Исследователи использовали микроскоп, который позволил им вглядываться непосредственно в нервные клетки в мозгу живых мышей, и в течение двух часов после введения лекарства они обнаружили значительное увеличение плотности дендритных шипов — структур, несущих синапсы, необходимые для передачи сигналов — в лобной коре головного мозга животных. Напротив, у мышей, получавших физиологический раствор, такого увеличения не наблюдалось.Исследователи также обнаружили связь между ростом новых дендритных шипов и обучением, связанным с приемом лекарств.
В частности, мыши, у которых росли самые новые колючки, были теми, которые больше всего предпочитали находиться в вольере, где они получали кокаин, а не в вольере, где они получали физиологический раствор. Команда опубликовала свои выводы в Интернете в журнале Nature Neuroscience 25 августа 2013 года.«Это дает нам возможный механизм того, как употребление наркотиков способствует дальнейшему поиску наркотиков», — сказала главный исследователь Линда Уилбрехт, доктор философии, исследователь Галло, ныне работающий в Калифорнийском университете в Беркли, но руководившая исследованием, когда она была на факультете UCSF.«Было замечено, что у лиц, длительно употребляющих наркотики, снижается функция лобной коры головного мозга в связи с повседневными сигналами или задачами и повышается функция в ответ на действия или информацию, связанные с наркотиками», — сказал Уилбрехт. «Это исследование показывает, как мозг потребителей наркотиков может переключиться в сторону ассоциаций, связанных с наркотиками».
По словам Уилбрехта, у всех живых организмов есть базовый уровень образования новых шипов в ответ на повседневное обучение или в ожидании его. По ее словам, усиливая этот рост, кокаин может стать стимулом для сверхобучения, который усиливает познание кокаинового опыта.Фронтальная кора, которую Вильбрехт назвал «рулевым колесом» мозга, контролирует такие функции, как долгосрочное планирование, принятие решений и другие виды поведения, требующие более высокого мышления и дисциплины.
Клетки головного мозга во фронтальной коре, которые изучили Уилбрехт и ее команда, регулируют продукцию этой области мозга и могут играть ключевую роль в принятии решений. «Эти нейроны, на которые напрямую влияет употребление кокаина, могут влиять на принятие решений», — сказала она.Уилбрехт сказал, что результаты потенциально могут продвинуть исследования в области человеческой зависимости, «помогая нам определить, что происходит не так в лобной коре головного мозга людей, страдающих наркозависимостью, и объясняя, как сигналы, связанные с наркотиками, начинают доминировать в процессах принятия решений мозгом».
В первом из серии экспериментов ученые делали инъекции кокаина одной группе мышей и инъекции физиологического раствора — другой. На следующий день они наблюдали за клетками мозга животных с помощью 2-фотонного лазерного сканирующего микроскопа. Они были удивлены, обнаружив, что даже после первой дозы у мышей, получавших кокаин, выросло больше новых дендритных шипов, чем у мышей, получавших физиологический раствор.
В другом эксперименте они наблюдали за мышами до лечения кокаином или физиологическим раствором, а затем через два часа после этого, и обнаружили, что у животных, получавших кокаин, в течение двух часов после приема препарата развивались новые дендритные шипы. Кроме того, на следующее утро на шипы, вызванные кокаином, приходилось почти в четыре раза больше связей между нервными клетками, чем наблюдалось у животных, получавших физиологический раствор.В третьем эксперименте исследователи в течение недели давали мышам кокаин в одной особой камере и физиологический раствор в другой, используя идентичные процедуры. Каждая камера имела свой собственный характерный внешний вид, текстуру и запах, чтобы отличать ее от другой камеры.
Затем они позволяют мышам выбирать, в какую камеру им идти.«Животные, у которых было наибольшее количество крепких дендритных шипов — шипов с наибольшей вероятностью развития в синапсы — показали наибольшее изменение предпочтения камеры, в которую они получали кокаин», — сказал Уилбрехт. «Это предполагает, что новые шипы могут быть материалом для ассоциации, которую эти мыши научились создавать между камерой и лекарством».
Уилбрехт отметил, что это исследование было бы невозможно без получения изображений мозга в реальном времени с помощью 2-фотонного лазерного сканирующего микроскопа, который был разработан в 2002 году. «Я вырос во время знаменитой общественной кампании, в которой демонстрировалась сковорода с жареными яйцами с сообщение: «Это ваш мозг на наркотиках», — вспоминал Вильбрехт. «Теперь, с помощью этого микроскопа, мы можем сказать, что это клетка мозга под действием наркотиков».