Psychic trauma causes increased impulsivity in a model of gambling addiction by altering dopamine and serotonin metabolism in the prefrontal cortex

Sarng S. Pyurveev; Пюрвеев Сарнг Саналович; Andrei A. Lebedev; Лебедев Андрей Андреевич; Sergey G. Tsikunov; Цикунов Сергей Георгиевич; Inessa V. Karpova; Карпова Инесса Владимировна; Evgeny R. Bychkov; Бычков Евгений Рудольфович; Petr D. Shabanov; Шабанов Петр Дмитриевич

doi:10.17816/RCF568121

Психическая травма вызывает повышение импульсивности в модели игровой зависимости, изменяя обмен дофамина и серотонина в префронтальной коре

Авторы: Пюрвеев С.С.¹^,2, Лебедев А.А.¹, Цикунов С.Г.¹, Карпова И.В.¹, Бычков Е.Р.¹, Шабанов П.Д.¹
Учреждения:
1. Институт экспериментальной медицины
2. Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет
Выпуск: Том 21, № 4 (2023)
Страницы: 329-338
Раздел: Оригинальные исследования
Статья получена: 08.08.2023
Статья одобрена: 30.11.2023
Статья опубликована: 02.02.2024
URL: https://journals.eco-vector.com/RCF/article/view/568121
DOI: https://doi.org/10.17816/RCF568121
ID: 568121

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Статистика

Аннотация

Актуальность. Игровая зависимость (gambling) включает частые повторные эпизоды азартной игры, которые доминируют в ущерб социальным, профессиональным, материальным и семейным ценностям. Игровая зависимость часто сочетается с посттравматическим стрессовым расстройством.

Цель — изучение влияние стресса предъявления хищника на проявления игровой зависимости на животной модели в тесте вероятности и величины подкрепления в IOWA Gambling task и обмен моноаминов в префронтальной коре головного мозга у крыс.

Материалы и методы. Крыс обучали в тесте вероятности и величины подкрепления IOWA Gambling task в 3-лучевом лабиринте. Каждая побежка в рукаве 1 лабиринта подкреплялась 1 семенем подсолнуха, каждая вторая побежка в рукаве 2 — 2 семенами, каждая третья побежка в рукаве 3 — 3 семенами. Соответственно, половина заходов в рукав 2 и 2/3 заходов в рукав 3 оставались без поощрения. После обучения животных помещали в террариум к тигровому питону, где одно из них становилось жертвой его пищевых потребностей. На 14-й день после предъявления хищника определяли обмен дофамина и серотонина в префронтальной коре головного мозга с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии с электрохимической детекцией.

Результаты. Показано снижение содержания метаболита дофамина диоксифенилуксусной кислоты и отношения содержания диоксифенилуксусной кислоты к содержанию дофамина в префронтальной коре. Обнаружено также снижение содержания серотонина, его метаболита 5-гидроксииндолуксусной кислоты и отношения содержания 5-гидроксииндолуксусной кислоты к содержанию серотонина в префронтальной коре у крыс после контакта с хищником. При этом предъявление хищника вызывало у крыс значительные изменения в поведении, повышая импульсивность в принятии выбора в тесте вероятности и величины подкрепления в IOWA Gambling task. Острый витальный стресс предъявления хищника повышал число побежек в третий рукав лабиринта, что говорит о проявлении у животных более рискованного поведения, наблюдающегося в ситуации выбора подкрепления разной силы и вероятности.

Заключение. На модели у животных показано, что в основе патологической зависимости от азартных игр и неадекватного принятия решений, вызванных посттравматическим стрессовым расстройством, лежит истощение дофаминергической и серотонинергической систем префронтальной коры головного мозга.

Ключевые слова

стресс, посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР), игровая зависимость, дофамин, серотонин

Полный текст

АКТУАЛЬНОСТЬ

Игровая зависимость (gambling, гэмблинг) включает частые повторные эпизоды азартной игры, которые доминируют в ущерб социальным, профессиональным, материальным и семейным ценностям [1]. Игровая зависимость часто сочетается с посттравматическим стрессовым расстройством (ПТСР) [2]. Эти состояния могут иметь общую этиологию или возникать в ответ на схожие предшествующие факторы окружающей среды. Азартные игры дают психологическую разрядку и позволяют избежать симптомов, связанных с ПТСР [3]. Неконтролируемые приступы игромании могут быть формами избегания переживаний при преодолении таких симптомов ПТСР, как компульсивные и импульсивные расстройства поведения [4]. Игромания может стать способом избежать негативных эмоций и напряжения, вызванных травматическим опытом. В свою очередь, чрезмерное увлечение играми может привести к ухудшению психического и физического здоровья, что усугубляет симптомы ПТСР.

ПТСР — это психическое и поведенческое расстройство, которое может возникать в результате воздействия сверхсильного травмирующего события, как например, боевые действия, техногенные катастрофы, дорожно-транспортные происшествия, сексуальное насилие, жестокое обращение с детьми, насилие в семье или другие угрозы жизни человека (Национальный институт психического здоровья, 2017). Распространенность ПТСР колеблется от 1 до 12 % в общей популяции и достигает 30 % у населения, подвергшегося влиянию чрезвычайных ситуаций [5].

Население, особенно подверженное развитию игровой зависимости, отчасти из-за повышенного риска ПТСР, связанного с воздействием сверхсильного стрессора, — это военнослужащие. Игровая зависимость у лиц, получивших боевой опыт, недостаточно изучена по сравнению с другими нарушениями психического здоровья [6]. Показано, что вероятность развития гэмблинга у военнослужащих выше по сравнению с общей популяцией в целом [7], а статус военнослужащего может быть значительным фактором риска [8].

Реактивность к действию стрессоров, как было показано, связана с активностью дофаминергической, норадренергической и серотонинергической системами мозга [9].

Для понимания патофизиологии ПТСР был разработан ряд моделей на животных, и каждая из них имитировала определенное его проявление [10]. В нашей работе мы использовали модель воздействия предъявления хищника, поскольку оно является более естественным для наших модельных организмов (крысы). Модель вызывает поведенческие, молекулярные и физиологические изменения, которые повторяют многие из тех же изменений, наблюдаемых у пациентов с ПТСР [11].

В изучении игровой зависимости авторы предложили разделить сложную структуру игровой зависимости человека на следующие подтипы: импульсивный, компульсивный и аддиктивный. Для исследования импульсивного компонента игровой зависимости у человека в настоящее время используется тест IOWA Gambling task. Конструкция теста включает в себя непредсказуемость последствий выбора и необходимость применения поведенческих навыков, чтобы максимизировать прибыль в долгосрочной перспективе. В последнее время были разработаны животные модели теста IOWA. Эти модели в основном дополняют друг друга, но имеют свои особенности [12].

Вентромедиальная префронтальная кора человека традиционно ассоциируется с принятием решений в условиях риска. Согласно данным нейровизуализации лица с меньшим объемом вентромедиальной префронтальной коры характеризовались большей склонностью к азартным играм с высоким риском и стремлением к выигрышу [13, 14].

Цель — изучение влияние стресса предъявления хищника на проявления игровой зависимости в тесте вероятности и величины подкрепления IOWA Gambling task и обмен моноаминов в префронтальной коре головного мозга у крыс.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В работе было использовано 40 крыс-самцов линии Вистар, полученных из питомника лабораторных животных «Рапполово» (Ленинградская область).

Моделирование стресса предъявления хищника

Животных помещали в террариум к тигровому питону, где одно из них становилось жертвой пищевых потребностей хищника. Пережившие гибель партнера животные далее находились в террариуме за прозрачной перегородкой в течение 30–40 мин. Во время нанесения психической травмы у крыс фиксировали выраженные реакции страха, проявившиеся у животных в виде таких поведенческих актов, как «фризинг», сбивания в кучи, вертикальные стойки, продолжительный и измененный груминг. Отдельные животные могли осуществлять ажитированное бесконтрольное перемещение по террариуму. Контрольная группа крыс не подвергалась стрессорному воздействию (n = 10).

IOWA Gambling Task, тест вероятности и величины подкрепления

До предъявления хищника крыс обучали в тесте вероятности и величины подкрепления. Установка состояла из двух частей: стартовой камеры размерами 35 × 50 × 35 см и трех рукавов размерами 50 × 15 × 35 см. В конце каждого рукава лабиринта располагалась автоматическая кормушка. Перед тем как запустить крысу в лабиринт в каждом рукаве было предустановлено пищевое подкрепление. Следующая подача корма происходила, когда крыса покидала рукав и возвращалась в стартовую камеру. Животное каждый день помещали на стартовую площадку и тестировали пробежки в течение 10 мин без подачи каких-либо световых или звуковых сигналов. Крыс содержали в стандартных пластмассовых клетках в условиях специальной диеты — кормили ежедневно, ограничивая время доступа к пище 4 ч, при свободном доступе к воде [12]. Соответственно, перед каждым тестированием выдерживалась пищевая депривация в течение 20 ч. Крыс в течение 3 нед. обучали побежкам в 3-лучевом лабиринте. При подготовке животных к основному эксперименту использовали тренировочный режим выдачи. В начале тренировочного периода при каждом выборе рукава 1 крыса получала 1 семя подсолнечника. При каждом выборе рукава 2 — 2 семя, и при каждом выборе рукава 3 — 3. Этот период обучения длился 5 дней. Следующие два дня животных не тестировали и в первый день животные не ограничивались в доступе к пище, а на второй день выдерживалась 20-часовая пищевая депривация при свободном доступе к воде [15, 16].

На следующем этапе обучения устанавливали подачу подкрепления, принятую в основном эксперименте, изменялся при этом режим подкрепления. В кормушке 1 подавали одно семя подсолнечника в режиме FR1-1 (то есть каждая побежка в рукаве 1 лабиринта подкреплялась пищей), в кормушке 2 — 2 штуки в режиме FR2-2 (то есть каждая вторая побежка в рукаве 2 подкреплялась пищей), в кормушке 3 — 3 штуки в режиме FR3-3 (то есть каждая третья побежка в рукаве 3 подкреплялась пищей) [17]. К экспериментам с хищником приступали на следующий день после обучения в лабиринте (рис. 1).

Рис. 1. Схема установки теста вероятности и величины подкрепления

Метод высокоэффективной жидкостной хроматографии с электрохимической детекцией (ВЭЖХ/ЭД)

Эвтаназию животных выполняли путем декапитации на 14-й день после предъявления хищника и непосредственно на следующий день после тестирования импульсивности в поведении. Показано, что изменения обмена моноаминов развиваются постепенно после предъявления хищника. На 14-й день наблюдается снижение их активности в структурах мозга, отражая развитие депрессивноподобных состояний и посттравматического стрессорного расстройства [18]. Из коронарных срезов головного мозга на льду выделяли префронтальную кору. Образцы мозга крыс замораживали и хранили до хроматографического анализа при температуре –80 °C. Образцы мозга гомогенизировали в 0,1 N HCl и центрифугировали при 14 000 g в течение 15 мин [19]. Содержание дофамина (ДА), его метаболитов диоксифенилуксусной кислоты (ДОФУК), гомованилиновой кислоты (ГВК), содержание 5-гидрокситриптамина (серотонина, 5-ГТ), его метаболита 5-гидросииндолуксусной кислоты (5-ГИУК) определяли методом ВЭЖХ/ЭД на хроматографической системе Beckman Coulter с амперометрическим детектором LC-4C (BAS). Содержание моноаминов и их метаболитов в структурах мозга выражали в нг/мг ткани (рис. 2) [20].

Рис. 2. Головной мозг крысы и область исследования

Статистическую обработку производили в программе GraphPad Prism 8 (GraphPad Software, Inc., США). Различия в показателях обмена моноаминов в структурах мозга оценивали с помощью однофакторного дисперсионного анализа (One-Way ANOVA) с использованием post-hoc критерия Бонферрони для сравнения значимости различий между группами. Предварительно проводилась проверка выборки на нормальность распределения (критерий Колмогорова – Смирнова). Удельный вес посещения рукавов в тесте вероятности и величины подкрепления оценивали с помощью t-критерия Стьюдента. Различия считали достоверными при р < 0,05. Данные представлены как среднее арифметическое ± стандартная ошибка среднего арифметического.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В настоящей работе мы исследовали влияние стресса предъявление хищника на импульсивность в тесте величины и вероятности подкрепления.

У животных экспериментальной группы было обнаружено статистически достоверное (p < 0,001) снижение посещения рукава 1 лабиринта, относительно группы контроля (рис. 3, а). Посещение животным этого рукава лабиринта гарантировало вознаграждение с высокой вероятностью (100 %), но с наименьшим пищевым подкреплением (1 семя подсолнечника). При этом наблюдается статистически достоверное (p < 0,05) увеличение числа посещений рукава 3 лабиринта у животных, переживших психотравмирующее событие, относительно контрольной группы (рис. 3, b). Посещение животным этого рукава гарантировало вознаграждение с наименьшей вероятностью (33 %), но с наибольшим пищевым подкреплением (3 семени). Мы также обнаружили, что суммарное число посещений всех трех рукавов у экспериментальных крыс было в 2 раза (p < 0,001) ниже, чем этот показатель у контрольных крыс (рис. 3, b).

Рис. 3. Влияние стресса предъявления хищника на поведение крыс в ситуации выбора вероятности и силы пищевого подкрепления в трехлучевом лабиринте: а — удельный вес посещений первого рукава лабиринта; b — удельный вес посещений третьего рукава лабиринта; c — суммарное количество (n) пробежек в рукава. ПТСР — посттравматическое стрессовое расстройство. * p < 0,05; ** p < 0,001

У крыс в префронтальной коре содержание ДОФУК после предъявления хищника снижалось с 1,54 ± 0,31 до 0,52 ± 0,18 нг/мг ткани (p < 0,05) по сравнению с показателями, измеренными у интактных крыс. Соотношение ДОФУК/ДА также снижалось после предъявления хищника по сравнению с группой контрольных животных с 3,73 ± 1,21 до 1,10 ± 0,33 соответственно (p < 0,05) (рис. 4).

Рис. 4. Содержание дофамина и его метаболита ДОФУК в префронтальной коре мозга у интактного контроля и животных, переживших предъявление хищника. * p < 0,05 — достоверные отличия по сравнению с контрольной группой. ДА — дофамин, ДОФУК — диоксифенилуксусная кислота, ГВК — гомованилиновая кислота

У крыс в префронтальной коре содержание 5-ГИУК снижалось с 17,29 ± 1,68 до 12,70 ± 1,08 нг/мг ткани (p < 0,05) по сравнению с показателями, измеренными у интактных крыс. Показатель 5-ГИУК/5-ГТ также снижался после предъявления хищника по сравнению с группой контрольных (интактных) животных с 6,75 ± 0,77 до 3,70 ± 0,28 соответственно (p < 0,05) (рис. 5).

Рис. 5. Содержание серотонина и его метаболита 5-ГИУК в префронтальной коре мозга у интактных контрольных животных и у животных, переживших предъявление хищника. * p < 0,05 — достоверные отличия по сравнению с контрольной группой. 5-ГТ — 5-гидрокситриптамин, серотонин, 5-ГИУК — 5-гидросииндолуксусная кислота

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Полученные данные свидетельствуют, что однократное применение животной модели посттравматического стрессового расстройства предъявления хищника вызывает значительные изменения в поведении животных, повышая импульсивность в принятии выбора в тесте вероятности и величины подкрепления и изменяя обмен моноаминов в префронтальной коре головного мозга у крыс. Известно, что последствия воздействия сверхсильного стрессора на организм человека и животных проявляются в виде нарушений когнитивной сферы и настроения [21, 22]. Показано, что при действии витального стресса у крыс наблюдаются изменения в когнитивной сфере, включая повышенную тревожность и компульсивность, что сопровождается снижением коммуникативности и вертикальной двигательной активности [23].

Однако исследований, посвященных роли стрессового воздействия и связанного с ним развития игровой зависимости, в литературе недостаточно. Одной из отличительных черт азартных игр является наличие неопределенности. Считается, что непредсказуемость и неопределенность вознаграждения повышают чувствительность систем подкрепления [24]. Исследования на животных моделях предполагают, что неопределенность в условиях теста вероятности и величины подкрепления может привести к дополнительной активации значимости стимула, связанного с вознаграждением. Изменение режима подкрепления значительно увеличивает внимание и привлекательность, направленные на сигнал о вознаграждении, делая неопределенные сигналы более «желанными» [25]. Роль неопределенности в повышении чрезмерной ценности поощрения также можно наблюдать у людей. Показано, что проблемные игроки проявляют активацию произвольного внимания к неопределенным сигналам, связанным с азартными играми, по сравнению со контрольной группой лиц, предполагая, что эти стимулы приобретают повышенную значимость у игроков и могут обладать свойствами «мотивационного магнита» [15].

Существуют также прямые доказательства повышения чувствительности дофаминергической системы у животных в условиях, сходных с азартными играми, о чем свидетельствует их повышенная реактивность на однократную дозу амфетамина [23]. Крысы, находившиеся в условиях максимальной неопределенности подкрепления, демонстрировали наибольшую локомоторную реакцию после введения амфетамина. Это согласуется с данными о более выраженной локомоторной реакции, вызванной введением амфетамина, у крыс, обученных нажимать на рычаг для получения вознаграждения с варьирующим режимом подкрепления. Повторное воздействие неопределенности подкрепления приводит к самовведению большего количества амфетамина [23]. Введение непрямого адреномиметика фенамина в дозе 0,5 мг/кг увеличивало число заходов в рукав с высокой величиной подкрепления при малой вероятности получения вознаграждения в IOWA Gambling Task [12].

Показано, что постстрессорные когнитивные нарушения связаны с изменением объема префронтальной коры, миндалины и гиппокампа, что делает эти области важными объектами для исследования эффектов стресса. В данных структурах выявлено высокое содержание кортикостероидных рецепторов, что может лежать в основе их влияния на возбуждение дофаминергических нейронов среднего мозга в ответ на аверсивные стимулы.

Полученные в работе данные позволяют предположить, что воздействие неопределенности вознаграждения и азартных игр может повысить чувствительность дофаминовой системы головного мозга, что в свою очередь, может способствовать переходу от случайных азартных игр к формированию игровой зависимости. Наши предыдущие исследования показали, что изменения обмена моноаминов в префронтальной коре развиваются постепенно к 14-му дню после предъявления хищника, отражая развитие депрессивноподобных состояний и посттравматического стрессорного расстройства [3]. В настоящем исследовании мы не получили статистически значимых изменений уровня дофамина в префронтальной коре у животных на 14-й день после контакта с хищником, что согласуется с рядом работ [26]. Однако мы обнаружили достоверные изменения в концентрации метаболита дофамина: содержание ДОФУК на 14-й день после предъявления хищника снижалось по сравнению с показателями у интактных крыс. Показатель ДОФУК/ДА также снижался на 14-й день после предъявления хищника по сравнению с группой контрольных животных.

Мы также обнаружили достоверное снижение содержание 5-ГТ и его метаболита 5-ГИУК в префронтальной коре у крыс после контакта с хищником. Показатель 5-ГИУК/5-ГТ также снижался на 14-й день после предъявления хищника по сравнению с группой контрольных (интактных) животных. Нейроны, содержащие 5-ГТ, находятся в стволе мозга и проецируются на множество областей переднего мозга, включая миндалину, ядра ложа конечной полоски, гиппокамп, гипоталамус и префронтальную кору. Считается, что серотониновые нейроны дорсального ядра шва опосредуют анксиогенные эффекты через 5HT2-рецепторы и проекции на миндалину в гиппокамп [27].

С результатами наших экспериментов согласуются данные, полученные на человеке, свидетельствующие, что существует зависимость между уровнем 5-ГТ и импульсивностью, которая может влиять на принятие решений. Некоторые варианты генов, связанных с функционированием серотонинергической системы, ассоциируются с дефицитом в принятии решений во время азартных игр. В частности, пациенты с депрессией, которые совершали ошибки и демонстрировали повышенный выбор неблагоприятных вариантов в игре, оказались носителями особой формы гена серотонинового транспортера (5-HTTLPRs).

Полученные в работе данные свидетельствуют об участии серотониновой системы префронтальной коры в повышении уровня импульсивности, вызванном стрессом предъявления хищника. В целом, эти данные указывают на то, что серотонинергическая синаптическая передача может отрицательно влиять на принятие решений в игровых тестах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные в работе данные свидетельствуют об истощении дофаминергической и серотонинергической систем мозга у крыс на 14-й день после предъявления хищника. Показано снижение содержания метаболита дофамина ДОФУК и отношения ДОФУК/ДА в префронтальной коре. Обнаружено снижение содержания 5-ГТ, его метаболита 5-ГИУК и отношения 5-ГИУК/5-ГТ в префронтальной коре у крыс после контакта с хищником. При этом предъявление хищника вызывало у крыс значительные изменения в поведении, повышая импульсивность в принятии выбора в тесте вероятности и величины подкрепления в IOWA Gambling task. Как было показано в настоящих экспериментах, острый витальный стресс предъявления хищника повышал число побежек в рукав 3 лабиринта, что говорит о проявлении у животных более рискованного поведения, наблюдаемого в ситуации выбора подкрепления разной силы и вероятности.

Таким образом, в настоящей работе на модели у животных показано, что в основе патологической зависимости от азартных игр и неадекватного принятия решений, вызванных ПТСР, лежит истощение дофаминергической и серотонинергической систем префронтальной коры головного мозга.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией. Вклад каждого автора: С.С. Пюрвеев, А.А. Лебедев, С.Г. Цикунов — планирование и проведение эксперимента, написание и редактирование статьи; И.В. Карпова — сбор данных, написание и редактирование статьи; Е.Р. Бычков — обработка данных, написание и редактирование статьи; П.Д. Шабанов — разработка общей концепции.

Источник финансирования. Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России FGWG-2023-0001 «Разработка технологий коррекции посттравматических и связанных со стрессом расстройств».

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Этический комитет. Протокол исследования был одобрен локальным этическим комитетом ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины» (протокол № 6 от 14.06.2022).

Об авторах

Сарнг Саналович Пюрвеев

Институт экспериментальной медицины; Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: dr.purveev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4467-2269
SPIN-код: 5915-9767
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург