尼古丁的成瘾机制一直是烟草争论的焦点，如果尼古丁是高度成瘾性的物质，那么吸烟一定与吸毒具有相同的本质特征，科学技术的发展，尤其是放射生物学的发展，揭示出尼古丁对中枢、外周神经的高度亲和力，由此，香烟成瘾的本质才逐渐为世人所知。
大脑中尼古丁受体根据亲和力分为三种：极高亲和力、高亲和力和低亲和力。这些受体与外周在神经节与骨骼肌的受体不一样。通过采用同位素标记的尼古丁，研究者对实验鼠大脑的尼古丁受体进行了研究，发现标记尼古丁集中在大脑的脚间核和内侧缰核。
对大脑代谢的研究，也发现了尼古丁起作用的关键性受体。研究者发现，尼古丁刺激脑葡萄糖利用率(LCGU)增加139%，控制在内侧缰核和50%-100%丘和前腹侧丘脑和脚间核的葡萄糖代谢。其他区域没有显著性的改变。这些效果能够被尼古丁受体的阻断剂所阻断。
受体显示出葡萄糖利用率的提升，这样的受体才是具有功能性的尼古丁受体。当尼古丁的结合增加了葡萄糖的利用，这些区域就可能是尼古丁发挥作用的地方。
皮下注射尼古丁刺激大脑某些区域的葡萄糖利用率提升，这些区域包括视觉边缘和运动系统，皮下注射尼古丁引起的应对区域集中在内侧缰核。显著性的增加脑葡萄糖利用率(LCGU)的区域有，丘脑前腹侧核、脚间核和上丘脑，中等程度增加脑葡萄糖利用率(LCGU)的区域有，大脑的皮层、丘脑核、外侧膝状体，和腹侧被盖区，无显著性增加脑葡萄糖利用率(LCGU)的区域有，额顶叶皮层外侧缰核，或中央灰质。
科学家通过科学的方法证明了尼古丁不仅作用于外周神经系统，同时也作用于中枢神经系统，是香烟成瘾的根本原因，也是各国采取措施控烟的理论与科学的依据。
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