Większość struktur mózgowych aktywowanych przez spożywanie cukru i przyjmowanie narkotyków pokrywa się. Jednak podczas gdy pierwszy kontakt z cukrem wywołuje ogromne pobudzenie praktycznie w całym mózgu, nawet poza układem nagrody, to pierwszy kontakt z narkotykiem wcale nie jest tak intensywny – zauważyli polscy neurobiolodzy.
To pokazuje, jak ważnym bodźcem dla organizmu jest informacja o dostępie do słodkiego – a więc kalorycznego – pożywienia. Jeszcze więcej różnic pojawia się, kiedy na każdą z tych dwóch substancji organizm jest wystawiony przez dłuższy czas.
Badacze z Centrum Badań nad Plastycznością Neuronalną i Chorobami Mózgu BRAINCITY, działającego w ramach Instytutu Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN, ustalili i opisali na łamach „Translational Psychiatry”, które ośrodki mózgowe odpowiadają za przetwarzanie bodźców związanych z ekspozycją na nagrody naturalne (jak słodkie jedzenie) oraz uzależniające (jak narkotyki).
Badania prowadzono na myszach laboratoryjnych. „Zależało nam, żeby pokazać, w jaki sposób mózg przetwarza informacje o nagrodach – mówi w rozmowie z PAP dr Anna Beroun, autorka publikacji i kierowniczka Pracowni Plastyczności Neuronalnej. – W tym celu wybraliśmy dwa różne pozytywne bodźce: słodką wodę oraz kokainę. Wykorzystaliśmy technikę obrazowania arkuszem światła (ang. light-sheet imaging), dzięki której mogliśmy spojrzeć na całą półkulę mózgu i obserwować wszystkie struktury jednocześnie”.
Aby móc zajrzeć tak głęboko, a zarazem zachować strukturę mózgu i wszystkie połączenia, jakie w nim istnieją, dr Beroun i jej współpracownicy musieli poddać mysie mózgi procedurze tzw. oczyszczania optycznego. Jest to technika polegająca na wypłukaniu z tkanki lipidów, dzięki czemu mózgi stają się przezroczyste i światło może przechodzić przez całą ich grubość nie rozpraszając się. „W naszym doświadczeniu udało nam się zobrazować niemal 400 struktur aktywowanych cukrem bądź kokainą” – relacjonuje badaczka.
Myszy, podobnie jak ludzie, bardzo lubią słodki smak. Naukowcy zapewnili im więc stały dostęp do słodkiej wody lub zwykłej wody pitnej. Kolejnej grupie gryzoni podawali zaś zastrzyki z kokainą. „Myszy, gdy mają możliwość samopodawania sobie kokainy, uzależniają się od niej tak jak ludzie. W naszym doświadczeniu, podając im kokainę w zastrzykach, wywołaliśmy efekt tzw. sensytyzacji lokomotorycznej, a więc uzyskiwaliśmy coraz silniejszy efekt (widziany jako większa aktywność ruchowa) po każdej kolejnej dawce narkotyku” – tłumaczy dr Beroun.
Zmiany w mózgach naukowcy obserwowali w dwóch etapach: tuż po pierwszym kontakcie z nagrodą oraz po 7 dniach codziennej ekspozycji. Wpływ obu substancji także mierzyli na dwa sposoby: wspomnianym wyżej obrazowaniem, które pozwoliło analizować wszystkie struktury jednocześnie, oraz za pomocą elektrofizjologii, aby zbadać siłę połączeń żywych komórek w jednej wybranej strukturze, a konkretnie jądrze półleżącym.
Rozmówczyni PAP wyjaśnia, że za procesowanie pozytywnych bodźców, które docierają do zarówno mysiego, jak i ludzkiego organizmu, odpowiada układ nagrody. Składa się on z wielu różnych struktur, m.in. pola brzusznego nakrywki, kory przedczołowej, hipokampu. Do układu tego należy także prążkowie wraz ze swoją częścią – jądrem półleżącym, które odpowiada za motywację do poszukiwania i pozyskania nagrody. W przypadku kontaktu z nowym, nieznanym dotąd bodźcem, układ nagrody w połączeniu z innymi strukturami pomaga zdecydować, czy był on pozytywny czy negatywny oraz zapamiętuje go, by w przyszłości znów go pozyskać i doświadczyć.
„Nasze doświadczenie pokazało, iż pierwszy kontakt z cukrem wywołał ogromne pobudzenie praktycznie w całym mózgu, a więc nie tylko w układzie nagrody – opowiada dr Beroun. – To pokazuje, jak ważnym dla organizmu bodźcem jest informacja o dostępie do słodkiego (a więc kalorycznego) pożywienia. Ale już u myszy, które miały dostęp do słodkiej wody przez siedem dni, takiej globalnej aktywacji nie zaobserwowaliśmy. Po takim czasie cukier nie był już dla nich nowym bodźcem, informacje o dostępie do nagrody zostały zapamiętane”.
Inaczej sytuacja przedstawiała się w przypadku kokainy. Pierwszy kontakt z nią nie wywołał co prawda tak dużych zmian, jak to było z cukrem, za to dłuższy dostęp do narkotyku (jedna dawka codziennie przez siedem dni) spowodował globalne pobudzenie mózgu, znacznie większe niż w przypadku słodkiej wody. Oprócz większej liczby struktur aktywowanych wielorazowym podaniem kokainy naukowcy zauważyli też różnice w tzw. modułowości mózgu. Moduły to grupy struktur, które współdziałają ze sobą w procesowaniu danego bodźca lub zachowania. Istnieje hipoteza, że im więcej jest modułów, tym lepsza plastyczność synaptyczna, a więc także sprawniejsze przesyłanie i analizowanie informacji. „W naszym doświadczeniu zaobserwowaliśmy, że pojedyncze podanie nagrody, zarówno cukru jak i kokainy, zwiększało modułowość mózgu. Natomiast przy wielokrotnym podawaniu tylko narkotyk utrzymywał zwiększoną modułowość struktur, a cukier już nie” – zaznacza specjalistka z BRAINCITY.
Jeśli chodzi o struktury aktywowane cukrem i kokainą, to w większość przypadków pokrywały się one, choć badacze zlokalizowali także kilka takich, które były specyficzne dla jednej bądź drugiej nagrody. Do bardziej szczegółowej analizy wybrali jądro półleżące, które wykazywało dużą aktywność zarówno przy nagrodzie naturalnej jak i farmakologicznej. „Przyjrzeliśmy się, jakim adaptacjom uległy synapsy zlokalizowanych w nim neuronów. Z literatury wiemy, iż kokaina tworzy w tym regionie niedojrzałe połączenia, zwane milczącymi synapsami. Takie synapsy, gdy dojrzeją, są odpowiedzialne za poszukiwanie narkotyku. Odkryliśmy, że cukier, podobnie jak narkotyk, tworzył takie milczące synapsy, wciąż nie wiemy jednak, jaki jest los ich dalszy los – czy z czasem dojrzewają i wzmacniają połączenia między komórkami czy też zanikają. Nie wiemy też jeszcze, czy inne struktury w mózgu aktywowane cukrem i kokainą (np. te spoza układu nagrody) tworzą podobne połączenia” – mówi autorka omawianej publikacji.
Badaczka podkreśla, że pomimo wielu lat badań nie mamy jeszcze jednoznacznej odpowiedzi na pytanie o to, dlaczego mimo wszystko cukier nie uzależnia tak silnie jak narkotyk. Czy istnieją inne mechanizmy w mózgu, niezwiązane z układem nagrody, które odpowiadają za tę różnicę? Co ma największy wpływ na tak wielką siłę uzależnienia od kokainy?
„Rozwikłanie tej zagadki nurtuje neurobiologów na całym świecie – mówi dr Beroun. – Uważa się, że nagrody naturalne (np. słodkie jedzenie) przy pierwszym kontakcie powodują wyrzut dopaminy – neuroprzekaźnika modulującego pobudliwość elektryczną neuronów i ułatwiającego procesy plastyczności synaptycznej, czyli zmianę siły lub liczby synaps w odpowiedzi na bodźce z zewnątrz. Plastyczność synaptyczna często utożsamiana jest z zapamiętywaniem informacji i tworzeniem wspomnień. Normalne jest, iż kolejny kontakt z tym samym bodźcem nie powoduje już tak silnej aktywacji neuronów dopaminowych. Za to narkotyki takie jak kokaina w sposób sztuczny zwiększają dostępność dopaminy z uwagi na ich działanie farmakologiczne. Niezależnie czy jest to pierwszy, czy kolejny kontakt z substancją, nadal będzie ona wywoływać w mózgu zmiany ułatwiające tworzenie wspomnień o narkotyku”.
Ciekawostką jest to, że istnieją różnice między tym, czy kokainę podaje nam ktoś inny, czy sięgamy po nią sami. Badania sugerują, że możliwość samopodawania wywołuje silniejsze skojarzenia.
Dr Beroun zaznacza, że badanie jej zespołu ma na celu poznania mechanizmów sterujących tworzeniem się pamięci apetytywnej, której szczególnym przykładem jest rozwój uzależnienia. „Wiedząc, iż naturalne i uzależniające substancje aktywują mózg w podobny sposób, chcemy znaleźć odpowiedź, dlaczego w niektórych przypadkach rozwija się uzależnienie, a w innych nie” – mówi. Wszystko po to, by w przyszłości móc lepiej pomagać osobom, które dotknął ten problem.
Więcej informacji w materiale źródłowym (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36683039).