Riippuvuuksien neurobiologinen tausta Petri Hyytiä Kansanterveyslaitos Mielenterveyden ja alkoholitutkimuksen osasto

Sisältö Palkitsemisen anatomia Anhedonia ja huumeriippuvuus Ehdollistuminen ja aivojen toiminta Ehdollistuminen ja instrumentaalinen oppiminen Pakonomaisuus

Aivojen motivaatio- ja palkitsemisjärjestelmät Prefrontaali- korteksi Thalamus Amygdala/ hippokampus Accumbens VTA

Aivojen motivaatio- ja palkitsemisjärjestelmät Prefrontaali- korteksi Thalamus Amygdala/ hippokampus Accumbens VTA

Aivojen motivaatio- ja palkitsemisjärjestelmät Prefrontaali- korteksi Säätelee motivaatiota: luonnolliset käyttäytymistä ylläpitävät ja palkitsevat ärsykkeet Suodattaa emotionaalista ja sensorista informaatiota ja integroi sen motoriseen suoritukseen Säätelee käyttäytymisen toistuvuutta ja joustavuutta Säätelee päihteiden akuutteja ja kroonisia vaikutuksia Thalamus Amygdala/ hippokampus Accumbens VTA

Aivojen motivaatio- ja palkitsemisjärjestelmät Akuutti päihdealtistus ja siihen liittyvät ärsykkeet stimuloivat accumbens-tumakkeen dopaminergistä toimintaa Muita tärkeitä välittäjäaineista: GABA, glutamaatti, serotoniini, opioidipeptidit Kroonisen altistuksen on todettu johtavan pitkäaikaiseen accumbens-tumakkeen dopaminergiseen vajaatoimintaan Prefrontaali- korteksi Thalamus Amygdala/ hippokampus Accumbens VTA

Kokaiinin välitön vaikutus aivoissa 1-2 Min 3-4 5-6 6-7 7-8 8-9 Slide 7: This is literally the brain on drugs.   When someone gets “high” on cocaine, where does the cocaine go in the brain? With the help of a radioactive tracer, this PET scan shows us a person’s brain on cocaine and the area of the brain, highlighted in yellow, where cocaine is “binding” or attaching itself. This PET scan shows us minute by minute, in a time-lapsed sequence, just how quickly cocaine begins affecting a particular area of the brain. We start in the upper left hand corner. You can see that 1 minute after cocaine is administered to this subject nothing much happens. All areas of the brain seem to be functioning normally. But after 3 to 4 minutes [the next scan to the rightl, we see areas highlighted in yellow where cocaine is starting to bind to the striatum [stry-a-tum] of the brain and activate it. At the 5- to 8-minute interval, we see that cocaine is affecting a large area of the brain. After that, the drug’s effects begin to wear off. At the 9- to 10-minute point, the high feeling is almost gone. Unless the abuser takes more cocaine, the experience is over in about 20 to 30 minutes. Scientists are doing research to find out if the striatum produces the “high feeling”and controls our feelings of pleasure and motivation. One of the reasons scientists are curious about specific areas of the brain affected by drugs such as cocaine is to develop treatments for people who become addicted to these drugs. Scientists hope to find the most effective way to change an addicted brain back to normal functioning. Photo courtesy of Nora Volkow, Ph.D. Mapping cocaine binding sites in human and baboon brain in vivo. Fowler JS, Volkow ND, Wolf AP, Dewey SL, Schlyer DJ, Macgregor RIR, Hitzemann R, Logan J, Bendreim B, Gatley ST. et al. Synapse 1989;4(4):371-377. 9-10 10-20 20-30

Pitkäaikainen päihdekäyttö: D2-dopamiinireseptorien määrän pieneneminen accumbens- tumakkeessa Aivojen mesolimbisen motivaatio- ja palkitsemisjärjestelmän pitkä- kestoinen toimintavaje vieroituksen jälkeen Lisääntynyt motivaatio jatkaa päihdekäyttöä?

Dopamiinin sitoutumiskohdat alkoholistien aivoissa Kontrollit Alkoholistit * * Tupala ja Tiihonen 2004

Aivojen motivaatio- ja palkitsemisjärjestelmät Prefrontaali- korteksi Kun palkkio esiintyy toistuvasti, mesolimbinen dopamiinijärjestelmä aktivoituu enemmän palkkioon liittyvästä ärsykkeestä kuin itse palkkiosta Dopamiinineuronit saattavat siten liittyä aktivaatio- ja motivaatioprosesseihin, eivätkä enää välitä tietoa palkkion erityispiirteistä Ehdollistuminen, tapojen syntyminen Thalamus Amygdala/ hippokampus Accumbens VTA

Pavlovin koira: Klassinen ehdollistuminen

Dopamiinineuroneiden aktivaatio palkkion ja siihen liittyvän vihjeen (CS) aikana

Alkoholiin liittyvät visuaaliset ärsykkeet (kuvasarja) aktivoivat ventraalisen striatumin alueen (accumbens) alkoholisteilla, mutta ei verrokeilla. Ensimmäinen mittaus viikon kuluttua vieroituksesta, toinen yli kolmen viikon kuluttua. Braus et al. 2001

”Tiedostamattomat” seksuaaliset ärsykkeet aktivoivat aivoja 4 kuvakategoriaa 33 ms kuva 467 ms neutraali taustakuva

Aivojen palkitsemisjärjestelmä ja palkkion suuruus

Prefrontaalikorteksi: Aivojen palkitsemisjärjestelmä ja palkkion suuruus Accumbens-tumake: Aktivoituu halutusta tuotteesta Ennustaa ostopäätöksen Prefrontaalikorteksi: Aktivoituu ostotapahtumasta Inaktivoituu kalliista hinnasta Insula: Inaktivoituu kalliista hinnasta Aktivoituu negatiivi-sesta päätöksestä

Pavlovian-instrumental transfer Palkkioon liittyvät ehdollistuneet ärsykkeet vahvistavat palkkioon suuntautunutta instrumentaalista toimintaa Toimii parhaiten tavaksi muodostuneiden toimintojen yhteydessä Saattaa liittyä esim. päihderiippuvuuteen ja relapsiin

Vaihe 1 Vaihe 2 Vaihe 3

”Pavlovian-instrumental transfer”

Prefrontaalikorteksi: motivaatioon ja emootioihin liittyvä informaatio Thalamus Amygdala/ hippokampus Accumbens VTA

Prefrontaalikorteksi: motivaatioon ja emootioihin liittyvä informaatio Dorsolateraalinen prefrontaalikorteksi Singulaarikorteksi Orbitofrontaalinen korteksi Emootioihin ja motivaatioon liittyvän informaation prosessointi (esim. ehdollistumisen yhteydessä) Sensoristen ja limbisten yllykkeiden inhibitio Thalamus Amygdala/ hippokampus Accumbens VTA

Prefrontaalikorteksi: motivaatioon ja emootioihin liittyvä informaatio Thalamus Amygdala/ hippokampus Accumbens VTA

Prefrontaalikorteksi: motivaatioon ja emootioihin liittyvä informaatio Thalamus Amygdala/ hippokampus Accumbens VTA

Prefrontaalikorteksi: motivaatioon ja emootioihin liittyvä informaatio Prefrontaalikorteksin toimintahäiriöistä seuraa: Sensoristen ja limbisten järjestelmien välittämien yllykkeiden inhibition heikkeneminen Käyttäytymisen impulsiivisuus tai pakonomaisuus Thalamus Amygdala/ hippokampus Accumbens VTA

Päihteiden käytön vaikutus frontaalikorteksin metaboliseen aktiivisuuteen Verrokki Vieroituksen jälkeen Useiden päihteiden käyttäjillä havaitaan pitkäaikaisia päihteiden käytöstä aiheutuneita frontaalikorteksin häiriöitä.

Riippuvuuden ”endofenotyyppi” ERP (Event-Related Brain Potential):n P3-komponentti: esiintyy 300-500 ms ärsykkeen jälkeen alkoholisteilla esiintyy poikkeava P3-komponentti P3:n amplitudi kääntäen verrannollinen alkoholi- riippuvuuden vakavuuteen abstinenssi (5-10 vuotta) ei aiheuta muutoksia vastaava poikkeama alkoholistien lapsilla, joilla ei kokemuksia alkoholista P3:n heritabiliteetti 50-60% Merkitys: Keskushermoston vähentyneen inhiboivan kontrollin neurofysiologinen osoitin? Huumeriippuvuus, ADHD, epäsosiaalinen persoonallisuushäiriö