Der Schlüsselbereich des Gehirns spielt eine entscheidende Rolle bei der Sucht
Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass das Kleinhirn, ein großer Teil des menschlichen Gehirns, von dem Wissenschaftler glaubten, dass es hauptsächlich an der motorischen Steuerung beteiligt ist, eine Schlüsselrolle bei der Suche nach Belohnungen und bei sozialem Verhalten spielen könnte. Die Ergebnisse können dazu beitragen, zukünftige Therapien zur Behandlung von Sucht zu informieren.
Neuere Forschungen haben darauf hingewiesen, dass das Kleinhirn des Gehirns neben der Bewegung auch dazu beitragen kann, kognitive Funktionen wie Sprache, Lernen und Aufmerksamkeit zu steuern.
Wissenschaftler des Albert Einstein College für Medizin in Bronx, NY, schlagen nun vor, dass dieser Bereich auch die Verarbeitung von Belohnungen und die Sucht regulieren könnte.
Kamran Khodakhah, Ph.D., Professor und Vorsitzender der Dominick P. Purpura-Abteilung für Neurowissenschaften in Einstein, leitete die neue Studie. Die Wissenschaftler führten die Studie an Mäusen durch.
Prof. Khodakhah und sein Team veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Wissenschaft. Ilaria Carta, Doktorandin bei Einstein, und Christopher Chen, Ph.D., sind beide Erstautoren der Arbeit.
Warum das Kleinhirn studieren?
Prof. Khodakhah und seine Kollegen wurden in ihrer Forschung durch neuere Studien angeregt, die auf die Rolle des Kleinhirns bei Sucht und sozialer Interaktion hinweisen.
Zum Beispiel haben einige Studien herausgefunden, dass das Kleinhirn bei Menschen mit Suchtverhalten, Autismus-Spektrum-Störung (ASD), kognitivem affektivem Syndrom und Schizophrenie nicht richtig funktioniert.
Andere MRT-Studien haben gezeigt, dass das Kleinhirn von Menschen mit Sucht als Reaktion auf Reize, auf die sich ihre Sucht bezieht, wie z. B. das Bild einer Spritze, hyperaktiv ist.
"Die Vorstellung, dass das Kleinhirn weit über die Kontrolle der Bewegung hinausgeht, stieß auf große Skepsis", erklärt der leitende Autor der Studie, "und niemand hatte echte Hinweise darauf, wie das Kleinhirn die Dopaminfreisetzung beeinflussen könnte."
Wissenschaftler haben Dopamin als "Sex, Drogen und Rock'n'Roll" -Neurotransmitter bezeichnet, da es eine Schlüsselrolle bei der Suche nach Belohnungen spielt. Wenn Menschen - oder Primaten - eine angenehme Belohnung erhalten, sei es am Ende eines Lernprozesses oder zu Erholungszwecken, setzt ihr Körper das Hormon frei.
Ein weiterer Hirnbereich, den Wissenschaftler in die Belohnungsverarbeitung einbezogen haben, ist der sogenannte ventrale tegmentale Bereich (VTA). In der aktuellen Studie stellten die Wissenschaftler die Hypothese auf, dass die Neuronen im Kleinhirn irgendwie mit den VTA-Neuronen kommunizieren würden, die für die Freisetzung von Dopamin verantwortlich sind.
Verwendung von Licht zur Untersuchung von Neuronen in Mäusen
Die Wissenschaftler verwendeten Optogenetik, um ihre Hypothese zu testen. Optogenetik ist eine Technik, bei der Wissenschaftler Neuronen genetisch so verändern, dass sie auf Licht reagieren.
Durch die genetische Induktion der Lichtempfindlichkeit konnten die Forscher die Axone der Neuronen im Kleinhirn selektiv aktivieren. Auf diese Weise wollten sie sehen, wie die Neuronen im VTA betroffen sein würden.
Ein Drittel der VTA-Neuronen feuerte als Reaktion auf die Stimulation der Axone, was beweist, dass die Neuronen im Kleinhirn mit denen im VTA kommunizieren.
Als nächstes wollten die Wissenschaftler sehen, wie sich diese interneuronale Kommunikation, wenn überhaupt, auf das belohnungssuchende Verhalten auswirkt. Um diesen Aspekt zu untersuchen, führten die Forscher eine Reihe von Experimenten an Mäusen durch.
Wie das Kleinhirn die Belohnungssuche beeinflusst
Im ersten Experiment konnten Nagetiere alle vier Ecken eines Raums erkunden. Als sie jedoch eine bestimmte Ecke erreichten, stimulierten die Forscher die Kleinhirnneuronen der Nagetiere mithilfe der Optogenetik.
Die Wissenschaftler stellten die Hypothese auf, dass die Nagetiere, wenn die Stimulation angenehm wäre, weiterhin nach dem lohnenden Verhalten suchen würden - das heißt, sie würden wiederholt in die Ecke zurückkehren, in der sie die angenehme Stimulation erhalten hätten.
Wie das Team erwartet hatte, entschieden sich die stimulierten Nagetiere dafür, häufiger in dieselbe Ecke zurückzukehren als die Kontrollmäuse.
Um zu bestätigen, dass die Stimulation der Axone der Kleinhirnneuronen eine Rolle bei der Sucht spielt, konditionierten die Forscher die Mäuse, um eine angenehme Stimulation dieser Axone in einem hell beleuchteten Bereich zu erhalten.
Normalerweise meiden Mäuse helles Licht und fühlen sich im Dunkeln wohler, wo sie Raubtieren ausweichen können. Aber in diesem letzten Experiment entschieden sie sich, wegen der angenehmen Stimulation gegen ihre übliche Präferenz zu verstoßen.
"Obwohl Mäuse normalerweise helle Bereiche meiden, rannten sie jetzt bevorzugt auf das Licht zu, weil sie sich daran erinnerten, eine Belohnung erhalten zu haben […]. Dies deutet darauf hin, dass das Kleinhirn eine Rolle bei Suchtverhalten spielt."
Prof. Kamran Khodakhah
Das Kleinhirn ist auch der Schlüssel für soziales Verhalten
Ein anderes Experiment ergab, dass der Weg zwischen den Kleinhirnaxonen und den VTA-Neuronen auch eine Rolle im Sozialverhalten spielt.
Die Forscher legten Mäuse in eine Kiste mit drei Kammern. Die Nagetiere hatten die Möglichkeit, mit einem Objekt oder einer anderen Maus zu interagieren oder allein in einem leeren Bereich zu sein.
Als sie sich für eine soziale Interaktion entschieden, war der Weg der Kleinhirnaxone-VTA-Neuronen am aktivsten. Als die Wissenschaftler jedoch die Optogenetik verwendeten, um diesen neuronalen Weg zum Schweigen zu bringen, entschieden sich die Nagetiere entweder dafür, allein zu sein oder mit dem leblosen Objekt zu interagieren.
Die Ergebnisse legen den Forschern nahe, dass der Weg der Kleinhirnaxone-VTA-Neuronen bei Menschen mit ASD möglicherweise gestört ist.
„Unsere Daten unterstützen eine Rolle des Kleinhirns bei der Belohnungsverarbeitung und bei der Kontrolle des Sozialverhaltens“, schließen die Autoren.
"Wir schlagen vor, dass dieser […] Weg zumindest teilweise den Zusammenhang zwischen Kleinhirn und Suchtverhalten erklärt und eine Grundlage für eine Rolle des Kleinhirns bei anderen motivierten und sozialen Verhaltensweisen bildet."
