Дофаминергические пути ( дофаминовые пути , дофаминергические проекции ) в мозге человека участвуют как в физиологических, так и в поведенческих процессах, включая движение , познание , исполнительные функции , вознаграждение , мотивацию и нейроэндокринный контроль . [1] Каждый путь представляет собой набор проекционных нейронов , состоящий из отдельных дофаминергических нейронов.
Четыре основных дофаминергических пути — это мезолимбический путь , мезокортикальный путь , нигростриарный путь и тубероинфундибулярный путь . Мезолимбический путь и мезокортикальный путь образуют мезокортиколимбическую систему. Два других дофаминергических пути, которые следует рассмотреть, — это гипоталамо-спинальный тракт и инцертогипоталамический путь .
Болезнь Паркинсона , синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), расстройства, связанные с употреблением психоактивных веществ ( зависимость ), и синдром беспокойных ног (СБН) могут быть обусловлены дисфункцией определенных дофаминергических путей.
Дофаминовые нейроны дофаминергических путей синтезируют и высвобождают нейромедиатор дофамин . [2] [3] Ферменты тирозингидроксилаза и дофадекарбоксилаза необходимы для синтеза дофамина. [4] Оба этих фермента вырабатываются в телах клеток дофаминовых нейронов. Дофамин хранится в цитоплазме и везикулах в окончаниях аксонов. Высвобождение дофамина из везикул запускается деполяризацией мембраны, вызванной распространением потенциала действия. [4] Аксоны дофаминовых нейронов простираются по всей длине своего назначенного пути.
Шесть дофаминергических путей перечислены ниже. [5] [6] [7]
Мезокортиколимбическая система ( мезокортиколимбический контур ) относится как к мезокортикальным , так и к мезолимбическим путям. [3] [12] Оба пути берут начало в вентральной области покрышки (VTA), которая расположена в среднем мозге. Благодаря отдельным соединениям с префронтальной корой (мезокортикальным) и вентральным полосатым телом (мезолимбическим), мезокортиколимбическая проекция играет важную роль в обучении, мотивации, вознаграждении, памяти и движении. [13] Было показано, что подтипы дофаминовых рецепторов, D1 и D2, имеют взаимодополняющие функции в мезокортиколимбической проекции, облегчая обучение в ответ как на положительную, так и на отрицательную обратную связь . [14] Оба пути мезокортиколимбической системы связаны с СДВГ , шизофренией и наркоманией . [15] [16] [17] [18]
Мезокортикальный путь проецируется из вентральной области покрышки в префронтальную кору ( VTA → Префронтальная кора ). Этот путь участвует в познании и регуляции исполнительных функций (например, внимания, рабочей памяти, ингибиторного контроля , планирования и т. д.). Эта сложная нейронная цепь служит важнейшим коммуникационным путем в мозге, облегчая передачу дофамина, нейромедиатора, связанного с вознаграждением, мотивацией и когнитивным контролем. [19] Префронтальная кора, являясь центральным узлом для исполнительных функций, полагается на входные данные из мезокортикального пути для модуляции и тонкой настройки когнитивных процессов, необходимых для целенаправленного поведения и принятия решений. [20] Нарушение регуляции нейронов в этом пути связано с СДВГ. [16]
Называемый путем вознаграждения, мезолимбический путь проецируется из вентральной области покрышки в вентральный полосатый участок (VTA → Вентральный полосатый участок [ прилежащее ядро и обонятельный бугорок ]). [17] Когда ожидается вознаграждение, частота срабатывания дофаминовых нейронов в мезолимбическом пути увеличивается. [21] Мезолимбический путь участвует в стимулировании , мотивации , обучении с подкреплением, страхе и других когнитивных процессах. [6] [16] [22] В исследованиях на животных истощение дофамина в этом пути или повреждения в месте его происхождения снижают степень, в которой животное готово пойти, чтобы получить вознаграждение (например, количество нажатий на рычаг для никотина или время поиска пищи). [21] Продолжаются исследования для определения роли мезолимбического пути в восприятии удовольствия. [23] [24] [25] [26]
Нигростриарный путь участвует в поведении, связанном с движением и мотивацией. Передача дофаминергических нейронов в дорсальный стриатум играет особую роль в вознаграждении и мотивации, в то время как движение зависит от передачи дофаминергических нейронов в черную субстанцию. [27] [28] Нигростриарный путь связан с такими состояниями, как болезнь Хантингтона, болезнь Паркинсона, СДВГ, шизофрения и синдром Туретта. Болезнь Хантингтона, болезнь Паркинсона и синдром Туретта являются состояниями, на которые влияет двигательное функционирование [29], в то время как шизофрения и СДВГ зависят от вознаграждения и мотивации. Этот путь также регулирует связанное обучение, такое как классическое обусловливание и оперантное обусловливание. [30]
Тубероинфундибулярный путь передает дофамин из гипоталамуса в гипофиз . Этот нейронный контур играет ключевую роль в регуляции гормонального баланса и, в частности, в модуляции секреции пролактина из гипофиза, который отвечает за выработку грудного молока у женщин. Гиперпролактинемия является сопутствующим состоянием, вызванным чрезмерным количеством выработки пролактина, которое часто встречается у беременных женщин. [31] После родов тубероинфундибулярный путь возобновляет свою роль в регуляции уровня пролактина. Снижение уровня эстрогена в послеродовой период способствует восстановлению дофаминергического торможения, предотвращая устойчивую гиперпролактинемию у небеременных и не кормящих женщин. [32]
Дофаминергические пути, которые проецируются из компактной части черной субстанции (SNc) и вентральной области покрышки (VTA) в полосатое тело (т. е. нигростриатные и мезолимбические пути соответственно), образуют один компонент последовательности путей, известных как кортико-базальная ганглия-таламо-кортикальная петля . [33] [34] Нигростриатный компонент петли состоит из SNc, давая начало как тормозным, так и возбуждающим путям, которые идут из полосатого тела в бледный шар , прежде чем продолжиться в таламус, или в субталамическое ядро, прежде чем направиться в таламус . Дофаминергические нейроны в этой цепи увеличивают величину фазической активации в ответ на ошибку положительного вознаграждения, то есть когда вознаграждение превышает ожидаемое вознаграждение. Эти нейроны не снижают фазовую активацию во время прогнозирования отрицательного вознаграждения (меньшее вознаграждение, чем ожидалось), что приводит к гипотезе о том, что серотонинергические, а не дофаминергические нейроны кодируют потерю вознаграждения. [35] Фазовая активность дофамина также увеличивается во время сигналов, которые сигнализируют об отрицательных событиях, однако стимуляция дофаминергических нейронов все еще вызывает предпочтение места, что указывает на его главную роль в оценке положительного стимула. Из этих результатов были разработаны две гипотезы относительно роли базальных ганглиев и нигростриатных дофаминовых цепей в выборе действия. Первая модель предполагает «критика», который кодирует ценность, и актера, который кодирует ответы на стимулы на основе воспринимаемой ценности. Однако вторая модель предполагает, что действия не возникают в базальных ганглиях, а вместо этого возникают в коре и выбираются базальными ганглиями. Эта модель предполагает, что прямой путь контролирует соответствующее поведение, а косвенный подавляет действия, не подходящие для ситуации. Эта модель предполагает, что тоническая дофаминергическая активация увеличивает активность прямого пути, вызывая смещение в сторону более быстрого выполнения действий. [36]
Эти модели базальных ганглиев считаются релевантными для изучения ОКР , [37] [38] СДВГ , синдрома Туретта , болезни Паркинсона , шизофрении и наркомании . Например, предполагается, что болезнь Паркинсона является результатом чрезмерной активности тормозных путей, что объясняет медленное движение и когнитивные нарушения, в то время как синдром Туретта предположительно является результатом чрезмерной возбуждающей активности, приводящей к тикам, характерным для синдрома Туретта. [36]
Вентральная область покрышки и компактная часть черной субстанции получают входные сигналы от других нейротрансмиттерных систем, включая глутаминовые входные сигналы, ГАМКергические входные сигналы, холинергические входные сигналы и входные сигналы от других моноаминергических ядер. VTA содержит рецепторы 5-HT 1A , которые оказывают двухфазное действие на активность , при этом низкие дозы агонистов рецепторов 5-HT 1A вызывают увеличение частоты активности, а более высокие дозы подавляют активность. Рецепторы 5-HT 2A, экспрессируемые на дофаминергических нейронах, увеличивают активность, в то время как рецепторы 5-HT 2C вызывают снижение активности. [39] Мезолимбический путь, который проецируется от VTA к прилежащему ядру, также регулируется мускариновыми ацетилхолиновыми рецепторами . В частности, активация мускаринового ацетилхолинового рецептора M2 и мускаринового ацетилхолинового рецептора M4 ингибирует высвобождение дофамина, в то время как активация мускаринового ацетилхолинового рецептора M1 увеличивает высвобождение дофамина. [40] ГАМКергические входы из полосатого тела снижают дофаминергическую нейронную активность, а глутаминергические входы из многих корковых и подкорковых областей увеличивают частоту срабатывания дофаминергических нейронов. Эндоканнабиноиды также, по-видимому, оказывают модулирующее действие на высвобождение дофамина из нейронов, которые выступают из VTA и SNc. [41] Норадренергические входы, происходящие из голубого пятна, оказывают возбуждающее и ингибирующее действие на дофаминергические нейроны, которые выступают из VTA и SNc. [42] [43] Возбуждающие орексинергические входы в VTA возникают в латеральном гипоталамусе и могут регулировать базовую активацию дофаминергических нейронов VTA. [44] [45]
Недавние исследования внутричерепного самостоятельного введения нейрохимических веществ (лекарств) показали, что крысы обучаются самостоятельному введению различных препаратов в мезолимбические дофаминовые структуры — заднюю вентральную область покрышки, медиальное прилежащее ядро оболочки и медиальный обонятельный бугорок. ... В 1970-х годах было установлено, что обонятельный бугорок содержит стриарный компонент, который заполнен ГАМКергическими средними шипиковыми нейронами, получающими глутаматергические входы от корковых областей и дофаминергические входы от VTA и проецирующимися в вентральный бледный шар, как и прилежащее ядро.
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.
Связь гипоталамуса и гипофиза. Передняя доля гипофиза, или аденогипофиз, получает обильный приток крови из капилляров портальной гипофизарной системы. Эта система доставляет факторы, выделяемые нейронами гипоталамуса, в портальные капилляры в срединном возвышении. На рисунке показана одна из таких проекций — от туберальных (дугообразных) ядер через тубероинфундибулярный тракт к срединному возвышению.
• Исполнительная функция, когнитивный контроль поведения, зависит от префронтальной коры, которая высоко развита у высших приматов и особенно у людей.
• Рабочая память — это краткосрочный, ограниченный по емкости когнитивный буфер, который хранит информацию и позволяет манипулировать ею для руководства принятием решений и поведением. ...
Эти разнообразные входные данные и обратные проекции как на корковые, так и на подкорковые структуры ставят префронтальную кору в положение, позволяющее осуществлять то, что часто называют «нисходящим» контролем или когнитивным контролем поведения. ... Префронтальная кора получает входные данные не только из других корковых областей, включая ассоциативную кору, но также, через таламус, входные данные из подкорковых структур, обслуживающих эмоции и мотивацию, таких как миндалевидное тело (глава 14) и вентральный полосатый участок (или прилежащее ядро; глава 15). ...
В условиях, когда доминантные реакции, как правило, доминируют над поведением, например, при наркомании, когда сигналы о наркотиках могут вызывать поиск наркотиков (глава 15), или при синдроме дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ; описано ниже), могут возникнуть значительные негативные последствия. ... СДВГ можно концептуализировать как расстройство исполнительной функции; в частности, СДВГ характеризуется сниженной способностью проявлять и поддерживать когнитивный контроль поведения. По сравнению со здоровыми людьми, люди с СДВГ имеют сниженную способность подавлять неадекватные доминантные реакции на стимулы (нарушение торможения реакции) и сниженную способность подавлять реакции на нерелевантные стимулы (нарушение подавления интерференции). ... Функциональная нейровизуализация у людей демонстрирует активацию префронтальной коры и хвостатого ядра (часть полосатого тела) при выполнении задач, требующих ингибиторного контроля поведения. ... Ранние результаты структурной МРТ показывают истончение коры головного мозга у субъектов с СДВГ по сравнению с контрольной группой соответствующего возраста в префронтальной коре и задней теменной коре, областях, участвующих в рабочей памяти и внимании.
Подводя итог: возникающее понимание того, что многие разнообразные удовольствия имеют перекрывающиеся мозговые субстраты; более совершенные карты нейровизуализации для кодирования человеческого удовольствия в орбитофронтальной коре; идентификация горячих точек и разделяемых мозговых механизмов для генерации «симпатии» и «желания» одного и того же вознаграждения; идентификация более крупных клавиатурных паттернов генераторов желания и страха в NAc с множественными режимами функционирования; и понимание того, что дофамин и большинство кандидатов на роль «электродов удовольствия» для гедонистических генераторов мозга, вероятно, в конечном итоге не вызывали большого удовольствия.
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )Таким образом, можно предположить, что низкие уровни рецепторов CB1 расположены на глутаматергических и ГАМКергических терминалях, воздействующих на нейроны DA [127, 214], где они могут тонко настраивать высвобождение тормозного и возбуждающего нейротрансмиттера и регулировать срабатывание нейронов DA.
Электрофизиологические эксперименты in vitro, проведенные в независимых лабораториях, последовательно предоставили доказательства локализации рецептора CB1 на глутаматергических и ГАМКергических аксональных окончаниях в VTA и SNc.
Было показано, что электрическая стимуляция LC приводит к возбуждению, за которым следует кратковременное ингибирование дофаминовых (DA) нейронов среднего мозга через механизм, зависимый от рецептора α1 (Grenhoff et al., 1993).
Прямое взаимодействие CB1-HcrtR1 было впервые предложено в 2003 г. (Hilairet et al., 2003). Действительно, 100-кратное увеличение эффективности гипокретина-1 для активации сигнализации ERK наблюдалось при совместной экспрессии CB1 и HcrtR1 ... В этом исследовании сообщалось о более высокой эффективности гипокретина-1 для регуляции гетеромера CB1-HcrtR1 по сравнению с гомомером HcrtR1-HcrtR1 (Ward et al., 2011b). Эти данные обеспечивают однозначную идентификацию гетеромеризации CB1-HcrtR1, которая имеет существенное функциональное влияние. ... Существование перекрестных помех между гипокретинэргической и эндоканнабиноидной системами убедительно подтверждается их частично перекрывающимся анатомическим распределением и общей ролью в нескольких физиологических и патологических процессах. Однако мало что известно о механизмах, лежащих в основе этого взаимодействия. ... Действуя как ретроградный мессенджер, эндоканнабиноиды модулируют глутаматергические возбуждающие и ГАМКергические ингибирующие синаптические входы в дофаминергические нейроны VTA и глутаматную передачу в NAc. Таким образом, активация рецепторов CB1, присутствующих на аксональных окончаниях ГАМКергических нейронов в VTA, ингибирует передачу ГАМК, устраняя этот ингибирующий вход на дофаминергические нейроны (Riegel и Lupica, 2004). Глутаматная синаптическая передача в VTA и NAc, в основном от нейронов PFC, аналогичным образом модулируется активацией рецепторов CB1 (Melis и др., 2004).
Подтипы рецепторов орексина легко образуют гомо- и гетеро(ди)меры, о чем свидетельствуют значительные сигналы BRET. Рецепторы CB1 образуют гомодимеры, и они также гетеродимеризуются с обоими рецепторами орексина. ... В заключение следует отметить, что рецепторы орексина имеют значительную склонность к образованию гомо- и гетероди-/олигомерных комплексов. Однако неясно, влияет ли это на их сигнализацию. Поскольку рецепторы орексина эффективно передают сигналы посредством продукции эндоканнабиноидов рецепторам CB1, димеризация может быть эффективным способом формирования сигнальных комплексов с оптимальными концентрациями каннабиноидов, доступными для каннабиноидных рецепторов.