Understanding the neurobiological mechanisms of addiction requires an integration of basic neuroscience with social psychology, experimental psychology, and psychiatry. Addiction is presented as a cycle of spiralling dysregulation of brain reward systems that progressively increases, resulting in compulsive drug use and a loss of control over drug-taking. Sensitization and counteradaptation are hypothesized to contribute to this hedonic homeostatic dysregulation, and the neurobiological mechanisms involved, such as the mesolimbic dopamine system, opioid peptidergic systems, and brain and hormonal stress systems, are beginning to be characterized. This framework provides a realistic approach to identifying the neurobiological factors that produce vulnerability to addiction and to relapse in individuals with a history of addiction.

Early experiences such as prenatal stress significantly influence the development of the brain and the organization of behavior. In particular, prenatal stress impairs memory processes but the mechanism for this effect is not known. Hippocampal granule neurons are generated throughout life and are involved in hippocampal-dependent learning. Here, we report that prenatal stress in rats induced lifespan reduction of neurogenesis in the dentate gyrus and produced impairment in hippocampal-related spatial tasks. Prenatal stress blocked the increase of learning-induced neurogenesis. These data strengthen pathophysiological hypotheses that propose an early neurodevelopmental origin for psychopathological vulnerabilities in aging.

Neurogenesis occurs within the adult dentate gyrus of the hippocampal formation and it has been proposed that the newly born neurons, recruited into the preexistent neuronal circuits, might be involved in hippocampal-dependent learning processes. Age-dependent spatial memory impairments have been related to an alteration in hippocampal plasticity. The aim of the current study was to examine whether cognitive functions in aged rats are quantitatively correlated with hippocampal neurogenesis. To this end, we took advantage of the existence of spontaneous individual differences observed in aged subjects in a hippocampal-dependent task, the water maze. We expected that the spatial memory capabilities of aged rats would be related to the levels of hippocampal neurogenesis. Old rats were trained in the water maze, and, 3 weeks after training, rats were injected with 5-bromo-2′-deoxyuridine (BrdUrd, 50 or 150 mg/kg) to label dividing cells. Cell proliferation was examined one day after the last BrdUrd injection, whereas cell survival and differentiation were determined 3 weeks later. It is shown that a quantitative relationship exists between learning and the number of newly generated neurons. Animals with preserved spatial memory, i.e., the aged-unimpaired rats, exhibited a higher level of cell proliferation and a higher number of new neurons in comparison with rats with spatial memory impairments, i.e., the aged-impaired rats. In conclusion, the extent of memory dysfunction in aged rats is quantitatively related to the hippocampal neurogenesis. These data reinforce the assumption that neurogenesis is involved in memory processes and aged-related cognitive alterations.

Individual vulnerability to drug addiction may be an important factor in the prognosis of this pathological behavior in man. However, experimental investigations have largely neglected the psychobiological substrate of predisposition to addiction. In this study, we show using a self-administration (SA) acquisition paradigm that previous repeated exposure to a stressful experience (tail-pinch) or to amphetamine, increase the locomotor response to this drug (behavioral sensitization) and enhance vulnerability to acquire amphetamine SA. These results show that vulnerability to develop amphetamine SA may be influenced by stressful experiences, and that previous contact with the drug may enhance a predisposition to amphetamine-taking behavior. As tail-pinch and amphetamine sensitization affect both the dopamine (DA) neural system and the propensity to self-administer amphetamine (behavior also modulated by DA activity), stress may influence SA via an action on the DA system.

Individual vulnerability to the reinforcing properties of drugs appears to be an essential characteristic predisposing humans to addiction. In animals, a greater behavioral reactivity to a mild stress, such as exposure to a novel environment, is an index of the vulnerability to acquire amphetamine self-administration. Biological responses to stress as well as behavioral reactivity may predict such a vulnerability. In the present study, rats with a longer duration of corticosterone secretion after exposure to novelty showed facilitation of acquisition of amphetamine self-administration. Furthermore, corticosterone administration in nonpredisposed individuals increased the reinforcing value of the drug and facilitated the acquisition of amphetamine self-administration. These results indicate that the stress-related activity of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis may play a role in the pathogenesis of psychostimulant addiction.

The development of the organism is subjected to critical and complex influences during the perinatal period. Prenatal and postnatal stresses can have different long-term behavioral effects, and appropriate postnatal manipulations can counteract the behavioral effects of prenatal stress. In the present study, we investigated the involvement of changes in the activity of the hypothalamo-pituitary-adrenal (HPA) axis in the long-term effects of prenatal and postnatal events and of interactions between them. We investigated stress-induced corticosterone secretion and hippocampal corticosteroid receptors in male adult rats submitted to prenatal and/or postnatal manipulations. Repeated restraint during the last week of pregnancy was used as prenatal stressor, and adoption at birth was used to change the postnatal environment. We found that (1) prenatal stress prolongs stress-induced corticosterone secretion in adult rats, which was attributed to the observed decrease in central corticosteroid receptors; (2) adoption, irrespective of the stress experience of the foster mother, reverses the effects of prenatal stress; and (3) adoption per se increases maternal behavior and decreases the stress- induced corticosterone secretion peak in the adult offspring. In conclusion, certain prenatal and postnatal manipulations appear to have opposite long-term effects on the activity of the HPA axis, and adoption, probably by modifying maternal behavior, can protect against the effects of prenatal stress. Thus, changes in the activity of the HPA axis may be one of the biological substrates of the long-term effects of certain perinatal events.

Abstract Prenatal stress is considered as an early epigenetic factor able to induce long‐lasting alterations in brain structures and functions. It is still unclear whether prenatal stress can induce long‐lasting modifications in the hypothalamo‐pituitary‐adrenal axis. To test this possibility the effects of restraint stress in pregnant rats during the third week of gestation were investigated in the functional properties of the hypothalamo‐pituitary‐adrenal axis and hippocampal type I and type II corticosteroid receptors in the male offspring at 3, 21 and 90 days of age. Plasma corticosterone was significantly elevated in prenatally‐stressed rats at 3 and 21 days after exposure to novelty. At 90 days of age, prenatally‐stressed rats showed a longer duration of corticosterone secretion after exposure to novelty. No change was observed for type I and type II receptor densities 3 days after birth, but both receptor subtypes were decreased in the hippocampus of prenatally‐stressed offspring at 21 and 90 days of life. These findings suggest that prenatal stress produces long term changes in the hypothalamo‐pituitary‐adrenal axis in the offspring.

The effect of electric footshocks and of exposure to environmental stimuli paired with electrical shocks upon the dopaminergic activity in various cortical and limbic areas of the rat were evaluated by measuring dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC) levels in these areas. In animals exposed to a 20 min electric footshock session DOPAC concentrations were significantly increased in the anteromedical and sulcal frontal cortices, olfactory tubercle, nucleus accumbens and amygdaloid complex (by 66, 37, 28, 55 and 90% respectively). Re-exposure of rats to an environment where they had been shocked 24 h earlier induced an elevation of DOPAC content only in the anteromedial frontal cortex (by 47%). Plasma corticosterone levels were elevated in both situations. No change in serotonin or 5-hydroxyindolacetic acid content of these areas could be detected in either situation. The results show that electric footshocks and environmental stimuli associated to previous shocks both activate central dopaminergic systems, although the patterns of activation are different.