Tanulmányozza, hogy a függőség hogyan rontja el a tanulást az agyban | Quanta Magazin

Erin Calipari kosaras családból származik. Édesapja, John Calipari 1998 óta edzősködik az egyetemen és a profi kosárlabdában, hat csapatot vezetett az NCAA Final Four-ba, bátyja pedig a Tennessee állambeli Nashville állambeli Vanderbilt Egyetem férfi kosárlabda edzőjeként dolgozik, ahol jelenleg dolgozik. Ám amikor egyetemistaként csatlakozott főiskolai csapatához, rájött, hogy erősségei máshol vannak. „Jól voltam. Nem voltam nagyszerű” – mondta. "Pár éve elég egyértelmű volt számomra, hogy ez nem egy karrierút."

A pályán kívül biológia szakosként a hormonok és a neurotranszmitterek felé vonzódott. Amint megismerte az ecstasy szerotoninrendszerre gyakorolt ​​hatását, egyre jobban lenyűgözte a neurobiológia, hogy hogyan és miért okoznak függőséget az olyan drogok, mint a kokain és az opioidok. „Azt hittem, hogy a drogok annyira menők, mert eltérítik az agyat” – mondta. "A kábítószerek lényegében elfoglalják a szervezetünkben lévő normális rendszereket, és olyan módon hajtják őket, hogy újra kábítószert szedjen."

Az idegtudományi diploma megszerzése után 2017-ben Calipari felállította a laborját Vanderbiltben, hogy feltárja, hogyan kapcsolódik a függőség az agy tanulási és döntéshozatali módjaihoz. „Az, hogy eldöntsük, mit tegyünk és mit ne tegyünk, alapvetően fontos minden tevékenységünkben” – mondta Calipari. "Ha forró tűzhelyre teszed a kezed, nagyon hamar megtanulod, hogy ne csináld többet." A függőség csökkentheti egy személy azon képességét, hogy megtanulja, hogy a kábítószer-használat árt neki, és azt is, hogy egyáltalán bármit megtanuljon.

Világa még mindig ütközik a sporttal, például amikor sportolóknak tart előadásokat a szerhasználat veszélyeiről. A sportolók érzékenyek lehetnek a függőségre, ha fájdalomcsillapítókat, például opioidokat írnak fel nekik a sérülésekre. Fennáll a függőség kockázata, ha az opioidokat hosszú ideig szedik, még akkor is, ha a betegek követik az orvosok utasításait – ez a tény országos közegészségügyi vészhelyzet. Tennessee az egy epicentrum az opioid járványról. 2022-ben Nashville-ben volt a a második legmagasabb arány túladagolásos halálesetek száma az országban.

Calipari ezért kutatásokat vezet a függőség mechanizmusainak feltárására egy olyan városban, ahol sokan szenvednek ettől. Caliparit az a tény, hogy munkája segítheti a körülötte lévőket, motiválja, bár a függőség nem olyan probléma, amelyet ő vagy bárki könnyen észrevesz.

„Amikor a függő emberekre gondolunk, ezekre a sztereotip képeinkre gondolunk, amelyek az intravénás kábítószert használókról és elájulásról alkotnak” – mondta. „De nem ez a legnagyobb szerhasználati zavarban szenvedők populációja. Ők nővérek. Ők tanárok. Ők orvosok. Ők sportolók.”

A függőség kutatását és a kezelések megtalálását az teszi különösen nagy kihívássá, mondta az, hogy a különböző embereknél eltérően jelenik meg, attól függően, hogy mitől függenek (szer vagy viselkedés), motivációiktól, genetikájuktól, nemüktől és forrásokhoz való hozzáférést. Az is, hogy a függőség miatt melyik idegi utak kötődnek át, az egyénenként is nagymértékben változhat.

Quanta Caliparival beszélt a jól ismert, de nem jól érthető dopamin molekulának a függőségben és a tanulásban betöltött szerepéről, arról, hogy a különböző nemek eltérően élik meg a függőséget, és hogyan befolyásolták a sport körüli évek, ahogyan ma hozzááll a tudományhoz. Az interjút az egyértelműség kedvéért sűrítettük és szerkesztettük.

Hogyan néz ki a tanulás az agyban, és hogyan befolyásolják ezt a drogok?

Agyunk úgy van bekötve, hogy segítsen meglátni a fontos dolgokat, és reagálni rájuk. Ez határozza meg, hogy újra kell-e tennünk valamit, vagy sem. Költöznünk kell vagy maradnunk? Ez jó vagy rossz? Erre kell figyelnem?

A drogok meggyőzik az agyunkat: „Igen, ez fontos. Ezt újra meg kell tennünk.” A drogok nemcsak magával a kábítószerrel kapcsolatos döntéseket hajtják végre, hanem a környezetünkben előforduló nem kábítószeres ingerekre vonatkozó döntéseket is. Megváltoztatják, hogyan tanulunk.

Hogyan működik ez molekuláris szinten?

Az olyan gyógyszerek, mint az opioidok, a dopaminra hatnak. A legtöbb ember a dopamint „örömmolekulának” tartja, de ez nem a teljes kép. Igen, a dopamin olyan jutalmazó ingerek hatására szabadul fel, mint a csokoládé vagy a cukor. De olyan averzív ingerek is felszabadítják, mint a stressz vagy a fájdalom. Akkor tüzel, ha a dolgok újak vagy eltérőek, akár jók, akár rosszak. Ilyen módon a dopamin kritikus fontosságú a tanulásban.

A kábítószerek alapvetően továbbra is a dopamint nyomják még akkor is, ha a dolgok már nem újak vagy másak. Az agy továbbra is azt gondolja, hogy valami fontos, és jelzi, hogy továbbra is figyeljen. De míg a drogok pillanatnyilag növelik a dopamint, a hosszú távú kábítószer-használat kimeríti azt. Tehát az egyre több drogfogyasztással egyre kevesebb dopamin van az agyban, ami azt jelenti, hogy nehezen tanulsz meg bármi újat.

A dopamint „tanuló” molekulaként kell újradefiniálni, nem „öröm” molekulaként?

Igen. Sokkal pontosabb megérteni a dopamint olyan molekulaként, amely meghatározza, hogy mennyire hatékonyan tanulunk.

Hogyan tanulmányozod ezt a bonyolult rendszert?

Laboratóriumomban különböző stratégiákat használunk az agy különböző sejtjeinek rögzítésére és manipulálására, hogy megpróbáljuk kitalálni, mely sejtek és áramkörök segítenek nekünk adaptív döntéseket hozni. Aztán, miután azonosítottuk ezeket az áramköröket, bemegyünk, és azt mondjuk: Hogyan változtatja meg a gyógyszerexpozíció a rendszer működését? Ezt a munkát fiziológiai és epigenetikai szinten végezzük. A cél az, hogy megértsük az alapvető biológiát – hogy a kábítószerek hogyan szállják meg az áramköröket –, majd kitaláljuk, meg tudjuk-e fordítani a folyamatot. Használhatunk CRISPR eszközöket például arra, hogy bizonyos agysejtekben megfordítsuk a plaszticitás egy részét.

A dopamin működésének megértése végül segíthet-e a függőség kezelésének kifejlesztésében?

Nagyon fontos megérteni, hogy a dopamin hogyan segíti az agyat a tanulásban. De a célzás nagyon nehéz lesz. Nem lehet csak úgy blokkolni a dopamint: Ha megteszi, az emberek nem tudnak mozogni, nem tudnak semmire sem figyelni. Rengeteg munka folyik a dopaminrendszer finomhangolásának különböző módjain, ahelyett, hogy csak be- vagy kikapcsolnák. Azt hiszem, ezt kell tennünk.

Milyen szenvedélybetegségkutatóként dolgozni a függőség egyik epicentrumában?

Nashville rossz. Az opioidjárvány csúcspontján Tennessee-ben volt az egyik legmagasabb az opioid felírások aránya. Az elmúlt években csökkent, de az opioid probléma nem. És ez nem csak az opioidok számunkra; A metamfetamin is nagy. Így a Vanderbilt ezen az egyedülálló téren van, mint a régió egyik legnagyobb kutatókórháza, a szerhasználati zavarok központjában.

Néha kimerítő, hogy holnap nem tudom megoldani a függőséget. Ez elsöprő, nem nagyszerű módon. Néha szomorú olyan emberekkel beszélgetni, akik szerhasználati zavarban szenvednek, és nem tudom, hogyan segíthetnék rajtuk. Szakértőként kérdeznek tőlem. De szakértő vagyok a fellépő specifikus neurobiológiai változásokban. Nehéz megértenem ennek a rendellenességnek az egyén mindennapi életére gyakorolt ​​hatását, mivel személyesen nem tapasztaltam.

Egyre közelebb kerülünk a függőség megértéséhez, és végül megtaláljuk a gyógymódot?

A függőség gyógyítása nehéz, mivel a függőség nem egy egységes betegség. Néhány függőségben szenvedő embernek olyan társbetegségei vannak, mint a szorongás és a depresszió. Vannak, akik azért szednek kábítószert, mert megpróbálják elkerülni a fájdalmat. Vannak, akiknek kényszeres viselkedésük van, másoknak nem.

Pusztán annak megértése, hogy mi a hasonló és mi a különböző az egyes tünetekkel küzdő egyének agyában, kritikus fontosságú lesz a kezelés megközelítésének megértéséhez. Az én laboromban például a hímek és nők közötti különbségeket vizsgáljuk.

mit találsz?

Ha megvizsgáljuk, hogy az emberek miért szednek kábítószert, a nők nagyobb valószínűséggel számolnak be kábítószer-használatról, hogy elkerüljék vagy elkerüljék a negatív következményeket, például a stresszt és a szorongást. A férfiak nagyobb valószínűséggel fogyasztanak impulzívan kábítószert, hajlamosak a kábítószerre és a barátokkal lógni. Mindkét nem szed kábítószert, és mindkettőjük bizonyos százalékában szerhasználati zavar alakul ki. De különböző okokból teszik ezt.

A hormonoknak sok köze van ehhez. Azt találtuk, hogy az ösztradiol, amely egy petefészekhormon, amely a menstruációs ciklussal együtt kering, megváltoztatja a nikotin működését az agyban azáltal, hogy megváltoztatja receptorainak működését.

Azt is megállapítottuk, hogy ha az állatoknak korlátlanul hozzáférnek a kábítószerekhez, akkor a hímek és a nőstények ugyanannyit vesznek el, és viselkedésük azonosnak tűnik. De amikor megvizsgáltuk, hogy mi változott meg az agyuk fehérjéiben, a hímek és a nőstények teljesen különbözőek voltak. Sok ilyen fehérje hasonló sejtfunkciókkal rendelkezik. Úgy gondoljuk, hogy ez a gyógyszer növeli a dopamint mind a férfiakban, mind a nőkben, és ugyanúgy hajtja a viselkedést, de az egyes nemek által használt molekuláris útvonalak nagyon eltérőek.

Miért használna a különböző nemek agya különböző utakat, hogy ugyanahhoz a ponthoz jusson?

Ha lenne egy olyan rendszere, amelyben egyetlen neuronra van szüksége egy információ kódolásához, akkor az a rendszer érzékeny lenne a meghibásodásra. Mindennek tökéletesen kell működnie minden egyes alkalommal, hogy képes legyen navigálni a környezetben. De az agynak sok redundanciája van, ami azt jelenti, hogy nincs szükség mindenre a tökéletes működéshez. Sokféleképpen lehet eljutni ugyanahhoz a célhoz. Az, hogy a hímek és a nőstények eltérő módon kódolják viselkedésüket, valószínűleg az evolúción és fajunk túlélésén alapul.

Ez bizony nehéz munkaterület. Mi motivál?

Az a dolog, ami minden nap elhoz, az az, hogy ezek fontos kérdések. A következő dologról való tanulás és a nehéz problémák megoldása önmagában is rendkívül kielégítő. Aztán amikor veszel egy lélegzetet, lépsz hátra, és rájössz, hogy azok a nehéz problémák, amelyeket megoldasz, valóban hatással vannak az emberekre – az még értelmesebbé teszi.

De igazán a következő generáció mentorálása motivál. Amikor kutatásba kezdtem, az volt a célom, hogy a lehető legtöbb embert érintsem. Úgy gondoltam, hogy ezt úgy csinálom, hogy felfedezek valami fontosat, és megváltoztatom a társadalmat, ami nyilvánvalóan a végső cél. De aztán, amikor idekerültem, és felállítottam a laboromat, rájöttem, hogy te azt tanítod a diákoknak, hogy el tudják végezni ezt a munkát. Ha képessé teszem őket arra, hogy rájöjjenek, miben jók és mit szeretnek, akkor is tovább tartok, még akkor is, ha a tudomány nem mindig megy úgy, ahogy szeretném.

Olyan vagy, mint a saját csapatod edzője.

Amikor a végén egy labort vezetsz, rájössz, hogy ez sok tudomány, de egyben sok nem tudomány is. Ez az, hogy az emberek együttműködjenek, és mindenki számára megfelelő környezetet teremtsünk, ami kihívást jelenthet. Olyan ez, mint egy csapat összeállítása. Ha együtt dolgoznak, kevésbé nehéz mindenkinek. És ha jól csinálod, akkor mindenki nyer.

Ön is a nők szószólója a tudományban. Honnan jött ez a hajtás?

A családomban senkinek sem volt diplomája előttem. Mivel apám sportol, nem volt nagy hangsúly az akadémikusokon. Aztán egy olyan térbe kerültem, ahol – nem akarom azt mondani, hogy semmi dolgom nem volt, de egy csomó ember körül voltam, akikről úgy éreztem, hogy okosabbak nálam. Tudták, mit csinálnak. Tudták, milyen úton kell haladniuk. És úgy éreztem, mintha a nadrágom ülése mellett repülnék.

Történetesen csodálatos mentoraim voltak, akik segítettek egy olyan úton maradni, amelyről nem is tudtam, hogy járok. Aztán ahogy idősebb lettem, kezdtem rájönni, hogy ide tartozom. Ugyanolyan okos voltam, mint a körülöttem lévők. Már ez is rádöbbent, mennyire számít, hogy az emberek úgy érezzék, magukhoz tartoznak.

Ahelyett, hogy arra kérnénk a nőket, hogy úgy viselkedjenek, mint a férfiak, hogy beilleszkedjenek a férfiaknak épített rendszerbe, talán meg kellene változtatnunk a rendszert, hogy megerősítsük azokat a dolgokat, amiket hiányolunk, amiket a nők hoznak az asztalra – hogyan navigálnak a világban, hogyan érzékelik a dolgokat, hogyan támogatják a tanulókat. Óriási hasznunkra válik, ha teret teremtünk a nők számára.

Egész életében sportoltál, beleértve a kosárlabdát is az egyetemen. Gondolod, hogy ez hatással volt a mai karrieredre? 

A legnagyobb dolog, amit a sportban megtanulsz, az az, hogyan kényszerítsd magad, hogy minden nap jobb legyél, hogyan térj vissza a kudarcból, és hogyan támaszkodj a csapattársaidra. Fiatalabb koromban ezek a tapasztalatok megtanítottak arra, hogyan jöjjek el dolgozni, ha egy kísérlet nem működött, és hogyan kérjek segítséget, ha szükségem van rá.

Edzésem alatt én voltam a játékot játszó sportoló. Amikor azonban tanári kar lettem, hirtelen én voltam az edző. Most más a munkám. Arra összpontosít, hogyan tudom jobbá tenni a csapatomat. Ki kell találnom, hogy mik az egyes emberek erősségei, és olyan helyzetbe kell hoznom őket, hogy sikeresek legyenek. Azért is vagyok itt, hogy segítsek nekik betölteni a hiányosságokat olyan nagyszerű csapattársakkal, akik jók olyan dolgokban, amelyekben nem biztos, hogy jók. A sport adott nekem olyan készségeket, hogy a kemény munkára és a motiváltságra összpontosíthassak, és keretet adott ahhoz, hogy hatékony csapatot hozzak létre, és motiváljam őket, hogy a legjobbak legyenek.

Apád, John calipari, profi kosárlabdaedző. Mentor volt neked?

Csodálatos mentor volt, de inkább azzal, amit tett, mint amit mondott. Középiskolás koromban kirúgtak. Nézni, ahogy kirúgják, de aztán visszajön, és azt mondja: „Tudod mit, ez rendben van; Fel fogok állni, és újra megcsinálom” – ez nagyon fontos volt számomra, hogy felismerjem, hogy még akkor is, ha a dolgok hatalmas kudarcnak tűnnek, néha valami új kezdete.

Quanta felméréssorozatot végez közönségünk jobb kiszolgálása érdekében. Vidd a miénket biológia olvasói felmérés és ingyenesen nyerhetsz Quanta áru.