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Dopaminérgica sistema de recompensa: una revisión integradora corto

La memoria es un elemento esencial para la conducta adaptativa, ya que permite la consolidación de la experiencia pasada guiar el tema a tener en cuenta en futuras experiencias. Entre las moléculas endógenas que participan en la consolidación de la memoria, incluyendo la recompensa de búsqueda de drogas, considerado como una forma de aprendizaje, es la dopamina. Este neurotransmisor modula la actividad de núcleo específica del cerebro tales como accumbens núcleos, putamen, el área tegmental ventral (VTA), entre otros y sincroniza la actividad de estos núcleos para establecer el mecanismo neurobiológico para fijar el elemento de hedónica de aprendizaje. Se revisa la evidencia experimental que pone de relieve la actividad de diferentes núcleos cerebrales que modulan los mecanismos por los que la dopamina sesgos de memoria hacia los acontecimientos que son de importancia motivacional.

introducción
Desde la dopamina (DA) fue descrito como un neurotransmisor en el sistema nervioso central hace medio siglo [1], su participación en el control del movimiento ha sido durante mucho tiempo enfatizado debido a la asociación entre la cantidad de agotamiento y de motor déficits DA estriatal observada en la enfermedad de Parkinson (PD) [2]. Diversos experimentos han dado lugar a una serie de intervenciones terapéuticas para aliviar los síntomas de los pacientes, como la terapia de L-DOPA [3]. Se sabe que el DA está involucrado en la neurobiología y síntomas de una miríada de enfermedades neurológicas y psiquiátricas, como la esquizofrenia y el trastorno de hiperactividad y déficit de atención, y está siendo considerado como un elemento esencial en el sistema de recompensa del cerebro y en la acción de muchos fármacos con potencial de abuso [4,5].

Aunque las neuronas dopaminérgicas representan menos del 1% de la población neuronal total del cerebro [6], que tienen un profundo efecto sobre la función cerebral. Por ejemplo, hay modificaciones de la plasticidad sináptica como consecuencia de aprendizaje y la memoria, debido a la actividad de los receptores metabotrópicos de DA [6,7]. El aprendizaje es un cambio en la capacidad de respuesta a un estímulo particular, mientras que la memoria es la modificación celular que media ese cambio. A este respecto, la evidencia reciente indica que DA está implicado en recompensa relacionada con el aprendizaje incentivo [8,9]. Sin embargo, el mecanismo que implica DA modulación de elección de comportamiento hacia las recompensas disponibles sigue siendo desconocido. En esta revisión, se analiza la visión actual de la función de la DA en el aprendizaje y la conducta, con especial atención a recompensar el comportamiento de búsqueda.

Sistema gratificante y Cerebro
Las recompensas se definen como aquellos objetos, que vamos a trabajar para adquirir a través de la asignación de tiempo, energía y esfuerzo; es decir, cualquier objeto o meta que buscamos [10]. Las recompensas son cruciales para el individuo y apoyan los procesos elementales tales como beber, comer y la reproducción. La definición del comportamiento de la recompensa atribuye también algunas de las funciones no alimentarias y no sexuales, como los juegos de azar. Recompensas involucran agentes en tan diversos comportamientos de forrajeo y negociación en los mercados de valores [10].

Debido a este requisito, se ha propuesto que existe un único sistema neural que procesa recompensas en sus diferentes modalidades y de ese modo funciona como una escala común a través del cual diversas recompensas pueden ser contrastadas [11].

Varias líneas de evidencia apoyan la conclusión de que el sistema DA mesencefálico del cerebro responde a las recompensas. Pero, ¿cuál es el papel de la DA juega en el procesamiento de la recompensa? No hay evidencia sólida disponible sobre este tema [6,12,13]. Sin embargo, se ha demostrado que DA está involucrado en el componente hedónica de recompensa [6,14]. Varias líneas de evidencia indican que la recepción de recompensas evoca un aumento en la actividad de DA; sin embargo, existen numerosas condiciones para que esto no se sostiene. Se han propuesto varias hipótesis para dibujar un mecanismo diferente [14,15]. Por ejemplo, se ha sugerido que los cambios de actividad en las neuronas DA codifican un error en la predicción de la hora y la cantidad de recompensas inmediatas y futuras (la hipótesis de error de predicción), por lo tanto, la actividad de DA es la hipótesis de indicar que la inmediata o futura perspectivas de recompensa es mejor de lo esperado.

El sistema de la dopamina mesocorticolímbico
En el cerebro adulto, las neuronas dopaminérgicas son un grupo heterogéneo de células localizada en el mesencéfalo, diencéfalo y el bulbo olfatorio [6,16]. Sin embargo, casi todas las células DA residen en la parte ventral del mesencéfalo (Figura 1). Neuronas dopaminérgicas Mesodiencephalic forman sustancia negra pars compacta (SNC), el área ventral tegmental (VTA) y el campo retrorubral (FRR). Además, el sistema nigroestriatal, que se origina en el SNc y se extiende sus fibras en el núcleo caudado-putamen, juega un papel esencial en el control del movimiento voluntario [17,18]. El sistema DA incluye la vía mesolímbica y mesocortical, que surgen de VTA y que se han sugerido para modular el comportamiento relacionado con las emociones [14,19,20]. El sistema dopaminérgico mesolímbico incluye VTA que se proyectan principalmente al núcleo accumbens (NAC), así como el tubérculo olfatorio que inervan el tabique, la amígdala y el hipocampo. Por otro lado, el sistema dopaminérgico mesocortical que incluye el VTA, extiende sus fibras en la prefrontal, cingulada y la corteza perirrinal. Debido a la superposición entre estos dos sistemas que a menudo se conocen colectivamente como el sistema mesocorticolímbico [21,22].

thumbnailFigure 1. Visión general de las estructuras de recompensa en el cerebro humano. Las neuronas dopaminérgicas se encuentran en la sustancia negra del mesencéfalo estructuras (SNC) y el área tegmental ventral (VTA). Sus axones proyectan al estriado (núcleo caudado, putamen y estriado ventral incluyendo núcleo accumbens), el dorsal y la corteza prefrontal ventral. Estructuras cerebrales adicionales influenciados por recompensa incluyen el área complementaria de motor en el lóbulo frontal, la corteza rinal en el lóbulo temporal, el pálido y el núcleo subtalámico en los ganglios basales, y algunos otros.
En el cerebro humano, hay relativamente pocas neuronas en la SNc y VTA (menos de 400.000 en la SNc y aproximadamente 5.000 en el VTA [16,23]). A pesar de que el número de neuronas es pequeño, las proyecciones de las neuronas individuales son extensas y por lo tanto modulan diversas funciones cerebrales. La neurona dopaminérgica cerebro medio se cree que tiene la longitud axonal total (incluyendo colaterales) por un total de aproximadamente 74 cm [16] mientras que las conexiones sinápticas son igualmente tan extensa, con 500.000 terminales comunes para una neurona individual [16]. En el cuerpo estriado, aproximadamente el 20% de todas las sinapsis en la estructura [24,25].

A partir de sus diferentes núcleos, los axones dopaminérgicos progresan medialmente donde se unen juntos y proyecto a través del haz prosencefálico medio (MFB) a la cápsula interna [16], a continuación, la cápsula interna, los axones se ramifican para formar sinapsis en sus ubicaciones diana [16] . SNc neuronas envían proyecciones al caudado y putamen (cuerpo estriado), llamado el sistema nigroestriatal. Axones dopaminérgicos originarios de la VTA inerva a la parte ventral del cuerpo estriado, una región llamada NAC [16].

Las diversas acciones fisiológicas de DA están mediadas por cinco G subtipos de receptores acoplados a proteínas distintas [26,27]. Dos subtipos de receptores D1-como (D1A-1D y D5) par a la proteína Gs que activan la adenilato ciclasa [26,27]. Los otros subtipos de receptores pertenecen a la subfamilia D2-like (D2, D3, y D4) y son receptores acoplados a proteínas Gi que inhiben la adenilato ciclasa y activan canales de K + [26,27].

Los receptores de DA tienen un patrón similar de distribución que las fibras dopaminérgicas [6,28]. Por ejemplo, la concentración relativa de los receptores D1 como en comparación con el receptor D2 es mayor en la corteza prefrontal, mientras que la concentración de los receptores D2-como es elevada en el núcleo caudado, putamen, núcleo accumbens y [26,29]. Es importante destacar que, aunque los receptores D1 y D2 tienen efecto contrario en el nivel molecular, a menudo actúan sinérgicamente cuando se tienen en cuenta [30,31] salidas más complejas.

El mecanismo de acción de neuromolecular DA es la siguiente: DA se libera fuera de la hendidura sináptica [32,33], a continuación, se difunde en el fluido extracelular de la cual se elimina lentamente como resultado de la recaptación y el metabolismo y activa sus receptores [34 ]. Una cuestión importante es que el patrón de DA de disparo ocurre en respuesta a estímulos motivacionalmente pertinentes [35], es poco probable que estos fásica DA señales de influencia, en ningún grado significativo, la respuesta de comportamiento (mediada por las vías de transmisión rápidos) al mismo estímulo que desencadena ellos [36,37]. Por lo tanto, este neurotransmisor actúa como un amplificador de la respuesta retardada y modula impacto conductual [36,37].

Las lesiones de la dopamina y desorganizado Comportamientos
Lesioning selectivo de DA inervación menudo reproduce los efectos de la misma y desorganiza comportamiento [38] de la lesión. Las propiedades de integración del sistema DA probablemente están asociados más con aportes directos a las funciones cognitivas a nivel cortical, es decir, en la memoria de trabajo, funciones ejecutivas y, posiblemente, los procesos de estimación de tiempo. Dado que la actividad del cerebro DA aparentemente disminuye con el envejecimiento normal, la estimulación de la transmisión de DA en los ancianos podría representar una estrategia fiable para la mejora de los déficits de comportamiento, como se muestra en situaciones patológicas tales como la enfermedad de Parkinson (PD), en el que el deterioro de la transmisión de DA es evidente [39] .

La dopamina y Enfermedades Neurodegenerativas
DA se ha asociado con enfermedades neurodegenerativas tales como la enfermedad de Parkinson. Se ha demostrado que una pérdida progresiva de las neuronas DA que contiene neuromelanin-en el SNc del mesencéfalo ventral inducir el agotamiento de DA en el estriado, y se ha sugerido que este déficit induce síntomas motores asociados con PD, incluyendo bradicinesia, temblor, rigidez y pérdida de control postural [40]. En este contexto, es interesante observar que los principales signos del síndrome pre-frontal en los seres humanos, por ejemplo, la disminución en el interés por el medio ambiente, la negligencia sensorial, distracción, deterioro visuomotor, entre otros están bajo la regulación DA [41] . Además, los síntomas negativos de la esquizofrenia o la enfermedad de Alzheimer, también relacionados con el sistema de DA [42]. En este sentido, una disminución en la densidad del receptor D1 en la corteza frontal de pacientes esquizofrénicos con signos negativos se han mostrado ningún cambio en el cuerpo estriado [43-45].

La dopamina y Aprendizaje
Condicionamiento instrumental permite a los sujetos para influir en su entorno y determinar su tasa de recompensa. Se propone una teoría general de que los atributos de los orígenes de la inteligencia humana a una expansión de los sistemas dopaminérgicos en la cognición humana [46].

El papel de DA en el aprendizaje y la memoria se ha estudiado durante muchos años. En este sentido, se sabe que el agonista del receptor D2 bromocriptina modula rendimiento de la memoria de trabajo [47]. Los estudios de comportamiento muestran que las proyecciones de DA en el cuerpo estriado y la corteza frontal juegan un papel central en la mediación de los efectos de recompensa en el comportamiento de enfoque y el aprendizaje [36]. Estos resultados se derivan de lesiones selectivas de los diferentes componentes de los sistemas de DA, la administración sistémica y intracerebral de DA directa e indirecta agonistas del receptor y antagonistas de drogas, la autoestimulación eléctrica, y la auto-administración de las principales drogas de abuso, como cocaína, anfetamina, opiáceos, el alcohol y la nicotina [36,37]. Por lo tanto, se requiere más información de los modelos animales, donde los estudios funcionales son posibles.

La dopamina y la recompensa
La mayor motivación dirigida a objetivos -incluso la búsqueda de alimentos o agua – se aprende [48]. Es en gran parte a través del refuerzo selectivo de los movimientos inicialmente al azar, que el comportamiento del recién nacido llega a ser tanto dirigida y motivada por estímulos apropiados en el medio ambiente [49]. En su mayor parte, la propia motivación es volver a las recompensas experimentado en el pasado, y para las señales que marcan el camino a esas recompensas. Es sobre todo a través de su papel en el refuerzo selectivo de asociaciones entre las recompensas y estímulos neutros que de otro modo DA es importante para esa motivación. Una vez que las asociaciones estímulo-recompensa se han formado, pueden permanecer potente por algún tiempo, incluso después de la recompensa se ha devaluado por la ausencia de los estados de unidad correspondientes como el hambre o la sed [48], o porque el sistema se bloquea DA [50]. Una vez que el hábito se ha establecido, sigue siendo en gran medida autónoma hasta que el significado de incentivos estímulos motivacionales acondicionado se ha extinguido o devaluado través de la experiencia. Extinción de la importancia de tales estímulos acondicionado puede ser resultado de la repetición de pruebas sin recompensa, ensayos repetidos en la ausencia de un estado de unidad correspondiente, o la repetición de pruebas bajo la influencia de los neurolépticos [51]. DA parece ser importante para los procesos de aprendizaje y memoria [36].

El sistema de recompensa y las drogas adictivas
Durante los últimos 40 años, los psicólogos experimentales han estado desarrollando y refinando los modelos de comportamiento de la adicción a través de protocolos de animales inventivas.

La adicción es una enfermedad neurobiológica donde el abuso de sustancias repetitivo corrompe el circuito normal de recompensar las conductas adaptativas y provocan cambios neuroplásticos inducidas por fármacos. La mayoría de los hallazgos apoyan que las drogas adictivas comparten la propiedad común de mejorar el efecto de la función DA mesencéfalo, en particular a nivel de sus terminales en el núcleo accumbens [52,53].

Entre los fármacos que activan el sistema DA es la cocaína. Este compuesto es un bloqueador de la captación de monoaminas que se une con mayor afinidad a los transportistas de la Agenda para que a su vez, participan en el mecanismo para la eliminación de DA de sinapsis. El bloqueo de los transportadores, por lo tanto, mejora enormemente la eficacia de la DA. Se ha indicado que este efecto podría ser la causa de la adicción a la cocaína [54]. Las anfetaminas activan vía similar [55,56].

Por otro lado, se cree que el alcohol para afectar la función cerebral principalmente por la mejora de la función de los receptores de GABA, los receptores inhibidores primarios en el cerebro [57] y reducir la tasa de disparo de las neuronas en el SNc [58]. Los opiáceos producen una liberación similar de DA en el cuerpo estriado [59], tanto a través de la desinhibición en el VTA ya través de efectos directos sobre los terminales DA [59,60]. Además, el bloqueo de los receptores opioides, ya sea en el VTA o NAC reduce heroína auto-administración [61].

Por último, la auto-administración de nicotina también es bloqueado por infusión de antagonistas del receptor de DA o por lesión de las neuronas DA en NAc [62]. La propuesta de que el sistema dopaminérgico es parte de una vía final para los efectos de refuerzo de abuso de drogas es muy atractivo y encaja perfectamente con la literatura sobre el cerebro de auto-estimulación [63]. Por otra parte, la exposición crónica a las drogas de abuso provoca adaptaciones a largo plazo en las concentraciones de cAMP, la producción de tirosina hidroxilasa, expresión DA, de acoplamiento del receptor a las proteínas G, y la tasa de disparos basal de neuronas VTA-DA [64,65]. Estos mecanismos se han pensado para subyacen adicción y contribuir a la recaída al consumo de drogas después de períodos de abstinencia [66-68].

Se han desarrollado modelos experimentales para estudiar adicción a las drogas. Por ejemplo, DA transportadoras ratones KO son todavía capaces de desarrollar adicción a la cocaína [69,70]. Este descubrimiento sugiere que los efectos de la cocaína también implica el serotoninérgico y transportistas noradrenanergic [71]. Esta idea se ve apoyada por el hecho de que la función serotoninérgica mejorada reduce la autoadministración de alcohol [72,73].

La dopamina y Apuestas
Un estudio reciente sobre el otro lado, mostró un aprendizaje más rápido, así como un aumento en ganar en el juego en respuesta al consumo DA [9]. Un estudio sencillo juego de apuestas por Pessiglione y colegios mostró que los participantes descubrieron estrategias ganadoras a un ritmo más rápido si se les diera DA en forma de L-DOPA (repetitiva). Cuando los sujetos ganar una apuesta, parecen experimentar una DA “alto” en la forma de una recompensa, que a su vez les ayuda a recordar a hacer la misma elección la próxima vez. Cuando el premio por ganar se incrementó a través de una recompensa monetaria, los receptores DA sólo notaron símbolos pero no los “perdedores” símbolos ganadora. Estos resultados podrían explicar por qué la L-DOPA tratado pacientes con EP se convierten a veces en adictos a los juegos de azar [39,74]. DA oleadas también podría explicar algunas de las ilusiones experimentadas por personas con esquizofrenia [41]. Diferentes trabajos han demostrado que DA está involucrado en la adicción. Cuando la gente toma drogas como la cocaína o las anfetaminas, experimentan inducidos artificialmente oleadas DA que les dan la recompensa “alto” que se les antoja [22]. Los mismos “altos” DA también se producen en personas con otras conductas adictivas, como el juego, el sexo y el ejercicio [75]. DA es media del cerebro para reforzar el comportamiento. Posiblemente, este trabajo es un sistema para reducir al mínimo los errores de predicción. Recompensas inesperadas como resultado una cantidad tan elevada de la liberación de DA y un mayor aprendizaje.

Sin embargo, la investigación reciente muestra que, si bien algunas neuronas dopaminérgicas reaccionan de la manera esperada de las neuronas de recompensa, y otros no parecen responder en lo que se refiere a la imprevisibilidad [76]. La actividad de las neuronas dopaminérgicas se cree que ser aumentado por estímulos que predicen la recompensa y la disminución por estímulos que predicen resultados aversivos. Un trabajo reciente de Matsumoto y Hikosaka desafía este modelo mediante la afirmación de que los estímulos asociados con los resultados ya sea remunerados o aversivas aumentan la actividad de las neuronas dopaminérgicas en la SNc [76]. Esta investigación se encuentra la recompensa neuronas predominan en la región ventromedial en la SNC, así como el VTA. Las neuronas de estas áreas se proyectan principalmente al estriado ventral y por lo tanto podrían transmitir información de valor relacionado en lo que respecta a premiar valores. Las neuronas son la falta de recompensa predominar en el área dorsolateral de la SNc que se proyecta para el cuerpo estriado dorsal y puede referirse a la orientación de comportamiento se ha sugerido que la diferencia entre estos dos tipos de neuronas dopaminérgicas surge de su entrada: los recompensa ligada tienen entrada desde el prosencéfalo basal mientras que los relacionados con la falta de recompensa-del habenula lateral [76].

conclusiones
La última década ha traído una enorme riqueza de conocimientos sobre procesamiento de la recompensa humano utilizando imágenes cerebrales funcionales. Se han hecho grandes avances en la comprensión de los sustratos neurales de los procesos de recompensa humanos, pero aún queda mucho por aprender, y mucho integración debe seguir entre la información en los sistemas, y los niveles moleculares, celulares comportamiento. La búsqueda de mecanismos de recompensa subyacente se ha visto obstaculizada por las limitaciones de los modelos animales actuales y por lo tanto requiere que los investigadores básicos intercambiar ideas con los involucrados en la biología experimental humana y la investigación clínica. Está claro que los neurotransmisores distintos de DA deben jugar un papel importante en la regulación de los estados hedónicos e incluso en el aprendizaje relacionada con la recompensa.

El consumo de recompensas (por ejemplo, comida sabrosa, el apareamiento, cocaína) produce consecuencias hedonistas que inician procesos que consolidan gusto el objetivo gratificante de aprendizaje. Estados motivacionales tales como el hambre, la excitación sexual, y tal vez los primeros síntomas de la abstinencia de drogas aumentan el carácter de incentivo de las señales relacionadas con la recompensa y la propia recompensa. Cuanto mayor es el hambre, mayor es la probabilidad de que las secuencias de comportamiento dirigidas a la obtención de alimentos serán iniciadas y llevadas a la conclusión a pesar de las distracciones y obstáculos que puedan surgir. El refuerzo positivo implica un aumento en el tiempo de la frecuencia de los comportamientos que conducen a una recompensa.

La comprensión de la neurobiología del proceso adictivo permite un enfoque psicofarmacológico teórico para el tratamiento de trastornos adictivos, que tenga en cuenta las intervenciones biológicas dirigidas a determinadas etapas de la enfermedad.

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http://www.intarchmed.com/content/3/1/24

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