도파민성 경로

Dopaminergic pathways
인간 뇌의 주요 도파민 작용 경로들

인간 뇌의 도파민 경로(도파민 경로, 도파민 돌기)는 움직임, 인지, 실행 기능, 보상, 동기 및 신경 내분비 조절을 포함한 생리적 및 행동 과정 모두에 관여합니다.[1]각각의 경로는 개별 도파민성 뉴런으로 구성된 프로젝션 뉴런의 집합입니다.

4가지 주요 도파민성 경로는 중피질 경로, 중피질 경로, 니그로스트라이아탈 경로 및 투베로인근 경로입니다.중피질 경로와 중피질 경로는 중피질 시스템을 형성합니다.고려해야 할 다른 두 가지 도파민성 경로는 시상하부 척수관과 시상하부 중추신경계 경로입니다.

파킨슨병, 주의력결핍과잉행동장애(ADHD), 물질사용장애(중독), 그리고 안절부절못하는 다리증후군(RLS)은 특정 도파민 경로의 기능장애에 기인할 수 있습니다.

도파민 경로의 도파민 뉴런은 신경전달물질인 도파민을 합성하고 방출합니다.[2][3]도파민 합성을 위해서는 효소 티로신 하이드록실라아제와 도파 데카복실라아제가 필요합니다.[4]이 효소들은 모두 도파민 신경세포의 세포체에서 생성됩니다.도파민은 세포질에, 소포는 축삭 말단에 저장됩니다.소포로부터의 도파민 방출은 활동전위 전파 유도 막 탈분극에 의해 촉발됩니다.[4]도파민 뉴런의 축삭은 지정된 경로의 전체 길이를 연장합니다.

경로

주요한

도파민 작용 경로 중 6가지가 아래에 나열되어 있습니다.[5][6][7]

경로명 묘사 연관프로세스 동반 질환
중피질임부
시스템.
메소림빅
길을
 중뇌에 위치한 복측신경절 영역(VTA)의 도파민을 복측신경절(ventral tegmental area)로 전달하는데, 복측신경절(ventral striatum)은 중뇌에 위치하며, 여기에는 핵의 침상과 후각의 결핵이 모두 포함됩니다.[5][6]"meso" 접두사는 그리스어로 "meso"를 의미하기 때문에, "meso"는 중뇌, 즉 "middle brain"을 의미합니다.
중피질
길을
 중피질 경로는 도파민을 VTA에서 전두엽 피질로 전달합니다."mesocortical"의 "meso" 접두사는 중뇌에 위치한 VTA를 의미하고 "cortical"은 피질을 의미합니다.
니그로스트라이아 경로 흑사선 경로는 실질 흑사선의[8] 조나 콤팩트에서 미상핵과 푸타멘으로 도파민성 뉴런을 전달합니다.

흑운모는 중뇌에 위치하고, 미상핵과 푸타멘은 모두 등쪽 선조체에 위치합니다.
투베로인플루엔자 경로 덩이줄기세포는 시상하부에서 뇌하수체로 도파민을 전달합니다.

이 경로는 뇌하수체로부터 프로락틴을 포함한 특정 호르몬의 분비를 조절합니다.[9]

"비인플루엔자"라는 단어의 "비인플루엔자"는 뇌하수체가 발달하는 컵 또는 비인플루엔자를 말합니다.
  • 프로락틴 분비[10] 조절
시상하부척수로 이 경로는 뇌간과 척수의 운동 네트워크에 영향을 미칩니다.
  • 운동 기능
경장 시상하부 경로 특정 부위에서 오는 이 경로는 뇌간의 시상하부와 운동 중심부에 영향을 미칩니다.
  • 내장 및 감각 운동 활동

작은

시상하부
시상하부
VTA → 해마
VTA → 결상피질
VTA → 후각 전구
SNc → 시상하핵

기능.

중피질계

중피질 임파선은 VTA를 통해 시작되어 편도체, 핵 침상, 해마를 통과합니다.이 기능들은 기억력, 감정 조절, 동기 부여, 보상과 관련이 있습니다.

중피질계(mesocorticolimbic circuit)는 중피질 및 중피질 경로를 모두 말합니다.[3][12]두 경로 모두 복측 부위(VTA)에서 시작됩니다.중피질 돌기는 전전두피질(중간피질)과 복측 선조체(중간피질)의 분리된 연결을 통해 학습, 동기부여, 보상, 기억 및 움직임에 중요한 역할을 합니다.[13]도파민 수용체 아형인 D1과 D2는 중피질자극에서 상호보완적인 기능을 하는 것으로 나타나 긍정적인 피드백과 부정적인 피드백 모두에 반응하여 학습을 촉진합니다.[14]중피질자극계의 두 경로는 ADHD, 조현병, 그리고 중독과 관련이 있습니다.[15][16][17][18]

중피질 경로

중피질 경로는 복측 피질 영역에서 전전두엽 피질(VTA → 전전두엽 피질)로 돌출됩니다.이 경로는 인지 및 실행 기능(예: 주의력, 작업 기억력, 억제 제어, 계획 등)의 조절과 관련되어 있습니다.이 경로에서 뉴런의 조절 장애는 ADHD와 관련이 있습니다.[16]

중심성 경로

보상 경로(reward pathway)로 지칭되는 중절임빅 경로(mesolimbic pathway)는 복측 분절 영역에서 복측 선조체(ventral striatum, VTA → 복측 선조체(ventral striatum, nucleus 침적 및 후각 결핵)로 투사됩니다.보상이 예상될 때, 중심성 경로에서 도파민 뉴런의 발화율이 증가합니다.[19]중심성 경로는 인센티브 현저성, 동기 부여, 강화 학습, 두려움 및 기타 인지 과정과 관련되어 있습니다.[6][16][20]동물 연구에서, 이 경로의 도파민의 고갈 또는 기원지의 병변은 동물이 보상을 얻기 위해 기꺼이 가는 정도(예: 니코틴을 위한 레버 누름의 수 또는 음식을 찾는 시간)를 감소시킵니다.[19]쾌락에 대한 지각에 있어서 중심성 경로의 역할을 규명하기 위한 연구가 진행되고 있습니다.[21][22][23][24]

흑사선 경로는 움직임과 동기와 관련된 행동에 관련되어 있습니다.

니그로스트라이아 경로

흑사선 경로는 움직임과 동기와 관련된 행동에 관련되어 있습니다.도파민성 뉴런이 등쪽 선조체로 전달되는 것은 보상과 동기 부여에 역할을 하는 반면, 움직임은 실질적인 흑체로의 도파민성 뉴런의 전달에 영향을 받습니다.[25][26]흑사병 경로는 헌팅턴병, 파킨슨병, ADHD, 조현병, 투렛증후군과 같은 질환들과 관련이 있습니다.헌팅턴병, 파킨슨병, 투렛증후군은 운동기능에[27] 영향을 받는 질환이고, 조현병과 ADHD는 보상기능과 동기기능에 영향을 받는 질환입니다.이 경로는 또한 고전적인 조건화와 연산자 조건화와 같은 관련 학습을 조절합니다.[28]

덩이줄기세포는 시상하부의 도파민을 뇌하수체로 전달합니다.

투베로인플루엔자 경로

덩이줄기세포는 시상하부의 도파민을 뇌하수체로 전달합니다.이 경로는 또한 여성의 모유 생산을 담당하는 뇌하수체로부터 프로락틴의 분비를 조절합니다.고 프로락틴혈증은 임신한 여성에게 흔히 나타나는 과도한 양의 프로락틴 생성으로 인해 발생하는 관련 질환입니다.[29]

코르티코 기저핵-탈라모-피질 고리

실질적인 니그라파스 콤팩트카(SNC) 및 복측 분절 영역(VTA)에서 선조체(즉, 각각 니그로스트라이아탈 및 중절임빅 경로)로 투사되는 도파민성 경로는 코르티코-염기성 신경절-탈라모-피질 루프로 알려진 일련의 경로의 한 구성 요소를 형성합니다.[30][31]고리의 니그로스트라이타탈 성분은 SNc로 구성되어 있으며, 시상으로 이동하기 전에 선조체에서 글로부스 팔리두스로 이동하거나 시상으로 이동하기 전에 시상하핵으로 이동하는 억제 및 흥분 경로를 모두 생성합니다.이 회로의 도파민 뉴런은 양의 보상 오차에 대응하여 위상 발화의 크기를 증가시키는데, 즉 보상이 예상 보상을 초과할 때입니다.이러한 뉴런은 음성 보상 예측 동안 위상 발화를 감소시키지 않으며(예상보다 보상이 적음), 도파민 뉴런이 아닌 세로토닌 뉴런이 보상 손실을 인코딩한다는 가설로 이어집니다(소스?).도파민 위상 활성은 또한 부정적인 사건을 알리는 신호 동안 증가하지만, 도파민 뉴런 자극은 여전히 장소 선호를 유도하여 긍정적인 자극을 평가하는 데 주요 역할을 나타냅니다.이러한 발견으로부터, 행동 선택에 있어서 기저 신경절 및 흑요석 도파민 회로의 역할에 대해 두 가지 가설이 제기되었습니다.첫 번째 모델은 가치를 암호화하는 "비평가"와 지각된 가치를 기반으로 자극에 대한 반응을 암호화하는 배우를 제안합니다.그러나 두 번째 모델은 행동이 기저 신경절에서 시작되지 않고, 대신 피질에서 시작되어 기저 신경절에 의해 선택된다고 제안합니다.이 모델은 직접 경로가 적절한 행동을 통제하고 간접적으로 상황에 적합하지 않은 행동을 억제할 것을 제안합니다.이 모델은 강장성 도파민 발화가 직접 경로의 활성을 증가시켜 행동을 더 빨리 실행하는 것에 대한 편견을 유발한다고 제안합니다.[32]

기저 신경절의 이러한 모델들은 강박 장애,[33][34] ADHD, 투렛 증후군, 파킨슨병, 조현병, 그리고 중독의 연구와 관련이 있다고 생각됩니다.예를 들어 파킨슨병은 운동이 느리고 인지 결손을 설명하는 과도한 억제 경로 활성의 결과로 가설이 제시된 반면, 투렛병은 투렛병의 틱 특성을 초래하는 과도한 흥분 활동의 결과로 제안됩니다.[32]

규정

복측 분절 영역과 실질적인 니그라파스 콤팩트카는 글루타민제 입력, GABAergic 입력, 콜린제 입력 및 기타 단일 아민제 핵의 입력을 포함한 다른 신경 전달 물질 시스템으로부터 입력을 받습니다.VTA는 발화에 대해 2상 효과를 발휘하는 5-HT1A 수용체를 포함하고 있으며, 낮은 용량의 5-HT1A 수용체 작용제는 발화 속도의 증가를 유도하고 높은 용량의 억제 활성을 유도합니다.도파민성 뉴런에 발현된 5-HT2A 수용체는 활성을 증가시키는 반면, 5-HT2C 수용체는 활성의 감소를 이끌어냅니다.[35]VTA에서 핵 침적으로 돌출하는 중간엽 경로는 또한 무스카린성 아세틸콜린 수용체에 의해 조절됩니다.특히 무스카린성 아세틸콜린 수용체 M2와 무스카린성 아세틸콜린 수용체 M4의 활성화는 도파민 방출을 억제하고 무스카린성 아세틸콜린 수용체 M1의 활성화는 도파민 방출을 증가시킵니다.[36]선조체로부터의 GABAergic 입력은 도파민성 신경세포의 활성을 감소시키고, 많은 피질 및 피질하 영역으로부터의 글루타민성 입력은 도파민성 신경세포의 발화율을 증가시킵니다.엔도칸나비노이드는 또한 VTA와 SNc 밖으로 돌출된 뉴런의 도파민 방출에 조절 효과가 있는 것으로 보입니다.[37] 코에룰레우스 로커스에서 유도된 노르아드레네르기 입력은 VTA와 SNc 밖으로 돌출된 도파민성 뉴런에 흥분 및 억제 효과를 갖습니다.[38][39]VTA에 대한 흥분성 오렉서닉 입력은 측부 시상하부에서 유래하고 VTA 도파민성 뉴런의 기본 발화를 조절할 수 있습니다.[40][41]

VTA(vortral tegmental area) 및 SNC(substantia nigra pars compacta) 입력
신경전달물질 기원. 연결 유형 원천
글루타메이트 VTA 및 SNC에 대한 자극 투영 [38]
가바 VTA 및 SNC에 대한 억제 투영 [38]
세로토닌 수용체 아형에 따른 조절 효과
VTA 뉴런에 대한 2상 효과를 생성합니다.		 [38]
노르에피네프린 수용체 아형에 따른 조절 효과
VTA 및 SNc에 대한 흥분 및 억제 효과는 시간에 의존적입니다.		 [38][39]
엔도칸나비노이드 GABAergic 입력을 억제하는 도파민성 뉴런에 대한 흥분 효과
도파민 신경세포에 대한 글루탐산제 투입 억제 효과
CB1-OX1 수용체 이종이량체를 통해 오렉신과 상호작용하여 신경세포 발화를 조절할 수 있음		 [37][38][40][42]
아세틸콜린 수용체 아형에 따른 조절 효과 [38]
오렉신 오렉신 수용체(OX1 및 OX2)를 통한 신호전달을 통한 도파민 신경세포에 대한 흥분 효과
VTA에서 도파민성 뉴런의 강장성 및 위상 소성을 모두 증가시킵니다.
CB1-OX1 수용체 헤테로다이머를 통해 엔도칸나비노이드와 상호작용하여 신경세포 발화를 조절할 수 있음		 [40][41][42]

참고 항목

메모들

  1. ^ a b 화학적 시냅스에서, 신경전달물질은 일반적으로 시냅스 전 축삭 말단으로부터 방출되고 시냅스 후 뉴런의 덴드라이트 상에 위치하는 수용체를 통해 신호를 전달합니다; 그러나, 역행적인 신경전달에서,시냅스후 뉴런의 덴드라이트는 시냅스전 뉴런의 축삭 말단에 위치한 수용체를 통해 신호를 보내는 신경전달물질을 방출합니다.[40]
    엔도카나비노이드는 시냅스에서 퇴행성 신경 전달을 통해 뉴런들 사이에서 신호를 전달하며,[40] 결과적으로,VTA와 SNc로부터 돌출된 도파민성 뉴런은 그들의 덴드라이트로부터 그들의 억제 GABAergic 및 흥분성 글루타머테릭 입력의 축삭 말단에 엔도카나비노이드를 방출하여 도파민 신경세포 발화에 대한 그들의 효과를 억제합니다.[37][40]

참고문헌

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    그림 3: 암페타민의 복측 선조체 및 자가 투여
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    • Working memory is a short-term, capacity-limited cognitive buffer that stores information and permits its manipulation to guide decision-making and behavior. ...
    These diverse inputs and back projections to both cortical and subcortical structures put the prefrontal cortex in a position to exert what is often called "top-down" control or cognitive control of behavior. ... The prefrontal cortex receives inputs not only from other cortical regions, including association cortex, but also, via the thalamus, inputs from subcortical structures subserving emotion and motivation, such as the amygdala (Chapter 14) and ventral striatum (or nucleus accumbens; Chapter 15). ...
    In conditions in which prepotent responses tend to dominate behavior, such as in drug addiction, where drug cues can elicit drug seeking (Chapter 15), or in attention deficit hyperactivity disorder (ADHD; described below), significant negative consequences can result. ... ADHD can be conceptualized as a disorder of executive function; specifically, ADHD is characterized by reduced ability to exert and maintain cognitive control of behavior. Compared with healthy individuals, those with ADHD have diminished ability to suppress inappropriate prepotent responses to stimuli (impaired response inhibition) and diminished ability to inhibit responses to irrelevant stimuli (impaired interference suppression). ... Functional neuroimaging in humans demonstrates activation of the prefrontal cortex and caudate nucleus (part of the striatum) in tasks that demand inhibitory control of behavior. ... Early results with structural MRI show thinning of the cerebral cortex in ADHD subjects compared with age-matched controls in prefrontal cortex and posterior parietal cortex, areas involved in working memory and attention.
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    Consistently, in vitro electrophysiological experiments from independent laboratories have provided evidence of CB1 receptor localization on glutamatergic and GABAergic axon terminals in the VTA and SNc.
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    • 그림 1: OX1(HcrtR1) 또는 OX2(HcrtR2)를 발현하는 뇌 CB1 발현 및 오렉시네르기 뉴런의 모식도
    • 그림 2: 칸나비노이드 및 오렉신 시스템의 시냅스 신호 전달 메커니즘
    • 그림 3: 음식 섭취와 관련된 뇌 경로 도식
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