Она изучает, как зависимость влияет на обучение мозга | Журнал Кванта

Эрин Калипари родом из баскетбольной семьи. Ее отец, Джон Калипари, тренирует баскетбол в колледже и профессиональном баскетболе с 1998 года, выведя шесть команд в Финал четырех NCAA, а ее брат тренирует мужской баскетбол в Университете Вандербильта в Нэшвилле, штат Теннесси, где она сейчас работает. Но когда она присоединилась к команде колледжа еще будучи студенткой, она поняла, что ее сильные стороны заключаются в другом. «Я был в порядке. Я была не очень хороша», — сказала она. «Через пару лет мне было совершенно ясно, что это не карьерный путь».

За пределами корта, будучи специалистом по биологии, она тяготела к гормонам и нейротрансмиттерам. Она увлеклась нейробиологией того, как и почему такие наркотики, как кокаин и опиоиды, вызывают привыкание, когда она узнала о влиянии экстази на серотониновую систему. «Я думала, что наркотики — это круто, потому что они захватывают мозг», — сказала она. «Наркотики, по сути, захватывают нормальные системы нашего тела и приводят их в действие таким образом, что у вас возникает желание снова принимать наркотики».

После окончания аспирантуры по нейробиологии в 2017 году Калипари организовать свою лабораторию в Вандербильте, чтобы изучить, как зависимость связана с тем, как мозг учится и принимает решения. «Решение, что делать, а что не делать, действительно имеет фундаментальное значение для всего, что мы делаем», — сказал Калипари. «Кладешь руку на горячую плиту, очень быстро учишься не делать этого снова». Зависимость может снизить способность человека понять, что употребление наркотиков причиняет ему вред, а также его способность вообще чему-либо учиться.

Ее мир по-прежнему сталкивается со спортом, например, когда она беседует со спортсменами об опасностях употребления психоактивных веществ. Спортсмены могут быть уязвимы к зависимости, когда им прописывают обезболивающие, такие как опиоиды, при травмах. Существует риск развития зависимости, если опиоиды принимаются в течение длительного периода времени, даже если пациенты следуют указаниям врачей — факт, который привел к общенациональному чрезвычайная ситуация в области общественного здравоохранения. Теннесси эпицентр опиоидной эпидемии. В 2022 году Нэшвилл имел второй по величине рейтинг случаев смерти от передозировки в стране.

Поэтому Калипари возглавляет исследования, направленные на разгадку механизмов зависимости в городе, где от нее страдают многие люди. Тот факт, что ее работа может помочь окружающим ее людям, мотивирует Калипари, хотя зависимость не является проблемой, которую она или кто-либо другой может легко обнаружить.

«Когда вы думаете о наркозависимых людях, вы думаете об этих стереотипных образах, которые у нас сложились, о людях, которые употребляют инъекционные наркотики и теряют сознание», - сказала она. «Но это не самая большая группа людей, страдающих расстройствами, вызванными употреблением психоактивных веществ. Они медсестры. Они учителя. Они врачи. Они спортсмены».

По ее словам, исследование зависимости и поиск методов ее лечения особенно сложны потому, что она проявляется по-разному у разных людей, в зависимости от того, от чего они зависимы (вещества или поведение), их мотивации, генетики, пола и образа жизни. доступ к ресурсам. Какие нервные пути перестраиваются из-за зависимости, также могут сильно различаться у разных людей.

Quanta поговорила с Калипари о роли хорошо известной, но недостаточно изученной молекулы дофамина в зависимости и обучении, о том, как разные полы по-разному переживают зависимость, и о том, как годы ее детства, связанные со спортом, повлияли на ее сегодняшний подход к науке. Интервью было сокращено и отредактировано для ясности.

Как обучение выглядит в мозге и как наркотики этому мешают?

Наш мозг устроен так, чтобы помогать нам видеть важные вещи и реагировать на них. Оно определяет, нужно ли нам что-то делать еще раз или нет. Нам нужно переехать или остаться? Это хорошо или плохо? Стоит ли мне обратить на это внимание?

Наркотики убеждают наш мозг: «Да, это важно. Это то, что нам нужно сделать снова». Наркотики определяют не только решения о самом препарате, но и решения о нелекарственных стимулах в нашей среде. Они меняют то, как мы учимся.

Как это работает на молекулярном уровне?

Наркотики, такие как опиоиды, действуют на дофамин. Большинство людей думают о дофамине как о «молекуле удовольствия», но это не вся картина. Да, дофамин высвобождается в результате поощрения стимулов, таких как шоколад или сахар. Но он также выделяется под действием аверсивных раздражителей, таких как стресс или боль. Он срабатывает, когда что-то новое или другое, хорошее оно или плохое. Таким образом, дофамин имеет решающее значение для того, чтобы помочь вам учиться.

Наркотики, по сути, продолжают вырабатывать дофамин, даже когда все уже не является чем-то новым или необычным. Мозг продолжает думать, что что-то важно, сигнализируя вам продолжать обращать внимание. Но в то время как наркотики увеличивают дофамин в данный момент, длительное употребление наркотиков истощает его. Таким образом, с ростом употребления наркотиков в мозгу остается все меньше и меньше дофамина, а это значит, что вам трудно научиться чему-то новому.

Следует ли переопределить дофамин как молекулу «обучения», а не как молекулу «удовольствия»?

Да. Гораздо точнее понимать дофамин как молекулу, которая определяет эффективность нашего обучения.

Как изучить эту сложную систему?

В моей лаборатории мы используем разные стратегии для записи и манипулирования различными клетками мозга, чтобы попытаться выяснить, какие клетки и цепи помогают нам принимать адаптивные решения. А затем, как только мы идентифицируем эти цепи, мы входим и спрашиваем: как воздействие наркотиков меняет работу системы? Мы проводим эту работу на физиологическом и эпигенетическом уровне. Цель состоит в том, чтобы понять основы биологии — как наркотики захватывают нервные клетки — а затем выяснить, можем ли мы повернуть этот процесс вспять. Мы можем использовать инструменты CRISPR, например, чтобы полностью изменить пластичность определенных клеток мозга.

Может ли понимание того, как работает дофамин, помочь нам разработать методы лечения зависимости?

Понимание того, как дофамин помогает мозгу учиться, действительно важно. Но достичь цели будет очень сложно. Вы не можете просто заблокировать дофамин: если вы это сделаете, люди не смогут двигаться, они не смогут ни на что обращать внимание. Сейчас ведется много работ по различным способам тонкой настройки дофаминовой системы, а не просто ее включения или выключения. Я думаю, это то, что нам придется сделать.

Каково работать исследователем наркозависимости в одном из эпицентров зависимости?

Нэшвилл плох. В разгар эпидемии опиоидов в Теннесси был один из самых высоких показателей выписывания рецептов на опиоиды. В последние годы он снизился, но проблема опиоидов не изменилась. И для нас это не просто опиоиды; метамфетамин тоже имеет большое значение. Таким образом, Вандербильт находится в этом уникальном пространстве как одна из крупнейших исследовательских больниц в регионе, являющаяся центром расстройств, связанных с употреблением психоактивных веществ.

Иногда утомительно не иметь возможности избавиться от зависимости завтра. Это ошеломляет в не очень хорошем смысле. Иногда грустно разговаривать с людьми, страдающими расстройствами, вызванными употреблением психоактивных веществ, и я не знаю, как им помочь. Они задают мне вопросы как эксперту. Но я эксперт по конкретным нейробиологическим изменениям, которые происходят. Мне трудно понять влияние этого расстройства на повседневную жизнь человека, поскольку я лично с ним не сталкивался.

Приближаемся ли мы к пониманию и, в конечном итоге, к поиску лекарства от зависимости?

Вылечить зависимость сложно, поскольку зависимость – это не одно и то же заболевание. У некоторых людей, страдающих зависимостью, наблюдаются сопутствующие расстройства, такие как тревога и депрессия. Некоторые люди принимают наркотики, потому что пытаются избежать боли. У некоторых людей есть компульсивное поведение, а у некоторых нет.

Просто понимание того, что похоже и что отличается в мозгу людей с каждым из этих уникальных симптомов, будет иметь решающее значение для понимания того, как в первую очередь подходить к лечению. В моей лаборатории, например, мы изучаем различия между мужчинами и женщинами.

Что вы находите?

Если посмотреть на то, почему люди принимают наркотики, женщины с большей вероятностью сообщат, что принимают наркотики, чтобы избежать негативных последствий, таких как стресс и тревога. Мужчины чаще принимают наркотики импульсивно, получают кайф и тусуются с друзьями. Оба пола принимают наркотики, и у некоторого процента представителей обоих полов развивается расстройство, связанное с употреблением психоактивных веществ. Но делают они это по разным причинам.

Гормоны имеют большое отношение к этому. Мы обнаружили, что эстрадиол, гормон яичников, циркулирующий во время менструального цикла, меняет способ работы никотина в мозге, изменяя функции его рецепторов.

Мы также обнаружили, что если предоставить животным неограниченный доступ к лекарствам, самцы и самки будут принимать одинаковое количество лекарств, и их поведение будет выглядеть одинаково. Но когда мы посмотрели, какие белки в их мозгу изменились, мужчины и женщины оказались совершенно разными. Многие из этих белков имеют схожие клеточные функции. Мы думаем, что происходит то, что этот препарат увеличивает дофамин как у мужчин, так и у женщин и одинаково влияет на поведение, но молекулярные пути, используемые каждым полом, очень разные.

Почему мозг разных полов использует разные пути, чтобы добраться до одной и той же точки?

Если бы у вас была система, в которой для кодирования одной порции информации требуется один нейрон, эта система была бы подвержена сбоям. Чтобы вы могли ориентироваться в окружающей среде, все должно работать идеально каждый раз. Но в мозгу много резервов, а значит, не обязательно, чтобы все работало идеально. Есть много способов прийти к одному и тому же концу. Почему мужчины и женщины по-разному кодируют поведение, вероятно, объясняется эволюцией и выживанием нашего вида.

Должно быть, это тяжелая работа. Что поддерживает вашу мотивацию?

Каждый день меня беспокоит то, что это важные вопросы. Узнать о следующем и решить сложные проблемы само по себе очень приятно. Затем, когда вы переводите дух, делаете шаг назад и понимаете, что те сложные проблемы, которые вы решаете, действительно влияют на людей, это делает это еще более значимым.

Но где я действительно получаю свою мотивацию, так это в наставничестве следующего поколения. Когда я занялся исследованием, моей целью было оказать влияние на как можно больше людей. Я думал, что сделаю это, открыв что-то важное и изменив общество, что, очевидно, и является конечной целью. Но потом, когда я приехал сюда и организовал свою лабораторию, я понял, что вы учите студентов тому, что они могут выполнять эту работу. Предоставление им возможности понять, в чем они хороши и что им нравится, помогает мне идти вперед, даже когда наука не всегда идет так, как я хочу.

Ты что-то вроде тренера своей команды.

Когда вы в конечном итоге управляете лабораторией, вы понимаете, что это много науки, но также и много ненауки. Это заставляет людей работать вместе и создает подходящую среду для каждого человека, что может быть непросто. Это как собрать команду. Если они будут работать вместе, каждому будет легче. И если вы сделаете это правильно, то выиграют все.

Вы также являетесь защитником женщин в науке. Откуда взялся этот драйв?

До меня никто в моей семье не имел высшего образования. Поскольку мой отец занимается спортом, учебе не уделялось особого внимания. Затем я оказался в пространстве, в котором… не хочу сказать, что у меня не было никакого бизнеса, но я был среди группы людей, которые, как мне казалось, были умнее меня. Они знали, что делали. Они знали, по какому пути им следует идти. И у меня было такое чувство, словно я летал мимо своих штанов.

У меня были замечательные наставники, которые помогали мне оставаться на пути, о котором я даже не подозревал. А потом, когда я стал старше, я начал понимать, что мое место здесь. Я был таким же умным, как и люди вокруг меня. Уже одно это заставило меня осознать, насколько важно, чтобы люди чувствовали себя принадлежащими к нам.

Вместо того, чтобы просить женщин вести себя как мужчины, чтобы вписаться в систему, созданную для мужчин, возможно, нам следует изменить систему, чтобы усилить то, чего нам не хватает, то есть то, что женщины привносят в игру — то, как они ориентируются в мире, как они воспринимают вещи, как они поддерживают студентов. Мы получаем огромную выгоду от создания пространства для женщин.

Вы всю жизнь занимались спортом, включая баскетбол в колледже. Как вы думаете, это оказало какое-то влияние на вашу сегодняшнюю карьеру? 

Самое важное, чему вы учитесь в спорте, — это тому, как заставлять себя становиться лучше каждый день, как преодолевать неудачи и как полагаться на своих товарищей по команде. Когда я был моложе, этот опыт научил меня, как приходить на работу после того, как эксперимент не сработал, и как просить о помощи, когда она мне нужна.

Во время тренировок я был спортсменом, играющим в эту игру. Однако, когда я стал преподавателем, я внезапно стал тренером. Моя работа теперь другая. Он сосредоточен на том, как я могу сделать свою команду лучше. Я должен выяснить сильные стороны каждого человека и помочь им добиться успеха. Я также здесь, чтобы помочь им заполнить пробелы с помощью отличных товарищей по команде, которые хороши в том, в чем они могут быть не очень хороши. Спорт дал мне навыки, позволяющие сосредоточиться на упорной работе и наличии мотивации, а также дал мне основу для того, как создать эффективную команду и мотивировать ее быть лучшими.

Твой отец, Джон Калипари, профессиональный тренер по баскетболу. Был ли он для вас наставником?

Он был потрясающим наставником, но больше в том, что он делал, чем в том, что говорил. Когда я учился в средней школе, его уволили. Видеть, как его увольняют, но потом он возвращается и говорит: «Знаешь что, все в порядке; Я собираюсь встать и сделать это снова» — для меня было очень важно осознать, что даже когда все кажется огромным провалом, иногда это начало чего-то нового.

Quanta проводит серию опросов, чтобы лучше обслуживать нашу аудиторию. Возьми наш опрос читателей по биологии и вы будете участвовать в бесплатном выигрыше Quanta товар.