Наркомания характеризуется компульсивным употреблением наркотиков, несмотря на неблагоприятные последствия, лежащие в основе таких тенденций. Однако конкретные нейронные цепи, лежащие в основе механизмов аддиктивного поведения, остаются не идентифицированными. В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, Янг Чен и исследовательская группа из Китая в области медицинских наук, биомиметических препаратов и нейронаук провели ряд экспериментов на животных моделях, чтобы понять конкретные нейронные механизмы, лежащие в основе кокаиновой зависимости.

В ходе экспериментов они применили метод самоотравления кокаином, вызванный ударом ноги, среди крыс, чтобы оценить изменчивость поведения грызунов во время этого процесса. Результаты показали, что у крыс с компульсивной привычкой к употреблению кокаина наблюдалась повышенная нейронная активность передней инсулярной коры (aIC) по сравнению с крысами без компульсии.

Чен и его коллеги распознали хемогенную манипуляционную активность нейронов в передней инсулярной коре (aIC), которые получали входные сигналы от орбитофронтальной коры (OFC) во время компульсивного употребления кокаина. Когда они подавляли эту нейронную цепь OFC-aIC, поведение крыс менялось с компульсивной активности на чувствительность к демонстрации. Эта работа показала, как глутаматергические нейроны aIC и орбитофронтальная кора - передняя инсулярная кора способствуют сдвигу к компульсивному употреблению кокаина, что может служить терапевтической мишенью для предотвращения наркозависимости.

Инсулярная кора головного мозга млекопитающих

Компульсивная наркомания характеризуется постоянным употреблением наркотиков независимо от негативных последствий, связанных с аддиктивным поведением потребителя. Эпидемиологические исследования выявили индивидуальные различия между потребителями в процессе развития наркозависимости. Неврологи признали, что инсулярная кора головного мозга вовлечена в спектр наркозависимого поведения. Интересно, что у курильщиков с повреждением инсулярной коры головного мозга может произойти отказ от курения, что позволяет им бросить курить. Однако влияние инсулярной коры на компульсивное поведение, связанное с поиском наркотиков, остается неизвестным.

Инсулярная кора - это сложный анатомический узел в мозге млекопитающих, который включает в себя переднюю инсулярную кору (aIC) и заднюю инсулярную кору (pIC). Исследователи показали, как передняя инсулярная кора связана с компульсивным употреблением кокаина. Они продемонстрировали это с помощью процедуры самоупотребления кокаина, вызванной толчком ноги, и объединили этот процесс с кластерным анализом, иммуноокрашиванием, фотометрией волокон, электрофизиологией и хемогенетикой.

Результаты показали, что глутаматергические нейроны передней островковой коры и орбитофронтальной коры - передней островковой коры играют ключевую роль в регуляции компульсивного употребления кокаина. Полученные результаты позволяют выявить до сих пор не идентифицированные анатомические и функциональные схемы для терапевтического воздействия на наркозависимость.

Эксперименты на грызунах

Исследовательская группа проводила эксперименты с крысами, которых обучали самостоятельному употреблению кокаина в течение 12 дней. В условиях свободного потребления кокаина крысы научились компульсивно потреблять наркотик. Когда команда ввела трехдневное часовое введение наркотика, вызванное ударом ноги, они заметили, что примерно 34% крыс были устойчивы к удару, а 66% были чувствительны к удару.

Чувствительные к кокаину крысы быстро сократили самостоятельное введение наркотика, в то время как устойчивые к дозе продолжали вводить наркотик, несмотря на триггер. Дальнейший анализ показал, что нейроны передней инсулярной коры у крыс, устойчивых к шоку, были гиперактивными. Исследователи провели специфическую нейронную активность, чтобы изучить активацию нейронов передней инсулярной коры у двух групп крыс с помощью триггерных тестов.

Сначала группа исследовала экспрессию белка c-Fos, характерную для развития мозга, в нескольких неспецифических областях мозга, связанных с наркотической зависимостью. Крысы с устойчивостью к наркотикам имели повышенное количество c-Fos положительных нейронов в передней инсулярной коре, орбитальной лобной коре, nucleus accumbens и в центральной миндалине, по сравнению с чувствительными крысами.

Несмотря на то, что команда положительно окрашивала нейроны на интересующий нас белок, их нельзя было различить между устойчивыми к наркотикам и чувствительными крысами в теменно-височной коре, что указывает на их исключение во время компульсивного употребления кокаина в конкретных областях мозга. Команда дополнительно подтвердила связь между активированными нейронами передней инсулярной коры и компульсивным употреблением кокаина с помощью дальнейших экспериментов, чтобы подчеркнуть связь между употреблением кокаина и гиперактивностью нейронов.

Дополнительные эксперименты показали активацию нейронов передней инсулярной коры при компульсивном употреблении кокаина. Во время химического торможения передней инсулярной коры команда отметила значительное снижение компульсивного употребления кокаина среди устойчивых крыс, а также заметное восстановление их чувствительности к триггерам. Однако аналогичное торможение той же области мозга у уже чувствительных крыс не повлияло на употребление ими кокаина во время триггеров. Полученные результаты еще раз подчеркивают необходимость активации передней инсулярной коры при компульсивном употреблении кокаина.

Поскольку предыдущие исследования связывали нейроны aIC (передняя островковая кора) с глутаматергическими свойствами; глутамат является основным возбуждающим нейротрансмиттером в нервной системе, исследователи предположили, что эта область влияет на компульсивное употребление кокаина. Они специально проверили это, ингибируя характерный подтип нейронов с помощью химиогенного анализа, что привело к снижению компульсивного потребления кокаина, в то время как ингибирование глутаматергических нейронов aIC у крыс, уже чувствительных к кокаину, не изменило их потребление наркотика. Подтип нейронов двунаправленно регулировал компульсивное употребление кокаина среди животных моделей.

Дальнейшие исследования показали, как передняя инсулярная кора получает прямые входы от орбитальной фронтальной коры (ось OFC-aIC). Команда использовала вирусную векторную систему для изучения влияния пути OFC-aIC на компульсивное употребление кокаина у чувствительных и резистентных крыс. Результаты показали важность активации нейронной цепи для компульсивного употребления наркотиков.

Таким образом, Ян Чен и его коллеги использовали модели животных, чтобы показать роль глутаматергических нейронов передней инсулярной коры (ПИК) и цепи орбитальная фронтальная кора - передняя инсулярная кора (ОФК-ПИК) в регуляции компульсивного употребления кокаина. Результаты показали, как пациенты с повреждением инсулы могут легко бросить курить. Полученные результаты могут способствовать пониманию компульсивной наркотической зависимости и разработке соответствующих методов лечения для ослабления этой тенденции.