Endogenous opioid system and human sociability

Abstract

Social bonds have a profound impact on our everyday life. People differ in their capacity for establishing and maintain strong, intimate relationships. These differences are characterized as attachment styles. Particularly insecure attachment style may lead to developmental and psychiatric disorders, as well as to addictive behavior (Mikulincer & Shaver 2007), which cause large societal expenses due to treatment and sickness leaves. In addition to anti-nociception and reward, the endogenous opioid system has been proposed to regulate social bonding in mammals. That could explain the link between social distress and physical pain (Panksepp & Nelson 1997). However, the role of the endogenous opioid system in human social behavior remains poorly understood (Machin & Dunbar 2011).

The aim of this thesis was to investigate opioidergic basis of affiliative behavior with positron-emission tomography (PET). We approached the phenomenon from two perspectives: by 1) measuring how prosocial behavior affects endogenous opioid peptide release and 2) quantifying whether regional differences in opioid receptor availability explain differences in adult attachment styles. PET was used for quantifying endorphin release after social laughter manipulation (Study I) and levels of brain μ-opioid receptor (MOR) in baseline state (Study II). In the methodological part of the thesis (Study III), PET and MRI data were combined. Voxel-based morphometry (VBM) based indices of gray matter density (GMD) were correlated with tracer binding potentials (BPND)

Social laughter increased endorphin release in brain regions such as thalamus, caudate nucleus and putamen, in subcortical areas and in frontal cortices (Study I). Adult avoidant attachment style correlated negatively with brain MOR availability in thalamus, anterior, middle and posterior cingulate cortices, and medial and lateral prefrontal cortices (Study II). In study III, gray matter density (GMD and radiotracer binding (BPND) correlated positively in multiple brain areas, suggesting a link between brain’s regional macrostructure and molecular functioning.

In sum, these results highlight the crucial role of endogenous opioid system in human prosocial functioning. Furthermore, they show that PET and anatomical MR provide complementary information regarding brains molecular organization, stressing the importance of fusion imaging for understanding brain basis of sociability.

Ihmisen käyttäytymiselle on tyypillistä muodostaa pitkäkestoisia ja monimuotoisia kiintymyssuhteita. Erot kiintymyskäyttäytymisessä voivat olla suuria, eikä ilmiön neurobiologista taustaa vielä täysin tunneta. Kiintymyssuhdehäiriöt liittyvät usein laajempiin mielenterveyden häiriöihin sekä mm. lisääntyneeseen päihdehakuisuuteen aikuisiällä (Egle et al. 2002). Fyysisen kivun kokemuksen sekä lievittymisen tiedetään olevan vahvasti opioidi-välitteistä. Opioidijärjestelmän ajatellaan evoluution myötä kehittyneen säätelemään fyysisen kivun lisäksi myös sosiaalista kanssakäymistä nisäkkäillä (Nelson & Panksepp 1998; Higham et al. 2011). Tämä voisi selittää yhteyden psyykkisen ja somaattisen kipukokemuksen välillä myös ihmisillä (Panksepp et al. 1978).

Tässä väitöskirjatyössä pyrittiin selvittämään aivojen opioidijärjestelmän merkitystä ihmisen sosiaalisen käyttäytymisen säätelijänä kahdella tavalla: 1) mittaamalla aivoissa vapautuvan endorfiinin määrää miellyttävän sosiaalisen tilanteen jälkeen sekä 2) vertailemalla aikuisen kiintymussuhdetyypin yhteyttä aivojen u-opioidireseptoritasoihin (MOR) normaalitilassa. Menetelmänä käytettiin aivojen positroniemissiotomografiaa (PET) sekä [11C]karfentaniilia, jonka tiedetään sitoutuvan spesifisti MOR:iin keskushermostossa. Kolmannessa (3), metodologisessa osatyössä vertailtiin aivojen PET-dataa magneettikuvantamisella (MRI) saatuihin aivojen harmaan ja valkean aineen tiheyskarttoihin käyttäen vokselipohjaista menetelmää (VBM; voxel-based morphometry).

Tuloksena oli, että nauraminen läheisten ystävien kanssa lisäsi endorfiinien vapautumista (I) ja välttävä kiintymyssuhdetyyppi korreloi negatiivisesti vapaana olevien MOR:ien kanssa (II) sosio-emotionaalista käyttäytymistä ohjaavilla aivoalueilla. Lisäksi (III), harmaan aineen tiheys (GMD) korreloi positiivisesti merkkiaineiden sitoutumispotentiaalin (BPND) kanssa usealla aivoalueella. Tulokset I-II lisäävät tietoa opioidijärjestelmän keskeisestä roolista ihmisen sosiaalisen käyttäymisen säätelijänä. Lisäksi, osatyön III mukaan kaksi eri aivokuvantamisessa yleisesti käytettyä mittaria (BPND ja GMD) antavat toisiaan täydentävää tietoa aivojen molekyylirakenteesta, minkä vuoksi usean modaliteetin aivokuvantaminen on välttämätöntä sosiaalisen käyttäytymisen aivoperustan ymmärtämiseksi.