Neuroimaging, cannabis och hjärnans prestanda och funktion

"Jag tycker att potten ska vara laglig. Jag röker inte den, men jag gillar lukten av den." —Andy Warhol

Cannabis innehåller olika molekyler som binder till receptorer i hjärnan, lämpligt kallade "cannabinoidreceptorer". Kända ligander (som binder till dessa receptorer) inkluderar THC (tetrahydrocannabinol) och CBD (cannabidiol), som binder till receptorer såsom CB1- och CB2-receptorer med olika nedströmsfunktioner i hjärnan.

Den primära neurotransmittorn som är involverad i medfödd (endogen) cannabinoidaktivitet är "anandamid", en unik "fettsyra-neurotransmittor" vars namn betyder "glädje", "lycka" eller "glädje" på sanskrit och relaterade gamla tungor. Detta neurotransmittorsystem har bara relativt nyligen undersökts mer detaljerat och den grundläggande biologin är ganska väl utarbetad (t.ex. Kovacovic & Somanathan, 2014), vilket förbättrar förståelsen för terapeutiska, rekreations- och negativa effekter av olika cannabinoider och banar väg för för ny syntetisk läkemedelsutveckling.

Det ökande intresset för terapeutisk och fritidsanvändning av cannabis kräver en större förståelse för cannabis effekter på hjärnan och beteendet. På grund av marijuanas kontroversiella och politiserade karaktär i samhällsdiskursen hindrar starka övertygelser om cannabis vår förmåga att föra ett motiverat samtal om de potentiella för- och nackdelarna med cannabisanvändning och har hindrat forskningsinitiativ. Ändå har många stater tillåtit medicinsk och fritidsanvändning av cannabispreparat, medan den federala regeringen svänger tillbaka mot mer restriktiv politik.

Juryn är ute

Cannabisförespråkare kan å andra sidan måla en alltför rosig bild av fördelarna med cannabispreparat, för att bagatellisera eller avvisa relevant information om riskerna med cannabis i specifika populationer som riskerar vissa psykiska störningar, riskerna med cannabisanvändningsstörningar och negativa effekter av cannabis på vissa kognitiva processer tillsammans med potentiellt skadliga och till och med farliga effekter på beslutsfattande och beteende.

Till exempel, medan cannabisberedningar har visat sig vara användbara för smärtlindring och funktionell förbättring under olika förhållanden, vilket förbättrar livskvaliteten, kan cannabis också orsaka felbedömningar och förseningar i informationshantering, vilket inte bara kan leda till enskilda problem utan också kan komma i vägen för relationer och professionella aktiviteter, till och med leda till eventuell skada för andra genom att bidra till olyckor.

Cannabis har tydligt associerats med att utlösa och förvärra vissa sjukdomar, särskilt psykiatriska tillstånd. Dessutom finns det ett växande intresse för att förstå den terapeutiska och patologiska potentialen hos olika föreningar som finns i cannabispreparat, särskilt THC och CBD - även om vikten av andra komponenter alltmer erkänns. Till exempel föreslår en nyligen genomförd studie i American Journal of Psychiatry starkt att CBD, användbart för behandling av svåröppnade anfall (t.ex. Rosenberg et al., 2015), kan vara av betydande fördel som ett förstärkande medel för vissa med schizofreni (McGuire at al. ., 2017).

Bilden är dock inte antingen eller. En djupare förståelse för hur cannabis påverkar olika hjärnregioner (under olika förhållanden, t.ex. akut kontra kronisk användning, med och utan olika psykiska sjukdomar och missbruk av ämnen, med individuella variationer etc.) krävs för att grunda debatten i kunskap, och tillhandahålla solida, pålitliga vetenskapliga rön för att bana väg för framtida forskning. Grundläggande förståelse saknas, och även om det finns en växande mängd forskningsstudier som tittar på olika aspekter av cannabiseffekter, vilket alltid är fallet med en växande forskningsgrupp tidigt, har metodiken varierat över många små studier utan en tydlig ram för uppmuntra konsekventa utredningsmetoder.

En fråga av uppenbar betydelse är: Vilka är effekterna av cannabis på viktiga funktionella områden i hjärnan? Hur sprids funktionella och anslutningsförändringar inom viktiga anatomiska regioner ("nav", i nätverksteori) till hjärnnätverk där de är centrala? Hur spelar cannabis, i den mån vi förstår dess effekter, in i specifika uppgifter som används för att studera kognition? Vad är i allmänhet effekten av cannabis på hjärnnätverk, inklusive standardläge, verkställande kontroll och viktiga nätverk (tre viktiga nätverk i den tätt sammankopplade ”rika klubben” av hjärnnätverk)?

Dessa och relaterade frågor är viktigare när vi förstår bättre hur sinnet / hjärnklyftan kan överbryggas genom framsteg när det gäller att kartlägga det mänskliga neurala sambandet. Förväntningen är att ökningar eller minskningar av aktivitet i olika hjärnområden hos användare (jämfört med icke-användare) kommer att korrelera med breda förändringar över funktionella hjärnnätverk, vilket återspeglas i mönster för differentiell prestanda i en stor grupp vanligt använda psykologiska forskningsverktyg som fångar upp olika aspekter av mental funktion och mänskligt beteende.

Den aktuella studien

Med detta viktiga övervägande i åtanke satte en multicentergrupp forskare (Yanes et al., 2018) in för att samla in och undersöka all relevant neuroimaging-litteratur som tittar på effekterna av cannabis på hjärnan och på beteende och psykologi.

Det är värt att granska det metaanalytiska tillvägagångssättet som används kort och diskutera vilka typer av studier som inkluderats och uteslutits för att kontextualisera och tolka de ganska signifikanta resultaten. De tittade på litteratur inklusive studier med fMRI (funktionell magnetisk resonanstomografi) och PET-skanningar (positronemissionstomografi), vanliga verktyg för att mäta indikatorer på hjärnaktivitet och genomförde två preliminära bedömningar för att organisera data.

Först delade de studierna i sådana där aktivitet i olika hjärnområden antingen ökade eller minskade för användare kontra icke-användare och matchade anatomiska områden med de funktionella hjärnnätverk som de är delar av. I det andra förädlingslagret använde de ”funktionell avkodning” för att identifiera och kategorisera olika grupper av psykologiska funktioner mätt över befintlig litteratur.

Studier tittar till exempel på en stor men varierande uppsättning psykologiska funktioner för att se hur cannabis ändrar kognitiv och känslomässig bearbetning, om alls. Relevanta funktioner inkluderade beslutsfattande, felavkänning, konflikthantering, påverkanreglering, belönings- och motiveringsfunktioner, impulskontroll, verkställande funktioner och minne för att tillhandahålla en ofullständig lista. Eftersom olika studier använde olika bedömningar under olika förhållanden är det nödvändigt att utveckla en poolad analytisk metod för att göra en omfattande granskning och analys.

Genom att söka i flera standarddatabaser valde de studier med avbildning som jämförde användare med icke-användare, med tillgängliga data i form av standardmodeller som var lämpliga för poolad analys och som inkluderade psykologiska tester av perception, rörelse, känslor, tänkande och social informationsbehandling. i olika kombinationer. De utesluter personer med psykiska tillstånd och studier som tittar på de omedelbara effekterna av cannabiskonsumtion. De analyserade dessa samlade data.

Med tanke på konvergensen i neuroimaging-fynd över studier med ALE (Activation Likelihood Estimate, som förvandlar data till standardmodellen för hjärnkartläggning) identifierade de vilka regioner som var mer och mindre aktiva. Med hjälp av MACM (Meta-Analytic Connectivity Modeling, som använder BrainMap-databasen för att beräkna helhjärnans aktiveringsmönster) identifierade de kluster av hjärnregioner som aktiverades tillsammans.

De slutförde den funktionella avkodningsfasen genom att titta på framåt och omvänd inferensmönster för att ömsesidigt länka hjärnaktivitet med mental prestanda och mental prestanda med hjärnaktivitet, för att förstå hur olika psykologiska processer korrelerar med funktioner i olika hjärnregioner.

Här är en sammanfattning av den övergripande metaanalysiska "pipeline":

Resultat

Yanes, Riedel, Ray, Kirkland, Bird, Boeving, Reid, Gonazlez, Robinson, Laird och Sutherland (2018) analyserade totalt 35 studier. Sammantaget fanns det 88 uppgiftsbaserade villkor, med 202 element relaterade till minskad aktivering bland 472 cannabisanvändare och 466 icke-användare, och 161 element angående ökad aktivering bland 482 användare och 434 icke-användare. Det fanns tre huvudområden:

Det fanns flera områden med konsekventa (”konvergerande”) förändringar som noterades bland användare och icke-användare, när det gäller aktivering och avaktivering. Minskningar observerades i bilaterala (båda sidor av hjärnan) ACC (främre cingulär cortex) och rätt DLPFC (dorsolateral prefrontal cortex). Däremot observerades ökad aktivering konsekvent i höger striatum (och sträckte sig till höger isola). Det är viktigt att notera att dessa resultat skiljer sig från varandra, och denna brist på överlappning innebär att de representerar unikt olika effekter av cannabis på olika system.

MACM-analys visade att det fanns tre kluster av samaktiverade hjärnregioner:

• Cluster 1 - ACC inkluderade aktiveringsmönster för hela hjärnan, inklusive kopplingar till den isolerade och caudate cortex, medial frontal cortex, precuneus, fusiform gyrus, culmen, thalamus och cingulate cortex. ACC är nyckeln till besluts- och bearbetningskonflikter och är involverad i att utforska och engagera sig i en given handlingssätt (t.ex. Kolling et al., 2016), och dessa relaterade områden täcker ett brett spektrum av funktioner relaterade till ACC. Insulan är involverad i självuppfattning, ett anmärkningsvärt exempel är en visceral upplevelse av självavsky.
• Kluster 2 - DLPFC inkluderade samaktivering med parietala regioner, orbitofrontal cortex, occipital cortex och fusiform gyrus. Eftersom DLPFC är involverad i viktiga verkställande funktioner, inklusive reglering av känslor, upplevelse av humör och riktning av uppmärksamhetsresurser (t.ex. Mondino at al., 2015) samt aspekter av språkbehandling och relaterade områden behandlar nyckelfunktioner, inklusive bearbetning av social information, impulskontroll och relaterat.
• Kluster 3 - Striatum inkluderade hela hjärnans inblandning, särskilt insular cortex, frontal cortex, superior parietal lobule, fusiform gyrus och culmen. Striatumet är involverat i belöning - den så kallade "dopamin hit" som det refereras så ofta - som när det regleras ordentligt tillåter oss att sträva efter optimal framgång, men i tillstånd av underaktivitet leder till passivitet, och i överskott bidrar till beroendeframkallande och tvångsmässigt beteende . De bevis som granskats i originalet antyder att cannabisanvändning kan främja belöningskretsar för att predisponera mot missbruk och eventuellt trubbig motivation för vanliga aktiviteter.

Även om dessa kluster är funktionellt distinkta när det gäller hur de påverkas av cannabis, överlappar de anatomiskt och rumsligt, och framhäver den avgörande betydelsen av betraktad hjärnaktivitet ur den sammanhängande nätverkssynpunkten för att förstå översättningen av reduktiva hjärnfynd till hur sinnet fungerar, och hur detta spelar ut för människor i det dagliga livet.

Den funktionella avkodningen av de tre klusterna visade mönster för hur varje kluster korrelerar med en grupp psykologiska tester: till exempel Stroop-testet, go / no-go-uppgift som innebär snabba beslut, smärtövervakningsuppgifter och belöningsbedömningsuppgifter, för att nämna några. Jag kommer inte att granska dem alla, men resultaten är relevanta, och några av dem sticker ut (se nedan).

Den här översikten över cluster-task relations är användbar. Särskilt anmärkningsvärt är närvaron av Go / No-Go-uppgiftsvillkoret i alla tre funktionella områden:

Ytterligare överväganden

Sammantaget är resultaten av denna metaanalys djupgående och uppnår målen att fokusera på och destillera fynd över relevant litteratur som undersöker effekterna av cannabisanvändning på hjärnaktivering i befolkningar utan psykisk sjukdom, med tanke på ökad och minskad aktivitet hos lokaliserad hjärnregioner, distribuerade kluster av tydlig relevans och inverkan på viktiga psykologiska behandlingsuppgifter och funktion.

Cannabis sänker aktiviteten i både ACC- och DLPFC-kluster, och för personer med normal hjärnfunktion kan detta leda till problem i verkställande funktion och beslutsfattande. Cannabis kommer sannolikt att orsaka felaktigheter i felövervakning, vilket leder till missuppfattning och prestationsproblem på grund av misstag, och kan hindra funktion under högkonfliktsituationer, från både bedömningsfel och från förändrat beslutsfattande och efterföljande utförande. Minskad DLPFC-aktivitet kan leda till känslomässiga regleringsproblem såväl som minnesminskningar och minskad uppmärksamhetskontroll.

För personer med psykiatriska och medicinska tillstånd kan samma hjärneffekter vara terapeutiska, till exempel minska smärtbördan genom att minska ACC-aktivitet, lindra traumatiska minnen och undertrycka posttraumatiska mardrömmar, behandla ångest med få biverkningar eller minska psykotiska symtom (McGuire, 2017) genom att hämma aktivitet i inblandade hjärnområden.

Men cannabinoider kan också utlösa patologi, utfällning av depression eller psykos och andra tillstånd i utsatta befolkningar. Cannabisanvändning orsakar också problem för hjärnan som utvecklas, vilket leder till oönskade långtidseffekter (t.ex. Jacobus och Tappert, 2014), såsom minskad neurokognitiv prestanda och strukturella förändringar i hjärnan.

Cannabis visade däremot att öka aktiviteten i striatum och relaterade områden i allmänhet. För personer med normal baslinjeaktivitet kan detta leda till att belöningskretsar startar, och som har observerats i många studier kan det öka risken för beroendeframkallande och tvångsmässigt beteende, predisponerande för vissa former av patologi. Denna förstärkning av belöningsaktivitet (i kombination med effekter på de två första klustren) kan bidra till den "höga" marijuanaförgiftningen, förbättra njutningen och kreativ aktivitet, vilket gör allt mer intensivt och engagerande, tillfälligt.

Författarna noterar att alla tre kluster involverade go / no-go-uppgiften, en testsituation som kräver inhibering eller utförande av en motorhandling. De noterar:

"Här kan det faktum att olika regionspecifika störningar kopplades till samma uppgiftsklassificering vara en indikation på en cannabisrelaterad sammansatt effekt som manifesteras i studier. Med andra ord kan en minskad förmåga att hämma problematiska beteenden kopplas till samtidig minskning av prefrontal aktivitet (ACC och DL-PFC) och förhöjning av striatal aktivitet. "

För vissa patienter lindrar cannabis enligt uppgift symtom på depression, som kännetecknas av kärnupplevelser av förlust av njutning, överdrivna negativa emotionella tillstånd och brist på motivation, bland andra symtom, men tyngre användare har ökad risk för förvärrad depression (Manrique-Garcia et al. ., 2012).

Förutom att potentiellt bero på missbruk av andra kemikalier och förbättra upplevelser för dem som tycker om att vara berusade med marijuana (andra tycker att det producerar dysfori, ångest, obehaglig förvirring eller till och med paranoia), kan användarna upptäcka att i avsaknad av cannabisanvändning , de är mindre intresserade av regelbundna aktiviteter när de inte är höga, vilket leder till minskad njutning och motivation.

Dessa effekter är olika beroende på flera faktorer relaterade till cannabisanvändning, såsom tidpunkten och kroniken för användningen, liksom typen av cannabis och relativ kemi, givet variationer mellan olika arter och stammar. Även om denna studie inte kunde skilja mellan effekterna av THC och CBD, eftersom det inte fanns data om koncentrationer eller förhållanden mellan dessa två viktiga komponenter i cannabis, är det troligt att de har olika effekter på hjärnans funktion, vilket kräver ytterligare undersökning för att sortera ut terapeutisk potential från rekreations- och patologiska effekter.

Denna studie är en grundläggande studie som sätter scenen för pågående forskning om effekterna av olika cannabinoider på hjärnan i hälsa och sjukdom, och ger viktig information för att förstå de terapeutiska och skadliga effekterna av olika cannabinoider. Den eleganta och noggranna metoden i denna studie lyser en strålkastare på hur cannabis påverkar hjärnan och ger betydande data om de totala effekterna på hjärnnätverk samt på kognitiv och emotionell funktion.

Frågor av intresse inkluderar ytterligare kartläggning av hjärnnätverk och att korrelera dessa resultat med befintliga modeller av sinnet, titta på effekten av olika typer av cannabis och användningsmönster och undersöka effekten av cannabinoider (naturligt förekommande, endogena och syntetiska) ) för terapeutiska ändamål under olika kliniska tillstånd, rekreationsanvändning och potentiellt för prestationsförbättring.

Slutligen, genom att tillhandahålla en sammanhängande ram för att förstå den befintliga litteraturen inklusive positiva och negativa effekter av cannabis på hjärnan, centrerar detta papper cannabisforskningen mera ordentligt i den vanliga vetenskapliga studien, vilket ger en neutral, avstigmatiserad plattform för att möjliggöra debatten om cannabis att utvecklas i mer konstruktiva riktningar än vad det historiskt sett har gjort.

Kolling TE, Behrens TEJ, Wittmann MK & Rushworth MFS. (2016). Flera signaler i främre cingulate cortex. Aktuellt yttrande i neurobiologi, volym 37, april 2016, sidorna 36-43.

McGuire P, Robson P, Cubala WJ, Vasile D, Morrison PD, Barron R, Tylor A, & Wright S. (2015). Cannabidiol (CBD) som tilläggsbehandling vid schizofreni: En randomiserad kontrollerad studie med flera centra. Neuroterapeutika. 2015 okt; 12 (4): 747–768. Publicerad online 18 augusti 2015.

Rosenberg EC, Tsien RW, Whalley BJ & Devinsky O. (2015). Cannabinoider och epilepsi. Curr Pharm Des. 2014; 20 (13): 2186–2193.

Jacobus J & Tapert SF. (2017). Effekter av cannabis på den ungdomliga hjärnan. Cannabis Cannabinoid Res. 2017; 2 (1): 259–264. Publicerad online 1 oktober 2017.

Kovacic P & Somanathan R. (2014). Cannabinoider (CBD, CBDHQ och THC): Metabolism, fysiologiska effekter, elektronöverföring, reaktiva syrearter och medicinsk användning. Natural Products Journal, Volym 4, nummer 1, mars 2014, s 47-53 (7).

Manrique-Garcia E, Zammit S, Dalman C, Hemmingsson T & Allebeck P. (2012). Cannabisanvändning och depression: en longitudinell studie av en nationell kohort av svenska värnpliktiga. BMC Psychiatry201212: 112.