Het belangrijkste hersengebied speelt een cruciale rol bij verslaving
Nieuw onderzoek toont aan dat het cerebellum, een groot deel van het menselijk brein waarvan wetenschappers dachten dat het voornamelijk betrokken was bij motorische controle, een sleutelrol kan spelen bij het zoeken naar beloning en sociaal gedrag. De bevindingen kunnen helpen bij toekomstige therapieën voor de behandeling van verslaving.
Recent onderzoek heeft laten doorschemeren dat, naast beweging, het cerebellum van de hersenen ook kan helpen bij het beheersen van cognitieve functies, zoals taal, leren en aandacht.
Nu suggereren wetenschappers van het Albert Einstein College of Medicine in Bronx, NY, dat dit gebied ook de verwerking van beloningen en verslaving zou kunnen reguleren.
Kamran Khodakhah, Ph.D., die een professor en voorzitter is van de Dominick P. Purpura Afdeling Neurowetenschappen bij Einstein, leidde de nieuwe studie. De wetenschappers voerden het onderzoek uit bij muizen.
Prof. Khodakhah en zijn team publiceerden hun resultaten in het tijdschrift WetenschapIlaria Carta, een doctoraal onderzoeker bij Einstein, en Christopher Chen, Ph.D., zijn beide de eerste auteurs van het artikel.
Waarom het cerebellum bestuderen?
Prof. Khodakhah en zijn collega's werden bij hun onderzoek ingegeven door meer recente studies die hebben gesuggereerd op de rol van het cerebellum bij verslaving en sociale interactie.
Sommige onderzoeken hebben bijvoorbeeld aangetoond dat het cerebellum niet goed functioneert bij mensen met verslavend gedrag, autismespectrumstoornis (ASS), cognitief affectief syndroom en schizofrenie.
Andere MRI-onderzoeken hebben aangetoond dat het cerebellum van mensen met een verslaving hyperactief is als reactie op prikkels waarop hun verslaving betrekking heeft, zoals een afbeelding van een injectiespuit.
"Het idee dat het cerebellum veel meer deed dan het beheersen van beweging, werd met veel scepsis ontvangen", legt de senior auteur van het onderzoek uit, "en niemand had echte aanwijzingen over hoe het cerebellum de afgifte van dopamine zou kunnen beïnvloeden."
Wetenschappers hebben dopamine de 'seks, drugs en rock' n'roll 'neurotransmitter genoemd vanwege zijn sleutelrol in het zoeken naar beloning. Wanneer mensen - of primaten - een plezierige beloning ontvangen, of het nu aan het einde van een leerproces is of voor recreatieve doeleinden, geeft hun lichaam het hormoon af.
Een ander hersengebied dat wetenschappers hebben betrokken bij de verwerking van beloningen is het zogenaamde ventrale tegmentale gebied (VTA). Dus, in de huidige studie, veronderstelden de wetenschappers dat de neuronen in het cerebellum op de een of andere manier zouden communiceren met de VTA-neuronen, die verantwoordelijk zijn voor het vrijgeven van dopamine.
Licht gebruiken om neuronen bij muizen te bestuderen
De wetenschappers gebruikten optogenetica om hun hypothese te testen. Optogenetica is een techniek waarbij wetenschappers neuronen genetisch aanpassen zodat ze op licht reageren.
Door genetisch lichtgevoeligheid op te wekken, konden de onderzoekers selectief de axonen van de neuronen in het cerebellum activeren. Door dit te doen, wilden ze zien hoe de neuronen in de VTA zouden worden beïnvloed.
Een derde van de VTA-neuronen werd afgevuurd als reactie op de stimulatie van de axonen, wat bewijst dat de neuronen in het cerebellum communiceren met die in de VTA.
Vervolgens wilden de wetenschappers zien hoe deze interneuronale communicatie, of helemaal niet, het beloningszoekgedrag beïnvloedde. Om dit aspect te onderzoeken, voerden de onderzoekers een reeks experimenten uit bij muizen.
Hoe het cerebellum het zoeken naar beloningen beïnvloedt
In het eerste experiment waren knaagdieren vrij om alle vier de hoeken van een kamer te verkennen, maar toen ze een specifieke hoek bereikten, stimuleerden de onderzoekers de cerebellaire neuronen van de knaagdieren met behulp van optogenetica.
De wetenschappers stelden de hypothese dat, als de stimulatie plezierig was, de knaagdieren het lonende gedrag zouden blijven zoeken - dat wil zeggen dat ze herhaaldelijk terug zouden gaan naar de hoek waar ze de plezierige stimulatie ontvingen.
Zoals het team verwachtte, kozen de gestimuleerde knaagdieren ervoor om vaker naar diezelfde hoek terug te keren dan de controlemuizen.
Om vervolgens te bevestigen dat het stimuleren van de axonen van de cerebellaire neuronen een rol speelde bij verslaving, conditioneerden de onderzoekers de muizen om plezierige stimulatie van deze axonen te ontvangen in een helder verlicht gebied.
Meestal vermijden muizen felle lichten en voelen ze zich meer op hun gemak in het donker, waar ze roofdieren kunnen vermijden. Maar in dit laatste experiment kozen ze ervoor om tegen hun gebruikelijke voorkeur in te gaan, omwille van de plezierige stimulatie.
"Hoewel muizen normaal heldere gebieden mijden, renden ze nu bij voorkeur naar het licht, want daar herinnerden ze zich dat ze een beloning kregen […] Dit suggereert dat het cerebellum een rol speelt bij verslavend gedrag."
Prof. Kamran Khodakhah
Het cerebellum is ook de sleutel tot sociaal gedrag
Een ander experiment toonde aan dat het pad tussen de cerebellaire axonen en de VTA-neuronen ook een rol spelen bij sociaal gedrag.
De onderzoekers stopten muizen in een doos met drie kamers. De knaagdieren hadden de mogelijkheid om te communiceren met een object, een andere muis, of om alleen te zijn in een leeg gebied.
Toen ze ervoor kozen om sociaal te interageren, was de route van de cerebellaire axonen naar VTA-neuronen het meest actief. Toen de wetenschappers echter optogenetica gebruikten om deze neuronale route tot zwijgen te brengen, kozen de knaagdieren ervoor om alleen te zijn of om te communiceren met het levenloze object.
De resultaten suggereerden aan de onderzoekers dat de route van de cerebellaire axonen naar VTA-neuronen mogelijk disfunctioneel is bij mensen met ASS.
"Onze gegevens ondersteunen een rol voor het cerebellum bij de verwerking van beloningen en bij het beheersen van sociaal gedrag", concluderen de auteurs.
"We stellen voor dat dit [...] pad de associatie tussen het cerebellum en verslavend gedrag, althans gedeeltelijk, verklaart en een basis biedt voor een rol voor het cerebellum in ander gemotiveerd en sociaal gedrag."
