Gehirn-Biomarker sagt zwanghaftes Trinken voraus

Gehirn-Biomarker sagt zwanghaftes Trinken voraus

Salk-Wissenschaftler entdecken bei Mäusen einen Gehirnkreislauf, der den zwanghaften Alkoholkonsum steuert

LA JOLLA – Obwohl Alkoholkonsum in der modernen Gesellschaft allgegenwärtig ist, entwickelt nur ein Teil der Menschen Alkoholkonsumstörungen oder eine Sucht. Dennoch haben Wissenschaftler nicht verstanden, warum manche Menschen dazu neigen, Alkoholprobleme zu entwickeln, andere jedoch nicht. Jetzt haben Forscher des Salk Institute einen Gehirnschaltkreis entdeckt, der das Alkoholtrinkverhalten von Mäusen steuert und als Biomarker für die Vorhersage der späteren Entwicklung von zwanghaftem Trinken verwendet werden kann. Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in Forschung am 21. November 2019 und könnte möglicherweise Auswirkungen auf das Verständnis menschlicher Komasaufen und Sucht in der Zukunft haben.

„Ich hoffe, dass dies eine bahnbrechende Studie sein wird, da wir (zum ersten Mal) einen Gehirnschaltkreis gefunden haben, der dies genau kann vorhersagen welche Mäuse zwanghaften Alkoholkonsum entwickeln Wochen bevor das Verhalten beginnt“, sagt Kay Tye, Professor am Systems Neurobiology Laboratory und Inhaber des Wylie Vale Chair. „Diese Forschung schließt die Lücke zwischen Schaltkreisanalyse und Alkohol-/Suchtforschung und bietet einen ersten Einblick in die Art und Weise, wie sich Darstellungen von zwanghaftem Alkoholkonsum im Laufe der Zeit im Gehirn entwickeln.“

Die National Institutes of Health definieren eine Alkoholkonsumstörung als eine chronische Gehirnerkrankung, bei der eine Person zwanghaft trinkt, oft mit begleitenden negativen Emotionen. Frühere Forschungen konzentrierten sich auf die Untersuchung des Gehirns nachdem es entwickelt sich eine Trinkstörung. Tyes Team wollte die Schaltkreise im Gehirn entdecken, die für die Entstehung einer Veranlagung zur Entstehung von zwanghaftem Trinken verantwortlich sind, was zuvor noch nicht untersucht worden war.

„Wir wollten zunächst verstehen, wie das Gehirn durch Rauschtrinken verändert wird, um zwanghaften Alkoholkonsum hervorzurufen“, sagt Cody Siciliano, Erstautor und Assistenzprofessor in der Abteilung für Pharmakologie der Vanderbilt University. „Dabei stießen wir auf einen überraschenden Befund, bei dem wir tatsächlich vorhersagen konnten, welche Tiere auf der Grundlage neuronaler Aktivität beim allerersten Mal, wenn sie tranken, zwanghaft werden würden.“

In dieser Studie entwickelten die Forscher einen Test namens „Binge-Induced Compulsion Task“ (BICT), um zu untersuchen, wie die Anfälligkeit für Alkoholkonsum mit der Erfahrung interagiert, um bei Mäusen zwanghaftes Trinken hervorzurufen. Das BICT ermöglichte es den Forschern, den Alkoholkonsum sowie den Konsum mit negativen Folgen, wie etwa einem dem Alkohol zugesetzten bitteren Geschmack, zu untersuchen. Durch eine Reihe von Tests stellten die Wissenschaftler fest, dass die Mäuse in drei Gruppen eingeteilt werden konnten: geringe Trinker, hohe Trinker und zwanghafte Trinker. Im Gegensatz zu den ersten beiden Gruppen zeigten die zwanghaften Trinker eine Unempfindlichkeit gegenüber negativen Konsequenzen.

Anschließend verwendeten die Forscher eine bildgebende Technik namens mikroendoskopische Kalziumbildgebung mit Einzelzellauflösung, um die Zellen und Gehirnregionen von Interesse vor dem Trinken, während des Trinkens und nach dem Trinken von Alkohol darzustellen. Insbesondere untersuchten sie die Neuronenaktivität in zwei Regionen, die an der Verhaltenskontrolle und der Reaktion auf unerwünschte Ereignisse beteiligt sind: dem medialen präfrontalen Kortex bzw. der periaquäduktalen grauen Substanz. Sie fanden heraus, dass die Entwicklung von zwanghaftem Alkoholkonsum mit neuronalen Kommunikationsmustern zwischen den beiden Gehirnregionen zusammenhängt und ein Biomarker für die Vorhersage künftigen zwanghaften Alkoholkonsums ist. Darüber hinaus nutzten die Forscher die Optogenetik, um die Aktivität der Nervenbahn mithilfe von Licht zu steuern. Durch das Ein- und Ausschalten des Gehirnkreislaufs konnten die Wissenschaftler den zwanghaften Alkoholkonsum entweder steigern oder reduzieren.

„Jetzt können wir in das Gehirn schauen und Aktivitätsmuster finden, die vorhersagen, ob Mäuse in Zukunft zu zwanghaften Trinkern werden, bevor sich der Zwang entwickelt“, sagt Tye. „Wir wissen nicht, ob dieser Schaltkreis im Gehirn spezifisch für Alkohol ist oder ob derselbe Schaltkreis an mehreren unterschiedlichen zwanghaften Verhaltensweisen beteiligt ist, beispielsweise im Zusammenhang mit anderen Missbrauchssubstanzen oder natürlichen Belohnungen, daher müssen wir das untersuchen.“

Als nächstes planen die Wissenschaftler, diese kortikalen Hirnstammneuronen zu sequenzieren, um Ziele zu identifizieren, die für Therapeutika verwendet werden könnten.

Weitere Autoren waren Habiba Noamany, Chia-Jung Chang, Alex R. Brown, Xinhong Chen, Daniel Leible, Jennifer J. Lee, Joyce Wang, Amanda N. Vernon, Caitlin M. Vander Weele, Eyal Y. Kimchi und Myriam Heiman.

Die Arbeit wurde durch Zuschüsse der National Institutes of Health (F32 MH111216, K99 DA045103, R01-MH102441, DP2-DK102256 und DP1-AT009925), der Brain and Behavior Research Foundation, der New York Stem Cell Foundation und der JPB Foundation finanziert.

DOI: 10.1126/science.aay1186