Прилежащее ядро ( NAc или NAcc ; также известное как прилежащее ядро или ранее как ядро прилежащего перегородки , лат. nucleus accumbens septi , « ядро, прилегающее к перегородке ») — это область в базальном переднем мозге рострально по отношению к преоптической области гипоталамуса . [1] Прилежащее ядро и обонятельный бугорок вместе образуют вентральный полосатый участок . Вентральный полосатый участок и дорсальный полосатый участок вместе образуют полосатое тело , которое является основным компонентом базальных ганглиев . [2] Дофаминергические нейроны мезолимбического пути проецируются на ГАМКергические средние шипиковые нейроны прилежащего ядра и обонятельного бугорка. [3] [4] Каждое полушарие мозга имеет свое собственное прилежащее ядро, которое можно разделить на две структуры: ядро прилежащего ядра и оболочку прилежащего ядра. Эти подструктуры имеют различную морфологию и функции.
Различные субрегионы NAcc (ядро против оболочки) и субпопуляции нейронов в каждом регионе ( средние шиповатые нейроны типа D1 против типа D2 ) отвечают за различные когнитивные функции . [5] [6] В целом, прилежащее ядро играет важную роль в когнитивной обработке мотивации , отвращения , вознаграждения (т. е. заметности стимула , удовольствия и положительного подкрепления ) и обучения с подкреплением (например, павловско-инструментального переноса ); [4] [7] [8] [9] [10] следовательно, оно играет важную роль в зависимости . [4] [8] Кроме того, часть ядра прилежащего ядра центрально участвует в индукции медленноволнового сна . [11] [12] [13] [14] Прилежащее ядро играет меньшую роль в обработке страха (форма отвращения), импульсивности и эффекта плацебо . [15] [16] [17] Он также участвует в кодировании новых двигательных программ . [4]
Прилежащее ядро представляет собой совокупность нейронов, которая описывается как имеющая внешнюю оболочку и внутреннее ядро. [4]
Основные глутаматергические входы в прилежащее ядро включают префронтальную кору (особенно прелимбическую кору и инфралимбическую кору ), базолатеральную миндалину , вентральный гиппокамп , таламические ядра (особенно срединные таламические ядра и интраламинарные ядра таламуса ) и глутаматергические проекции из вентральной области покрышки (VTA). [18] Прилежащее ядро получает дофаминергические входы из вентральной области покрышки, которые соединяются через мезолимбический путь . Прилежащее ядро часто описывается как часть кортико-базальной ганглии-таламо-кортикальной петли . [19]
Дофаминергические входы от VTA модулируют активность ГАМКергических нейронов в прилежащем ядре. Эти нейроны активируются напрямую или косвенно эйфорическими препаратами (например, амфетамином , опиатами и т. д.) и участием в вознаграждающих переживаниях (например, сексом, музыкой, физическими упражнениями и т. д.). [20] [21]
Другой важный источник входных данных поступает из CA1 и вентрального субикулюма гиппокампа в дорсомедиальную область прилежащего ядра. Небольшая деполяризация клеток в прилежащем ядре коррелирует с позитивностью нейронов гиппокампа, делая их более возбудимыми. Коррелированные клетки этих возбужденных состояний средних шипиковых нейронов в прилежащем ядре распределяются поровну между субикулюмом и CA1. Обнаружено, что нейроны субикулюма гиперполяризуются (увеличивают негативность), в то время как нейроны CA1 «колеблются» (срабатывают > 50 Гц) для того, чтобы выполнить эту подготовку. [22]
Прилежащее ядро является одной из немногих областей, которая получает высокую плотность гистаминергических проекций от туберомаммиллярного ядра (единственного источника гистаминовых нейронов в мозге). [23]
Выходные нейроны прилежащего ядра посылают аксонные проекции в базальные ганглии и вентральный аналог бледного шара , известный как вентральный паллидум (ВП). ВП, в свою очередь, проецируется в медиальное дорсальное ядро дорсального таламуса , которое проецируется в префронтальную кору, а также обратно в вентральную и дорсальную полосатую часть . Другие эфференты из прилежащего ядра включают связи с хвостом вентральной области покрышки , [24] черной субстанцией и ретикулярной формацией моста . [1]
Оболочка прилежащего ядра ( оболочка NAcc ) является подструктурой прилежащего ядра. Оболочка и ядро вместе образуют целое прилежащее ядро.
Расположение: Оболочка является внешней областью прилежащего ядра и, в отличие от ядра, считается частью расширенной миндалины , расположенной на ее ростральном полюсе.
Типы клеток: Нейроны в прилежащем ядре в основном представляют собой средние шипиковые нейроны (MSN), содержащие в основном рецепторы дофамина D1-типа (то есть DRD1 и DRD5 ) или D2-типа (то есть DRD2 , DRD3 и DRD4 ) . Субпопуляция MSN содержит рецепторы как D1-типа, так и D2-типа, при этом приблизительно 40% MSN полосатого тела экспрессируют мРНК как DRD1, так и DRD2 . [19] [25] [26] Эти смешанные типы MSN NAcc с рецепторами как D1-типа, так и D2-типа в основном ограничены оболочкой NAcc. [19] Нейроны в оболочке, по сравнению с ядром, имеют более низкую плотность дендритных шипиков , меньше терминальных сегментов и меньше сегментов ветвей, чем в ядре. Нейроны оболочки проецируются в субкомиссуральную часть вентрального бледного шара , а также в вентральную область покрышки и в обширные области гипоталамуса и расширенной миндалины. [27] [28] [29]
Функция: оболочка прилежащего ядра участвует в когнитивной обработке вознаграждения , включая субъективные реакции «симпатии» на определенные приятные стимулы , мотивационную значимость и положительное подкрепление . [4] [5] [30] [31] Было также показано, что оболочка NAcc опосредует специфический павловско-инструментальный перенос , явление, при котором классически обусловленный стимул изменяет оперантное поведение . [32] [9] [10] «Гедоническая горячая точка» или центр удовольствия, который отвечает за приятный или «симпатичный» компонент некоторых внутренних вознаграждений, также расположен в небольшом отсеке внутри медиальной оболочки NAcc. [30] [33] [34] Наркотики, вызывающие зависимость, оказывают большее влияние на высвобождение дофамина в оболочке, чем в ядре. [4]
Ядро прилежащего ядра ( ядро NAcc ) представляет собой внутреннюю подструктуру прилежащего ядра.
Расположение: ядро прилежащего ядра является частью вентрального полосатого тела , расположенного в базальных ганглиях. Типы клеток: ядро NAcc состоит в основном из средних шипиковых нейронов, содержащих в основном рецепторы дофамина D1-типа или D2-типа. Средние шипиковые нейроны типа D1 опосредуют когнитивные процессы, связанные с вознаграждением, [5] [35] [36], тогда как средние шипиковые нейроны типа D2 опосредуют когнитивные процессы, связанные с отвращением. [6] Нейроны в ядре, по сравнению с нейронами в оболочке, имеют повышенную плотность дендритных шипиков, сегментов ветвей и терминальных сегментов. Из ядра нейроны проецируются в другие подкорковые области, такие как бледный шар и черная субстанция. ГАМК является одним из основных нейротрансмиттеров в NAcc, и рецепторы ГАМК также широко распространены. [27] [29]
Функция: ядро прилежащего ядра участвует в когнитивной обработке двигательной функции , связанной с вознаграждением и подкреплением, а также в регуляции медленноволнового сна . [4] [11] [12] [13] В частности, ядро кодирует новые двигательные программы, которые облегчают получение данного вознаграждения в будущем. [4] Непрямые пути (т. е. нейроны типа D2) в ядре NAcc, которые коэкспрессируют рецепторы аденозина A 2A, в зависимости от активации способствуют медленноволновому сну. [11] [12] [13] Было также показано, что ядро NAcc опосредует общую павловско-инструментальную передачу , явление, при котором классически обусловленный стимул изменяет оперантное поведение. [32] [9] [10]
Приблизительно 95% нейронов в NAcc являются ГАМКергическими средними шипиковыми нейронами (MSN), которые в первую очередь экспрессируют рецепторы типа D1 или D2; [20] около 1–2% остальных типов нейронов являются большими шипиковыми холинергическими интернейронами , а еще 1–2% являются ГАМКергическими интернейронами. [20] По сравнению с ГАМКергическими MSN в оболочке, те, что находятся в ядре, имеют повышенную плотность дендритных шипиков, сегментов ветвей и терминальных сегментов. Из ядра нейроны проецируются в другие подкорковые области, такие как бледный шар и черная субстанция. ГАМК является одним из основных нейротрансмиттеров в NAcc, и рецепторы ГАМК также широко распространены. [27] [29] Эти нейроны также являются основными проекционными или выходными нейронами прилежащего ядра.
Некоторые нейротрансмиттеры, нейромодуляторы и гормоны, которые передают сигналы через рецепторы в прилежащем ядре, включают:
Дофамин : Дофамин высвобождается в прилежащем ядре после воздействия поощрительных стимулов , включая рекреационные наркотики , такие как замещенные амфетамины , кокаин , никотин и морфин . [37] [38]
Фенэтиламин и тирамин : Фенэтиламин и тирамин являются следовыми аминами , которые синтезируются в нейронах, экспрессирующих фермент гидроксилазу ароматических аминокислот (AADC), который включает все дофаминергические нейроны. [39] Оба соединения функционируют как дофаминергические нейромодуляторы , которые регулируют обратный захват и высвобождение дофамина в Nacc посредством взаимодействия с VMAT2 и TAAR1 в аксональном окончании мезолимбических дофаминовых нейронов.
Глюкокортикоиды и дофамин: Глюкокортикоидные рецепторы являются единственными кортикостероидными рецепторами в оболочке прилежащего ядра. L-ДОФА , стероиды и, в частности, глюкокортикоиды в настоящее время известны как единственные известные эндогенные соединения, которые могут вызывать психотические проблемы, поэтому понимание гормонального контроля над дофаминергическими проекциями в отношении глюкокортикоидных рецепторов может привести к новым методам лечения психотических симптомов. Недавнее исследование показало, что подавление глюкокортикоидных рецепторов приводит к снижению высвобождения дофамина, что может привести к будущим исследованиям с участием антиглюкокортикоидных препаратов для потенциального облегчения психотических симптомов. [40]
ГАМК: Недавнее исследование на крысах, в котором использовались агонисты и антагонисты ГАМК, показало, что рецепторы ГАМК A в оболочке NAcc оказывают ингибирующий контроль над поведением поворота, на которое влияет дофамин, а рецепторы ГАМК B оказывают ингибирующий контроль над поведением поворота, опосредованным ацетилхолином . [27] [41]
Глутамат : Исследования показали, что локальная блокада глутаматергических рецепторов NMDA в ядре NAcc нарушает пространственное обучение. [42] Другое исследование показало, что как NMDA, так и AMPA (оба рецептора глутамата ) играют важную роль в регуляции инструментального обучения. [43]
Серотонин (5-HT): В целом, синапсы 5-HT более многочисленны и имеют большее количество синаптических контактов в оболочке NAcc, чем в ядре. Они также крупнее и толще и содержат больше крупных плотных везикул ядра, чем их аналоги в ядре.
Прилежащее ядро, являясь частью системы вознаграждения, играет важную роль в обработке стимулов вознаграждения, подкрепляющих стимулов (например, еда и вода), а также стимулов, которые являются как вознаграждающими, так и подкрепляющими (наркотики, вызывающие привыкание, секс и физические упражнения). [4] [44] Преобладающая реакция нейронов в прилежащем ядре на подкрепляющую сахарозу — это торможение; противоположное верно в ответ на введение аверсивного хинина . [45] Существенные доказательства фармакологических манипуляций также предполагают, что снижение возбудимости нейронов в прилежащем ядре является вознаграждением, как, например, было бы верно в случае стимуляции μ-опиоидных рецепторов . [46] Сигнал , зависящий от уровня кислорода в крови (BOLD) в прилежащем ядре, избирательно увеличивается во время восприятия приятных, эмоционально возбуждающих картинок и во время мысленного воображения приятных, эмоциональных сцен. Однако, поскольку BOLD считается косвенным измерением регионального сетевого возбуждения к торможению, степень, в которой BOLD измеряет обработку, зависящую от валентности, неизвестна. [47] [48] Из-за обилия входов NAcc из лимбических областей и сильных выходов NAcc в двигательные области, прилежащее ядро было описано Гордоном Могенсеном как интерфейс между лимбической и двигательной системами. [49] [50]
Прилежащее ядро причинно связано с опытом удовольствия. Микроинъекции μ-опиоидных агонистов, δ-опиоидных агонистов или κ-опиоидных агонистов в ростродорсальный квадрант медиальной оболочки усиливают «симпатию», в то время как более каудальные инъекции могут подавлять реакции отвращения, реакции симпатии или обе. [30] Области прилежащего ядра, которым можно приписать причинную роль в производстве удовольствия, ограничены как анатомически, так и химически, поскольку, помимо опиоидных агонистов, только эндоканнабиноиды могут усиливать симпатию. В прилежащем ядре в целом дофамин, агонисты рецепторов ГАМК или антагонисты AMPA изменяют исключительно мотивацию, в то время как то же самое справедливо для опиоидов и эндоканнабиноидов за пределами горячей точки в медиальной оболочке. Ростро-каудальный градиент существует для усиления аппетитивных и пугливых реакций, последняя из которых, как традиционно считается, требует только функции рецептора D1, а первая требует как функции D1, так и функции D2. Одна из интерпретаций этого открытия, гипотеза растормаживания, утверждает, что торможение прилежащих MSN (которые являются ГАМКергическими) растормаживает нижестоящие структуры, позволяя выражать аппетитивное или потребительское поведение. [52] Мотивационные эффекты антагонистов AMPA и, в меньшей степени, агонистов ГАМК, являются анатомически гибкими. Стрессовые состояния могут расширять области, вызывающие страх, в то время как знакомая среда может уменьшать размер области, вызывающей страх. Кроме того, кортикальный вход из орбитофронтальной коры (ОФК) смещает реакцию в сторону аппетитивного поведения, а инфралимбический вход, эквивалентный человеческой субгенуальной поясной коре, подавляет реакцию независимо от валентности. [30]
Прилежащее ядро не является ни необходимым, ни достаточным для инструментального обучения, хотя манипуляции могут влиять на выполнение задач инструментального обучения. Одной из задач, где эффект повреждений NAcc очевиден, является павловско-инструментальный перенос (PIT), где сигнал в паре с определенным или общим вознаграждением может усилить инструментальное реагирование. Повреждения ядра NAcc ухудшают выполнение после обесценивания и подавляют эффект общего PIT. С другой стороны, повреждения оболочки ухудшают только эффект определенного PIT. Считается, что это различие отражает консуматорные и аппетитные условные реакции в оболочке NAcc и ядре NAcc соответственно. [53]
В дорсальном полосатом теле наблюдалась дихотомия между D1-MSN и D2-MSN, причем первые усиливали и усиливали локомоцию , а вторые вызывали отвращение и уменьшали локомоцию . Традиционно предполагалось, что такое различие применимо и к прилежащему ядру, но данные фармакологических и оптогенетических исследований противоречивы. Кроме того, подмножество NAcc MSN экспрессируют как D1, так и D2 MSN, и фармакологическая активация рецепторов D1 по сравнению с D2 не обязательно активирует нейронные популяции точно. В то время как большинство исследований не показывают никакого эффекта селективной оптогенетической стимуляции D1 или D2 MSN на локомоторную активность, в одном исследовании сообщалось об уменьшении базальной локомоции при стимуляции D2-MSN. В то время как в двух исследованиях сообщалось об уменьшении усиливающего эффекта кокаина при активации D2-MSN, в одном исследовании не сообщалось об отсутствии эффекта. Также сообщалось, что активация NAcc D2-MSN усиливает мотивацию, что было оценено с помощью PIT, а активность рецептора D2 необходима для усиления эффектов стимуляции VTA. [54] Исследование 2018 года показало, что активация D2 MSN усиливает мотивацию посредством ингибирования вентрального паллидума, тем самым растормаживая VTA. [55]
Исследование фМРТ, проведенное в 2005 году, показало, что когда крысы-матери находились в присутствии своих детенышей, области мозга, участвующие в подкреплении, включая прилежащее ядро, были высокоактивны. [56] Уровень дофамина повышается в прилежащем ядре во время материнского поведения, в то время как повреждения в этой области расстраивают материнское поведение. [57] Когда женщинам показывают фотографии неродственных младенцев, фМРТ показывает повышенную активность мозга в прилежащем ядре и соседнем хвостатом ядре, пропорциональную степени, в которой женщины находят этих младенцев «милыми». [58]
Активация MSN типа D1 в прилежащем ядре участвует в вознаграждении, тогда как активация MSN типа D2 в прилежащем ядре способствует отвращению . [6]
В конце 2017 года исследования на грызунах, в которых использовались оптогенетические и хемогенетические методы, показали, что средние шипиковые нейроны непрямого пути (т. е. типа D2) в ядре прилежащего ядра, которые ко-экспрессируют аденозиновые рецепторы A 2A и проецируются в вентральный паллидум , участвуют в регуляции медленноволнового сна . [11] [12] [13] [14] В частности, оптогенетическая активация этих непрямых путей нейронов ядра NAcc вызывает медленноволновой сон, а хемогенетический активация тех же нейронов увеличивает количество и продолжительность эпизодов медленноволнового сна. [12] [13] [14] Хемогенетическое ингибирование этих нейронов ядра NAcc подавляет сон. [12] [13] Напротив, средние шипиковые нейроны типа D2 в оболочке NAcc, которые экспрессируют аденозиновые рецепторы A 2A, не играют никакой роли в регуляции медленноволнового сна. [12] [13]
Современные модели зависимости от хронического употребления наркотиков включают изменения в экспрессии генов в мезокортиколимбической проекции . [20] [59] [60] Наиболее важными факторами транскрипции , которые вызывают эти изменения, являются ΔFosB , белок, связывающий элемент ответа циклического аденозинмонофосфата ( цАМФ ) ( CREB ), и ядерный фактор каппа B ( NFκB ). [20] ΔFosB является наиболее значимым фактором транскрипции генов при зависимости, поскольку его вирусная или генетическая сверхэкспрессия в прилежащем ядре необходима и достаточна для многих нейронных адаптаций и поведенческих эффектов (например, зависящее от экспрессии увеличение самовведения и сенсибилизация к вознаграждению ), наблюдаемых при наркотической зависимости. [20] [35] [61] Сверхэкспрессия ΔFosB была связана с зависимостью от алкоголя (этанола) , каннабиноидов , кокаина , метилфенидата , никотина , опиоидов , фенциклидина , пропофола и замещенных амфетаминов , среди прочих. [20] [59] [61] [62] [63] Увеличение экспрессии ΔJunD в прилежащем ядре может уменьшить или, при значительном увеличении, даже блокировать большинство нейронных изменений, наблюдаемых при хроническом злоупотреблении наркотиками (т. е. изменения, опосредованные ΔFosB). [20]
ΔFosB также играет важную роль в регуляции поведенческих реакций на естественные вознаграждения, такие как вкусная еда, секс и физические упражнения. [20] [21] Естественные вознаграждения, такие как наркотики, вызывают ΔFosB в прилежащем ядре, и хроническое получение этих вознаграждений может привести к аналогичному патологическому аддиктивному состоянию через сверхэкспрессию ΔFosB. [20] [21] [44] Следовательно, ΔFosB является ключевым фактором транскрипции, участвующим в зависимости от естественных вознаграждений; [20] [21] [44] в частности, ΔFosB в прилежащем ядре имеет решающее значение для подкрепляющих эффектов сексуального вознаграждения. [21] Исследования взаимодействия между естественными и лекарственными вознаграждениями показывают, что психостимуляторы и сексуальное поведение действуют на схожие биомолекулярные механизмы, вызывая ΔFosB в прилежащем ядре и оказывая эффекты перекрестной сенсибилизации, которые опосредуются ΔFosB. [44] [64]
Подобно лекарственным вознаграждениям, нелекарственные вознаграждения также увеличивают уровень внеклеточного дофамина в оболочке NAcc. Вызванное наркотиками высвобождение дофамина в оболочке NAcc и ядре NAcc обычно не склонно к привыканию (т. е. развитию толерантности к наркотикам : снижению высвобождения дофамина от будущего воздействия наркотиков в результате повторного воздействия наркотиков); напротив, повторное воздействие наркотиков, вызывающих высвобождение дофамина в оболочке NAcc и ядре, обычно приводит к сенсибилизации (т. е. количество дофамина, которое высвобождается в NAcc от будущего воздействия наркотиков, увеличивается в результате повторного воздействия наркотиков). Сенсибилизация высвобождения дофамина в оболочке NAcc после повторного воздействия наркотиков служит для усиления ассоциаций стимул-наркотик (т. е. классического обусловливания , которое происходит, когда употребление наркотиков многократно сочетается с внешними стимулами), и эти ассоциации становятся менее склонными к угасанию (т. е. «отучиться» от этих классически обусловленных ассоциаций между употреблением наркотиков и внешними стимулами становится сложнее). После повторного сопряжения эти классически обусловленные внешние стимулы (например, контексты и объекты, которые часто сочетаются с употреблением наркотиков) часто становятся сигналами о наркотиках , которые действуют как вторичные подкрепители употребления наркотиков (т. е. после того, как эти ассоциации установлены, воздействие парного внешнего стимула вызывает тягу или желание употребить наркотик, с которым они стали ассоциироваться ). [27] [38]
В отличие от наркотиков, высвобождение дофамина в оболочке NAcc многими типами поощрительных немедикаментозных стимулов обычно подвергается привыканию после повторного воздействия (т. е. количество дофамина, которое высвобождается при будущем воздействии поощрительного немедикаментозного стимула, обычно уменьшается в результате повторного воздействия этого стимула). [27] [38]
В апреле 2007 года две исследовательские группы сообщили о введении электродов в прилежащее ядро с целью использования глубокой стимуляции мозга для лечения тяжелой депрессии . [65] В 2010 году эксперименты показали, что глубокая стимуляция прилежащего ядра была успешной в уменьшении симптомов депрессии у 50% пациентов, которые не реагировали на другие виды лечения, такие как электросудорожная терапия . [66] Прилежащее ядро также использовалось в качестве мишени для лечения небольших групп пациентов с обсессивно-компульсивным расстройством, резистентным к терапии. [67]
Для лечения наркомании и в попытке лечения психических заболеваний была проведена радиочастотная абляция прилежащего ядра. Результаты неубедительны и противоречивы. [68] [69]
Было показано, что активация NAcc происходит в ожидании эффективности препарата, когда пользователю дают плацебо , что указывает на роль прилежащего ядра в эффекте плацебо . [16] [70]
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 VTA DA играют важную роль в мотивации, поведении, связанном с вознаграждением (глава 15), внимании и множественных формах памяти. Такая организация системы DA, широкая проекция из ограниченного числа клеточных тел, позволяет координировать ответы на новые мощные вознаграждения. 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). В этом примере дофамин модулирует обработку сенсомоторной информации в различных нейронных цепях, чтобы максимизировать способность организма получать будущие вознаграждения. ...
Схема вознаграждения мозга, на которую нацелены вызывающие привыкание препараты, обычно опосредует удовольствие и укрепление поведения, связанного с естественными подкреплениями, такими как еда, вода и сексуальный контакт. Дофаминовые нейроны в VTA активируются пищей и водой, а высвобождение дофамина в NAc стимулируется наличием естественных подкреплений, таких как еда, вода или сексуальный партнер. ...
NAc и VTA являются центральными компонентами схемы, лежащей в основе вознаграждения и памяти о вознаграждении. Как упоминалось ранее, активность дофаминергических нейронов в VTA, по-видимому, связана с прогнозированием вознаграждения. NAc участвует в обучении, связанном с подкреплением и модуляцией двигательных реакций на стимулы, которые удовлетворяют внутренние гомеостатические потребности. Оболочка NAc, по-видимому, особенно важна для начальных действий препарата в схеме вознаграждения; вызывающие привыкание препараты, по-видимому, оказывают большее влияние на высвобождение дофамина в оболочке, чем в ядре NAc.
Здесь мы обнаружили, что высвобождение дофамина в реальном времени в прилежащем ядре (основная цель дофаминовых нейронов среднего мозга) поразительно различается между субрегионами ядра и оболочки. В ядре динамика дофамина согласуется с теориями, основанными на обучении (например, с теорией ошибки предсказания вознаграждения), тогда как в оболочке дофамин согласуется с теориями, основанными на мотивации (например, с теорией значимости стимула).
Повышенная активность мезолимбической дофаминовой системы является центральным механизмом, лежащим в основе подкрепляющего и вознаграждающего действия наркотиков, включая кокаин, а также компульсивного поиска наркотиков, который развивается с течением времени и характеризует состояние зависимости (10–12). Действие дофамина в NAc опосредовано преимущественно через активацию дофаминовых рецепторов D1 или D2, которые экспрессируются в значительной степени неперекрывающимися популяциями средних шипиковых нейронов (MSN) (13). Эти два подтипа MSN оказывают противоположные эффекты на поведение, при этом оптогенетическая активация нейронов типа D1 способствует положительному подкреплению и увеличивает образование ассоциаций вознаграждения кокаина и контекста, а активация нейронов типа D2 вызывает отвращение и снижает вознаграждение кокаина (14, 15); связанные различия в поведенческих реакциях наблюдаются в ответ на агонисты или антагонисты рецепторов D1 и D2 (16). ... Предыдущие исследования продемонстрировали, что оптогенетические стимуляции D1 MSN способствуют вознаграждению, тогда как стимуляция D2 MSN вызывает отвращение.
Таким образом, стимулы, вызывающие страх, способны по-разному изменять фазовую передачу дофамина через субрегионы NAcc. Авторы предполагают, что наблюдаемое усиление дофамина оболочки NAcc, вероятно, отражает общую мотивационную значимость, возможно, из-за облегчения состояния страха, вызванного CS, когда US (электрошок стопы) не применяется. Это рассуждение подтверждается отчетом Будыгина и его коллег112
,
показывающим, что у анестезированных крыс прекращение ущипывания хвоста приводит к усиленному высвобождению дофамина в оболочке.
Дофамин действует в прилежащем ядре, придавая мотивационное значение стимулам, связанным с вознаграждением.
Значительные доказательства указывают на то, что прилежащее ядро DA важно для павловского подхода и павловско-инструментального переноса [(PIT)] ... PIT - это поведенческий процесс, который отражает влияние павловских условных стимулов (CS) на инструментальное реагирование. Например, предъявление павловского CS в паре с пищей может увеличить выработку подкрепляемого пищей инструментального поведения, такого как нажатие рычага. PIT, специфичный для результата, происходит, когда павловский безусловный стимул (US) и инструментальный подкрепитель являются одним и тем же стимулом, тогда как считается, что общий PIT происходит, когда павловский US и подкрепитель различны. ... Более поздние доказательства указывают на то, что ядро и оболочка прилежащего ядра, по-видимому, опосредуют различные аспекты PIT; повреждения оболочки и инактивация снижают PIT, специфичный для результата, в то время как повреждения ядра и инактивация подавляют общий PIT (Corbit and Balleine 2011). Эти различия между ядром и оболочкой, вероятно, обусловлены различными анатомическими входами и паллидарными выходами, связанными с этими подрегионами прилежащего ядра (Root et al. 2015). Эти результаты привели Корбита и Баллейна (2011) к предположению, что ядро прилежащего ядра опосредует общие возбуждающие эффекты сигналов, связанных с вознаграждением. PIT обеспечивает фундаментальный поведенческий процесс, посредством которого условные стимулы могут оказывать активирующее воздействие на инструментальное реагирование
Такие эффекты предполагают, что определенные мотивационные состояния управляют возбуждающим эффектом павловских стимулирующих процессов на инструментальную производительность... Поведенческие результаты подтверждаются доказательствами того, что отдельные нейронные цепи, сосредоточенные на ядре и оболочке NAc, опосредуют общие и специфические формы передачи соответственно, и текущая работа начинает объяснять, как павловские и инструментальные процессы обучения, которые происходят независимо и в разное время, интегрируются в нейронные цепи, которые управляют поведенческим контролем.
Совсем недавно лаборатория Фуллера также обнаружила, что сон может быть вызван активацией гамма-аминомасляной кислоты-ергической (ГАМКергической) популяции нейронов, расположенных в парафациальной зоне [11,12], в то время как роль ГАМКергических A2AR-экспрессирующих нейронов прилежащего ядра [13] и полосатого тела была только что раскрыта [14,15].
Прилежащее ядро включает в себя контингент нейронов, специфически экспрессирующих подтип постсинаптических рецепторов A2A (A2AR), что делает их возбудимыми аденозином, его естественным агонистом, наделенным мощными свойствами, способствующими сну[4]. ... В обоих случаях большая активация нейронов, экспрессирующих A2AR, в NAc способствует медленному сну (SWS) за счет увеличения количества и продолжительности эпизодов. ... После оптогенетической активации ядра наблюдалось аналогичное повышение SWS, тогда как при активации нейронов, экспрессирующих A2AR, внутри оболочки существенных эффектов не наблюдалось.
Здесь мы показываем, что хемогенная или оптогенетическая активация возбуждающих аденозиновых рецепторов A2A, экспрессирующих нейроны непрямого пути в области ядра NAc, сильно индуцирует медленноволновой сон. Хемогенетическое ингибирование нейронов непрямого пути NAc предотвращает индукцию сна, но не влияет на гомеостатический отскок сна.
В упрощенной схеме PFC-NAc-VTA NAc служит "шлюзом", через который информация о направлении поведенческого выхода обрабатывается от лимбической коры к двигательным подсхемам. Считается, что переход к компульсивному поиску наркотиков возникает из-за нарушенной способности этой подсхемы эффективно обрабатывать информацию о негативных внешних обстоятельствах, что приводит к неспособности подавлять сильные реакции, связанные с наркотиками; таким образом, наркоман становится склонным к рецидиву.
[Полосатое тело] получает дофаминергические входы от вентральной области покрышки (VTA) и черной субстанции (SNr), а также глутаматергические входы от нескольких областей, включая кору, гиппокамп, миндалевидное тело и таламус (Swanson, 1982; Phillipson и Griffiths, 1985; Finch, 1996; Groenewegen et al., 1999; Britt et al., 2012). Эти глутаматергические входы контактируют на головках дендритных шипиков стриатумных ГАМКергических средних шипиковых проекционных нейронов (MSN), тогда как дофаминергические входы синаптически связаны с шейкой позвоночника, что обеспечивает важное и сложное взаимодействие между этими двумя входами при модуляции активности MSN... Следует также отметить, что в NAc есть небольшая популяция нейронов, которые коэкспрессируют как рецепторы D1, так и рецепторы D2, хотя это в значительной степени ограничено оболочкой NAc (Bertran-Gonzalez et al., 2008). ... Нейроны в ядре NAc и подразделениях оболочки NAc также функционально различаются. Ядро NAc участвует в обработке условных стимулов, тогда как оболочка NAc более важна в обработке безусловных стимулов; Классически считается, что эти две популяции MSN стриатума оказывают противоположные эффекты на выход базальных ганглиев. Активация dMSN вызывает чистое возбуждение таламуса, что приводит к положительной кортикальной обратной связи; тем самым действуя как сигнал «вперед» для инициирования поведения. Активация iMSN, однако, вызывает чистое торможение таламической активности, что приводит к отрицательной кортикальной обратной связи и, следовательно, служит «тормозом» для торможения поведения ... также появляется все больше доказательств того, что iMSN играют роль в мотивации и зависимости (Lobo and Nestler, 2011; Grueter et al., 2013). ... В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что iMSN обычно действуют для сдерживания поведения, связанного с приемом наркотиков, и привлечение этих нейронов может фактически защищать от развития компульсивного употребления наркотиков.
ΔFosB напрямую связан с несколькими видами поведения, связанными с зависимостью ... Важно отметить, что генетическая или вирусная сверхэкспрессия ΔJunD, доминантного негативного мутанта JunD, который противодействует ΔFosB- и другой опосредованной AP-1 транскрипционной активности, в NAc или OFC блокирует эти ключевые эффекты воздействия наркотиков
14,22–24
. Это указывает на то, что ΔFosB необходим и достаточен для многих изменений, вызываемых в мозге хроническим воздействием наркотиков. ΔFosB также индуцируется в NAc MSNs D1-типа хроническим потреблением нескольких естественных вознаграждений, включая сахарозу, жирную пищу, секс, бег в колесе, где он способствует такому потреблению
14,26–30
. Это предполагает участие ΔFosB в регуляции естественных вознаграждений в нормальных условиях и, возможно, во время патологических состояний, подобных аддиктивным. ... 95% нейронов NAc являются ГАМКергическими MSNs (срединные шипиковые нейроны), которые можно дополнительно дифференцировать на те MSNs, которые экспрессируют дофаминовый рецептор D1 (MSNs D1-типа) и экспрессируют динорфин и вещество P, и те, которые экспрессируют дофаминовый рецептор D2 (MSNs D2-типа) и экспрессируют энкефалин
132
. Индукция ΔFosB лекарственными средствами
133,134
, а также эффекты ΔFosB и G9a на морфологию и поведение клеток различаются между MSN типа D1 и типа D2
135
, а нейронная активность этих двух типов клеток вызывает противоположные эффекты на подкрепляющие свойства кокаина
131
. ... Около 1–2% нейронов NAc представляют собой крупные шиповатые холинергические интернейроны, которые, как было показано, играют важную роль в подкрепляющем эффекте кокаина
130
, и аналогичное количество представляют собой ГАМКергические интернейроны, функция которых изучена меньше.
обнаружено, что ген deltaFosB в NAc имеет решающее значение для усиления эффектов сексуального вознаграждения. Питчерс и коллеги (2010) сообщили, что сексуальный опыт, как было показано, вызывает накопление DeltaFosB в нескольких лимбических областях мозга, включая NAc, медиальную префронтальную кору, VTA, хвостатое ядро и скорлупу, но не медиальное преоптическое ядро. Затем, индукция c-Fos, нисходящей (репрессированной) мишени DeltaFosB, была измерена у сексуально опытных и наивных животных. Количество индуцированных спариванием клеток c-Fos-IR было значительно снижено у сексуально опытных животных по сравнению с сексуально наивными контрольными животными. Наконец, уровни DeltaFosB и его активность в NAc были изменены с помощью вирусно-опосредованного переноса генов для изучения его потенциальной роли в посредничестве сексуального опыта и индуцированного опытом облегчения сексуальной активности. Животные с повышенной экспрессией DeltaFosB продемонстрировали повышенное облегчение сексуальной активности при сексуальном опыте по сравнению с контрольными животными. Напротив, экспрессия DeltaJunD, доминантно-негативного связывающего партнера DeltaFosB, ослабила вызванное сексуальным опытом облегчение сексуальной активности и задержала долгосрочное поддержание облегчения по сравнению с группой с повышенной экспрессией DeltaFosB. В совокупности эти результаты подтверждают критическую роль экспрессии DeltaFosB в NAc в подкрепляющих эффектах сексуального поведения и вызванного сексуальным опытом облегчения сексуальной активности. ... как наркотическая, так и сексуальная зависимость представляют собой патологические формы нейропластичности наряду с возникновением аберрантного поведения, включающего каскад нейрохимических изменений, в основном в вознаграждающей схеме мозга.
В мозге гистамин синтезируется исключительно нейронами с их клеточными телами в туберомаммиллярном ядре (TMN), которое находится в заднем гипоталамусе. У человека имеется приблизительно 64000 гистаминергических нейронов с каждой стороны. Эти клетки проецируются по всему головному и спинному мозгу. Области, которые получают особенно плотные проекции, включают кору головного мозга, гиппокамп, неостриатум, прилежащее ядро, миндалевидное тело и гипоталамус. ... Хотя наиболее охарактеризованной функцией гистаминовой системы в мозге является регуляция сна и возбуждения, гистамин также участвует в обучении и памяти ... Также, по-видимому, гистамин участвует в регуляции питания и энергетического баланса.
Два класса MSN, которые однородно распределены в полосатом теле, можно дифференцировать по их выходным связям и их экспрессии дофаминовых и аденозиновых рецепторов и нейропептидов. В дорсальном полосатом теле (в основном представленном хвостатым ядром-скорлупой) энкефалинергические MSN связывают полосатое тело с бледным шаром (латеральный бледный шар) и экспрессируют пептид энкефалин и высокую плотность рецепторов дофамина D2 и аденозина A2A (они также экспрессируют рецепторы аденозина A1), в то время как динорфинергические MSN связывают полосатое тело с черной субстанцией (компактной и ретикулярной частями) и энтопедункулярным ядром (медиальный бледный шар) и экспрессируют пептиды динорфин и субстанцию P, а также дофамин D1 и аденозин A1, но не рецепторы A2A... Эти два различных фенотипа MSN также присутствуют в вентральном полосатом теле (в основном представленном прилежащим ядром и обонятельным бугорком). Однако, хотя они фенотипически равны своим дорсальным аналогам, у них есть некоторые различия с точки зрения связности. Во-первых, не только энкефалинергические, но и динорфинергические MSN проецируются в вентральный аналог латерального бледного шара, вентральный бледный шар, который, по сути, имеет характеристики как латерального, так и медиального бледного шара в его афферентной и эфферентной связности. В дополнение к вентральному бледному шару, медиальному бледному шару и черной субстанции-VTA, вентральный полосатый организм посылает проекции в расширенную миндалевидную железу, латеральный гипоталамус и педункулопонтийное тегментальное ядро. ... Также важно упомянуть, что небольшой процент MSN имеет смешанный фенотип и экспрессирует как рецепторы D1, так и D2 (Surmeier et al., 1996).
играет важную роль в регуляции психомоторных функций мозга (Bromberg-Martin et al., 2010; Cools, 2011; Gerfen and Surmeier, 2011). Рецепторы дофамина представляют собой суперсемейство рецепторов, сопряженных с гептаспиральным G-белком, и сгруппированы в две категории: D1-подобные (D1, D5) и D2-подобные (D2, D3, D4) рецепторы, на основе функциональных свойств стимулировать аденилатциклазу (AC) через Gs/olf и ингибировать AC через Gi/o, соответственно... Было показано, что рецепторы D1 образуют гетероолигомер с рецепторами D2, и что гетероолигомер рецептора D1–D2 предпочтительно соединяется с сигнализацией Gq/PLC (Rashid et al., 2007a,b). Экспрессия дофаминовых рецепторов D1 и D2 в значительной степени разделена в нейронах прямого и непрямого пути в дорсальном полосатом теле соответственно (Gerfen et al., 1990; Hersch et al., 1995; Heiman et al., 2008). Однако известно, что некоторая доля средних шипиковых нейронов экспрессирует как рецепторы D1, так и D2 (Hersch et al., 1995). Анализ экспрессии генов с использованием метода ОТ-ПЦР отдельных клеток показал, что 40% средних шипиковых нейронов экспрессируют мРНК как рецепторов D1, так и D2 (Surmeier et al., 1996).
Последние данные указывают на то, что инактивация рецепторов D2 в непрямом стриопаллидарном пути у грызунов необходима как для приобретения, так и для проявления аверсивного поведения, а активация рецепторов прямого пути D1 контролирует обучение, основанное на вознаграждении (Hikida et al., 2010; Hikida et al., 2013). Похоже, мы можем сделать вывод, что прямые и косвенные пути NAc через рецепторы D1 и D2 выполняют различные функции предвосхищения и оценки в оболочке и ядре NAc, что согласуется с наблюдениями относительно пространственной сегрегации и разнообразия реакций дофаминергических нейронов среднего мозга на состояния вознаграждения и отвращения, некоторые из которых кодируют мотивационную ценность, другие — мотивационную значимость, каждая из которых связана с различными мозговыми сетями и играет различные роли в мотивационном контроле (Bromberg-Martin et al., 2010; Cohen et al., 2012; Lammel et al., 2013). ... Таким образом, предыдущие результаты в сочетании с текущими наблюдениями подразумевают, что реакция pshell NAc отражает сигнал предсказания/ожидания или значимости, а реакция pcore NAc является оценочной реакцией (сигналом, предсказывающим вознаграждение), которая сигнализирует об отрицательной ценности подкрепления прекращения боли (т. е. ожидаемой анальгезии).
НА ВАЖНОСТЬ МНОГОЧИСЛЕННЫХ ПСИХОСОЦИАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ, В СВОЕЙ ОСНОВЕ НАРКОТИЧЕСКАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ВКЛЮЧАЕТ В СЕБЯ БИОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС: способность многократного воздействия наркотика, вызывающего злоупотребление, вызывать изменения в уязвимом мозге, которые приводят к компульсивному поиску и приему наркотиков, а также к потере контроля над употреблением наркотиков, что определяет состояние зависимости. ... В большом объеме литературы показано, что такая индукция ΔFosB в нейронах NAc типа D1 повышает чувствительность животного к наркотикам, а также к естественным вознаграждениям и способствует самостоятельному приему наркотиков, предположительно, через процесс положительного подкрепления ... Например, субрегионы оболочки и ядра NAc демонстрируют различия в синаптической пластичности, вызванной наркотиками, как и средние шиповатые нейроны типа D1 по сравнению с D2 в каждом субрегионе.
60,63,64,67
Устойчивое изменение плотности шипиков в ядре, но не в оболочке, хорошо согласуется с устоявшейся идеей о том, что оболочка преимущественно участвует в развитии зависимости, в то время как ядро опосредует долгосрочное выполнение усвоенных зависимых поведений (Ito et al., 2004; Di Chiara, 2002; Meredith et al., 2008). В соответствии с идеей о том, что ядро NAc является локусом длительной нейропластичности, вызванной наркотиками, несколько исследований показали, что электрофизиологические изменения в ядре сохраняются дольше, чем в оболочке. ... Более того, представленные здесь данные подтверждают идею о том, что оболочка NAc преимущественно участвует в немедленном вознаграждении за наркотики, в то время как ядро может играть более выраженную роль в долгосрочных аспектах зависимости.
VMAT2 является везикулярным транспортером ЦНС не только для биогенных аминов DA, NE, EPI, 5-HT и HIS, но, вероятно, также для следовых аминов TYR, PEA и тиронамина (THYR)... [Следовые аминергические] нейроны в ЦНС млекопитающих можно было бы идентифицировать как нейроны, экспрессирующие VMAT2 для хранения и биосинтетического фермента декарбоксилазы ароматических аминокислот (AADC).
Перекрестная сенсибилизация также двунаправлена, поскольку история приема амфетамина облегчает сексуальное поведение и усиливает связанное с ним увеличение NAc DA ... Как описано для пищевого вознаграждения, сексуальный опыт также может приводить к активации каскадов сигнализации, связанных с пластичностью. Фактор транскрипции дельта FosB увеличивается в NAc, PFC, дорсальном полосатом теле и VTA после повторного сексуального поведения (Wallace et al., 2008; Pitchers et al., 2010b). Это естественное увеличение дельта FosB или вирусная сверхэкспрессия дельта FosB в NAc модулирует сексуальную активность, а блокада дельта FosB NAc ослабляет это поведение (Hedges et al., 2009; Pitchers et al., 2010b). Кроме того, вирусная сверхэкспрессия дельта FosB усиливает обусловленное предпочтение места для среды, сопряженной с сексуальным опытом (Hedges et al., 2009). ...
Таблица 1
В соответствии с другими отчетами (Nicola и др. 2004; Taha и Fields 2006), преобладающей реакцией нейронов NAc на инфузии сахарозы было снижение активности (рис. 2). Как видно на рисунке 2, те же нейроны демонстрировали противоположные реакции, когда аверсивный раствор хинина был доставлен интраорально. Одна из гипотез предполагает, что торможение, наблюдаемое во время доставки вознаграждения, происходит среди нейронов NAc, содержащих ГАМК, которые проецируются в важные двигательные области, такие как вентральный паллидум (VP).
При совместном рассмотрении эти исследования предоставили два важных доказательства, которые сыграли важную роль в формулировании нашей текущей рабочей гипотезы: во-первых, что дофамин-зависимое вознаграждение ослабляется блокадой рецепторов, подобных D2, которые являются ингибирующими рецепторами, экспрессируемыми преимущественно в NAc на MSN непрямого пути; и во-вторых, что события, которые, как ожидается, снижают общую возбудимость NAc (например, стимуляция Gi-связанных опиоидных рецепторов, сниженная стимуляция возбуждающих рецепторов NMDA, сниженный возбуждающий вход), достаточны для вознаграждения. Эта интерпретация привела к разработке модели вознаграждения, в которой критическим событием является сниженная активация MSNs в NAc
Оптогенетическая активация D2-MSN снизила активность вентрального паллидума (VP), уменьшив ингибирующий тонус VTA, что привело к повышению дофаминергической активности. Важно, что оптогенетическая активация терминалов D2-MSN в VP была достаточной для повторения усиления мотивации
ΔFosB — это важный фактор транскрипции, участвующий в молекулярных и поведенческих путях зависимости после многократного воздействия наркотиков. Образование ΔFosB в нескольких областях мозга и молекулярный путь, приводящий к образованию комплексов AP-1, хорошо изучены. Установление функционального назначения ΔFosB позволило дополнительно определить некоторые ключевые аспекты его молекулярных каскадов, включая такие эффекторы, как GluR2 (87,88), Cdk5 (93) и NFkB (100). Более того, многие из этих идентифицированных молекулярных изменений теперь напрямую связаны со структурными, физиологическими и поведенческими изменениями, наблюдаемыми после хронического воздействия наркотиков (60,95,97,102). Новые рубежи исследований, изучающих молекулярные роли ΔFosB, были открыты эпигенетическими исследованиями, и недавние достижения проиллюстрировали роль ΔFosB, действующего на ДНК и гистоны, действительно как
молекулярный переключатель
(34).
Наркотики, вызывающие злоупотребление, вызывают нейропластичность в естественном пути вознаграждения, в частности в прилежащем ядре (NAc), тем самым вызывая развитие и проявление аддиктивного поведения. ... В совокупности эти результаты показывают, что злоупотребление наркотиками и естественное поощрительное поведение действуют на общие молекулярные и клеточные механизмы пластичности, которые контролируют уязвимость к наркотической зависимости, и что эта повышенная уязвимость опосредована ΔFosB и его нижестоящими транскрипционными мишенями. ... Сексуальное поведение является высокопоощряющим (Tenk et al., 2009), а сексуальный опыт вызывает сенсибилизированное поведение, связанное с наркотиками, включая перекрестную сенсибилизацию к локомоторной активности, вызванной амфетамином (Amph) (Bradley and Meisel, 2001; Pitchers et al., 2010a) и усиленное поощрение Amph (Pitchers et al., 2010a). Более того, сексуальный опыт вызывает нейронную пластичность в NAc, аналогичную той, которая вызвана воздействием психостимуляторов, включая повышенную плотность дендритных шипиков (Meisel and Mullins, 2006; Pitchers et al., 2010a), измененный трафик рецепторов глутамата и сниженную силу синапсов в реагирующих на префронтальную кору нейронах оболочки NAc (Pitchers et al., 2012). Наконец, было обнаружено, что периоды воздержания от сексуального опыта имеют решающее значение для усиления вознаграждения Amph, спиногенеза NAc (Pitchers et al., 2010a) и трафика рецепторов глутамата (Pitchers et al., 2012). Эти результаты свидетельствуют о том, что естественный и наркотический опыт вознаграждения имеют общие механизмы нейронной пластичности