Оптогенетический подход показывает, как расстройство, связанное с употреблением алкоголя, ухудшает когнитивную гибкость
Алкогольное расстройство (AUD) затрагивает около 400 миллионов человек во всем мире и является основной причиной серьезных заболеваний, таких как рак, сердечно-сосудистые заболевания, заболевания печени и инсульт. Помимо этих физических воздействий, AUD глубоко нарушает функции мозга, критически важные для обучения, памяти и адаптивности — ключевых элементов когнитивной гибкости.
Теперь исследователи из Техасского университета A&M College of Medicine пролили новый свет на то, как хроническое употребление алкоголя изменяет сигнальные пути мозга, особенно сосредоточившись на том, как это ухудшает когнитивную гибкость. Их выводы , недавно опубликованные в Science Advances, демонстрируют значительную роль холинергических интернейронов (CIN) в этом процессе.
Чжэньбо Хуан, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Цзюнь Вана, доктора медицины, доктора философии, и его коллеги продемонстрировали, что алкоголь нарушает способность мозга адаптироваться, изменяя паттерны импульсации «вспышка-пауза» CIN — специализированных нейронов, которые выделяют ацетилхолин, ключевой нейромедиатор. CIN — это важнейшие привратники в полосатом теле мозга, влияющие на обучение и мотивацию, основанные на вознаграждении, путем модуляции сигналов дофамина.
«Нейроны дофамина управляют системой вознаграждения мозга, в то время как CIN действуют как привратники, фильтруя стимулы, активирующие эти нейроны», — говорит Ван, доцент Техасского медицинского колледжа A&M.
Используя передовые инструменты, такие как оптогенетика, которая использует свет для управления клетками, исследователи обнаружили, что стимуляция CIN в животных моделях хронического воздействия алкоголя приводила к изменению паттерна активации по сравнению с моделями без хронического воздействия алкоголя.
Обычно CIN активируются по схеме «вспышка-пауза»: быстрый всплеск активности, за которым следует пауза, что необходимо для обучения новым моделям поведения и адаптации к изменениям. Однако в моделях, подвергшихся воздействию алкоголя, этот режим активации был существенно нарушен, с более короткими и слабыми паузами, что ухудшало критический процесс обучения, такой как обратное наклонение.
«Обратное обучение — краеугольный камень когнитивной гибкости», — объяснил Ван. «Оно позволяет людям отучиться от поведения, когда правила или обстоятельства меняются — процесс, в значительной степени зависящий от сигналов ацетилхолина».
Объединив оптогенетику, которая использует свет для контроля активности CIN, и волоконную фотометрию, которая включает в себя генетически модифицированные биосенсоры для обнаружения высвобождения ацетилхолина в реальном времени во время выполнения субъектами задач, команда обнаружила различные роли для различных фаз активации CIN.
Фаза «взрыва», которая увеличивает выброс ацетилхолина из CIN, способствует обучению угасанию — когда старые модели поведения забываются. Фаза «паузы», с другой стороны, которая вызывает падение выброса ацетилхолина из CIN, имеет решающее значение для обратного обучения, когда новые модели поведения заменяют устаревшие.
Это новаторское исследование показывает, как алкоголь подрывает эти механизмы, предлагая новые идеи о более широких эффектах AUD. Важно, что результаты указывают на потенциальные терапевтические цели для устранения когнитивных нарушений, связанных с AUD.
«Динамика всплесков и пауз CIN имеет решающее значение для поведенческой адаптивности», — сказал Ван. «Это исследование подчеркивает их уникальные роли и закладывает основу для изучения того, как подобные механизмы могут влиять на состояния, выходящие за рамки зависимости, включая старение и нейродегенеративные заболевания».
Команда Вана продолжает изучать, как динамика CIN влияет на здоровье мозга, стремясь воплотить свои открытия в инновационные методы лечения различных заболеваний мозга.