Class Notes (837,999)
Canada (510,615)
HMB200H1 (140)
Lecture 7

HMB200 2014 Lecture 7.pdf

8 Pages
Unlock Document

Human Biology
John Yeomans

  Lecture  7:  Rewards  and  Drug  Abuse   Midbrain  Summary   - tectum:  sensory  of  turns   - Central  Gray  (PAG):  Defensive  responses   - Central  grey  and  deep  layers  of  the  tectum  are  important  for  defensive  responses:   ducking  away,  fighting,  freezing,   running  away   - Tegmentum:  arousal  by  diffuse  ascending  systems  (ACh,  5HT  (Serotonin),  and  NE)   –  these  monoamine   transmitters  result  in  widespread  cortical  arousal   à  helps  you  pay  attention  to  things  (important  in  reward,  sle ep,   arousal,  cognition)   - Tegmentum:  dopamine  neurons  in  the  ventral  tegmentum  are  important  for  behavioral  activation  (Parkinson’s   disease  and  movement),  and  drug  rewards  in  the  ventral  tegmental  area  (ex.  Cocaine,  opiates,  amphetamine)     Stimulation  of  Tectum   § Approach  turns:  intermediate  layers,  moderate  stimuli,  crossed  tectospinal  path   § Avoidance  turns:  deep  layers,  intense  stimuli,  uncrossed  tectopontine  path   § Defensive  Responses:  PAG,  glutamate  stimuli,  descending  paths     Approach,  Arousal,  and  Reward   - Tectospinal  path  produces  approach  turns   à  turning  and  foveation  of  visual  stimuli   - Just  below  this,  in  the  Pontine  Reticular  Formation:   - Cholinergic  Activation  (cholinergic  neurons  that  produce  arousal)   –  between  boundary  of  midbrain  and  pons à   thalamus,  basal  forebrain,  dopamine  activation   à  cortical  arousal   - Dopamine  Activation  à  rewards  (Limbic)   - Ascending  Pathways  activate  higher  centers  for  complex  evaluation  of  stimuli,  surroundings  and  learned   experiences     Cholinergic  Cell  Groups  Ch1 -­‐6   - Cholinergic  arousal  system  à  severe  arousal  effects   - Facilitates  tectum  and  fast  eye  movements   - Every  one  of  these  neurons  go  to  the  thalamus  and  opens  it  up   (anything  coming  into  the  thalamus  will  get  relayed  to  the   cortex)   - Effect:  cortex  gets  activated  by  diffuse  thalamic   activation     - All  sensory  pathways  to  the  thalamus  result  in  cortical   activation  of  all  primary  cortical  areas   - By  opening  up  the  thalamic  gates,  the  cholinergic  arousal   system  results  in  widespread  cortical  arousal     - These  neurons  also  go  to  dopamine  neurons   (facilitates   rewards)  and  also  go  to  cholinergic  basal  forebrain  (produces  a  2 nd  activation  of  cortex  à  forebrain  cholinergic   system  that  produces  direct  cortical  activation)     Dopamine  Cell  Groups  A8 -­‐10   - dopamine  neurons  are  found  at  the  base  of  the  midbra in   - in  midbrain  ventral  tegmental  area  (where  the  mesolimbic   neurons  go  to  the  nucleus  accumbens  and  the  limbic  system)     - Mesolimbic  System:  going  from  midbrain  to  limbic  cortex  and   limbic  accumbens   - Nigostriatal  System:  goes  from  Substantial  Nigra  Dopamine   Neurons  to  dorsal  striatum   à  critical  in  Parkinson’s  disease     - Produces  facilitation  of  movement   - When  these  cells  die,  you’ll  have  difficulty  moving  and   difficulty  initiating  movements   - Important  for  energizing  motor  activation  à  when  these   neurons  are  lost  =  lost  of  energy  and  lost  of  initiating   behaviours  AND  a  decrease  in  affects     Dopamine  Neurons  in  Disease   - Parkinson’s  Disease   à  loss  of  energy,  initiative,  affect;  resting  tremoà  due  to  loss  of  Nigrostriatal  Neurons       - Resting  tremor:  activation  of  motor  control  by  way  of  the  Nigrastriatal  pathway   - When  these  Nigrastriatal  neurons  die  (especially  the  ventral  lateral  ones),  when  90%  of  them  are  gone,   you  cant  move  as  well  =  Parkinson’s  disease   à  progressive  lost  of  motor  control   - Treated  by  l-­‐DOPA  (dopamine  antagonists  or  Dopamine  transplants)   - Can  restore  dopamine  when  giving  the  precursor  L -­‐DOPA   - When  all  the  cells  die,  you  need  direct  dopamine  receptor  agonists  that  act  directly  on  the  striatumà   restore  more  quicker  =  more  dopamine  release  from  remaining  dopamine  neurons   - OR  if  all  neurons  are  dead:  transplant  dopamine/catecholamine  neurons  to  “add”  dopamine  functions   - Schizophrenia:  positive  symptoms  blocked  by  neuroleptics   - Too  much  dopamine  activation   - Neuroleptics:  powerful  treatment  of  positive  symptoms     - blocking  dopamine  receptors   - Amphetamine  =  dopamine  release  activator   à  increases  dopamine  =  hallucinations  and  delusions  with   high  doses  of  amphetamine   - Positive  symptoms:  thoughts,  delusions,  hallucinati ons   - Neuroleptics  block  D2  dopamine  receptors   - Anti-­‐schizophrenia  drugs  -­‐  neuroleptics   - Reduces  delusions  and  hallucinations   - Block  D2  type  dopamine  receptors     Brain-­‐Stimulation  Reward  and  Drug  Self -­‐Administration  (Olds,  1956)   - Hypothalamic,  or  tegmental  stimu lation  of  midbrain  =  animals  getting  very   excited  and  aroused   - Mice  also  learned  to  bar  press  to  get  this  stimulation   - Initial  stimulation:  animal  looks  up  and  gets  excited   - Animal  will  return  to  the  place  where  they  got  the  stimulation:  place   reference   - Olds  showed  that  rats  will  bar  press  for  food  AND  brain  stimulation  of   lateral  hypothalamus  or  the  ventral  tegmentum   - Highest  rate  of  bar  pressing:  lateral  hypothalamus  and  in  the  ventral   tegmentum   - Rewarding  effect  does  not  dissociate  like  food  and  sex  rewards   à  will  keep   bar  pressing  for  as  long  as  a  day  if  allowed  (constant  and  doesn’t  stop)     Dopamine  and  Reward   - amphetamine  and  cocaine  increase  dopamine  by  blocking  dopamine   transporter   - they  are  stimulants  that  produce  rewarding  brain  stimulation   à   rewarding  drug  stimulation  =  drug  self  administration   - animal  is  bar  pressing  to  get  a  dose  of  drug  =  self  administrating   the  drug   - animal  would  bar  pressing  for  electrical  stimulation  at  high  rates,  and  chemical  stimulation  at  lower  rates   - amphetamine  and  cocaine  work  directly  on  dopamine  neurons   - particularly  dopamine  terminals   à  block  dopamine  transporter   - after  amphetamine  and  cocaine  are  given,  dopamine  is  released  into  nucleus  accumbens  and  cant  get  back   in  à  reuptake   inhibitor  =  dopamine   transporter  blocker   (especially  cocaine)   - dopamine  blockers  inhibit   rewards  from  drugs,  brain   stimulation  or  food   - all  these  rewards  increase   dopamine  release   - how  do  rewards  activate  DA   neurons?     Dopamine  and  Cocaine       - animals  will  bar  press  a  certain  amount  of  cocaine  into   their  blood  stream  –  controlled   - if  you  look  at  dopamine  neurons,  dopamine  neurons  go  up  (especially  in  the  nucleus  accumbens)  and  will  bar  press   to  get  cocaine  into  the  nucleus  accumbens   –  acting  on  nucleus  accumbens  dopamine  terminals   - dopamine  goes  up  after  cocaine  is  given   - Microdialysis  System:  measures  dopamine  level  in  the  nucleus  accumbens   - a  dialysis  membrane  is  something  that  keeps  large  molecules  out,  allows  small  molecules  (dopamine,   monoamines)  to  get  into  this  dialysis  membrane   - put  dialysis  probe  to  the  nucleus  accumbens,  then  put  fluid  in  and  draw  the  fluid  out   –  dopamine  in  that  region   can  pass  through  the  membrane  à  when  you  put  fluid  in,  you  have  more  dopamine  coming  out  when  you  pull   the  fluid  out   - dialysis  membrane:  only  dop amine  (red)  and  small  molecules  can  get  in  (serotonin,  ACh)     - dopamine  is  generally  kept  at  a  very  stable  level  (unless  you  do  something  exciting)   - if  you  give  amphetamine  or  cocaine  to  an  animal,  these  stimulant  drugs  increase  dopamine   - dopamine  levels  go  up  by  3  times  within  10  minutes  of  cocaine  injection   - cocaine  is  blocking  the  reuptake  (blocking  the  transporter)   –  cant  get  back  into  dopamine  neurons   - cant  get  back  =  accumulation  of  dopamine  =  level  rises   - amphetamine  and  cocaine  are  stimulants  =  drugs  that   make  the  animal  very  aroused   - cocaine  levels  go  up  in  blood  stream  when  the  animal  bar  presses  for  doses  of  cocaine  =  levels  of  dopamine  go  up   in  brain  à  animal  learned  to  titrate  the  number  of  bar  presses  to  a  constant  level  in  the  blood  and  dopamine  to  a   constant  level  in  the  brain   - dopamine  is  adjusted  by  bar  pressing  of  cocaine   - Nucleus  accumbens  is  the  key  place  for  most  rewards   - Reward  can  be  measured  as  the  amount  of  dopamine  that  is  reached  in  the  nucleus  accumbens   - Dopamine  levels  go  up  for:  brain  stimu lation,  drugs,  and  food   • Dopamine  receptor  blockers  in  the  Nucleus  Accumbens:  animal  would  loose  interest  in  reward   à  wont  bar  press   for  food,  drugs,  or  brain  stimulation   o If  you  give  TOO  much  blockers,  animal  will  slow  down   à  become  Parkinsonian   • All  drug  rewards,  food,  and  brain  stimulation  increase  dopamine  levels   o All  dopamine  blockers  make  these  agents  less  rewarding   • How  does  cocaine  and  amphetamine  activate  dopamine  neurons?   o Amphetamine  and  cocaine  work  directly  on  dopamine  terminals   o Both  block  dopamine  transporters   o Has  a  second  effect:  stimulates  dopamine  release  by  reversing  catecholamine  transporter   o Amphetamine:  pushes  dopamine  out   o Amphetamine  and  cocaine:  prevents  dopamine  reuptake   § cocaine  and  amphetamine  work  by  way  of  terminals  in  the  nucleus   accumbens   o Result:  more  dopamine  in  the  extracellular  space  of  the  nucleus  accumbens     Nicotine  Reward   • Acts  in  the  Ventral  Tegmental  Area  (unlike  dopamine  which  acts  on  the  Nucleus  Accumbens)   • Weak  direct  stimulant  of  dopamine  neurons   o On  the  cell  body,  nicoti nic  receptors  can  depolarize  and  activate  dopamine  neurons   • a  weak  reward,  but  hard  to  quit  (addictive)   o can  increase  dopamine  levels  by  double  (weaker  reward)   o nicotine  rewards  are  problematic   à  hard  to  quit  smoking   o produces  time  dependent  changes  so  animals  have  a  hard  time  quitting  =  addictive   o hard  to  get  animals  to  bar  press  for  nicotine  (small  effect),  but  once  they  do,  they  will  maintain  it   • nicotine  self-­‐administration  in  rats  blocked  by  nicotinic  receptor  blockers  in  Ventral  Tegmental  Area   o compared  to  cocaine  and  amphetamine,  you’d  want  to  block  dopamine  downstream  in  the  terminals   § cocaine  and  amphetamine  work  by  way  of  terminals  in  the  nucleus  accumbens   o nicotine  works  directly  on  dopamine  neurons  (by  way  of  nicotinic  receptors)   • nicotine  is  a  cholinergic  agonist   o acts  on  cholinergic  receptors   à  particularly  fast  nicotinic  receptors   o natural  source  of  nicotinic  input  is  coming  from  the  brain  stem   • nicotinic  genes  (alpha  4,  5,  7,  beta  2)   o Nicotinic  receptors  have  been  identified  as  associated  with  particular  ni cotinic  receptor  genes   • Cholinergic  inputs  to  Ventral  Tegmental  Area  come  from  mesopontine  cholinergic  arousal  neurons  (Ch5,  6)   o Underneath  Locus  Coeruleus  in  the  midbrain -­‐pons  border       • Cholinergic  neurons  go  directly  to  dopamine  neurons,  activate  the   Substantia  Nigra  (these  neurons  are  important   for  Parkinson’s)  and  also  directly  activate  the  VTA  dopamine  neurons  that  go  to  the  Nucleus  Accumbens     Mesopontine  Stimulation  Increases  DA  Release  in  Rats   - stimulation  of  cholinergic  neurons  =  increase  dopamine  release   just  a  little  with  nicotine  (doubling  in  release)   - there  is  a  slower  effect  that  is  mediated  by  muscarinic  receptors   =  stronger  effect   - M5  muscarinic  receptor:  mediates  all  of  this  slow  activation   - Fast  Ionotropic  effect:  nicotinic   - Slow  muscarinic  effect  =  G-­‐coupled:  is  the  slow  activation  (longer   lasting,  bigger  activation)  of  muscarinic  receptors   à  results  in   slow  dopamine  release  in  the  Nucleus  Accumbens  or  striatum     Rewards  Increase  Acetylcholine  in  VTA   - natural  rewards  can  produce   dopamine  release  and   acetylcholine  release  (can  be   measured  with  Microdialysis)   - acetylcholine  goes  up  in   thalamus  and  the  in  VTA   - cholinergic  activation  of  VTA   occurs  when  you’re  drinking   (doubling  of  ACh  when  you   drink),  when  you  eat,  or  when   you  bar  press  for  brain
More Less

Related notes for HMB200H1

Log In


Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.