Reversal of Opioid-Induced Pathological Neuroplasticity Through Timed Electrical Stimulation

通过定时电刺激逆转阿片类药物引起的病理性神经可塑性

基本信息

  • 批准号:
    10359133
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 19.38万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-03-01 至 2024-02-29
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project seeks to develop electrical brain stimulation methods to reverse drug-induced pathological neuroplasticity. Addictions are difficult to treat in part because drugs of abuse transform reward and decision- making circuits, persistently remodeling them in ways that lead to persistent cravings. As a result, relapse rates are high even with gold-standard treatment. Animal studies using optogenetics and related technologies suggest that drug-induced plasticity can be reversed by targeted circuit manipulations. This is particularly true in circuits related to the nucleus accumbens (NAc), a “hub” of brain reward circuitry. For instance, co-PI Thomas showed that chronic morphine exposure in mice strengthened an infralimbic cortex (IL) to NAc synapse. Weakening this same synapse blocked reinstatement of drug-seeking after a period of abstinence (a model of relapse). The challenge is that our circuit-directed tools for animals do not translate readily to humans. Electrical deep brain stimulation (DBS), particularly of the nucleus accumbens (NAc), is feasible in humans with addiction, but appears not to work reliably in its current form. This is in part because clinical NAc DBS uses approaches developed for Parkinson disease, without considering addiction biology. That is, it does not address the neuroplasticity problem. We propose to develop an electrical intervention that specifically targets pathological IL-NAc connectivity, based around the concept of timing-dependent plasticity. In short, if one structure (NAc) is stimulated only in response to changes in another’s (IL’s) activity, the synapses between then can be specifically strengthened or weakened, based entirely on the timing between the two events. Co-PI Widge has developed such activity-dependent stimulation methods for modulating fear-related amygdala circuitry. There is a long tradition of using similar approaches for rehabilitation of spinal cord injury and stroke. We will apply activity-dependent electrical stimulation to modify the IL-NAc circuit of Long-Evans rats, as a first step towards a human brain stimulation therapy. We will develop real-time IL-NAc connectivity measurement tools (Aim 1) and identify the electrical stimulation parameters (timing, intensity) that can de-facilitate the IL-NAc connection (Aim 2a). We will then apply those optimized methods to rats exposed to morphine in a conditioned place preference paradigm (Aim 2b), comparing our electrical approach to Dr. Thomas’ existing optogenetic approach. We hypothesize that this activity-dependent electrical approach will be equally effective, while also being much easier to translate. Success would have near-term clinical potential. Dr. Widge is both a neural engineer and a brain stimulation psychiatrist, with specific experience in NAc DBS. Both PIs are affiliated with state-funded initiatives in addiction treatment development. We are well positioned to translate potential outcomes from this effort into novel, mechanism-informed treatments for addiction.
该项目旨在开发脑电刺激方法来逆转药物引起的病理学 神经可塑性很难治疗,部分原因是滥用药物会改变奖励和决策。 制造回路,以导致持续渴望的方式持续重塑它们,从而导致复发率。 即使采用金标准治疗,使用光遗传学和相关技术的动物研究也很高。 表明药物引起的可塑性可以通过有针对性的电路操作来逆转。 在与伏隔核(NAc)相关的电路中尤其如此,伏隔核是大脑奖励电路的“枢纽”。 例如,共同 PI Thomas 表明,小鼠长期接触吗啡会增强边缘下皮层 (IL) NAc 突触的减弱会在一段时间后阻止药物寻求的恢复。 挑战在于我们针对动物的电路导向工具无法翻译。 电深部脑刺激(DBS),特别是伏隔核(NAc),对人类来说很容易。 在成瘾的人类中是可能的,但目前的形式似乎并不可靠,部分原因是。 临床 NAc DBS 使用针对帕金森病开发的方法,而不考虑成瘾生物学。 也就是说,它没有解决神经可塑性问题。 我们建议开发一种专门针对病理性 IL-NAc 的电干预 连通性,基于时间依赖性可塑性的概念。简而言之,如果一种结构(NAc)是 仅响应另一个(IL)活动的变化而受到刺激,然后之间的突触可以 具体加强或削弱,完全取决于两个事件之间的时间安排。 开发了这种依赖于活动的刺激方法来调节与恐惧相关的杏仁核回路。 我们将应用类似的方法来康复脊髓损伤和中风的悠久传统。 第一步是通过活动依赖性电刺激来改变 Long-Evans 大鼠的 IL-NAc 回路 我们将开发实时 IL-NAc 连接测量工具 (目标 1)并确定可阻碍 IL-NAc 的电刺激参数(时间、强度) 连接(目标 2a)然后,我们将这些优化方法应用于条件反射中暴露于吗啡的大鼠。 位置偏好范式(目标 2b),将我们的电学方法与 Thomas 博士现有的光遗传学进行比较 我们追求这种依赖于活动的电气方法同样有效,同时也同样有效。 成功将具有近期临床潜力。 工程师和脑刺激焦虑症患者,在 NAc DBS 方面拥有丰富的经验。 两位 PI 都隶属于 NAc DBS。 我们有能力转化成瘾治疗发展的国家资助举措。 这项努力的成果是针对成瘾的新颖的、基于机制的治疗方法。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Closed-Loop Deep Brain Stimulation for Psychiatric Disorders.
闭环深部脑刺激治疗精神疾病。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-05-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Widge; Alik S
  • 通讯作者:
    Alik S
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