Alcoholismo puede ser causado por un desequilibrio dinámico de la dopamina

Lunes, 13/03/2017

El alcohol (como otras sustancias que alteran el estado de ánimo) puede afectar tanto la actividad neuronal en la corteza prefrontal del adicto como sus neuronas DA directamente, bloqueando el aprendizaje.

National Research University Higher School of Economics. Al parecer, el alcoholismo estaría asociado a la alteración de la respuesta de neuronas dopaminérgicas a dos mecanismos de las neuronas de corteza prefrontal que afectan la liberación de dopamina.

Así lo afirma un grupo de investigadores de la Escuela Superior de Economía de la Universidad de Indiana, de la Ecole Normale Supérieure, en París, y de la Academia de Ciencias de Rusia en Nizhny Novgorod.

Sucede que la interacción de las poblaciones neuronales en la corteza cerebral genera impulsos eléctricos (llamados potenciales de acción), que se caracterizan por patrones espaciales y temporales específicos de disparo neural (o dinámica neural compleja). Estos patrones de disparo dependen de las propiedades intrínsecas de las neuronas individuales, de la conectividad de la red neuronal y de las entradas a estos circuitos.

Tomada como base para este estudio computacional, se conoce evidencia experimental de una población específica de neuronas de la corteza prefrontal que se conecta a través de las sinapsis excitatorias a las neuronas dopaminérgicas e inhibitorias del área tegmental ventral (VTA por sus siglas en inglés). Por lo tanto, la estructura de la activación o disparo neural en la corteza prefrontal puede afectar directamente la respuesta de las células dopaminérgicas y la liberación de dopamina.

Boris Gutkin lidera el Grupo de Neurociencia Teórica en el Centro de HSE para la Cognición y la Toma de Decisiones. Una de las áreas de investigación del grupo se centra en los procesos neurobiológicos que conducen al abuso de sustancias y la adicción, específicamente en la detección de vínculos entre los mecanismos neurobiológicos de la acción de un fármaco y las reacciones conductuales observables. En particular, los investigadores utilizan el modelado matemático para examinar las características específicas de los patrones de activación neuronal dopaminérgicos y la dinámica que puede conducir a la adicción.

La dopamina, un neurotransmisor liberado por las neuronas dopaminérgicas en el cerebro, es un químico que desempeña un papel clave en el sistema de recompensa del cerebro interno que impulsa el aprendizaje de la conducta motivada. Al actuar dentro de los sistemas de recompensa en el cerebro (por ejemplo, el área tegmental ventral encontrada en el medio del cerebro; el estriado, responsable de seleccionar las acciones correctas; y la corteza prefrontal que controla los objetivos y comportamientos voluntarios) al entregar un "premio" resultante de una acción o evento particular. Por lo tanto, la dopamina proporciona un refuerzo positivo a los comportamientos que conducen a estas recompensas, haciendo que se repitan. Por el contrario, cuando una acción particular no produce el efecto positivo esperado o es seguida por un evento desagradable, la liberación de dopamina disminuye bruscamente, lo que lleva a la frustración ya la falta de voluntad de repetir el comportamiento en cuestión.

Muchas neuronas de dopamina producen estas señales de aprendizaje mediante la emisión de rápidas ráfagas de aumentos cuando el animal recibe más recompensa de lo esperado o pausa cuando hay menos de lo esperado. Para regir correctamente el aprendizaje, el número de ráfagas (y la dopamina liberada) debe ser proporcional a la discrepancia entre la recompensa recibida y la esperada (por ejemplo, si se espera obtener 50 euros por su trabajo, pero obtiene 100; la actividad de la dopamina debe ser proporcional a 50, cuando uno espera 50 pero obtiene 500, la actividad debe señalar un número proporcional a 450). Por lo tanto, cuanto mayor es el desajuste más fuerte es la respuesta. Sin embargo, otro subgrupo de neuronas de dopamina simplemente señala cuando los estímulos son importantes para el comportamiento o no dando respuestas binarias o todas o ninguna. Estas señales binarias conducen orientando o acercándose a los comportamientos importantes. Por lo tanto, las dos poblaciones de células de dopamina tienen diferentes modos de respuesta: señal de aprendizaje analógica o alerta de todo o nada importante.

Dos modos de actividad neuronal

La investigación reciente del grupo de Gutkin conducida conjuntamente con los científicos de la Universidad de Indiana (Alexey Kuznetsov, de matemáticas y Christopher Lapish, de neurociencia) y el instituto de RAN de la física aplicada (Denis Zakharov) sugiere mecanismos potenciales del efecto del alcohol en la actividad neuronal dopaminérgica. Su estudio denominado "Neuronas Dopamínicas Cambian el Tipo de Excitabilidad en Respuesta a los Estímulos" publicado en PLOS presenta un modelo computacional de dopamina (DA) neuronal, describiendo sus propiedades clave y demostrando que el modo de respuesta de la neurona DA puede variar dependiendo del patrón de la entrada sináptica (incluyendo el de la corteza prefrontal).

En el primer modo, la cantidad de dopamina liberada por las neuronas DA refleja la señal de aprendizaje propocional a la diferencia entre lo que un animal o humano espera y lo que realmente reciben como resultado de una determinada acción. En el segundo modo de neurona DA, la liberación de dopamina sirve como una señal binaria de referencia que indica si un determinado evento es importante o no. Por lo tanto, los resultados del estudio computacional implican que las neuronas de dopamina pueden no ser dos poblaciones distintas, pero son capaces de moverse de manera flexible de un modo de respuesta a otro dependiendo de la naturaleza de las señales que reciben.

En un estudio relacionado, "Contribución de las neuronas GABAérgicas sincronizadas a las neuronas dopaminérgicas disparando y estallando", publicado en el Journal of Neurophysiology, el mismo grupo sugiere que además de los enlaces directos entre la DA y las neuronas de la corteza prefrontal, los insumos neurales indirectos de la corteza prefrontal a través de las neuronas inhibidoras (GABAérgicas) VTA deben ser considerados. En particular, los investigadores encontraron que las señales de la corteza prefrontal pueden hacer que las neuronas GABAérgicas se sincronicen, produciendo un fuerte efecto inhibitorio sobre las neuronas DA. El estudio encontró que en algunos casos, tales efectos inhibidores pueden conducir a resultados paradójicos: en vez de suprimir la activación neuronal de la DA y disminuir así la liberación de dopamina, pueden multiplicar la frecuencia de disparo DA que conduce a una mayor liberación de dopamina y refuerzo positivo.

Lo que significa para nuestra comprensión del alcoholismo

La evidencia experimental sugiere que el alcohol es capaz de modificar los patrones de disparo de la neurona DA, tanto indirectamente a través de la corteza prefrontal como de las neuronas inhibidoras de VTA, y directamente actuando sobre las neuronas DA per se. Basado en los hallazgos de Gutkin y sus colaboradores, uno puede hipotetizar qué mecanismos pueden estar involucrados.

El VTA tiene alrededor de 20.000 neuronas DA, en alguien que no es alcohólico, algunas de estas sirven para señalar que un cierto estímulo tiene importancia, mientras que el resto para transmitir la señal de error. Un cierto equilibrio entre los dos tipos de señales es esencial para el buen juicio y el buen comportamiento. El alcohol altera el equilibrio cambiando tanto el patrón de actividad neuronal en la corteza prefrontal como las propiedades de la neurona DA. Este cambio puede sesgar más neuronas para señalar la importancia en contraposición al error. Por lo tanto, bajo la influencia del alcohol, cualquier estímulo asociado con el alcohol es tratado por las neuronas DA como de importancia conductual y de motivación, independientemente de si coincide o no con el resultado anticipado, mientras que en ausencia de alcohol, el disparo neural sería normalmente compatible con lo esperado y refuerzos recibidos.

Este efecto puede ser la razón por la cual los alcohólicos pueden eventualmente desarrollar un rango más estrecho de lo normal de respuestas conductuales, condenándolos a buscar el uso del alcohol. Al hacerlo, no están al tanto de las consecuencias potenciales de sus acciones o, incluso si pueden anticipar tales consecuencias, esta conciencia tiene poco o ningún efecto en su comportamiento. Según las encuestas, la mayoría de los alcohólicos entienden que pueden perder su hogar y su familia e incluso morir de borrachera, pero esto raramente los detiene. Para evaluar adecuadamente las consecuencias de beber, su corteza prefrontal necesita integrarse y aprender a representar adecuadamente las expectativas negativas de este comportamiento, apoyado por señales de aprendizaje de refuerzo de las neuronas DA. Esto puede no ocurrir, sin embargo, porque el alcohol (como otras sustancias que alteran el estado de ánimo) puede afectar tanto la actividad neuronal en la corteza prefrontal del adicto como sus neuronas DA directamente, bloqueando el aprendizaje.

Encontrar una manera de equilibrar la función de la dopamina en el cerebro adicto y obtener respuestas neurales adecuadas a los estímulos ambientales, incluso bajo la influencia podría ofrecer esperanza a las personas con problemas de abuso de sustancias.

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