Nucleus accumbens - Nucleus accumbens

Nucleus accumbens
Nucleus accumbens.svg
Ungefärlig plats för kärnan accumbens i hjärnan
Mus Nucleus Accumbens.pdf
Nucleus accumbens i mushjärnan
Detaljer
Del av Mesolimbisk väg
Basal ganglier ( Ventral striatum )
Delar Nucleus accumbens skal
Nucleus accumbens kärna
Identifierare
Latin nucleus accumbens septi
Akronym (er) NAc eller NAcc
Maska D009714
NeuroNames 277
NeuroLex ID birnlex_727
TA98 A14.1.09.440
TA2 5558
FMA 61889
Anatomiska termer för neuroanatomi

Den nucleus accumbens ( NAc eller NACC ; även känd som accumbens kärnan , eller tidigare som nucleus accumbens septi , latin för " nucleus intill septum ") är en region i den basala framhjärnan rostralt till den preoptiska område av hypotalamus . Kärnan accumbens och luktknölen bildar tillsammans det ventrala striatumet . Det ventrala striatum och dorsala striatum bildar kollektivt striatum , som är huvudkomponenten i de basala ganglierna . De dopaminerga neuronerna i den mesolimbiska vägen projicerar på de GABAergiska medium spiny neuronerna i nucleus accumbens och lukt tuberkel. Varje cerebral halvklot har sin egen nucleus accumbens, som kan delas in i två strukturer: nucleus accumbens core och nucleus accumbens shell. Dessa understrukturer har olika morfologi och funktioner.

Olika NAcc-subregioner (core vs shell) och neuron-subpopulationer inom varje region ( D1-typ vs D2-typ medium spiny neuroner) är ansvariga för olika kognitiva funktioner . Som helhet har kärnan accumbens en betydande roll i den kognitiva bearbetningen av motivation , aversion , belöning (dvs incitamentskänsla , nöje och positiv förstärkning ) och förstärkningslärande (t.ex. Pavlovian-instrumentell överföring ); därför har det en betydande roll i beroende . Dessutom är en del av nucleus accumbens-kärnan centralt involverad i induktionen av långsam vågsömn . Kärnan accumbens spelar en mindre roll vid bearbetning av rädsla (en form av aversion), impulsivitet och placeboeffekten . Det är också involverat i kodningen av nya motorprogram .

Strukturera

Kärnan accumbens är ett aggregat av neuroner som beskrivs ha ett yttre skal och en inre kärna.

Inmatning

Större glutamaterga insignaler till nucleus accumbens inkluderar prefrontala cortex (särskilt prelimbic cortex och infralimbic cortex ), basolateral amygdala , ventrala hippocampus , talamiska kärnor (specifikt den mittlinjen talamisk kärnorna och intralaminära kärnor i thalamus ), och glutamaterga utsprång från ventrala tegmentala område (VTA). Kärnan accumbens mottar dopaminerga ingångar från det ventrala tegmentala området, som ansluter via den mesolimbiska vägen . Kärnan accumbens beskrivs ofta som en del av en cortico-basal ganglia-thalamo-cortical loop .

Dopaminerga ingångar från VTA modulerar aktiviteten hos GABAergiska neuroner i kärnan accumbens. Dessa neuroner aktiveras direkt eller indirekt av euforiserande läkemedel (t.ex. amfetamin , opiater etc.) och genom att delta i givande upplevelser (t.ex. sex, musik, träning, etc.).

En annan viktig källa till input kommer från CA1 och ventrala subiculum av hippocampus till dorsomedial området nucleus accumbens. Små depolariseringar av celler i kärnan accumbens korrelerar med positiviteten hos neuronerna i hippocampus, vilket gör dem mer upphetsade. De korrelerade cellerna i dessa upphetsade tillstånd hos medelstora nervceller i kärnan accumbens delas lika mellan subikulum och CA1. Subikulumneuronerna befinner sig hyperpolariseras (ökar negativiteten) medan CA1 -neuronerna "krusar" (eld> 50 Hz) för att åstadkomma denna priming.

Kärnan accumbens är en av få regioner som tar emot histaminerga projektioner från tuberomammillära kärnan (den enda källan till histaminneuroner i hjärnan).

Produktion

Utgångsneuronerna i nucleus accumbens skickar axonala projektioner till de basala ganglierna och den ventrala analogen av globus pallidus , känd som ventral pallidum (VP). VP, i sin tur, projicerar till den mediala dorsala kärnan i dorsala thalamus , som projicerar till prefrontala cortex samt tillbaka till ventral och dorsal striatum . Andra efferenter från nucleus accumbens inkluderar förbindelser med svansen i det ventrala tegmentala området , substantia nigra och retikulär bildning av ponerna .

Skal

Den nucleus accumbens shell ( NACC skalet ) är en understruktur av nucleus accumbens. Skalet och kärnan bildar tillsammans hela kärnan accumbens.

Plats: Skalet är det yttre området av kärnan accumbens, och anses - till skillnad från kärnan - vara en del av den utökade amygdala , som ligger vid dess rostralpol.

Celltyper: neuroner i nucleus accumbens är mestadels medel taggiga neuroner (MSN) innehållande huvudsakligen D1-typ (dvs, DRD1 och DRD5 ) eller D2-typ (dvs, DRD2 , DRD3 , och DRD4 ) dopaminreceptorer . En delpopulation av MSN innehåller både D1-typ och D2-receptorer, med cirka 40% av striatal MSN som uttrycker både DRD1 och DRD2 mRNA. Dessa NAcc MSN av blandad typ med både D1-typ och D2-typreceptorer är mestadels begränsade till NAcc-skalet. Neuronerna i skalet, jämfört med kärnan, har en lägre densitet av dendritiska taggar , färre terminalsegment och färre gransegment än de i kärnan. Skalneuronerna projicerar till den subkommissiella delen av ventral pallidum samt ventral tegmentalområdet och till omfattande områden i hypothalamus och utökad amygdala.

Funktion: Skalet av kärnan accumbens är involverat i den kognitiva bearbetningen av belöning , inklusive subjektiva "gillande" reaktioner på vissa njutbara stimuli , motiverande framhävande och positiv förstärkning . Det NAcc-skalet har också visat sig förmedla specifik Pavlovian-instrumentell överföring , ett fenomen där en klassiskt betingad stimulans modifierar operant beteende . En "hedonisk hotspot" eller nöjescenter som är ansvarig för den behagliga eller "gillande" komponenten i vissa inneboende belöningar finns också i ett litet fack i det mediala NAcc -skalet. Beroendeframkallande läkemedel har en större effekt på dopaminfrisättningen i skalet än i kärnan.

Kärna

Den nucleus accumbens kärnan ( NACC kärna ) är den inre understrukturen av nucleus accumbens.

Plats: Nucleus accumbens -kärnan är en del av det ventrala striatumet , beläget inom de basala ganglierna. Celltyper: Kärnan i NAcc består huvudsakligen av medelstora nerviga neuroner som huvudsakligen innehåller dopaminreceptorer av D1-typ eller D2-typ. Medium-spiny neuroner av D1-typ förmedlar belöningsrelaterade kognitiva processer, medan medium-spiny neuroner av D2-typ förmedlar aversionsrelaterad kognition. Neuronerna i kärnan, jämfört med neuronerna i skalet, har en ökad densitet av dendritiska taggar, gransegment och terminalsegment. Från kärnan projicerar neuronerna till andra subkortikala områden som globus pallidus och substantia nigra. GABA är en av de viktigaste neurotransmittorerna i NAcc, och GABA -receptorer är också rikliga.

Funktion: Kärnan accumbens kärna är involverad i den kognitiva bearbetningen av motorisk funktion relaterad till belöning och förstärkning och reglering av långsam vågsömn . Specifikt kodar kärnan för nya motorprogram som underlättar förvärv av en given belöning i framtiden. De indirekta vägen (dvs D2-typ) neuroner i NAcc-kärnan som samuttrycker adenosin A 2A- receptors aktiveringsberoende främjar långsam vågsömn. NAcc-kärnan har också visat sig förmedla allmänna Pavlovian-instrumentell överföring , ett fenomen där en klassiskt betingad stimulans modifierar operant beteende.

Celltyper

Cirka 95% av neuronerna i NAcc är GABAergic medium spiny neurons (MSN) som främst uttrycker antingen D1-typ eller D2-typ receptorer; cirka 1-2% av de återstående neuronala typerna är stora aspiny kolinerga interneuroner och ytterligare 1-2% är GABAergic interneuroner. Jämfört med GABAergic MSN i skalet har de i kärnan en ökad densitet av dendritiska ryggar, gransegment och terminalsegment. Från kärnan projicerar neuronerna till andra subkortikala områden som globus pallidus och substantia nigra. GABA är en av de viktigaste neurotransmittorerna i NAcc, och GABA -receptorer är också rikliga. Dessa neuroner är också huvudprojektions- eller utmatningsneuronerna i kärnan accumbens.

Neurokemi

Några av de neurotransmittorer, neuromodulatorer och hormoner som signalerar genom receptorer i kärnan accumbens inkluderar:

Dopamin : Dopamin släpps ut i nucleus accumbens efter exponering för givande stimuli , inklusive fritidsdroger som substituerade amfetaminer , kokain , nikotin och morfin .

Fenetylamin och tyramin : Fenetylamin och tyramin är spåraminer som syntetiseras i neuroner som uttrycker det aromatiska aminosyrahydroxylas (AADC) enzymet , vilket inkluderar alla dopaminerga neuroner. Båda föreningarna fungerar som dopaminerga neuromodulatorer som reglerar återupptag och frisättning av dopamin till Nacc via interaktioner med VMAT2 och TAAR1 i axonterminalen av mesolimbiska dopaminneuroner.

Glukokortikoider och dopamin: Glukokortikoidreceptorer är de enda kortikosteroidreceptorerna i nucleus accumbens skal. L-DOPA , steroider och specifikt glukokortikoider är för närvarande kända för att vara de enda kända endogena föreningarna som kan orsaka psykotiska problem, så att förstå hormonell kontroll över dopaminerga prognoser med avseende på glukokortikoidreceptorer kan leda till nya behandlingar för psykotiska symptom. En ny studie visade att undertryckande av glukokortikoidreceptorerna ledde till en minskning av frisättningen av dopamin, vilket kan leda till framtida forskning med antiglukokortikoidläkemedel för att potentiellt lindra psykotiska symptom.

GABA: En nyligen genomförd studie på råttor som använde GABA -agonister och antagonister indikerade att GABA A -receptorer i NAcc -skalet har en hämmande kontroll av vändbeteende som påverkas av dopamin, och GABA B -receptorer har hämmande kontroll över svarvbeteende som förmedlas av acetylkolin .

Glutamat : Studier har visat att lokal blockad av glutamatergiska NMDA -receptorer i NAcc -kärnan försämrade rumsligt lärande. En annan studie visade att både NMDA och AMPA (båda glutamatreceptorerna ) spelar viktiga roller för att reglera instrumentellt lärande.

Serotonin (5-HT): Totalt sett är 5-HT-synapser rikligare och har ett större antal synaptiska kontakter i NAcc-skalet än i kärnan. De är också större och tjockare och innehåller fler stora täta kärnavesiklar än sina motsvarigheter i kärnan.

Fungera

Belöning och förstärkning

Kärnan accumbens, som är en del av belöningssystemet, spelar en viktig roll vid bearbetning av givande stimuli, förstärkning av stimuli (t.ex. mat och vatten) och de som är både givande och förstärkande (beroendeframkallande läkemedel, sex och träning). Det dominerande svaret hos neuroner i kärnan accumbens på belöningen sackaros är hämning; det motsatta är sant som svar på administrering av aversivt kinin . Betydande bevis från farmakologisk manipulation tyder också på att minskning av nervcellernas excitabilitet i nucleus accumbens är givande, som till exempel skulle vara sant vid μ-opioidreceptorstimulering . Den blodsyrenivåberoende signalen (BOLD) i nucleus accumbens ökas selektivt under uppfattningen av trevliga, känslomässigt upphetsande bilder och under mental bild av trevliga, känslomässiga scener. Eftersom BOLD antas vara ett indirekt mått på regional netto -excitation till hämning, är i vilken utsträckning BOLD mäter valensberoende behandling okänd. På grund av överflödet av NAcc -ingångar från limbiska regioner och starka NAcc -utgångar till motorregioner har nucleus accumbens beskrivits av Gordon Mogensen som gränssnittet mellan det limbiska och motoriska systemet.

Stämning av aptitliga och defensiva reaktioner i kärnan accumbens skal. (Ovan) AMPA -blockad kräver D1 -funktion för att producera motiverade beteenden, oavsett valens, och D2 -funktion för att producera defensiva beteenden. GABA -agonism, å andra sidan, kräver inte dopaminreceptorfunktion. (Nedan) Expansionen av de anatomiska regionerna som producerar defensiva beteenden under stress och aptitbeteende i hemmiljön som produceras av AMPA -antagonism. Denna flexibilitet är mindre uppenbar med GABA -agonism.

Kärnan accumbens är kausalt relaterad till upplevelsen av nöje. Mikroinjektioner av μ-opioidagonister, δ-opioidagonister eller κ-opioidagonister i rostrodorsala kvadranten i det mediala skalet förstärker "gillandet", medan fler kaudala injektioner kan hämma äckelreaktioner, gilla reaktioner eller båda. De områden i kärnan accumbens som kan tillskrivas en kausal roll i produktionen av nöje är begränsade både anatomiskt och kemiskt, eftersom förutom opioidagonister bara endokannabinoider kan öka tycke. I kärnan accumbens som helhet ändrar dopamin, GABA -receptoragonist eller AMPA -antagonister enbart motivationen, medan samma sak gäller för opioider och endokannabinoider utanför hotspot i det mediala skalet. En rostro-kaudal gradient existerar för förbättring av aptitfulla kontra rädda svar, av vilka den sistnämnda traditionellt anses kräva endast D1-receptorfunktion, och den förra kräver både D1- och D2-funktion. En tolkning av denna upptäckt, disinhibitionshypotesen, antyder att hämning av accumbens MSN (som är GABAergic) inhiberar nedströms strukturer, vilket möjliggör uttryck av aptitfulla eller fullständiga beteenden. De motiverande effekterna av AMPA -antagonister, och i mindre utsträckning GABA -agonister, är anatomiskt flexibla. Stressiga förhållanden kan utöka de rädslande områdena, medan en välbekant miljö kan minska storleken på den rädslande regionen. Vidare förspänner kortikal input från orbitofrontal cortex (OFC) svaret mot reaktion på aptitbeteende och infralimbisk input, motsvarande den mänskliga subgenuella cingulära cortexen, undertrycker svaret oavsett valens.

Kärnan accumbens är varken nödvändig eller tillräcklig för instrumentellt lärande, även om manipulationer kan påverka prestanda på instrumentella inlärningsuppgifter. En uppgift där effekten av NAcc-lesioner är uppenbar är Pavlovian-instrumentell överföring (PIT), där en cue i kombination med en specifik eller allmän belöning kan förbättra instrumentell respons. Skador på kärnan i NAcc försämrar prestanda efter devalvering och hämmar effekten av allmän PIT. Å andra sidan försämrar skador på skalet bara effekten av specifik PIT. Denna åtskillnad antas återspegla fullständiga och aptiträttande betingade svar i NAcc -skalet respektive NAcc -kärnan.

I dorsal striatum har en dikotomi observerats mellan D1-MSN och D2-MSN, varvid den förstnämnda förstärker och förbättrar rörelsen, och den senare är aversiv och reducerar rörelse. En sådan skillnad har traditionellt antagits gälla även för nucleus accumbens, men bevis från farmakologiska och optogenetiska studier är motstridiga. Vidare uttrycker en delmängd av NAcc MSN både D1 och D2 MSN, och farmakologisk aktivering av D1 kontra D2 -receptorer behöver inte nödvändigtvis aktivera neurala populationer exakt. Medan de flesta studier inte visar någon effekt av selektiv optogenetisk stimulering av D1 eller D2 MSN på rörelseaktivitet, har en studie rapporterat en minskning av basal rörelse med D2-MSN-stimulering. Medan två studier har rapporterat minskade förstärkande effekter av kokain med D2-MSN-aktivering, har en studie rapporterat ingen effekt. NAcc D2-MSN-aktivering har också rapporterats öka motivationen, bedömd av PIT, och D2-receptoraktivitet är nödvändig för de förstärkande effekterna av VTA-stimulering. En studie från 2018 rapporterade att D2 MSN -aktivering ökade motivationen genom att hämma ventral pallidum och därmed inhibera VTA.

Moderns beteende

En fMRI -studie som genomfördes 2005 visade att när moderåttor var i närvaro av sina valpar var hjärnans regioner involverade i förstärkning, inklusive nucleus accumbens, mycket aktiva. Nivåerna av dopamin ökar i kärnan accumbens under moderns beteende, medan lesioner i detta område stör uppmoderns beteende. När kvinnor presenteras bilder av orelaterade spädbarn, visar fMRI: er ökad hjärnaktivitet i nucleus accumbens och intilliggande caudatkärna, i proportion till i vilken grad kvinnorna tycker att dessa barn är "söta".

Motvilja

Aktivering av D1-typ MSN i nucleus accumbens är involverad i belöning, medan aktivering av D2-typ MSN i nucleus accumbens främjar aversion .

Långsam våg sömn

I slutet av 2017 fann studier på gnagare som använde optogenetiska och kemogenetiska metoder att de indirekta (D2-typ) medelstora nervcellerna i kärnan accumbens kärna som samuttrycker adenosin A 2A- receptorer och projicerar till ventral pallidum är involverade i regleringen av långsam vågsömn . I synnerhet inducerar optogenetisk aktivering av dessa indirekta NAcc-kärnneuroner långsam sömn och kemogenetisk aktivering av samma neuroner ökar antalet och varaktigheten av långsamma sömnepisoder. Kemogenetisk hämning av dessa NAcc -kärnneuroner undertrycker sömn. Däremot har D2-typ medelstora nervceller i NAcc-skalet som uttrycker adenosin A 2A- receptorer ingen roll för att reglera långsam vågsömn.

Klinisk signifikans

Missbruk

Nuvarande modeller för missbruk från kronisk droganvändning innebär förändringar i genuttryck i mesokortikolimbisk projektion . De viktigaste transkriptionsfaktorerna som producerar dessa förändringar är ΔFosB , cykliskt adenosinmonofosfat ( cAMP ) responselementbindande protein ( CREB ) och kärnfaktor kappa B ( NFκB ). ΔFosB är den mest signifikanta gentranskriptionsfaktorn vid missbruk eftersom dess virala eller genetiska överuttryck i nucleus accumbens är nödvändigt och tillräckligt för många av de neurala anpassningarna och beteendemässiga effekterna (t.ex. uttrycksberoende ökningar av självadministration och belöningssensibilisering ) som ses i drogmissbruk. ΔFosB -överuttryck har varit inblandat i beroende av bland annat alkohol (etanol) , cannabinoider , kokain , metylfenidat , nikotin , opioider , fencyklidin , propofol och substituerade amfetaminer . Ökningar i nucleus accumbens ΔJunD -uttryck kan minska eller, med en stor ökning, till och med blockera de flesta neurala förändringarna som ses vid kroniskt drogmissbruk (dvs de förändringar som förmedlas av ΔFosB).

ΔFosB spelar också en viktig roll för att reglera beteendemässiga svar på naturliga belöningar, till exempel god mat, sex och träning. Naturliga belöningar, liksom missbruk, inducerar ΔFosB i nucleus accumbens, och kronisk förvärv av dessa belöningar kan resultera i ett liknande patologiskt beroendeframkallande tillstånd genom ΔFosB -överuttryck. Följaktligen är ΔFosB också den viktigaste transkriptionsfaktorn som är involverad i beroende av naturliga belöningar. i synnerhet ΔFosB i nucleus accumbens är avgörande för de förstärkande effekterna av sexuell belöning. Forskning om interaktionen mellan naturliga och läkemedelsbelöningar tyder på att psykostimulanter och sexuellt beteende verkar på liknande biomolekylära mekanismer för att inducera ΔFosB i nucleus accumbens och ha korssensibiliseringseffekter som medieras genom ΔFosB.

I likhet med läkemedelsbelöningar ökar icke-läkemedelsbelöningar också nivån av extracellulär dopamin i NAcc-skalet. Läkemedelsinducerad dopaminfrisättning i NAcc-skalet och NAcc-kärnan är vanligtvis inte benägen att vänja sig (dvs. utvecklingen av läkemedelstolerans : en minskning av dopaminfrisättningen från framtida läkemedelsexponering som ett resultat av upprepad läkemedelsexponering); tvärtom resulterar upprepad exponering för läkemedel som inducerar dopaminfrisättning i NAcc -skalet och kärnan vanligtvis i sensibilisering (dvs mängden dopamin som frigörs i NAcc från framtida läkemedelsexponering ökar till följd av upprepad läkemedelsexponering). Sensibilisering av dopaminfrisättning i NAcc-skalet efter upprepad läkemedelsexponering tjänar till att stärka stimulans-läkemedelsassociationer (dvs klassisk konditionering som uppstår när läkemedelsanvändning upprepade gånger paras med miljöstimuli) och dessa associationer blir mindre benägna att utrotas (dvs "avlärning") dessa klassiskt betingade associationer mellan droganvändning och miljöstimuler blir svårare). Efter upprepad parning blir dessa klassiskt betingade miljöstimuli (t.ex. sammanhang och föremål som ofta paras med droganvändning) ofta läkemedelspekar som fungerar som sekundära förstärkare för läkemedelsanvändning (dvs, när dessa föreningar är etablerade, exponering för en parad miljöstimulans utlöser ett begär eller en önskan att använda det läkemedel som de har blivit associerade med ).

I motsats till droger genomgår frigörandet av dopamin i NAcc-skalet av många typer av givande icke-läkemedelsstimuli vanligtvis efter upprepad exponering (dvs mängden dopamin som frigörs från framtida exponering för en givande icke-läkemedelsstimulering minskar normalt som ett resultat av upprepad exponering för den stimulansen).

Sammanfattning av beroenderelaterad plasticitet
Form av neuroplasticitet
eller beteendemässig plasticitet
Typ av förstärkare Källor
Opiater Psykostimulanter Mat med hög fetthalt eller socker Samlag Fysisk träning
(aerob)
Miljö
anrikning
ΔFosB- uttryck i
nucleus accumbens D1-typ MSN
Beteendeplasticitet
Upptrappning av intag Ja Ja Ja
Psykostimulerande
korsensibilisering
Ja Inte tillämpbar Ja Ja Dämpad Dämpad
Psykostimulant
självadministration
Psykostimulerande
betingad platspreferens
Återinförande av läkemedelssökande beteende
Neurokemisk plasticitet
CREB -fosforylering
i nucleus accumbens
Sensibiliserade dopamin svar
i nucleus accumbens
Nej Ja Nej Ja
Ändrad striatal dopaminsignalering DRD2 , ↑ DRD3 DRD1 , ↓ DRD2 , ↑ DRD3 DRD1 , ↓ DRD2 , ↑ DRD3 DRD2 DRD2
Ändrad striatal opioidsignalering Ingen förändring eller
μ-opioidreceptorer
μ-opioidreceptorer
κ-opioidreceptorer
^ Μ-opioidreceptorer ^ Μ-opioidreceptorer Ingen förändring Ingen förändring
Förändringar i striatala opioidpeptider dynorfin
Ingen förändring: enkefalin
dynorfin enkefalin dynorfin dynorfin
Mesokortikolimbisk synaptisk plasticitet
Antal dendriter i kärnan accumbens
Dendritiska ryggraden densitet i
de nucleus accumbens

Depression

I april 2007 rapporterade två forskargrupper om att ha infört elektroder i nucleus accumbens för att använda djup hjärnstimulering för att behandla svår depression . Under 2010 rapporterade experiment att djup hjärnstimulering av kärnan accumbens lyckades minska depressionssymptom hos 50% av patienterna som inte svarade på andra behandlingar, till exempel elektrokonvulsiv terapi . Nucleus accumbens har också använts som ett mål för att behandla små grupper av patienter med terapirefraktär tvångssyndrom.

Ablation

För att behandla missbruk och i ett försök att behandla psykisk sjukdom har radiofrekvensablation av nucleus accumbens utförts. Resultaten är otydliga och kontroversiella.

Placebo effekt

Aktivering av NAcc har visat sig inträffa i väntan på ett läkemedels effektivitet när en användare ges placebo , vilket indikerar en bidragande roll för nucleus accumbens i placeboeffekten .

Ytterligare bilder

Se även

Referenser

externa länkar