Mechanismus für süchtiges Verhalten im Gehirn nachgewiesen

Was unterscheidet die Gehirne der Menschen, die kontrolliert konsumieren, von jenen, bei denen der Konsum aus dem Ruder gerät? Ein Forschungsteam aus der Schweiz hat möglicherweise einen wichtigen Mechanismus im Gehirn von Mäusen entdeckt.

Bild: BillionPhotos.com / Fotolia.de

Manche Raucherinnen und Raucher können auch dann nicht vom Glimmstängel lassen, wenn sie bereits chronische Atemwegserkrankungen haben. Andere trinken weiter Alkohol, obwohl ihr Konsum schon zu Problemen in der Beziehung oder bei der Arbeit nach sich gezogen hat. Es gibt Kiffer, die ihr Studium derart schleifen lassen, dass sie Gefahr laufen, von der Uni zu fliegen - und trotzdem weiter kiffen.

Nicht jedem Menschen gelingt es, Drogen kontrolliert zu konsumieren. Der fortgesetzte Konsum trotz negativer Folgen ist ein typisches Merkmal für süchtiges Verhalten. Schätzungen zufolge entwickelt eine von fünf Personen, die Drogen konsumieren, eine Abhängigkeit. „Etwa 20 Prozent der Konsumierenden von Suchtmitteln wie Kokain, Heroin und Amphetamine erfüllen schließlich dieses diagnostische Kriterium“, schreiben Christian Lüscher und sein Team in ihrem Artikel, den sie in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlicht haben.

Was passiert im Gehirn, wenn das Verhalten einen zwanghaften Charakter angenommen hat? Die Forscherinnen und Forscher der Universität Genf haben möglicherweise eine wichtige Entdeckung gemacht, die erklären könnte, warum manche Menschen das offenkundig schädliche Konsumverhalten nicht einstellen können. „Wir wissen nicht, warum die eine Person drogenabhängig wird, eine andere aber nicht“, erklärt Christian Lüscher. „Aber unsere Studie hat Unterschiede im Gehirn identifizieren können, die zwischen beiden Verhaltensweisen differenziert.“

Drogen wirken auf Neuronen, die Dopamin ausschütten

Nach Aussagen des Forschungsteams ist allen Drogen mit Suchtpotential gemeinsam, dass sie im Gehirn die Aktivität des Neurotransmitters Dopamin beeinflussen. Dies betrifft vor allem das mesolimbische System, auch bekannt als Belohnungssystem. So fördert Amphetamin beispielsweise die Ausschüttung von Dopamin in den synaptischen Spalt, so dass der nachfolgende Rezeptor besonders stark aktiviert wird.

Eine Synapse bildet die Verbindung einer Nervenzelle zur nächsten. Die Übertragung eines elektrischen Impulses von einer Nervenzelle zur nächsten erfolgt über chemische Substanzen, die als Neurotransmitter bezeichnet werden. In der präsynaptischen Endigung einer Nervenzelle wird der Neurotransmitter ausgeschüttet und von den Rezeptoren im postsynaptischen Bereich der nächsten Nervenzelle aufgenommen. Von dort setzt sich der elektrische Impuls fort. Der Neurotransmitter wird anschließend in den präsynaptischen Bereich wieder aufgenommen.

Kokain verstärkt ebenfalls die Aktivität dopaminerger Rezeptoren, dies allerdings vorwiegend durch die Hemmung der Wiederaufnahme von Dopamin in die präsynaptische Endigung. Andere Drogen mit Suchtpotential wie Cannabis oder Opioide vermitteln ebenfalls zumindest einen Teil ihrer Wirkung über das Dopaminsystem.

Das Forschungsteam der Universität Genf hat mit einer speziellen Technik gearbeitet, um das Dopaminsystem bei gentechnisch veränderten Mäusen manipulieren zu können. Mittels Laserlicht, das über eine Glasfaser in das Gehirn der Mäuse gelangte, konnte das Team direkt die Aktivität von Dopaminneuronen beeinflussen und so das Belohnungsempfinden auslösen. In den Versuchen konnten die Mäuse das Laserlicht selbst durch Drücken eines Hebels auslösen. Drückten sie den Hebel, wurde nach kurzer Verzögerung Dopamin ausgeschüttet, ähnlich dem Effekt von Drogenkonsum. Diese Aktion führten die Tiere zunächst über einen Zeitraum von etwa zwei Wochen durch, damit sich der Lerneffekt - Hebel drücken zieht Dopaminauschüttung nach sich - bei den Tieren einprägen konnte.

Mäuse nehmen für Dopaminausschüttung Schmerzen in Kauf

An den folgenden Tagen erhielten die Mäuse bei einem Drittel der Hebelbetätigungen zufällig einen zwar nicht gefährlichen, aber unangenehmen Stromschlag. Dabei konnte das Team beobachten, dass einige, aber nicht alle Tiere das Hebelpressen reduzierten. 40 Prozent der Mäuse drückten den Hebel deutlich seltener, während die restlichen 60 Prozent Schmerzen in Kauf nahmen, um weiterhin ihre Dopaminneuronen stimulieren zu können. Die Beobachtung, dass ein Teil der Mäuse ihr Verhalten trotz negativer Folgen aufrechterhält, würde dem Verhalten von Menschen ähneln, die ihren Drogenkonsum trotz nachweislich schädlicher Folgen fortsetzen.

Nun stellte sich die Frage, was die ausdauernd hebeldrückenden Mäuse von den übrigen Tieren unterscheidet. Hierzu untersuchte das Forschungsteam die Aktivität von Neuronen, die verschiedene Hirnareale miteinander verbinden, und zwar während die Mäuse den Hebel betätigten. Es zeigte sich, dass eine synaptische Verbindung zwischen einer wichtigen Instanz für die Entscheidungsfindung, dem orbitofrontalen Kortex, und dem so genannten dorsalen Striatum besonders aktiv war. Das dorsale Striatum ist für willkürliche Bewegungsabläufe von Bedeutung und ist zudem Teil des Belohnungssystems.

Neuronale Verbindung hemmt oder fördert süchtiges Verhalten

Das Team konnte nun beobachten, dass die Aktivität dieser neuronalen Verbindung kurz vor dem Hebeldrücken und der Inkaufnahme eines elektrischen Schocks zunahm. Wurde die Verbindung künstlich gehemmt, stellten auch die zuvor ausdauernd hebeldrückenden Tiere ihre Aktivität ein. Wurde die Hemmung aufgehoben, fingen die Mäuse wieder an, den Hebel zu drücken. Liegt in dieser Verbindung womöglich der Schlüssel zum zwanghaften Verhalten bei einer Sucht?

Tatsächlich konnte das Forschungsteam nachweisen, dass die Stärke der synaptischen Verbindung zwischen den Neuronen des orbitofrontalen Kortex und dem dorsalen Striatum bei den Mäusen, die trotz Schmerzen weiter den Hebel drückten, zugenommen hatte. Mäuse, die das Hebeldrücken einstellten, zeigten eine weniger starke Verbindung beider Hirnareale.

Um die Bedeutung dieser Verbindung zu testen, manipulierte das Forschungsteam die Stärke der synaptischen Verbindung zwischen dem orbitofrontalen Kortex und dem dorsalen Striatum. Wurde die Verbindung abgeschwächt, reduzierte sich das Hebeldrücken bei Mäusen, die einen Stromschlag bislang tolerierten. Umgekehrt konnten Mäuse, die angesichts des Schmerzreizes auf eine Hebelbetätigung verzichteten, durch die Stärkung der synaptischen Verbindung dazu gebracht werden, dies trotzdem zu tun.

Noch unklar, warum nicht alle Mäuse Suchtverhalten zeigen

Kann die durch einen Laser stimulierte Dopaminausschüttung im Tierversuch auch auf den Drogenkonsum von Menschen übertragen werden? Nach Einschätzung des Forschungsteams muss zwar eingeräumt werden, dass der Laser zu einer fast unmittelbaren Belohnungsempfinden führt, während zwischen der Einnahme einer Droge und dem Wirkbeginn etwas mehr Zeit verstreicht. In einer früheren Studie hätten sie aber zeigen können, dass durch die Gabe von Kokain und der neuronalen Aktivierung durch den Laser eine nahezu identische Veränderung bei Dopamin-Neuronen und ihren unmittelbar nachgelagerten Zielen beobachtet werden kann.

Nicht geklärt werden konnte die Frage, warum die Selbststimulation von Dopamin-Neuronen nur bei einem Teil der Mäuse zu zwanghaftem Verhalten geführt hat, zumal es sich um genetisch identische Tiere handelte. „Das ist die Frage, die wir in unserer zukünftigen Forschung versuchen wollen zu beantworten“, sagt Lüscher. Denkbar seien epigenetische Einflüsse, die jedes Lebewesen einzigartig machen und die Gehirnfunktion beeinflussen. Die Epigenetik beschreibt nicht Veränderungen der Gene selbst, sondern den Prozess des Auslesens von genetisch gespeicherten Informationen. Der Ausleseprozess kann durch äußere Faktoren beeinflusst werden, so dass bestimmte Gene ein- oder ausgeschaltet werden.

Durch die Identifikation einer neuronalen Verbindung, der süchtigem Verhalten zugrunde liegt, würden sich möglicherweise neue Behandlungsmöglichkeit ergeben, sei es durch Medikamente oder durch die gezielte Stimulation von Hirnregionen.

Quellen:

• Pressemitteilung Universität Genf (19.12.2018)
• Janak, P. (2018). Brain circuits of compulsive drug addiction identified. Nature, 564, 349-350.
• Pascoli, V., Hiver, A., Van Zessen, R., Loureiro, M., Achargui, R., Harada, M., Flakowski, J. & Lüscher, C. (2018). Stochastic synaptic plasticity underlying compulsion in a model of addiction. Nature, 564, 366-37.