Ako amfetamín narúša vnímanie času: Štúdia odhaľuje dopad na koordináciu neurónov

Nová štúdia publikovaná v Neuropharmacology odhaľuje, ako amfetamín, stimulant bežne zneužívaný, ovplyvňuje mozgovú aktivitu a schopnosť presne odhadnúť čas tým, že narúša koordináciu neurónov v prefrontálnej kôre.

Amfetamín, silný stimulant, zvyšuje hladiny dopamínu a noradrenalínu v mozgu. Hoci môže dočasne zlepšiť sústredenie a pozornosť, má aj vedľajšie účinky, najmä pri vysokých dávkach alebo bez lekárskeho dohľadu. Jedným z problémov je jeho vplyv na exekutívne funkcie, ako plánovanie, pozornosť a sebaovládanie. Prefrontálna kôra, ktorá je zapojená do týchto funkcií, je obzvlášť citlivá na zmeny hladín dopamínu, ktoré amfetamín výrazne ovplyvňuje.

Nová štúdia, ktorú viedli Matthew Weber a Nandakumar Narayanan na University of Iowa, sa zamerala na pochopenie, ako amfetamín ovplyvňuje mozgovú aktivitu počas úloh vyžadujúcich exekutívnu kontrolu. "Amfetamín je často zneužívaná droga, ktorá spôsobuje uvoľňovanie dopamínu z neurónov a zabraňuje jeho spätnému vychytávaniu. Vieme, že amfetamín má obrovský vplyv na kognitívne funkcie, ale nevieme prečo alebo ako. Preto sme uskutočnili túto štúdiu," uviedol Narayanan.

Výskumníci sa zamerali na časové intervaly – úlohu, pri ktorej zvieratá odhadujú časové intervaly niekoľkých sekúnd, aby získali odmenu. Táto metóda je bežná, pretože závisí od prefrontálnej kôry a vyžaduje pozornosť a pracovnú pamäť. Umožňuje merať presnosť a konzistentnosť odhadov.

Komentár redakcie: Štúdia na hlodavcoch poukazuje na to, že amfetamín narúša vnímanie času tým, že znižuje koordináciu neurónov v prefrontálnej kôre, čo má dopad na rozhodovanie a pozornosť. Hoci výsledky nemusia byť priamo prenosné na ľudí, poskytujú cenné informácie pre pochopenie vplyvu amfetamínu na mozog a kognitívne funkcie.

Štúdia mala dve časti. Najprv vykonali meta-analýzu 15 predošlých štúdií na hlodavcoch a zistili, že amfetamín významne ovplyvňuje presnosť časovania, čím odhady zvierat robí premenlivejšími. Hoci ovplyvnil aj presnosť, dopad na premenlivosť bol silnejší. Následne uskutočnili experiment na myšiach trénovaných na úlohu časových intervalov. Myši sa naučili prepínať medzi dvoma portami na základe uplynutého času, pričom za správne načasovanie dostávali odmeny. Po niekoľkých týždňoch tréningu implantovali elektródy do prefrontálnej kôry myší, aby monitorovali aktivitu neurónov počas úlohy. Prvý deň dostali injekciu soľného roztoku ako základnú hodnotu. Druhý deň dostali injekciu amfetamínu.

Po podaní amfetamínu sa u myší zvýšila premenlivosť v časovaní. Ich priemerné načasovanie sa mierne posunulo dopredu, ale najvýraznejší bol vplyv na nekonzistentnosť rozhodnutí. To potvrdilo výsledky meta-analýzy a naznačilo, že amfetamín sťažil myšiam udržanie stabilných odhadov času.

Na nervovej úrovni sa výskumníci zamerali na aktivitu známu ako "ramping" – postupné zmeny v rýchlosti aktivácie neurónov počas časového intervalu. Táto aktivita odráža spôsob, akým mozog sleduje čas. V normálnych podmienkach vykazuje mnoho neurónov v prefrontálnej kôre stabilný nárast alebo pokles aktivity. Po podaní amfetamínu sa však táto aktivita stala výrazne premenlivejšou. Priemerná rýchlosť aktivácie sa nezmenila, ale konzistentnosť "ramping" vzoru áno. To naznačuje, že vnútorné hodiny mozgu nefungovali spoľahlivo.

"Predpokladali sme, že amfetamín naruší funkciu mozgu, ale prekvapilo nás, že narušil spôsob, akým tieto neuróny spolupracujú," povedal Narayanan. "Zistili sme, že amfetamín oslabil interakcie medzi neurónmi. To poskytuje nový pohľad na to, ako neuróny v prefrontálnej kôre spolupracujú a ako amfetamín túto spoluprácu narúša."

Koordinácia medzi neurónmi sa po expozícii amfetamínu oslabila. Neuróny, ktoré za normálnych okolností vykazovali synchronizovanú aktivitu, sa stali menej funkčne prepojenými. Pomocou meraní aktivity medzi pármi neurónov výskumníci ukázali, že kooperatívne vzory aktivácie, ktoré boli pozorované v normálnych podmienkach, sa znížili po podaní drogy. Tieto oslabené interakcie môžu odrážať narušenie nervových sietí, ktoré podporujú komplexné časovanie a rozhodovacie procesy.

Ďalším kľúčovým zistením bolo zníženie nízko-frekvenčných mozgových rytmov v rozsahu 2–5 Hz, ktoré sú často spojené s kognitívnou kontrolou a pozornosťou. Tieto oscilácie sa po podaní amfetamínu v prefrontálnej kôre znížili. Ich narušenie môže vysvetliť stratu presnosti pozorovanú v behaviorálnych dátach.

Výsledky poskytujú dôkazy o tom, že amfetamín ovplyvňuje spôsob, akým mozog spracováva čas, narušením konzistentnosti a koordinácie neurónovej aktivity v prefrontálnej kôre. Účinky boli pozorované už po jednej dávke lieku, čo naznačuje, že aj akútna expozícia môže narušiť základné aspekty exekutívnych funkcií.

"Zamerali sme sa na jednoduché kognitívne správanie – časovanie intervalov niekoľkých sekúnd, ktoré nám pomáha orientovať sa v každodenných interakciách so svetom," vysvetlil Narayanan. "Naša štúdia, ktorá bola vykonaná na hlodavcoch a zamerala sa na prefrontálnu kôru, ponúka pohľad na to, ako amfetamín ovplyvňuje toto kognitívne správanie. Veríme, že to má význam pre pochopenie užívania drog, liečby a chorôb, ako je Parkinsonova choroba a schizofrénia, ktoré zahŕňajú dopamín."

Štúdia má aj obmedzenia. Použitá dávka amfetamínu bola na vyššej hranici dávkovania pre hlodavce a nemusí presne zodpovedať typickému užívaniu u ľudí. Navyše bol liek podaný systémovo, ovplyvňujúc celý mozog. Hoci sa výskumníci zamerali na prefrontálnu kôru, amfetamín ovplyvňuje aj iné oblasti, ako je striatum, ktoré je zapojené do presnosti časovania. Budúci výskum bude musieť izolovať špecifické príspevky rôznych oblastí mozgu a neurotransmiterových systémov.

Ďalším obmedzením je, že štúdia skúmala účinky len jednej dávky. Nie je jasné, ako opakované alebo chronické užívanie amfetamínu ovplyvňuje spracovanie času a nervovú koordináciu. Budúce štúdie by mohli kombinovať nervové záznamy s technikami, ktoré umožňujú presnejšiu manipuláciu s mozgovými obvodmi, ako je optogenetika.

"Naša štúdia bola vykonaná na hlodavcoch, takže musíme byť opatrní pri prenášaní výsledkov na ľudí," poznamenal Narayanan. "Dôvodom, prečo študujeme časovanie, je, že všetci cicavci, od hlodavcov po ľudí, majú podobné mozgové procesy, ktoré nám pomáhajú orientovať sa v čase."

"Amfetamín je komplexný liek, ktorý ovplyvňuje mnoho rôznych oblastí mozgu. Študujeme, ako sú zapojené aj iné oblasti mozgu, a vyvíjame oveľa špecifickejšie metódy na skúmanie toho, ako amfetamín ovplyvňuje kognitívne funkcie."

"Naším cieľom je zistiť, ako dopamín ovplyvňuje nervové obvody kognície," dodal Narayanan. "Prostredníctvom usilovnej práce a prísnej vedy toto poznanie povedie k novým biomarkerom a možno aj k novým liečbam pre choroby, ktoré narúšajú kogníciu."

"Jediný spôsob, ako získavame nové poznatky, je prostredníctvom starostlivej a prísnej vedy – radi by sme poďakovali americkej verejnosti a National Institutes of Health za financovanie tejto práce. Dúfame, že budeme pokračovať v práci na tomto probléme, aby sme lepšie porozumeli a našli lepšie liečby pre závislosť od amfetamínu, ADHD, Parkinsonovu chorobu a schizofréniu."

Štúdiu "Amphetamine increases timing variability by degrading prefrontal temporal encoding" napísali Matthew A. Weber, Kartik Sivakumar, Braedon Q. Kirkpatrick, Hannah R. Stutt, Ervina E. Tabakovic, Alexandra S. Bova, Young-cho Kim a Nandakumar S. Narayanan.