . Эта сеть обеспечивает электрическую проводимость, которая значительно быстрее, чем химическая проводимость сигналов между синапсами, хотя и менее гибкая в пространстве [22] . [23]
VTA, как и черная субстанция , заполнена меланин -пигментированными дофаминергическими нейронами. [24] Недавние исследования показали, что дофаминергические нейроны составляют 50-60% всех нейронов в VTA, [25] что противоречит предыдущим данным, которые отмечали, что 77% нейронов в VTA являются дофаминергическими. [26] Кроме того, существует значительная популяция ГАМКергических нейронов в ростромедиальном тегментальном ядре (RMTg), функционально отдельной структуре мозга. [9] [10] Эти ГАМКергические нейроны регулируют активацию своих дофаминергических аналогов, которые посылают проекции по всему мозгу, но не ограничиваясь ими, в следующие области: префронтальную кору , прилежащее ядро и голубое пятно . VTA также содержит небольшой процент возбуждающих глутаматергических нейронов.
«Лимбическая петля» очень похожа на прямую двигательную петлю базальных ганглиев . В обеих системах есть основные возбуждающие входы от коры к полосатому телу (ядру прилежащего ядра), средний мозг проецирует нейромодуляторные дофаминовые нейроны в полосатое тело, полосатое тело устанавливает межъядерные связи с паллидумом, а паллидум имеет выходы в таламус, который проецируется в кору, таким образом завершая петлю. Лимбическая петля отличается от двигательной петли источником и природой коркового входа, разделением полосатого тела и паллидума, которые обрабатывают вход, источником дофаминергических нейронов из среднего мозга и таламической целью паллидумного выхода. Лимбическая петля контролирует когнитивные и аффективные функции , а двигательная петля контролирует движение.
Связь контекста с вознаграждением важна для поиска вознаграждения. В 2011 году группа исследователей задокументировала связь CA3 -VTA, которая использует латеральную перегородку в качестве посредника. Они использовали вирус псевдобешенства (PRV) в качестве транссинаптического трассера и вводили его в VTA. Они обнаружили, что односторонняя инъекция в VTA привела к двусторонней маркировке PRV в CA3, начинающейся через 48 часов после инъекции. Повреждения каудодорсальной латеральной перегородки (cd-LS) до инъекции VTA PRV привели к значительно меньшему количеству нейронов с маркировкой PRV в CA3. Стимуляция CA3 тета-волнами привела к увеличению частоты срабатывания дофаминовых клеток в VTA и снижению частоты срабатывания нейронов ГАМК в VTA. Идентичность нейронов VTA была подтверждена с помощью маркировки регистрирующего нейрона нейробиотином, а затем гистологического окрашивания на тирозингидроксилазу (TH). Временная инактивация CA3 с помощью агонистов ГАМК предотвратила контекстно-индуцированное возобновление нажатия на рычаг для внутривенного введения кокаина . [27]
Авторы предлагают функциональную петлю цепи, в которой активация глутаматергических клеток в CA3 вызывает активацию ГАМКергических клеток в cd-LS, что ингибирует ГАМК-интернейроны в VTA, освобождая дофаминовые клетки от тонического торможения и приводя к увеличению частоты импульсации дофаминовых клеток. [27]
Схема вознаграждения дофамином в человеческом мозге включает две проекционные системы от вентральной части среднего мозга до комплекса прилежащего ядра и обонятельного бугорка . Во-первых, заднемедиальная VTA и центральные линейные клетки шва избирательно проецируются в вентромедиальный стриатум , который включает медиальный обонятельный бугорок и медиальную оболочку NAC . Во-вторых, латеральная VTA проецируется в основном в вентролатеральный стриатум, который включает ядро NAC , медиальную оболочку NAC и латеральный обонятельный бугорок. Эти пути называются мезо-вентромедиальной и мезо-вентролатеральной стриатными дофаминергическими системами соответственно. Медиальная проекционная система важна в регуляции возбуждения, характеризующегося аффектом и драйвом, и играет иную роль в целенаправленном поведении, чем латеральная проекционная система. В отличие от латеральной части, медиальная активируется не вознаграждением, а болями. [28] [29] Таким образом, оболочка NAC и задняя VTA являются основными областями, участвующими в системе вознаграждения. [ необходима цитата ]
Дофаминергические нейроны черной субстанции и вентральной области покрышки среднего мозга проецируются в дорсолатеральный хвостатый/скорлупу и в вентромедиально расположенное прилежащее ядро, соответственно, образуя мезостриатные и мезолимбические пути. Близость этих двух путей заставляет их группироваться вместе под дофаминергическими проекциями. Несколько расстройств возникают в результате нарушения этих двух путей: шизофрения , болезнь Паркинсона и синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ). Текущие исследования изучают тонкие различия между нейронами, которые участвуют в этих состояниях, и пытаются найти способ избирательного лечения определенной дофаминовой проекции.
Прилежащее ядро и вентральная область покрышки являются основными участками, где действуют наркотические вещества, вызывающие привыкание . Обычно к наркотическим веществам относят: кокаин , алкоголь , опиоиды , никотин , каннабиноиды , амфетамин и его аналоги. Эти препараты изменяют нейромодуляторное влияние дофамина на обработку сигналов подкрепления, продлевая действие дофамина в прилежащем ядре или стимулируя активацию нейронов там, а также в VTA. Наиболее распространенные наркотические вещества, вызывающие привыкание, стимулируют высвобождение дофамина, что создает как их вознаграждающие, так и психомоторные эффекты. Компульсивное поведение, связанное с приемом наркотиков, является результатом длительных или постоянных [30] [31] функциональных изменений в мезолимбической дофаминовой системе, возникающих в результате повторяющейся стимуляции дофамина. Молекулярные и клеточные адаптации ответственны за сенсибилизированную активность дофамина в VTA и вдоль мезолимбической дофаминовой проекции в ответ на злоупотребление наркотиками. В VTA у наркозависимых людей активность фермента, синтезирующего дофамин, тирозингидроксилазы увеличивается, как и способность этих нейронов реагировать на возбуждающие входы. Последний эффект является вторичным по отношению к увеличению активности фактора транскрипции CREB и повышению регуляции GluR1, важной субъединицы рецепторов AMPA для глутамата. Эти изменения в нейронной обработке могут объяснять ослабление влияния адаптивных эмоциональных сигналов на работу способностей принятия решений, поскольку поведение, направленное на поиск и употребление наркотиков, становится привычным и компульсивным.
Эксперименты на крысах показали, что они обучаются нажимать рычаг для введения стимулирующих препаратов в заднюю VTA легче, чем в переднюю VTA. Другие исследования показали, что микроинъекции дофаминергических препаратов в оболочку прилежащего ядра увеличивают локомоторную активность и исследовательское поведение , условные реакции приближения и упреждающее сексуальное поведение.
Феномен отмены возникает из-за того, что дефицит в функционировании вознаграждения запускает цикл дистресса, в котором наркотики становятся необходимыми для восстановления нормального гомеостатического состояния. Недавние исследования показали, что даже после того, как были пройдены последние стадии отмены, поведение поиска наркотиков может быть восстановлено, если подвергнуться воздействию наркотика или связанных с наркотиками стимулов. [32] [33] [34]
Все исследования с 1964 года подчеркивали впечатляющее общее сходство между VTA всех млекопитающих от грызунов до людей. Эти исследования сосредоточили свои усилия на крысах, кроликах, собаках, кошках, опоссуме, нечеловекообразных приматах и людях. Были отмечены небольшие различия, такие как изменения в дорсальной протяженности клеток A10. Если быть точным, дорсальный пик клеток A10 более обширен у приматов по сравнению с другими млекопитающими. Кроме того, количество дофаминергических клеток в VTA увеличивается с филогенетической прогрессией; например, VTA мыши содержит приблизительно 25 000 нейронов, в то время как VTA 33-летнего мужчины содержит приблизительно 450 000 клеточных тел. [35]
В свете решающей роли tVTA в опиатном контроле активности дофамина...
В контексте зависимости tVTA является мишенью для пластичности, вызванной психостимуляторами [1,6,23], а также имеет важное значение для действия морфина на дофаминовые нейроны [19]. Последнее открытие предполагает, что классическую модель растормаживания, возможно, следует пересмотреть в свете ГАМКергического контроля, который tVTA оказывает на дофаминовые системы. ...
tVTA богата тормозными нейронами ГАМК, экспрессирующими μ-опиоидные рецепторы, и посылает обширные проекции к дофаминовым клеткам среднего мозга. Она предлагается в качестве основного тормоза для дофаминовых систем. ...
tVTA была первоначально описана у крыс как двусторонний кластер нейронов ГАМК в задней части VTA, дорсолатерально к межножковому ядру и экспрессирующая FosB/ΔFosB после введения психостимулятора [1]. Однако окрашивание Fos показало, что эта группа клеток простирается каудально за пределы определенных границ VTA [1], смещаясь дорсально, чтобы стать встроенной в верхнюю мозжечковую ножку [2]. Примерно в то же время, когда была описана tVTA, было высказано предположение, что область, каудальнее VTA крысы и латеральнее срединного шва, влияет на пассивные аверсивные реакции [24]. Эта область принадлежит ретикулярной формации и позже была обозначена как RMTg [3]. RMTg простирается рострально, смещаясь вентрально, чтобы стать встроенной в заднюю VTA. Подобная область также наблюдалась у приматов [18] и у мышей [25]. В настоящее время существует согласие, что tVTA и RMTg являются двумя сторонами одной и той же структуры.
tVTA/RMTg посылает плотные проекции ГАМК в нейроны VTA и черной субстанции. ...
Действительно, клетки tVTA/RMTg экспрессируют высокие уровни мю-опиоидных рецепторов (Jhou et al., 2009a, 2012; Jalabert et al., 2011), а электрофизиологические подходы in vivo, ex vivo и оптогенетические продемонстрировали, что морфин возбуждает дофаминовые нейроны, воздействуя на рецепторы, локализованные в телах клеток tVTA/RMTg, а также на их окончания в пределах VTA (Jalabert et al., 2011; Lecca et al., 2011; Matsui and Williams, 2011; Lecca et al., 2012). ... Недавние исследования tVTA/RMTg начались с наблюдений, связанных с индукцией FosB/ΔFosB психостимуляторами (Perrotti et al., 2005) и с контролем аверсивных реакций (Jhou, 2005). Крысиный tVTA/RMTg показал нейроанатомически ограниченное увеличение экспрессии белков, связанных с Fos, после воздействия психостимуляторов (Scammel et al., 2000; Perrotti et al., 2005; Geisler et al., 2008; Jhou et al., 2009a; Kaufling et al., 2009, 2010a, 2010b; Rottlant et al., 2010; Zahm et al., 2010; Cornish et al., 2012). Эта индукция наблюдалась как при остром, так и при хроническом воздействии психостимуляторов, а также при самостоятельном введении и неконтингентном введении. Существует сильная селективность этого молекулярного ответа, поскольку индукция, связанная с Fos, никогда не наблюдалась при использовании непсихостимулирующих препаратов (Perrotti et al., 2005; Kaufling et al., 2010b).
Нейроны из SNc плотно иннервируют дорсальный стриатум, где они играют важную роль в обучении и выполнении двигательных программ. Нейроны из VTA иннервируют вентральный стриатум (прилежащее ядро), обонятельную луковицу, миндалевидное тело, гиппокамп, орбитальную и медиальную префронтальную кору и поясную кору. Нейроны VTA DA играют важную роль в мотивации, поведении, связанном с вознаграждением, внимании и множественных формах памяти. ... Таким образом, действуя в различных терминальных полях, дофамин придает мотивационную значимость («желание») самому вознаграждению или связанным с ним сигналам (область оболочки прилежащего ядра), обновляет значение, придаваемое различным целям в свете этого нового опыта (орбитальная префронтальная кора), помогает консолидировать множественные формы памяти (миндалевидное тело и гиппокамп) и кодирует новые двигательные программы, которые будут способствовать получению этого вознаграждения в будущем (область ядра прилежащего ядра и дорсальный полосатый участок). ... DA выполняет множественные действия в префронтальной коре. Он способствует «когнитивному контролю» поведения: выбору и успешному мониторингу поведения для облегчения достижения выбранных целей. Аспекты когнитивного контроля, в которых DA играет роль, включают рабочую память, способность удерживать информацию «в режиме онлайн» для руководства действиями, подавление доминантного поведения, которое конкурирует с целенаправленными действиями, и контроль внимания и, таким образом, способность преодолевать отвлечения. ... Таким образом, норадренергические проекции из LC взаимодействуют с дофаминергическими проекциями из VTA, регулируя когнитивный контроль. ...
{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )