Konvergerende verwerking van beide positiewe en negatiewe motiewe seine deur die VTA Dopamien Neuronale Populasies (2011)

KOMMENTAAR: Hierdie navorsing toon dat die beloningskringe en dopamienproduserende senuweeselle op vrees reageer. Dieselfde stroombaan wat ons met dopamien dryf om ons doelwitte, soos orgasme, na te streef, word ook deur vrees geaktiveer. Dit is hoekom ons "hou" van skrikwekkende dinge – roller coasters, bungy-jumping, gruwelflieks, ens. Ons wonder of vrees of angs wat pornografie produseer, die hoeveelheid dopamien wat vrygestel word, verhoog. Dit sal sin maak, want baie gebruikers beweeg na pornografiese genres wat angs en vrees veroorsaak. As 'n pornogebruiker nie meer genoeg dopamien uit die huidige genre kry nie, kan hy pornografie soek wat angs en vrees sal oproep om 'n groter dopamienoplossing te kry. Adrenalien en noradrenalien stimuleer ook die beloningskringloop, soos in ander artikels in hierdie afdeling beskryf word.

Volledige studie: Konvergente verwerking van beide positiewe en negatiewe motiveringsseine deur die VTA dopamienneuronale populasies

Wang DV, Tsien JZ, 2011 PLoS ONE 6(2): e17047. doi:10.1371/journal.pone.0017047

Abstract

Dopamienneurone in die ventrale tegmentale area (VTA) is tradisioneel bestudeer vir hul rolle in beloningsverwante motivering of dwelmverslawing. Hier bestudeer ons hoe die VTA-dopamienneuronpopulasie vreesaanjaende en negatiewe ervarings kan verwerk, asook inligting beloon in vrygedraende muise. Deur gebruik te maak van multi-tetrode-opname, vind ons dat tot 89% van die vermeende dopamienneurone in die VTA beduidende aktivering toon in reaksie op die gekondisioneerde toon wat voedselbeloning voorspel, terwyl dieselfde dopamienneuronpopulasie ook reageer op die vreeslike ervarings soos gratis val en skud gebeure. Die meerderheid van hierdie VTA-vermeende dopamienneurone vertoon onderdrukking en offset-rebound-opwekking, terwyl ~25% van die aangetekende vermeende dopamienneurone opwinding toon deur die vreesaanjaende gebeure. Wat belangrik is, is dat VTA-vermeende dopamienneurone parametriese enkoderingseienskappe vertoon: hul vuurveranderingsduur is eweredig aan die vreeslike gebeurtenisduur. Daarbenewens demonstreer ons dat die kontekstuele inligting deurslaggewend is vir hierdie neurone om onderskeidelik positiewe of negatiewe motiveringsreaksies op dieselfde gekondisioneerde toon te ontlok. Saamgevat dui ons bevindinge daarop dat VTA-dopamienneurone die konvergente enkoderingstrategie kan gebruik vir die verwerking van beide positiewe en negatiewe ervarings, intiem integreer met leidrade en omgewingskonteks.

syfers

aanhaling: Wang DV, Tsien JZ (2011) Konvergente verwerking van beide positiewe en negatiewe motiveringsseine deur die VTA dopamienneuronale populasies. PLoS EEN 6(2): e17047. doi:10.1371/journal.pone.0017047

Redakteur: Hiromu Tanimoto, Max-Planck-Institut vir Neurobiologie, Duitsland

ontvang: November 9, 2010; aanvaar: Januarie 19, 2011; Published: 15 Februarie 2011

Copyright: © 2011 Wang, Tsien. Hierdie is 'n ooptoegang-artikel wat versprei word onder die bepalings van die Creative Commons Erkenningslisensie, wat onbeperkte gebruik, verspreiding en reproduksie in enige medium toelaat, mits die oorspronklike outeur en bron gekrediteer word.

befondsing: Hierdie werk is ondersteun deur fondse van NIMH (MH060236), NIA (AG024022, AG034663 & AG025918), USAMRA00002, en Georgia Research Alliance (almal aan JZT). Die befondsers het geen rol in studie-ontwerp, data-insameling en -analise, besluit om te publiseer of voorbereiding van die manuskrip gehad nie.

Kompeterende belange: Die outeurs het verklaar dat geen mededingende belange bestaan ​​nie.

Inleiding

Dopamienneurone in die ventrale tegmentale area (VTA) is tradisioneel bestudeer vir hul rolle in beloningsverwante motivering of dwelmverslawing [1]-[3]. Daar word egter ook geglo dat VTA-dopamienneurone belangrik is vir negatiewe motivering [1]-[4]. In die literatuur is die rol van die dopamienneuron in positiewe motivering goed gevestig en ondersteun deur baie studies wat toon dat beloning (bv. kos, sap) en beloningswyses (gekondisioneerde stimuli) 'n kort-latency (50-110 ms) oproep. en kort-duur (~200 ms) bars aktiwiteit van die dopamien neuron [5]-[9]. Hierdie dopamienneurone se responsiwiteit blyk 'n wye reeks nuwe en beloningsverwante gebeure te kodeer deur 'n voorspellingsfoutreël [5]-[9]. Daar is ook getoon dat VTA dopamienaktiwiteit 'n noodsaaklike rol speel in dwelmverslawing: byna alle verslawende middels verhoog die sinaptiese dopamienvlak in die nucleus accumbens wat uitgebreide dopaminergiese insette van die VTA-area ontvang [10]-[12].

Die rol van die VTA dopamienneuron in negatiewe motivering is ook opgemerk. 'n Aantal studies het bevind dat afkeerende gebeurtenisse (bv. orale infusie van kinien of LiCl) of negatiewe toestande (bv. dwelmonttrekking) dopamienkonsentrasies in breinareas wat deur die VTA dopamienneurone geïnnerveer word, kan verander [13]-[15]. Daarbenewens lei ontwrigting van dopamienoordrag in die VTA stroomaf strukture tot verswakte kondisionering tot afkeer of vreesaanjaende ervarings [16], [17]. Boonop kan dopamienvlakke teenoorgestelde funksies in die versterking van gedrag vertoon: die laer dopamienvlak in die nucleus accumbens word geglo om straf te verbeter, maar benadeel beloningsgebaseerde leer, terwyl die hoër dopamienvlak beloning verbeter, maar strafgebaseerde leer belemmer. [18]. Hierdie bogenoemde studies dui sterk daarop dat VTA dopamienneurone ook 'n belangrike rol speel in die verwerking van negatiewe motiveringsseine. Die presiese rol van die VTA dopamienneuron in negatiewe motivering is egter nie heeltemal duidelik nie.

Aan die ander kant het onlangse studies bevind dat dopamienneurone in die substantia nigra pars compacta (SNc) kan reageer op beide beloning (bv. sap) en aversiewe stimuli (bv. lugpuff) en twee populasies van SNc dopamienneurone kan duidelik positief oordra en negatiewe motiveringsseine [9], [19]. Daar is egter kommer uitgespreek oor die vraag of lugpuff aan die velle, of gekondisioneerde teken wat die voorkoms van lugpuff voorspel, werklik afkeer van ape is solank sulke aktiwiteite nie skadelik geag word nie [9]. Boonop is dit bekend dat SNc dopamienneurone verskillende aspekte van inligting verwerk, en met duidelike inset-uitset neurale stroombane met betrekking tot die VTA [5]. Daarom is daar 'n sterk belangstelling om te ondersoek of en hoe die VTA-dopamienneurone negatiewe ervarings verwerk, en of daar duidelike dopamienneuronpopulasies is wat hulself toewy om positiewe en negatiewe inligting te verwerk.

Om hierdie belangrike vrae aan te spreek, het ons multi-tetrode ekstrasellulêre opname gebruik in vrygedraende muise, en twee tipes robuuste vreesaanvalle gebruik (vryval en skud) [20] as 'n manier om die rol van die VTA-neurone in die verwerking van negatiewe motiveringsseine te bestudeer. Ons het ook muise opgelei om 'n neutrale toon met daaropvolgende voedselaflewering te koppel, wat ons in staat gestel het om te ondersoek hoe dieselfde VTA-dopamienneuronpopulasie positiewe bewegingseine kan verwerk. Verder, omdat konteksinligting so 'n integrale deel van baie algehele ervarings is, het ons gevra of en hoe omgewingskontekste 'n rol kan speel in die diskriminasie van beloning of afkerende inligting. In hierdie verband het ons verder 'n stel eksperimente uitgevoer waarin ons muise opgelei het om een ​​enkele toon te koppel met beide voedselbeloning en vreesaanjaende gebeurtenis, maar in verskillende kontekste, wat ons in staat gestel het om te bepaal hoe die gekondisioneerde VTA dopamien neurale reaksies intrinsiek beïnvloed is deur die omgewingskonteks. Ons resultate dui daarop dat VTA dopamienneurone die konvergente enkoderingstrategie kan gebruik vir die verwerking van beide positiewe en negatiewe ervarings.

Results

Klassifikasie van vermeende dopamienneurone

Ons het beweegbare bondels van 8 tetrodes (32 kanale) in die VTA van die regterhemisfeer van muise ingeplant, en die opname-elektrodes se posisies is aan die einde van ons eksperiment deur histologie bevestig (Figuur 1A). Data van 24 muise waaruit ons vermeende dopamienneurone aangeteken het, is in die huidige ontledings gebruik. Altesaam 210 eenhede met duidelike piekgolfvorms is van hierdie 24 muise aangeteken (vir voorbeelde van goed geïsoleerde eenhede, sien Figuur S1). Van hulle is 96 eenhede geklassifiseer as vermeende dopamienneurone gebaseer op hul vuurpatrone (sien Materiaal en metodes), en die ander 114 eenhede is dus as nie-dopamienneurone geklassifiseer. Die geklassifiseerde vermeende dopamienneurone het tipies breë, tri-fasiese aksiepotensiale getoon (Figuur 1B, rooi), alhoewel met variasie, terwyl nie-dopamienneurone nouer tri- of bi-fasiese aksiepotensiale getoon het (Figuur 1B, onderskeidelik blou en swart). Dit is belangrik dat slegs neurone met lae basislynvuurtempo's (0.5-10 Hz; Figuur 1C), relatief lang tussenspitsinterval (>4 ms) en gereelde vuurpatroon is geklassifiseer as vermeende dopamienneurone. Daarteenoor het geklassifiseerde nie-dopamienneurone tipies hoër basislynvuurtempo getoon (>10 Hz; Figuur 1C) en/of beduidende modulasie in vuurtempo tydens beweging, relatief tot stil wakkerheid [21]-[23].

thumbnail

Figuur 1. Muti-tetrode opname en VTA neuron klassifikasie.

(A) Elektrode-skikkingspoor wat op 'n voorbeeld van 'n koronale breingedeelte (regs bo) en liggings van die elektrode-skikkingspunte (van 21 muise) op atlassnitdiagramme gewys word [52]. Blou blokkies verteenwoordig die plekke waar tipe-1/2 vermoedelike DA neurone aangeteken is; rooi blokkies verteenwoordig die plekke waar tipe-3 neurone aangeteken is; pers blokkies verteenwoordig die liggings waar beide tipe-1/2- en tipe-3-neurone aangeteken is (sien Figuur 2 vir die klassifikasie van die drie tipes vermeende DA-neurone). (B) Voorbeelde van tipies aangetekende piekgolfvorms vir vermeende DA (rooi) en Nie-DA (blou en swart) neurone. Halwe AP-wydte is gemeet vanaf die trog tot die volgende piek van die aksiepotensiaal. (C) Basislyn-vuurtempo's en halwe AP-wydtes van die geklassifiseerde DA (rooi) en Nie-DA (swart) neurone. DA, dopamien; Nie-DA, nie-dopamien; AP, aksiepotensiaal.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g001

Drie tipes vrees-responsiewe VTA-vermeende dopamienneurone

Ons het twee tipes sterk vreesaanjaende gebeurtenisse (vrye val en skud) gebruik om te ondersoek hoe die VTA-neurone op negatiewe ervarings kan reageer [20]. Nadat muise van die operasies herstel het en stabiele opnames behaal is (gewoonlik 1 ~ 2 weke na die operasie), het ons met die eksperimente begin. Elke muis is in 'n vryvalkamer of skudkamer geplaas, waar ongeveer 20 proewe van vryval of skudgebeure elke sessie gegee is met 'n interval van 1–2 minute tussen proewe (Figuur 2A). Die interval tussen sessies is tipies 1-2 uur. Ons het altyd die stabiliteit van aangetekende eenhede gemonitor deur die piekgolfvorms, basislynvuurstatus en piekgroepverspreidings voor en na die gebeure sowel as deur die hele eksperimente te ondersoek. Ons het beoordeel dat daar geen tydelike verlies van eenhede tydens die twee vreesaanjaende gebeurtenisse was nie deur gelyktydig aangetekende eenhede te ondersoek (bv. twee eenhede aangeteken vanaf dieselfde tetrode wat teenoorgestelde vuurveranderinge toon) (Figuur S2). Ons het ook verseker dat geen kunsmatige elektriese of meganiese geluide by die aangetekende data ingesluit is nie deur die golfvorms reg voor, tydens en na die vreeslike gebeurtenisse te assesseer (Figuur S3). Oor die algemeen is hierdie vermeende dopamienneurone (n = 96) grootliks in drie hooftipes verdeel op grond van hul reaksie-eienskappe op die twee vreesaanjaende gebeurtenisse: tipe-1 (59%, 57/96), tipe-2 (13%, 12/ 96) en tipe-3 (25%, 24/96).

thumbnail

Figuur 2. Drie tipes VTA vermeende dopamien (DA) neurone.

(AC) Peri-gebeurtenis rasters (1-20 proewe, van bo na onder) en histogramme van drie voorbeelde van VTA vermeende dopamienneurone (A: tipe-1, B: tipe-2, en C: tipe-3) in reaksie op vrye val (linkerpanele), skud (middelpanele) en die gekondisioneerde toon wat die aflewering van suikerkorrels betroubaar voorspel het (regterpanele). (D) Persentasies van verskillende tipes vermeende DA-neurone. (E, F) Persentasies van vrees-onderdrukte (E: tipe-1 en 2) en vrees-opgewonde (F: tipe-3) vermoedelike DA-neurone wat aansienlik geaktiveer is deur die gekondisioneerde toon wat die aflewering van suikerkorrels betroubaar voorspel het. Vrye val, 30 cm hoog; Skud, 0.2 sek; Toon, 5 kHz, 1 sek.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g002

Tipe-1 VTA vermeende dopamienneurone het nie net beduidende onderdrukking van hul afvuur getoon in reaksie op beide die vryval- en skudgebeure nie (Figuur 2A, linker- en middelpanele) (P<0.05, Wilcoxon-geteken-rangtoets), maar ook 'n sterk verreken-rebound-opwekking by die beëindiging van beide byeenkomste. Ons het die terugslag-opwekking gedefinieer as die offset-piek-vuurtempo (wat glad gemaak is met 'n Gauss-filter) om ten minste twee keer hoër as die basislynvuurtempo te wees en met z-tellings groter as 2. Sodanige terugslagopwekking kan die veiligheid aan die einde van vreesaanjaende gebeurtenisse of 'n motivering deur sulke gebeurtenisse. Ons het toe gevra of hierdie tipe-1 dopamienneurone reageer op beloningseine. Deur herhaaldelik 'n neutrale toon te koppel met die daaropvolgende aflewering van 'n suikerkorrel, het ons gevind dat hierdie neurone ook hul afvuur aansienlik verhoog het tot die gekondisioneerde toon wat betroubaar beloning voorspel (Figuur 2A, regterpaneel). Daarom was hierdie tipe-1 dopamienneurone reageer op beide beloning en negatiewe seine.

Tipe-2 VTA vermeende dopamienneurone het beduidende onderdrukking getoon (P<0.05, Wilcoxon-geteken-rang-toets) tydens vryval of skud, maar hulle het nie terugslag-aktivering gehad nadat hierdie gebeurtenisse beëindig is nie (z-tellings <2) (Figuur 2B, linker- en middelpanele). Soortgelyk aan die tipe-1-vermeende dopamienneurone, het hierdie tipe-2-neurone hul afvuur aansienlik verhoog tot die gekondisioneerde toon wat betroubaar beloning voorspel (Figuur 2B, regterpaneel). Dus, beide tipe-1- en tipe-2-dopamienneurone vertoon tweerigtingmodulasie deur die negatiewe en positiewe gebeurtenisse, dit wil sê, hulle verminder hul afvuur na die vreesaanjaende gebeurtenisse terwyl hulle hul afvuur na die beloningseine verhoog.

Interessant genoeg het ons ook 'n derde tipe dopaminergiese neurone aangeteken, wat meer ooreenkomste met tipe-1/2 vermoedelike dopamienneurone eerder as nie-dopamienneurone gedeel het. Hierdie tipe-3 neurone (ongeveer 25% van alle aangetekende vermoedelike dopamienneurone) het hul afvuur verhoog tot beide vryval en skudgebeure (Figuur 2C, linker- en middelpanele) (P<0.05, Wilcoxon getekende rangtoets). Hul verhoogde vuur is tipies gevolg deur 'n offset-onderdrukking. Boonop kan hierdie tipe-3 dopamienneurone ook hul afvuur verhoog in reaksie op die gekondisioneerde toon wat beloning voorspel (Figuur 2C, regterpaneel). Hierdie tipe-3-neurone, wat hul afvuur na beide positiewe en negatiewe gebeurtenisse verhoog het, is redelik verskillend van tipe-1- en tipe-2-dopamienneurone. Dit dui sterk op die diversiteit van die VTA dopamienneuronpopulasie [24], [25].

Oor die algemeen vorm tipe-1- en tipe-2-neurone 'n meerderheid (72%) van die aangetekende VTA-vermeende dopamienneuronpopulasie, terwyl tipe-3-neurone ongeveer 25% uitmaak, met die oorblywende vermeende dopamienneurone (3%) wat nie reageer op die vreesaanjaende gebeure (Figuur 2D). Boonop dui ons ontledings daarop dat al hierdie neurone se reaksies op die negatiewe gebeurtenisse geneig is om rigtinggewys eenvormig te wees (45 neurone getoets vir beide vryval- en skudgebeurtenisse), dit wil sê, neurone wat deur die vryvalgebeurtenis onderdruk (of geaktiveer) was, was altyd onderdruk (of geaktiveer) deur ander vreesaanjaende gebeurtenisse, soos die skudgebeurtenis, en omgekeerd. Uit die vrees-onderdrukte dopamienneurone (tipe-1 en tipe-2) wat ons ondersoek het vir hul reaksie op die beloningseine, het 96% van hulle (44/46) beduidende aktivering getoon deur die lonende toon (Figuur 2E) (P<0.05, Wilcoxon getekende rangtoets). Dit toon duidelik dat die oorgrote meerderheid tipe-1- en tipe-2-VTA-dopamienneurone in staat is om tweerigting op beide positiewe en negatiewe gebeurtenisse te reageer, dit wil sê, hulle toon opwinding deur beloningsinligting terwyl hulle onderdruk word deur vreesaanjaende ervarings. Aan die ander kant kan ongeveer 71% van die tipe 3-vermeende dopamienneurone (12/17) wat deur vreesaanjaende gebeure geaktiveer is, ook deur die beloningseine (Figuur 2F) (P<0.05, Wilcoxon getekende rangtoets). Dit dui sterk daarop dat die vreesaanjaende gebeure, nie net beloning nie, sommige van die VTA-vermeende dopamienneurone kan opgewonde maak.

Vuurpatrone en farmakologiese karakteriserings

Ten spyte van hul ooreenkomste in vuurpatroon en piekgolfvorms van die drie tipes vermeende dopamienneurone (bv. Figuur 3A-C), het ons wel 'n paar verskille tussen hulle opgemerk. Eerstens het tipe-3 dopaminergiese neurone 'n aansienlik laer waarskynlikheid (9±2.3%, gemiddelde ± sem) van uitbarsting getoon in vergelyking met tipe-1 (55.2±2.5%) of tipe-2 (32.0±3.8%) vermeende dopamien neurone (Figuur 3D en E). Tweedens het tipe-3-neurone 'n baie laer basislynvuurtempo (2.15±0.33 Hz, gemiddeld ± sem; n = 24) getoon in vergelyking met tipe-1 (5.66±0.27 Hz; n = 57) of tipe-2 (4.92±0.49) Hz; n = 12) neurone (Figuur 3F).

thumbnail

Figuur 3. Vuurpatrone en farmakologiese karakteriserings.

(A-C) Drie voorbeelde van tetrode-aangetekende vermeende dopamienneurone (tipe-1, tipe-2 en tipe-3) en hul verteenwoordigende piekgolfvorms. PC1 en PC2 verteenwoordig onderskeidelik die eerste en tweede hoofkomponente in die hoofkomponent-analise. Blou kolletjies verteenwoordig individuele spykers vir die geïsoleerde dopamienneurone; swart kolletjies dui individuele spykers vir ander ongesorteerde VTA-neurone aan. (D) Tussenpuntintervalle van drie voorbeelde van vermeende dopamienneurone (tipe-1, tipe-2 en tipe-3). (E) Persentasies van uitbarstingsvuur vir die drie tipes vermeende dopamienneurone. Foutbalke, sem; ***P<0.001, Student s'n t-toets. (F) Basislyn-vuurtempo's van die drie tipes vermeende dopamienneurone. Foutbalke, sem; ***P<0.001, Student s'n t-toets. (G) Kumulatiewe stygingsaktiwiteit van u voorbeelde van vermeende dopamienneurone (tipe-1, tipe-2 en tipe-3) in reaksie op die dopamienreseptoragonis apomorfien. Daar is opgemerk dat die tipe-1- en tipe-3-vermeende dopamienneurone gelyktydig vanaf een tetrode aangeteken is. (H en I) Basislyn- en post-dwelm-vuurtempo's van vermeende dopamien (H) en nie-dopamien (I) neurone. Muise is ingespuit met die dopamienreseptor agonis apomorfien (1 mg/kg, ip) en die vuurtempo's was gemiddeld 30 min voor en 30 min na apomorfieninspuiting.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g003

Ons het ook die muise ingespuit met die dopamienreseptoragoniste apomorfien (1 mg/kg, ip) en/of kinpirool (1 mg/kg, ip) wat hoofsaaklik getoon is om die aktiwiteit van die dopamienneuron te inhibeer [6], [8], [24], [25]. 'n Totaal van 77 VTA-neurone (insluitend 33 geklassifiseerde vermeende dopamienneurone en 44 nie-dopamienneurone) is met die dopamienreseptoragoniste getoets. Ons farmakologiese resultate het aan die lig gebring dat die oorgrote meerderheid (96%; 23/24) van tipe-1- en tipe-2-vermeende dopamienneurone aansienlik onderdruk is, terwyl die tipe-3-neurone (n = 9) verbasend genoeg opwinding deur apomorfien getoon het (Figuur 3H). Daarbenewens is 4 geklassifiseerde vermeende dopamienneurone getoets met beide apomorfien en kinpirool (op verskillende dae). Hierdie 4 vermeende dopamienneurone het soortgelyke reaksies op apomorfien en kinpirool vertoon: neurone (n = 2) wat deur apomorfien onderdruk is, is ook deur kinpirool onderdruk; neurone (n = 2) geaktiveer deur apomorfien is ook geaktiveer deur kinpirool. In teenstelling hiermee het VTA nie-dopamien neurone (n = 44) baie beperkte of geen veranderinge in vuurtempo getoon na die inspuiting van apomorfien of kinpirool (Figuur 3I).

Reaksies van VTA-vermeende dopamienneurone op verskillende duur en intensiteite van vreesaanjaende gebeurtenisse

Om die enkoderende eienskappe van die VTA-dopamienneurone vir vreesaanjaende gebeurtenisse verder te verstaan, het ons 'n stel parametriese eksperimente uitgevoer. Verskillende hoogtes van vrye val (10 en 30 cm) en verskillende tydsduur van skud (0.2, 0.5 en 1 sek.) is in ewekansige volgordes tydens die opname eksperimente uitgevoer. Ons het gevind dat VTA dopamienneurone tydelike dinamiese aktiwiteitsveranderinge vertoon het wat eweredig was aan die duur van die vreeslike gebeure. Soos getoon in Figuur 4A, tipe-1 vermeende dopamienneurone het duurafhanklike onderdrukking tydens vryvalgebeure (10 cm vs. 30 cm hoog) vertoon. Bevolkingsontleding het aan die lig gebring dat, in reaksie op 10 en 30 cm vryval gebeure (Figuur 4B), was die gemiddelde offset excitation latencies (latency van die gladde offset piek vuurtempo) van tipe-1 vermoedelike dopamien neurone 293±38 ms (gemiddeld ± sd, n = 15) en 398±28 ms (n = 20), onderskeidelik (P<0.001, Student s'n t-toets). Hierdie resultate dui daarop dat reaksies van die tipe 1-vermeende dopamienneurone korreleer met die duur van die vreeslike gebeure (Figuur 4B, regterpaneel). Daar is opgemerk dat die offset piek vuurtempo effens hoër was tydens die 30 cm vryval gebeurtenis (30.9±6.6 Hz; gemiddelde ± sd) in vergelyking met die 10 cm gebeurtenis (26.3±5.9 Hz) (P = 0.04, Student s'n t-toets), wat daarop dui dat reaksies van tipe-1 VTA dopamienneurone op negatief ook, in mindere mate, die intensiteit van die vryval-gebeure kan weerspieël.

thumbnail

Figuur 4. Reaksies van VTA tipe-1 vermoedelike dopamienneurone op verskillende duur en intensiteite van vreesaanjaende gebeurtenisse.

(A) Peri-gebeurtenis rasters (1-20 proewe) en histogramme van een voorbeeld tipe-1 neuron in reaksie op 10 cm (links) en 30 cm (regs) vryval gebeure. (B) Gladde bevolkingsgemiddelde peri-gebeurtenis histogramme (links) en verreken opwekkingslatensies (regs) van tipe-1 neurone in reaksie op 10 cm (blou lyn; n = 15) en 30 cm (rooi lyn; n = 20) vryval gebeurtenisse . (C) Peri-gebeurtenis rasters en histogramme van 'n ander tipe-1 neuron in reaksie op 0.5 sek (links) en 1 sek (regs) skud gebeurtenisse. (D) Gladde bevolkingsgemiddelde peri-gebeurtenis histogramme (links) en verreken opwekkingslatensies (regs) van tipe-1 neurone in reaksie op 0.2 sek (groen lyn; n = 13), 0.5 sek (blou lyn; n = 20) en 1 sek (rooi lyn; n = 14) skud gebeure. (E) Peri-gebeurtenis rasters en histogramme van 'n ander tipe-1 neuron in reaksie op lae-(links) en hoë-intensiteit (regs) skud gebeure. (F) Gladde bevolkingsgemiddelde peri-gebeurtenis histogramme (links) en verreken opwekkingspiekvuurtempo's (regs) van tipe-1 neurone in reaksie op lae- (blou lyn; n = 9) en hoë intensiteit (rooi lyn; n = 9) gebeure skud. Foutbalke, sd; *P<0.05, ***P<10-8, Studente tToets.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g004

Net so het hierdie tipe-1 neurone duur-afhanklike reaksie-eienskappe getoon op die skudgebeure (Figuur 4C en D). Die gemiddelde offset excitation latensies was 374±25 ms (gemiddeld ± sd, n = 13), 672±52 ms (n = 20) en 1169±35 ms (n = 14) vir skudgebeurtenisse wat vir 0.2, 0.5 en 1 sek, onderskeidelik (P<0.001, eenrigting ANOVA). Opvolgstudente t-toetse het hoogs beduidende verskille vir elke vergelyking getoon (Figuur 4D, regterpaneel). Daar was egter geen beduidende verskille in die verreken piekvuurtempo's oor verskillende duur van die skudgebeure nie (P>0.05; eenrigting ANOVA). Ons het ook die intensiteit van die skudgebeurtenis gevarieer: tipe 1-neurone het effens hoër offset-opwekkingspiek getoon deur die hoë-intensiteit skudgebeurtenisse in vergelyking met die lae-intensiteit een (Figuur 4E en F; 29.1±7.7 vs. 23.5±9.5 Hz, gemiddelde ± sd). Hierdie bogenoemde resultate dui daarop dat reaksies van VTA tipe-1 vermeende dopamienneurone korreleer met die duur van vreesaanjaende gebeurtenisse, en in mindere mate, die intensiteit van vreesaanjaende gebeurtenisse.

Boonop het die opwekkingsduur van tipe-3 dopaminergiese neurone ook gekorreleer met die duur van vreesaanjaende gebeurtenisse. In reaksie op 10 en 30 cm vryval gebeure (Figuur 5A en B), was die opwekkingsduur 251±29 ms (gemiddeld ± sd, n = 8) en 345±33 ms (n = 10), onderskeidelik (P<0.001, Student s'n t-toets). In reaksie op 0.2, 0.5 en 1 sekonde skudgebeurtenisse (Figuur 5C en D), was die opwekkingsduur van tipe-3 neurone onderskeidelik 294±53 ms (n = 10), 573±80 ms (n = 9) en 1091±23 ms (n = 7) (P<0.001, eenrigting ANOVA). Opvolgstudente t-toets het hoogs beduidende verskille vir elke vergelyking getoon (Figuur 5D, regterpaneel). In reaksie op verskillende intensiteite van skudgebeure, het tipe-3 neurone hoër opwekkingspiek getoon deur die hoë-intensiteit skudgebeure in vergelyking met die lae-intensiteit een (Figuur 5E en F; 24.2±4.6 vs. 15.5±1.3 Hz, gemiddelde ± sd).

thumbnail

Figuur 5. Reaksies van VTA tipe-3 dopaminegiese-agtige neurone op verskillende duur en intensiteite van vreeslike gebeurtenisse.

(A) Peri-gebeurtenis rasters (1-20 proewe) en histogramme van een voorbeeld tipe-3 neuron in reaksie op 10 cm (links) en 30 cm (regs) vryval gebeure. (B) Gladde bevolkingsgemiddelde peri-gebeurtenis histogramme (links) en verreken opwekkingslatensies (regs) van tipe-3 neurone in reaksie op 10 cm (blou lyn; n = 8) en 30 cm (rooi lyn; n = 10) vryval gebeurtenisse . (C) Peri-gebeurtenis rasters en histogramme van dieselfde neuron (soos getoon in A) in reaksie op 0.5 sek (links) en 1 sek (regs) skudgebeurtenisse. (D) Gladde bevolkingsgemiddelde peri-gebeurtenis histogramme (links) en verreken opwekkingslatensies (regs) van tipe-3 neurone in reaksie op 0.2 sek (groen lyn; n = 10), 0.5 sek (blou lyn; n = 9) en 1 sek (rooi lyn; n = 7) skud gebeure. (E) Peri-gebeurtenis rasters en histogramme van 'n ander tipe-3 neuron in reaksie op lae- (links) en hoë-intensiteit (regs) skudgebeure. (F) Gladde bevolkingsgemiddelde peri-gebeurtenis histogramme (links) en verreken opwekkingspiekvuurtempo's (regs) van tipe-3 neurone in reaksie op lae- (blou lyn; n = 5) en hoë intensiteit (rooi lyn; n = 5) gebeure skud. Foutbalke, sd; *P<0.05, ***P<10-5, Studente tToets.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g005

Saam dui hierdie resultate daarop dat die tydelike dinamiese veranderinge in die afvuur van VTA-vermeende dopamienneurone goed gekorreleer het met die stimulusduur van die vreesaanjaende gebeure, met onderdrukte afvuur vir tipe-1- en tipe-2-neurone en verhoogde afvuur vir tipe-3-neurone. Hul vuurveranderings kan ook korreleer met die stimulusintensiteite van die vreesaanjaende gebeure, maar in veel minder 'n mate.

Integrale enkodering van gebeure en kontekste

Die brein verwerk tipies episodiese ervarings in omgewingskontekste, en dit geld ook vir verslawende gedrag. Daar is voorgestel dat kontekstuele inligting belangrik is vir die responsiwiteit van dopamienneurone om voorspellende leidrade te beloon [26]. Ons het gevra of omgewingskonteks 'n rol gespeel het in die kodering van negatiewe gebeurtenisse, en nog belangriker, hoe die VTA-dopamienneurone op dieselfde gekondisioneerde leidraad sal reageer, maar saamgekoppel is aan verskillende kontekste wat teenoorgestelde uitkoms sal voorspel (bv. beloning teenoor aversiewe stimuli) .

Ons het dus nog 'n stel eksperimente uitgevoer waarin muise aan bidirectionele kondisionering onderwerp is (beide beloning en aversiewe kondisionering). Ons het een neutrale toon as die gekondisioneerde stimulus (CS) gebruik om met duidelike ongekondisioneerde stimuli (VSA, hetsy suikerkorrel of vryval) in verskillende omgewings te koppel (Figuur 6A). Ons het die muise vir een week aan Pavloviaanse kondisionering onderwerp waartydens muise ~200 CS/US-parings ontvang het vir beide beloning en aversiewe kondisionering (sien Materiaal en metodes). Na opleiding het muise die suikerkorrelhouer vinnig genader, tipies binne 3–10 sek (gemiddeld 4.3 sek.) na die aanvang van die gekondisioneerde toon, maar met geen oënskynlike nadering na die kontrolegereg wat nie suikerkorrels ontvang het nie, wat die doeltreffendheid en spesifisiteit van die assosiatiewe beloningsleer (Figuur 6B, linkerpaneel). Aan die ander kant, in reaksie op die gekondisioneerde toon wat 'n vryval-gebeurtenis in die vryvalkamer voorspel het, het muise aansienlik verhoogde terugwaartse beweging getoon wanneer hulle die gekondisioneerde toon gehoor het (Figuur 6B, regterpaneel), wat 'n dier se vermyding of defensiewe gedrag kan weerspieël [27]. Die verhoogde vrees/angsreaksies in hierdie muise was ook duidelik uit die verhoogde ontlasting en urinering in die vryvalkamer in vergelyking met die beloning- of neutrale kamers (Figuur 6C).

thumbnail

Figuur 6. Tweerigting-kodering van positiewe en negatiewe seine via dieselfde gekondisioneerde toon in verskillende kontekste.

(A) Skematiese van eksperimentele paradigma vir bidirectionele kondisionering. Een toon (5 kHz, 1 sek) is deurgaans gebruik: dit het die aflewering van suikerkorrels in die beloningskamer (bo) voorspel; dit het vryvalgebeurtenis in die vryvalkamer (middel) voorspel; en dit het niks in die neutrale kamer (onder) voorspel nie. (B) Links, vertraging van geregbenadering na aanvang van die gekondisioneerde toon wat suikerlewering voorspel het. Regs, muise het aansienlik verhoogde terugwaartse beweging getoon na die aanvang van die gekondisioneerde toon wat vryval-gebeurtenis voorspel het. (C) Afkeeragtige gedrag (gereelde ontlasting en urinering) wat in die vryvalkamer ontlok is in vergelyking met die beloning- of neutrale kamer. Foutbalke, sem; n = 10; *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001, Student s'n t-toets. (D, E) Peri-gebeurtenis rasters (1–20 proewe) en histogramme van twee voorbeelde van VTA-vermeende dopamienneurone in reaksie op dieselfde gekondisioneerde toon wat die aflewering van suikerkorrels voorspel het (links), wat vryval-gebeurtenis (middel) voorspel het, en wat nie voorspel het nie voorspel enigiets (regs), met 'n interval van 1–2 uur tussen sessies. (F) Gladde bevolkingsgemiddelde peri-gebeurtenis histogramme van vrees-onderdrukte (tipe-1 en 2) vermeende dopamienneurone in reaksie op dieselfde gekondisioneerde toon wat suikerkorrel voorspel het (linkerpaneel; n = 16), wat vryvalgebeurtenis voorspel het (middelste paneel) ; dieselfde 16 neurone as in die linkerpaneel getoon), en dit het niks voorspel nie (regterpaneel; n = 10). Vrye val, 30 cm hoog.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g006

Neuronale aktiwiteit-opnames in hierdie gekondisioneerde muise (na 1-week opleiding) het aan die lig gebring dat VTA-vermeende dopamienneurone aansienlik gereageer het op die gekondisioneerde toon wat 'n suikerkorrel in die beloningskamer voorspel het (Figuur 6D, linkerpaneel). Interessant genoeg het dieselfde VTA-neurone ook betroubaar gereageer op dieselfde gekondisioneerde toon wanneer dit vrye val in die vryvalkamer voorspel het (Figuur 6D, middelste paneel). Wanneer dieselfde gekondisioneerde toon aan muise gelewer is in 'n neutrale kamer wat nie met enige gebeurtenis geassosieer was nie, het dit nie beduidende veranderinge in vuur veroorsaak nie (Figuur 6D, regterpaneel).

In totaal het ons 16 vrees-onderdrukte (tipe-1 en tipe-2) dopamienneurone aangeteken van die muise wat aan die bidirectionele kondisioneringsprotokol onderwerp is. Al hierdie neurone het 'n beduidende toename in vuurtempo getoon na die aanvang van die gekondisioneerde toon wat die suikerkorrel betroubaar voorspel het (Figuur 6D-F, linker panele) (P<0.001, Wilcoxon getekende rangtoets). In reaksie op dieselfde toon wat die vryval-gebeurtenis voorspel het, het die helfte van die neurone (8/16) 'n beduidende afname in vuurtempo getoon (Figuur 6D, middelste paneel) (P<0.05, Wilcoxon-geteken-rang-toets), terwyl die ander helfte (8/16) 'n kort onmiddellike aktiveringspiek (ten minste twee keer hoër as die basislyn-vuurtempo en met z-tellings groter as 2) getoon het, gevolg deur 'n beduidende onderdrukking (Figuur 6E, middelste paneel) (P<0.05, Wilcoxon getekende rangtoets). In reaksie op dieselfde toon wat in 'n neutrale kamer voorgestel word, was daar baie beperkte of geen veranderinge in vuur (Figuur 6D-F, regterpanele). Hierdie resultate dui daarop dat tipe-1- en tipe-2 VTA-vermeende dopamienneurone die geïntegreerde positiewe en negatiewe seine (gekondisioneerde toon- en konteksinligting gekombineer) in twee rigtings kan kodeer deur hul afvuur onderskeidelik te verhoog en te verminder.

Die belangrikheid van kontekste in die vervaardiging van duidelike gekondisioneerde response was ook duidelik in tipe-3 dopaminergiese-agtige neurone. As 'n voorbeeld, die tipe-3 neuron het aansienlik gereageer op die gekondisioneerde toon wat geassosieer word met 'n suikerkorrel in die beloningskamer (Figuur 7A, linkerpaneel) of vryval in die vryvalkamer (Figuur 7A, middelste paneel). Aan die ander kant het dit geen verandering in vuurtempo getoon wanneer die toon in die neutrale kamer gespeel is nie (Figuur 7A, regterpaneel). Bevolkingsanalise het weereens bevestig dat hierdie tipe-3 neurone hul afvuur tot dieselfde gekondisioneerde toon in die beloning- en vryvalkamers verhoog het (Figuur 7B, linker- en middelpanele), maar nie in die neutrale kamer nie (Figuur 7B, regterpaneel) (P<0.05, Student's t-toets). Gesamentlik stel die bogenoemde kontekstuele eksperimente voor dat inligting wat op die VTA-dopamienneuronvlak verteenwoordig word, hoogs verwerk en ryklik geïntegreer is om 'n gegewe stel positiewe of negatiewe motiveringsgebeure wat met omgewingskontekste geassosieer word, te kodeer.

thumbnail

Figuur 7. Reaksies van tipe-3 dopaminergiese-agtige neurone op positiewe en negatiewe seine via dieselfde gekondisioneerde toon in verskillende kontekste.

(A) Peri-gebeurtenis rasters (1–20 proewe) en histogramme van 'n voorbeeld tipe-3 neuron in reaksie op dieselfde gekondisioneerde toon wat die aflewering van suikerkorrels voorspel het (links), wat vryval-gebeurtenis voorspel het (middel), en wat nie voorspel het nie enigiets in die neutrale kamer (regs). (B) Gladde bevolkingsgemiddelde peri-gebeurtenis histogramme van tipe-3 neurone (n = 6) in reaksie op dieselfde gekondisioneerde toon wat suikerkorrelaflewering voorspel het (links), wat vryvalgebeurtenis voorspel het (middel), en wat niks voorspel het nie ( regs). Vrye val, 30 cm hoog.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g007

Reaksie aanvang latency van VTA dopamien neurone

Ons het vervolgens probeer om die vertraging van die reaksie-aanvang van die vermeende dopamienneurone op beide die beloning en vreesaanjaende gebeure te ondersoek. Peri-gebeurtenis histogramme van 10 en 30 cm vryval-gebeurtenisse en peri-gebeurtenis-histogramme van 0.2, 0.5 en 1 sek. skudgebeurtenisse is gekombineer vir individuele dopamienneurone vir die berekening van die reaksie-aanvang latency. Reaksie aanvang latency is bepaal deur eers die gemiddelde vuurtempo (gemiddeld) en standaardafwyking (sd) van die 1000 bakkies (bin = 10 ms) onmiddellik voor die stimulus aanvang te verkry. Reaksie latensie is geneem as die tyd wat ooreenstem met die eerste bin van ten minste drie opeenvolgende houers met Z-tellings ≥2 na aanvang van die stimulus. As gevolg van die lae basislyn-vuurtempo van die dopamienneuron, is peri-gebeurtenis histogramme (bin = 10 ms) glad gemaak met 'n Gaussiese filter (filterwydte = 3 bakkies) vir die berekening van reaksie aanvang latensie van onderdrukking (respons aanvang latensies van tipe) -1 en tipe-2 neurone om vry te val, te skud en die aversiewe CS).

Ons resultate het getoon dat tipe-1- en tipe-2-vermeende dopamienneurone soortgelyke reaksie-aanvangslatensies tot vryval- en skudgebeure vertoon (90.6±31.3 ms vs. 108.4±48.6 ms; gemiddelde ± sd) (Figuur 8A en E). Tipe-3 dopaminergiese neurone het ook soortgelyke reaksie-aanvangslatensies getoon vir die twee vreesaanjaende gebeurtenisse (43.5±20.6 ms vs. 46.8±24.2 ms), sowel as die twee gekondisioneerde stimuli (75.7±19.0 ms vs. 62.9±12.5 ms. ) (Figuur 8B, D en F). Aan die ander kant het tipe-1- en tipe-2-neurone baie langer reaksie-aanvang-latensie (van onderdrukking) teenoor die aversiewe CS getoon in vergelyking met die reaksie-aanvang-latensie (van aktivering) vir die beloning-CS (181.6±51.9 ms. vs. 67.1) ±19.0 ms) (Figuur 8C en E). In die algemeen was die reaksie-aanvang-latensie van onderdrukking oor die algemeen langer as die reaksie-aanvang-latensie van aktivering vir enige vergelyking (Figuur 8E en F).

thumbnail

Figuur 8. Reaksie aanvang latencies van die VTA vermoedelike dopamien neurone.

(A) Reaksie aanvang latencies van individuele tipe-1 en 2 dopamien neurone om vryval en skud gebeure. (B) Reaksie aanvang latencies van individuele tipe-3 dopamien neurone om vryval en skud gebeure. (C) Reaksie aanvang latensies van individuele tipe-1 en 2 dopamien neurone op die beloning CS wat suikerkorrel voorspel het en die aversiewe CS wat vrye val voorspel het. (D) Reaksie aanvang latensies van individuele tipe-3 dopamien neurone op die beloning CS wat suikerkorrel voorspel het en die aversiewe CS wat vrye val voorspel het. (E) Bevolkingsgemiddelde reaksie aanvang latensies van tipe-1 en 2 dopamien neurone (van dieselfde data as getoon in A en C) en (F) tipe-3 neurone (van dieselfde data as getoon in B en D). Reaksie aanvang latensies vir tipe-1/2 neurone tot vryval, skud en afkeer CS stem ooreen met die latensies van onderdrukking; terwyl die ander ooreenstem met die latensies van aktivering. Foutbalke, sd

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g008

Sinchronie tussen unieke stelle VTA dopamienneurone

Aangesien dopamienvlakke in die teikenareas dikwels aan verskeie kognitiewe uitkomste gekoppel is, is daar lankal vermoed dat gesinchroniseerde afvuur van dopamienneurone 'n neurale meganisme vir die implementering van hierdie neurale chemiese strategie kan verteenwoordig [28], [29]. Hierdie idee word ondersteun deur studies wat toon dat subsete van dopamienneurone in die substantia nigra pars compacta (SNc) spontane gesinchroniseerde aktiwiteit getoon het [24], [30]. Deur multi-tetrode-opname in ons eksperimente te gebruik, het ons die geleentheid gehad om die dinamiese korrelasies tussen die gelyktydig aangetekende vermoedelike dopamienneurone in die VTA te ondersoek (met tot vyf vermeende dopamienneurone wat gelyktydig aangeteken is). Ons ontledings het aan die lig gebring dat die oorgrote meerderheid van die vermeende dopamienneurone spontaan gesinchroniseerde vuur getoon het, ongeag die dier se slaap-wakker siklus (Figuur 9). As 'n voorbeeld, kruis-korrelasie van twee gelyktydig aangetekende tipe 1-vermeende dopamienneurone was hoogs betekenisvol (Figuur 9A en B). Uit die ontleding van die saamgevoegde datastelle, oor die algemeen, het die oorgrote meerderheid (83%; 48/58 pare) van gelyktydig aangetekende tipe-1 neurone beduidende sinchronisasie (piek z-telling >11) in 'n tydvenster van ongeveer 100 ms. ongeag of muise vrylik gedra of geslaap het (Figuur 9C). Net so was daar ook 'n beduidende sinchronisasie tussen gelyktydig aangetekende tipe-1- en tipe-2-vermeende dopamienneurone (Figuur 9D-F). Uit die gelyktydig aangetekende tipe-1- en tipe-2-dopamienneuronpare, het 75% (6/8) van hulle beduidende sinchronisasie getoon wanneer muise óf vry gedra óf slaap (Figuur 9F).

thumbnail

Figuur 9. Sinchronie tussen unieke stelle VTA-vermeende dopamienneurone.

(A) Peri-gebeurtenis rasters (1–20 proewe) en histogramme van twee gelyktydig aangetekende tipe-1 neurone in reaksie op vryval gebeurtenis, en (B) die kruiskorrelogram tussen hierdie twee neurone toe die muis vrylik gedra het. (C) Die gemiddelde kruiskorrelogramme tussen gelyktydig aangetekende tipe-1 neurone (48 pare tydens vrye gedrag, en 35 pare tydens slaap). (D) Peri-gebeurtenis rasters en histogramme van twee gelyktydig aangetekende tipe-1 en tipe-2 neurone in reaksie op vryval gebeurtenis, en (E) die kruiskorrelogram tussen hierdie twee neurone tydens vrye gedrag. (F) Die gemiddelde kruiskorrelogramme tussen gelyktydig aangetekende tipe-1- en tipe-2-neurone (6 pare tydens beide vrye gedrag en slaap). (G) Peri-gebeurtenis rasters en histogramme van twee gelyktydig aangetekende tipe-3 neurone in reaksie op vryval gebeurtenis, en (H) die kruiskorrelogram tussen hierdie twee neurone tydens vrye gedrag. (I) Die gemiddelde kruiskorrelogramme tussen gelyktydig aangetekende tipe-3 neurone (15 pare tydens vrye gedrag, en 12 pare tydens slaap). (J) Peri-gebeurtenis rasters en histogramme van twee tipe-1 en tipe-3 neurone (gelyktydig aangeteken vanaf een tetrode) in reaksie op vryval gebeurtenis, en (K) die kruiskorrelogram tussen hierdie twee neurone tydens vrye gedrag. (L) Die gemiddelde kruiskorrelogramme tussen gelyktydig aangetekende tipe-1- en tipe-3-neurone (12 pare tydens vrye gedrag, en 10 pare tydens slaap). Vrye val, 30 cm hoog.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g009

Daarbenewens is beduidende sinchronisasie ook waargeneem binne die tipe 3-vermeende dopamienneuronpopulasie (Figuur 9G–I). Uit die gelyktydig aangetekende tipe-3 dopamienneuronpare het 79% (15/19) van hulle beduidende sinchronisasie getoon (Figuur 9I). Aan die ander kant, toe die gelyktydig aangetekende tipe-1- en tipe-3-neurone, of tipe-2- en tipe-3-dopamienneurone (n = 12 pare) vir hul kruiskorrelasies bereken is, het dit geen betekenisvolle sinchronisasie geopenbaar nie (Figuur 9J–L). Saam dui die gesinchroniseerde aktiwiteit onder vrees-onderdrukte vermeende dopamienneurone (tipe-1 en tipe-2), sowel as onder die vrees-opgewonde tipe-3-neurone aan dat verskillende subpopulasies van vermeende dopamienneurone verskillende insette van afsonderlike breinareas kan ontvang en is geïntegreer met verskillende netwerke [25], [31], [32].

Bespreking

Ons bogenoemde ensemble-opnames en ontledings het 'n stel bewyse gelewer vir die rol van die dopamienneurone in die verwerking van beide positiewe en negatiewe ervarings. Ons het gevind dat VTA-dopamienneurone uiteenlopende reaksie-eienskappe vertoon het en die oorgrote meerderheid van die vermeende dopamienneurone reageer op beide beloning en vreeslike stimuli. Hierdie konvergente enkoderingstrategie deur die VTA dopamienneurone is interessant in die lig van 'n hoogs aangehaalde studie in wakker ape wat toon dat dopamienneurone verkieslik op stimuli reageer met aptytwekkende eerder as aversiewe motiveringswaarde. [33]. Aversiewe stimulus soos lugblaar wat in hierdie studie gebruik word, is 'n taamlik ligte stimulus in vergelyking met die twee vreesaanjaende gebeurtenisse wat in ons eksperiment gebruik is. Sommige navorsers het voorgestel dat aversiewe stimulus soos lugpuff nie negatiewe waarde kan toon nie omdat ape kan leer om te knip of hul oë toe te maak vir die gekondisioneerde stimulus om die aversiewe stimulus te vermy [9], [34]. Aan die ander kant toon meer onlangse studies in wakker ape die bestaan ​​van verskillende tipes dopamienneurone in die substantia nigra pars compacta (SNc) vir die oordrag van beide positiewe en negatiewe seine [5], [9], [19]. Daarom kan beide die VTA- en SNc-dopamienneurone 'n verenigde enkoderingstrategie volg vir konvergente verwerking van positiewe en negatiewe motiveringsseine.

In die VTA het 'n vroeëre studie getoon dat verskillende populasies van VTA-vermeende dopamienneurone geaktiveer of onderdruk is deur differensiële vreeskondisionering [35]. Onlangs is berig dat dopamienneurone wat in die ventrale gedeelte van die VTA geleë is, geaktiveer is deur voetskokke in verdoofde rotte [36]. Hierdie twee studies het egter nie ondersoek hoe dieselfde dopamienneurone op beloning of positiewe gebeurtenisse sou reageer nie. Deur voordeel te trek uit vrye gedragstoestande van ons opnamemuise, het ons die muise met beide positiewe en negatiewe stimuli aangebied en gevind dat die oorgrote meerderheid van die VTA-dopamienneurone op beloning en negatiewe ervarings reageer.

Dit is belangrik om daarop te let dat ons huidige ekstrasellulêre opnametegniek nie die vermoë het om verskillende tipes vermeende dopamienneurone in ons eksperiment te visualiseer nie. Ons skat dat tipe-3 dopaminergiese neurone wat in ons eksperiment aangeteken is, meer dorsaal of anterior in die VTA-area geleë is (Figuur 1A, rooi en pers blokkies). Daar is egter opgemerk dat ten minste 12 pare tipe-1/2- en tipe-3-neurone gelyktydig en in verskeie gevalle vanaf een tetrode aangeteken is (bv. Figuur 3G; Figuur 9J). Verdere meer noukeurige anatomiese eksperimente sal dalk nodig wees om hierdie probleem aan te spreek. Nietemin ondersteun ons resultate van wakker vrygedraende muise verder die idee dat hoewel die meerderheid van die VTA-vermeende dopamienneurone verminderde aktiwiteit toon, 'n klein groep dopaminergiese neurone deur negatiewe of afkerende gebeurtenisse geaktiveer kan word. Die tipe-3 dopaminergiese neurone wat in ons eksperiment aangeteken is, het meer ooreenkomste met tipe-1/2 vermoedelike dopamienneurone eerder as nie-dopamienneurone gedeel: al drie tipes neurone het lae basislynvuurtempo (0.5–10 Hz) getoon, relatief lank tussenspitsinterval (>4 ms) en gereelde vuurpatroon. Aan die ander kant het VTA nie-dopamienneurone meestal hoër basislynvuurtempo (>10 Hz) en sterk modulasie deur beweging getoon [21]-[23]. In reaksie op die twee vreesaanjaende gebeurtenisse het die meerderheid van hierdie nie-dopamienneurone (>70%) beduidende aktivering getoon en met 'n groot diversiteit van tydelike vuurpatrone. Die komplekse basislynaktiwiteit, sowel as reaksie-eienskappe van hierdie nie-dopamienneurone op die twee vreesaanjaende gebeurtenisse, is buite die bestek van die bespreking hier.

Ons huidige bevindings bied ook verskeie nuwe insigte oor die rol van VTA dopamienneurone in beide positiewe en negatiewe motivering. Eerstens reageer VTA-vermeende dopamienneurone op verskillende negatiewe stimuli op soortgelyke maniere in wakker diere. Dit wil sê, neurone wat op vrye val gereageer het, het altyd op 'n soortgelyke wyse op skud gereageer (onderdrukking vir tipe-1- en tipe-2-neurone, aktivering vir tipe-3-neurone). Die eenrigtingreaksies op die negatiewe gebeure binne 'n gegewe tipe VTA-dopamienneurone is soortgelyk aan dié van hul reaksies op 'n wye reeks nuwe en beloningsverwante gebeurtenisse [5], [37].

Die tweede noemenswaardige kenmerk is die sterk offset-rebound-opwekking van tipe-1 dopamienneurone by die beëindiging van vryval- of skudgebeure. Hierdie offset-opwekking in die diere wat vrylik optree, kan inligting kodeer wat nie net 'n verligting weerspieël by die beëindiging van sulke vreeslike gebeurtenisse nie [38]-[40], maar verskaf dalk 'n paar soorte motiveringsseine (bv. motivering om te ontsnap). Dit is ook ewe moontlik dat die verreken-oorslag-opwekking 'n belangrike rol kan speel in die aantrekking van opwindingsoekende gedrag (bv. ekstreme sport, Tower of Terror-rit by Disney World). Dit is opmerklik om daarop te wys dat die terugslagaktivering van die VTA dopamienneuron ook gerapporteer is by die beëindiging van die voetskokstimuli in verdoofde rotte [36]. Nietemin sal dit van groot belang wees om die dopamienneuron se funksionele relevansie in verskeie riskante gedrag verder te ondersoek.

Derdens vertoon VTA-vermeende dopamienneurone tydelike dinamiese aktiwiteite wat styf korreleer met die duur van die vreeslike gebeure. Die gebruik van tydelike aktiwiteitsverandering vir die enkodering van die duur van die vreeslike gebeurtenis blyk 'n goeie sin te maak omdat die onderdrukking baie beperk is as gevolg van die lae basislynvuurtempo van die meeste dopamienneurone. Dit is interessant in vergelyking met die bevinding dat dopamienneurone verskillende piekreaksies op verskillende waardes van beloningsbolusse toon [41]. In die oorweging van die bronne wat die onderdrukking van tipe-1 en tipe-2 dopamienneurone dryf, dui onlangse studies daarop dat die laterale habenulêre kern (LHb) en die GABAergiese rostromediale tegmentale kern (RMTg) belangrike rolle speel [42]-[45]. Eerstens toon hierdie kerne opponerende reaksies op die lonende of afkerende stimuli in vergelyking met dopamienneuron se reaksies op dieselfde stimuli [42], [44]. Tweedens word dopamienneurone sterk onderdruk na aktivering van LHb of RMTg [43], [45].

Vierdens onthul ons verder dat VTA-dopamienneurone heeltemal teenoorgestelde verandering in hul afvuur kan vertoon deur die gekondisioneerde stimulus om óf beloning óf vreesaanjaende gebeurtenisse aan te dui wat onder verskillende kontekste plaasgevind het (Figuur 6). Dit dui sterk daarop dat neurale verwerking wat op die VTA-vlak plaasvind hoogs geïntegreer is en die kontekstuele inligting is 'n integrale deel van die enkoderingsproses vir beide positiewe en negatiewe ervarings. Hierdie bevinding stem ooreen met die anatomiese bewyse en vorige hipoteses dat die VTA-neurone hoogs verwerkte inligting van die voorbreinstrukture soos hippokampus en prefrontale korteks ontvang [37], [46]-[48]. Hierdie hoëvlak-integrasie van ervarings en gebeure by die VTA-neuronale populasie kan verklaar waarom omgewings so 'n oorheersende rol speel om drange of versterking van gewoontes te ontlok.

Ten slotte, ons gelyktydige opname tegnieke het ons in staat gestel om 'n beduidende korrelasie tussen die tipe-1 en tipe-2 vermoedelike dopamien neurone, sowel as onder die tipe-3 neurone te demonstreer. Die spesifisiteit van sulke afvuursinchronie is hoogs interessant, gegewe die oorweging van die moontlike VTA-netwerkreëling. Dit dui daarop dat VTA-vermeende dopamienneurone twee hoogs spesifieke gesinchroniseerde strategieë kan gebruik vir die optimalisering en dopamienoordragdoeltreffendheid en daardeur 'n gekoördineerde modulasie van stroomaf strukture soos nucleus accumbens verskaf. Gebrek aan gesinchroniseerde aktiwiteit tussen tipe-3 en tipe-1/2 neurone is in ooreenstemming met baie ander verskille tussen hulle, beide elektro-fisiologies en farmakologies (Figuur 3). Veral, anders as tipe-1- en tipe-2-vermeende dopamienneurone, waarvan byna almal (96%; 23/24) beduidende onderdrukking toon, toon tipe-3-neurone andersins opwinding deur die dopamienreseptoragoniste (Figuur 3H). Daar word opgemerk dat vermoedelike dopamienneurone in vorige studies hoofsaaklik geïnhibeer is of nie beïnvloed word deur dopamienreseptoragonis nie. Slegs 'n paar studies het gerapporteer dat sommige dopamienneurone deur dopamienreseptoragoniste geaktiveer kan word [24], [25], miskien omdat die geaktiveerde neurone in vorige studies bloot as nie-dopamienneurone geklassifiseer is. Daar is veral berig dat 'n klein aantal VTA-dopamienneurone wat ook TH-positief is, deur die dopamienreseptoragonis geaktiveer word. [25]. Toekomstige eksperimente, miskien met behulp van optogenetika, sal nodig wees om te bevestig of daardie vrees-geaktiveerde tipe-3 neurone dopamienneurone was. En die aanvaarding van hierdie tipe-3 neurone as dopamienneurone moet tot op datum met omsigtigheid wees.

Samevattend wys ons dat die oorgrote meerderheid VTA-vermeende dopamienneurone in staat is om te reageer op beide beloning en vrees-gedrewe aversiewe inligting. Hierdie vermeende dopamienneurone reageer op 'n soortgelyke wyse op verskillende negatiewe gebeure en meer belangrik, hul tydsduur van dinamiese vuurveranderinge is eweredig aan die duur van die vreesaanjaende gebeurtenisse. VTA vermeende dopamienneurone integreer ook leidrade en kontekstuele inligting om te onderskei tussen beloning en vreesaanjaende gebeure. Saamgevat stel ons voor dat VTA-dopamienneurone die konvergente enkoderingstrategie op die netwerkpopulasievlak kan gebruik vir die verwerking van beide positiewe en negatiewe ervarings. Sulke konvergente enkodering van ervarings is ook hoogs geïntegreer met leidrade en omgewingskontekste om gedragspesifisiteit verder te verbeter.

Materiaal en metodes

Etiek verklaring

Alle diere wat in hierdie studie gebruik is, was volgens prosedures goedgekeur deur die Institusionele Dieresorg- en Gebruikskomitee, Georgia Health Sciences University en gedek onder protokolnommer BR-07-11-001.

onderwerpe

'n Totaal van 71 manlike C57BL/6J muise is gebruik vir opname en individueel gehuisves op 'n 12-uur lig/12-uur donker siklus. Slegs data van 24 muise waaruit ons vermeende dopamienneurone aangeteken het, is in die huidige ontledings gebruik.

Operasies

'n 32-kanaal ('n bondel van 8 tetrodes), ultra-ligte (gewig <1 g), beweegbare (skroefgedrewe) elektrode-skikking is gebou soortgelyk aan dié wat voorheen beskryf is [49]. Elke tetrode het bestaan ​​uit vier Fe-Ni-Cr-drade van 13 µm deursnee (Stablohm 675, California Fine Wire; met impedansies van tipies 2–4 MΩ vir elke draad) of 17 µm deursnee Platinum-drade (90% Platinum 10% Iridium, Kalifornië fyn draad; met impedansies van tipies 1–2 MΩ vir elke draad). Een week voor die operasie is muise (3-6 maande oud) uit die standaardhok verwyder en in pasgemaakte tuishokke (40×20×25 cm) gehuisves. Op die dag van die operasie is muise verdoof met Ketamine/Xylazine (80/12 mg/kg, ip); die elektrode-skikking is dan ingeplant na die VTA in die regterhemisfeer (3.4 mm posterior tot bregma, 0.5 mm lateraal en 3.8-4.0 mm ventraal na die breinoppervlak) en vasgemaak met tandheelkundige sement.

Tetrode-opname en eenhede-isolasie

Twee of drie dae na die operasie is elektrodes daagliks gekeur vir neurale aktiwiteit. As geen dopamienneurone opgespoor is nie, is die elektrode-skikking daagliks 40 ~ 100 µm gevorder, totdat ons kon opneem vanaf 'n vermeende dopamienneuron. Multi-kanaal ekstrasellulêre opname was soortgelyk aan dié wat voorheen beskryf is [49]. Kortliks, spykers (gefiltreer teen 250–8000 Hz; gedigitaliseer by 40 kHz) is tydens die hele eksperimentele proses aangeteken deur gebruik te maak van die Plexon-multikanaalverkrygingsverwerkerstelsel (Plexon Inc.). Muisegedrag is gelyktydig aangeteken deur die Plexon CinePlex-opsporingstelsel te gebruik. Aangetekende spykers is geïsoleer deur gebruik te maak van die Plexon OfflineSorter-sagteware: veelvuldige spykerssorteringparameters (bv. hoofkomponent-analise, energie-analise) is gebruik vir die beste isolasie van die tetrode-aangetekende spykergolfvorms. Die kombinasie van die stabiliteit van multi-tetrode opname en veelvuldige eenheid-isolasie tegnieke beskikbaar in OfflineSorter (bv., beginsel komponent analise, energie-analise), individuele VTA neurone kan in groot detail bestudeer word, in baie gevalle vir dae (Figuur S1).

Vreeslike gebeurtenisse

Twee vreesaanjaende gebeurtenisse, vryval (vanaf 10 en 30 cm) en skud (vir 0.2, 0.5 en 1 sek.), is ewekansig in ons eksperimente uitgevoer met 'n interval van tipies 1-2 uur tussen sessies. Ons het óf 'n vierkantige (10×10×15 cm) of ronde kamer (11 cm in deursnee, 15 cm in hoogte) vir die vryval-geleentheid gebruik. Ons het 'n ronde kamer (12.5 cm in deursnee, 15 cm hoog) vir die skudgebeure gebruik. In elke vryval- of skudgeleentheidsessie is 'n muis in die vryval- of skudkamer geplaas (muis kon vrylik binne-in die kamers beweeg). Na 3 min gewenning is ongeveer 20 proewe van vryval (of skud) gebeure gegee met 'n interval van 1-2 min tussen proewe. Die vryvalkamer is opgelig (óf 10 cm of 30 cm hoogte) en aan 'n solenoïedstelsel (Magnetic Sensor Systems, Series S-20-125) vasgemaak voor elke vryvalgebeurtenis. Die vryvalgebeurtenis is toe gelewer deur presiese meganiese beheer (WPI, PulseMaster A300) van die solenoïdestelsel te verskaf om die ophangtou vry te laat. Die vryvalkamer het toe op 'n sagte kussing geland wat die bons aansienlik verminder het en moontlike skade aan die stabiliteit van die opname verhoed het (Syfers S2 en S3). Duur van vrye val is bereken deur die vergelyking: T = SQRT (2×h/g), waar h die hoogte van vrye val is, en g die versnelling van die aarde se swaartekrag is. Met inagneming van die sagte landing vertraging, was die geskatte tydsduur vir 10 en 30 cm vryval onderskeidelik 230 en 340 ms. Die skudgeleentheid is gelewer deur die verskaffing van presiese meganiese beheer van 'n draaikolkmasjien (Thermolyne Maxi Mix II Type 37600 Mixer) teen 'n maksimum spoed van 3000 rpm deurgaans, tensy vir die lae-intensiteit een, wat ongeveer 1500 rpm was.

Ons het altyd die stabiliteit van aangetekende eenhede gemonitor deur die piekgolfvorms, basislynvuurstatus en piekgroepverspreidings voor en na die gebeure sowel as deur die hele eksperimente te ondersoek. Ons het slegs die datastelle ingesluit van die diere wat aan hierdie opnamekriteria voldoen het vir verdere data-ontledings. Soos getoon in Syfers S1, S2, en S3, dopamienneurone wat in die huidige studie gelys is, is stabiel aangeteken en goed geïsoleer tydens beide vryval- en skudgebeure, sonder tydelike verlies van eenheid of geraas/artefakbesoedeling.

Ons het veral drie stappe gedoen om te verseker dat spykers nie deur enige artefakte besmet is nie: 1) Ons het die interferensie vir die opname verminder deur die hele eksperimentele apparaat te aard. Ons het gevind dat die elektriese artefakte wat tydens die vryval en skudgebeure gegenereer is op dieselfde vlak was as dié tydens lokomotoriese eksplorasie. 2) Ons het verder die oorblywende artefakte deur die Plexon Referencing-kliënt uitgekanselleer wat ons toegelaat het om 'n kanaal met geen sigbare goeie eenhede as 'n verwysingskanaal te kies nie. Dit het agtergrondgeluide en artefakte grootliks uitgeskakel. 3) As enige moontlike artefakgolfvorms nog oor was, het ons dit dan verwyder tydens die voorverwerking van piekgolfvorms met behulp van Plexon Offline Sorter omdat artefakgolfvorms hoogs verskillend was van neuronale piekgolfvorms.

Beloning en tweerigting kondisionering

Muise was effens voedsel beperk voor beloning assosiasie opleiding. In beloningskondisionering is muise in die beloningskamer (45 cm in deursnee, 40 cm in hoogte) geplaas. Muise is opgelei om 'n toon (5 kHz, 1 sek) te koppel met daaropvolgende suikerkorrel aflewering vir ten minste twee dae (40-60 proewe per dag; met 'n interval van 1-2 min tussen proewe). Die toon is gegenereer deur die A12-33 klankseingenerator (5 ms-vormige styging en daling; ongeveer 80 dB in die middel van die kamer) (Coulbourn Instruments). 'n Suikerkorrel (14 mg) is deur 'n voedseldispenser (ENV-203-14P, Med. Associates Inc.) afgelewer en in een van twee houers (12×7×3 cm) gegooi by die beëindiging van die toon (die ander een) houer is as kontrole gebruik, waar 'n suikerkorrel nooit ontvang is nie).

In 'n aparte stel eksperimente is muise opgelei vir tweerigting-kondisionering (beide beloning en aversiewe kondisionering). Die gekondisioneerde toon (5 kHz, 1 sek) wat gebruik is, was identies, maar in verskillende kontekste: tydens beloningskondisionering (in die beloningskamer; 45 cm in deursnee, 40 cm hoog), is die toon gepaard met suikerkorrelaflewering; tydens aversiewe kondisionering (in die vryvalkamer), is dieselfde toon met 'n vryvalgebeurtenis (30 cm hoog) gepaard. Muise is vir een week of meer opgelei en is gebalanseer: die helfte van die muise het beloningskondisionering op dae 1 en 2 ontvang, gevolg deur aversiewe kondisionering op dae 3 en 4 (40-60 proewe elke dag); die ander helfte van die muise het aversiewe kondisionering op dae 1 en 2 ontvang, gevolg deur beloningskondisionering op dae 3 en 4 (40-60 proewe per dag). Op dae 5 en later is drie sessies (20–30 proewe per sessie) elke dag in 'n ewekansige volgorde gegee, insluitend beloningskondisionering, aversiewe kondisionering, en in 'n derde neutrale kamer (55×30×30 cm wat met speelgoed verryk is) ) waar die toon niks voorspel het nie. Die interval tussen sessies was 1–2 uur; die interval tussen proewe was 1-2 min. Die latensie van suiker/kontrolehouer-benadering na aanvang van die gekondisioneerde toon is op dag 7 ondersoek. Latensies langer as 60 sek. is as 60 sek. beskou; in die geval dat die muis binne die houer was tydens die gekondisioneerde toon, is die latensie nie vir berekening gebruik nie. Die terugwaartse bewegingsgedrag (kop en/of ledemate wat agteruit beweeg) na aanvang van die gekondisioneerde toon is ook op dag 7 ondersoek.

Histologiese verifikasie van opnameterrein

Na voltooiing van die eksperimente is die finale elektrodeposisie gemerk deur 'n 10-sek., 20-µA stroom (Stimulus Isolator A365, WPI) deur twee elektrodes te stuur. Muise is diep verdoof en deurlaat met 0.9% soutoplossing gevolg deur 4% paraformaldehied. Breintjies is dan verwyder en vir ten minste 24 uur in paraformaldehied gefixeer. Breintjies is vinnig gevries en op 'n kryostaat gesny (50-µm koronale snitte) en gekleur met kresielviolet. Die histologiese eksperimente is op 21 muise uitgevoer (in nog 3 muise was die breinafdelings ongelukkig nie goed voorberei nie). Ons histologie resultate het bevestig dat dopamienneurone aangeteken is vanaf die VTA area in 17 muise en vanaf die VTA-SNc grens area in 4 muise (Figuur 1A).

Data-analise

Gesorteerde neurale spykers is verwerk en ontleed in NeuroExplorer (Nex Technologies) en Matlab. Dopamienneurone is geklassifiseer op grond van die volgende drie kriteria: 1) lae basislynvuurtempo (0.5-10 Hz); 2) relatief lang inter-spitsinterval (al die geklassifiseerde vermeende dopamienneurone is met ISI's > 4 ms binne 'n ≥99.8% vertrouensvlak). Die kortste ISI wat ons aangeteken het, was 4.1 ms onder enige toestande in ons eksperiment (slegs goed geïsoleerde eenhede met amplitude ≥0.4 mV is gebruik vir die berekening van die kortste ISI). Die gemiddelde kortste ISI's was 6.8±2.2 ms (Gemiddeld ± sd; n = 36). Daarteenoor kan die ISI vir nie-dopamienneurone so kort as 1.1 ms wees; 3) gereelde vuurpatroon wanneer muise vrylik gedra het (skommeling <3 Hz). Hier verteenwoordig fluktuasie die standaardafwyking (sd) van die vuurtempo-histogrambalkwaardes (bin = 1 sek; aangeteken vir ten minste 600 sek.). Daarbenewens is opgemerk dat die oorgrote meerderheid (89%; 56/63) van die geklassifiseerde dopamienneurone wat getoets is, beduidende aktivering getoon het in reaksie op die beloningsvoorspellingstoon (Figuur 2E en F). Daar is ook opgemerk dat die meerderheid van die geklassifiseerde vermeende dopamienneurone (70%, 23/33; tipe-1 en 2) wat getoets is beduidende onderdrukking getoon het (≤30% basislyn-vuurtempo) en die ander 27% tipe-3-neurone (n) = 9) het aktivering getoon (Figuur 3H). Aan die ander kant het VTA nie-dopamienneurone beperkte of geen verandering in vuurtempo deur die dopamienreseptoragoniste getoon (Figuur 3I). Halwe AP-wydtes van die piekgolfvorms is gemeet vanaf die trog tot die volgende pieke van die aksiepotensiaal (Figuur 1B). Halwe AP-wydtes breër as 0.8 ms is as 0.8 ms beskou. Vir die berekening van dopamienneuron se kans op uitbarsting, is basislynaktiwiteit wanneer muise vry gedra het, gebruik volgens vorige vasgestelde kriteria (barsaanvang, ISI van ≤80 ms; bars offset, ISI van ≥160 ms) [50].

Neuronale aktiwiteitsveranderinge aan die gekondisioneerde en ongekondisioneerde stimuli is vergelyk met 'n 10-sek kontroleperiode voor die aanvang van die stimulus in elke proef met 'n gekose tydvenster (afhangende van die duur van die stimuli) met behulp van 'n Wilcoxon-tekenrangtoets. Vir 10 en 30 cm vryvalgebeurtenisse was die tydvensters onderskeidelik 100–230 en 100–340 ms na aanvang van die vryvalgebeurtenis; vir 0.2, 0.5 en 1 sekonde skudgebeurtenisse was die tydvensters onderskeidelik 100–200, 100–500 en 100–1000 ms na die aanvang van die skudgebeurtenis (daar is opgemerk dat 'n paar tipe-1/2 vermoedelike dopamienneurone , ~10%, het ook 'n klein aktivering getoon tydens die aanvanklike 100 ms direk na die aanvang van die vryval en skudgebeurtenisse). Vir beloningskondisionering was die tydvenster 50–600 ms na aanvang van die gekondisioneerde toon; vir aversiewe kondisionering was die tydvenster 200–600 ms na aanvang van die gekondisioneerde toon.

Peri-gebeurtenis rasters (1-20 proewe, van bo na onder) en histogramme is uitgevoer in NeuroExplorer (Nex Technologies). Alle gladmaak is uitgevoer in die NeuroExplorer met behulp van 'n Gaussiese filter (filterwydte = 3 houers). Kruiskorrelasies is uitgevoer tussen gelyktydig aangetekende dopamienneuronpare wanneer muise vrylik gedra het (sonder eksterne stimuli) of in die tuishok geslaap het. Vir z-telling berekening van die kruis-korrelasie piekwaarde, is die kruis-korrelasie histogramme glad gemaak om die piekwaarde te kry; gemiddelde en standaardafwykings is verkry van geskommelde (ewekansige) spykers in Matlab [51]. Daar word opgemerk dat die gesinchroniseerde eenhede verskillende dopamienneurone verteenwoordig eerder as dieselfde neuron. Ons het die moontlikheid uitgesluit dat die gesinchroniseerde eenhede van dieselfde neuron aangeteken of besmet is deur dieselfde neuron (wanneer dit gebeur het, sou daar 'n skerp piek op 'n tyd weduwee wees van ~1 ms in plaas van ~100 ms soos getoon in Figuur 9).

Ondersteunende inligting

Figure_S1.tif
  • 1 / 3
  •  
  •  
  •  

Figdeel

VTA dopamien neurone is stabiel aangeteken en goed geïsoleer. (A) 'n Voorbeeld van 'n goed geïsoleerde tipe-1 dopamienneuron (blou kolletjies) in 'n 2-dimensionele Hoofkomponent Analise en sy verteenwoordigende golfvorms (aangeteken deur tetrode) op dag 1 (boonste paneel) en dag 2 (onderste paneel) . Spike-isolasie is uitgevoer met behulp van Plexon OfflineSorter (Plexon Inc. Dallas, TX). PC1 en PC2 verteenwoordig onderskeidelik die eerste en tweede hoofkomponente. Blou kolletjies verteenwoordig individuele spykers vir die geïsoleerde dopamienneuron; swart kolletjies dui individuele spykers vir ander VTA neurone aan. (B) 'n Voorbeeld van 'n goed geïsoleerde tipe-2 dopamienneuron (blou kolletjies) en sy verteenwoordigende golfvorms op dag 1 (boonste paneel) en dag 2 (onderste paneel). (C) 'n Voorbeeld van 'n goed geïsoleerde tipe-3 dopamienneuron (blou kolletjies) en sy verteenwoordigende golfvorms op dag 1 (boonste paneel) en dag 2 (onderste paneel).

Figuur S1.

VTA dopamien neurone is stabiel aangeteken en goed geïsoleer. (A) 'n Voorbeeld van 'n goed geïsoleerde tipe-1 dopamienneuron (blou kolletjies) in 'n 2-dimensionele Hoofkomponent Analise en sy verteenwoordigende golfvorms (aangeteken deur tetrode) op dag 1 (boonste paneel) en dag 2 (onderste paneel) . Spike-isolasie is uitgevoer met behulp van Plexon OfflineSorter (Plexon Inc. Dallas, TX). PC1 en PC2 verteenwoordig onderskeidelik die eerste en tweede hoofkomponente. Blou kolletjies verteenwoordig individuele spykers vir die geïsoleerde dopamienneuron; swart kolletjies dui individuele spykers vir ander VTA neurone aan. (B) 'n Voorbeeld van 'n goed geïsoleerde tipe-2 dopamienneuron (blou kolletjies) en sy verteenwoordigende golfvorms op dag 1 (boonste paneel) en dag 2 (onderste paneel). (C) 'n Voorbeeld van 'n goed geïsoleerde tipe-3 dopamienneuron (blou kolletjies) en sy verteenwoordigende golfvorms op dag 1 (boonste paneel) en dag 2 (onderste paneel).

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.s001

(TIF)

Figuur S2.

Geen tydelike verlies van eenheid tydens vryval en skudgebeure nie. (A) Antwoorde van vier gelyktydig aangeteken VTA dopamien en nie-dopamien neurone tydens vryval gebeure. Let daarop dat eenhede wat vanaf dieselfde tetrode aangeteken is, teenoorgestelde reaksies kan toon (bv. tetrode #5 eenhede 1 & 2; tetrode #8 eenhede 1 & 2), wat daarop dui dat die opname stabiel was sonder enige tydelike verliese aan eenhede. (B) Reaksies van dieselfde vier VTA-neurone tydens skudgebeure. (C) Verteenwoordigende golfvorms vir dieselfde vier VTA neurone 1 uur voor, tydens vryval en skud gebeurtenissessie, en 1 uur daarna.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.s002

(TIF)

Figuur S3.

Geen geraas/artefakbesoedeling tydens vryval- en skudgebeure nie. (A) Reaksies van 'n voorbeeld vermoedelike dopamienneuron (tipe-1) en sy golfvorms voor (1 sek), tydens (1 sek), en na (1 sek) die vryval en skudgebeure. Let daarop dat die golfvorms nie betekenisvolle verandering getoon het na vryval en skudgebeurtenis nie, wat daarop dui dat daar geen geraas/artefakbesoedeling was nie. (B) Reaksies van 'n ander vermeende dopamienneuron (tipe-3) en sy golfvorms voor (1 sek), tydens (1 sek), en na (1 sek) vryval en skudgebeure.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.s003

(TIF)

Erkennings

Ons bedank dr. Rhea-Beth Markowitz vir die redigering van ons manuskrip en Kun Xie vir die verskaffing van tegniese ondersteuning.

Skrywer Bydraes

Het die eksperimente bedink en ontwerp: DVW JZT. Het die eksperimente uitgevoer: DVW. Ontleed die data: DVW JZT. Het die vraestel geskryf: DVW JZT.

Verwysings

  1. 1. Berridge KC, Robinson TE (1998) Wat is die rol van dopamien in beloning: hedoniese impak, beloning leer, of aansporing opvallend? Brein Res Rev 28: 309–369.
  2. 2. Ikemoto S, Panksepp J (1999) Die rol van nucleus accumbens dopamien in gemotiveerde gedrag: 'n verenigende interpretasie met spesiale verwysing na beloning soek. Brein Res Rev 31:6–41.
  3. Bekyk artikel
  4. PubMed / Ncbi
  5. Google Scholar
  6. Bekyk artikel
  7. PubMed / Ncbi
  8. Google Scholar
  9. Bekyk artikel
  10. PubMed / Ncbi
  11. Google Scholar
  12. Bekyk artikel
  13. PubMed / Ncbi
  14. Google Scholar
  15. Bekyk artikel
  16. PubMed / Ncbi
  17. Google Scholar
  18. Bekyk artikel
  19. PubMed / Ncbi
  20. Google Scholar
  21. Bekyk artikel
  22. PubMed / Ncbi
  23. Google Scholar
  24. Bekyk artikel
  25. PubMed / Ncbi
  26. Google Scholar
  27. Bekyk artikel
  28. PubMed / Ncbi
  29. Google Scholar
  30. Bekyk artikel
  31. PubMed / Ncbi
  32. Google Scholar
  33. Bekyk artikel
  34. PubMed / Ncbi
  35. Google Scholar
  36. Bekyk artikel
  37. PubMed / Ncbi
  38. Google Scholar
  39. Bekyk artikel
  40. PubMed / Ncbi
  41. Google Scholar
  42. Bekyk artikel
  43. PubMed / Ncbi
  44. Google Scholar
  45. Bekyk artikel
  46. PubMed / Ncbi
  47. Google Scholar
  48. Bekyk artikel
  49. PubMed / Ncbi
  50. Google Scholar
  51. Bekyk artikel
  52. PubMed / Ncbi
  53. Google Scholar
  54. Bekyk artikel
  55. PubMed / Ncbi
  56. Google Scholar
  57. Bekyk artikel
  58. PubMed / Ncbi
  59. Google Scholar
  60. Bekyk artikel
  61. PubMed / Ncbi
  62. Google Scholar
  63. Bekyk artikel
  64. PubMed / Ncbi
  65. Google Scholar
  66. Bekyk artikel
  67. PubMed / Ncbi
  68. Google Scholar
  69. Bekyk artikel
  70. PubMed / Ncbi
  71. Google Scholar
  72. Bekyk artikel
  73. PubMed / Ncbi
  74. Google Scholar
  75. Bekyk artikel
  76. PubMed / Ncbi
  77. Google Scholar
  78. Bekyk artikel
  79. PubMed / Ncbi
  80. Google Scholar
  81. Bekyk artikel
  82. PubMed / Ncbi
  83. Google Scholar
  84. Bekyk artikel
  85. PubMed / Ncbi
  86. Google Scholar
  87. Bekyk artikel
  88. PubMed / Ncbi
  89. Google Scholar
  90. Bekyk artikel
  91. PubMed / Ncbi
  92. Google Scholar
  93. Bekyk artikel
  94. PubMed / Ncbi
  95. Google Scholar
  96. Bekyk artikel
  97. PubMed / Ncbi
  98. Google Scholar
  99. Bekyk artikel
  100. PubMed / Ncbi
  101. Google Scholar
  102. Bekyk artikel
  103. PubMed / Ncbi
  104. Google Scholar
  105. Bekyk artikel
  106. PubMed / Ncbi
  107. Google Scholar
  108. Bekyk artikel
  109. PubMed / Ncbi
  110. Google Scholar
  111. Bekyk artikel
  112. PubMed / Ncbi
  113. Google Scholar
  114. Bekyk artikel
  115. PubMed / Ncbi
  116. Google Scholar
  117. Bekyk artikel
  118. PubMed / Ncbi
  119. Google Scholar
  120. Bekyk artikel
  121. PubMed / Ncbi
  122. Google Scholar
  123. Bekyk artikel
  124. PubMed / Ncbi
  125. Google Scholar
  126. Bekyk artikel
  127. PubMed / Ncbi
  128. Google Scholar
  129. Bekyk artikel
  130. PubMed / Ncbi
  131. Google Scholar
  132. Bekyk artikel
  133. PubMed / Ncbi
  134. Google Scholar
  135. Bekyk artikel
  136. PubMed / Ncbi
  137. Google Scholar
  138. Bekyk artikel
  139. PubMed / Ncbi
  140. Google Scholar
  141. Bekyk artikel
  142. PubMed / Ncbi
  143. Google Scholar
  144. Bekyk artikel
  145. PubMed / Ncbi
  146. Google Scholar
  147. Bekyk artikel
  148. PubMed / Ncbi
  149. Google Scholar
  150. Bekyk artikel
  151. PubMed / Ncbi
  152. Google Scholar
  153. 3. Wise RA (2004) Dopamien, leer en motivering. Nat Rev Neurosci 5: 483–494.
  154. 4. Joshua M, Adler A, Bergman H (2009) Die dinamika van dopamien in beheer van motoriese gedrag. Curr Opin Neurobiol 19: 615–620.
  155. 5. Schultz W (2007) Veelvuldige dopamien funksies by verskillende tyd kursusse. Annu Rev Neurosci 30: 259–288.
  156. 6. Pan WX, Schmidt R, Wickens JR, Hyland BI (2005) Dopamienselle reageer op voorspelde gebeure tydens klassieke kondisionering: bewyse vir geskiktheidsspore in die beloning-leernetwerk. J Neurosci 25: 6235–6242.
  157. 7. Bayer HM, Glimcher PW (2005) Midbrein dopamien neurone kodeer 'n kwantitatiewe beloning voorspelling fout sein. Neuron 47: 129–141.
  158. 8. Roesch MR, Calu DJ, Schoenbaum G (2007) Dopamienneurone kodeer die beter opsie in rotte wat besluit tussen verskillende vertraagde of grootte belonings. Nat Neurosci 10: 1615–1624.
  159. 9. Joshua M, Adler A, Mitelman R, Vaadia E, Bergman H (2008) Midbrein dopaminergiese neurone en striatale cholinergiese interneurone kodeer die verskil tussen beloning en aversiewe gebeure by verskillende tydperke van probabilistiese klassieke kondisionering proewe. J Neurosci 28: 11673–11684.
  160. 10. Di Chiara G, Imperato A (1988) Dwelm wat deur mense misbruik word, verhoog verkieslik sinaptiese dopamienkonsentrasies in die mesolimbiese stelsel van rotte wat vrylik beweeg. Proc Natl Acad Sci USA 85: 5274–5278.
  161. 11. Hyman SE, Malenka RC, Nestler EJ (2006) Neurale meganismes van verslawing: die rol van beloningsverwante leer en geheue. Annu Rev Neurosci 29: 565–598.
  162. 12. Everitt BJ, Robbins TW (2005) Neurale stelsels van versterking vir dwelmverslawing: van aksies tot gewoontes tot dwang. Nat Neurosci 8: 1481-1489.
  163. 13. Roitman MF, Wheeler RA, Wightman RM, Carelli RM (2008) Real-time chemiese reaksies in die nucleus accumbens onderskei lonende en aversiewe stimuli. Nat Neurosci 11: 1376–1377.
  164. 14. Ventura R, Morrone C, Puglisi-Allegra S (2007) Prefrontale / akkumbale katekolamienstelsel bepaal motiverende opvallende toeskrywing aan beide beloning- en afkeerverwante stimuli. Proc Natl Acad Sci USA 104: 5181–5186.
  165. 15. Diana M, Pistis M, Carboni S, Gessa GL, Rossetti ZL (1993) Diepgaande afname van mesolimbiese dopaminerge neuronale aktiwiteit tydens etanolonttrekkingsindroom by rotte: elektrofisiologiese en biochemiese bewyse. Proc Natl Acad Sci USA 90: 7966–7969.
  166. 16. Levita L, Dalley JW, Robbins TW (2002) Nucleus accumbens dopamien en geleerde vrees herbesoek; 'n resensie en 'n paar nuwe bevindings. Behav Brain Res 137: 115–127.
  167. 17. Pezze MA, Feldon J (2004) Mesolimbiese dopaminerge paaie in vrees kondisionering. Prog Neurobiol 74: 301–320.
  168. 18. Cools R, Lewis SJ, Clark L, Barker RA, Robbins TW (2007) L-DOPA ontwrig aktiwiteit in die nucleus accumbens tydens omkeringleer in Parkinson se siekte. Neuropsigofarmakologie 32: 180–189.
  169. 19. Matsumoto M, Hikosaka O (2009) Twee tipes dopamienneurone dra duidelik positiewe en negatiewe motiveringsseine oor. Nature 459: 837–841.
  170. 20. Lin L, Osan R, Shoham S, Jin W, Zuo W, et al. (2005) Identifikasie van netwerkvlak-koderingseenhede vir intydse voorstelling van episodiese ervarings in die hippokampus. Proc Natl Acad Sci USA 102: 6125–6130.
  171. 21. Miller JD, Farber J, Gatz P, Roffwarg H, German DC (1983) Aktiwiteit van mesencefaliese dopamien en nie-dopamien neurone oor stadiums van slaap en loop in die rot. Brain Res 273: 133–41.
  172. 22. Kiyatkin EA, Rebec GV (1998) Heterogeniteit van ventrale tegmentale area neurone: enkel-eenheid opname en iontoforese in wakker, onbeperkte rotte. Neurowetenskap 85: 1285–1309.
  173. 23. Lee RS, Steffensen SC, Henriksen SJ (2001) Ontladingsprofiele van GABA-neurone van die ventrale tegmentale area tydens beweging, narkose en die slaap-wakker siklus. J Neurosci 21: 1757–1766.
  174. 24. Hyland BI, Reynolds JN, Hay J, Perk CG, Miller R (2002) Afvuurmodusse van middelbrein dopamienselle in die vry bewegende rot. Neurowetenskap 114: 475–492.
  175. 25. Margolis EB, Mitchell JM, Ishikawa J, Hjelmstad GO, Fields HL (2008) Midbrein dopamien neurone: projeksie teiken bepaal aksie potensiaal duur en dopamien D (2) reseptor inhibisie. J Neurosci 28: 8908–8913.
  176. 26. Nakahara H, Itoh H, Kawagoe R, Takikawa Y, Hikosaka O (2004) Dopamienneurone kan konteksafhanklike voorspellingsfout verteenwoordig. Neuron 41: 269–280.
  177. 27. Depaulis A, Keay KA, Bandler R (1992) Longitudinale neuronale organisasie van verdedigingsreaksies in die middelbrein periaqueductal grys streek van die rot. Exp Brain Res 90: 307–318.
  178. 28. Wilson CJ, Callaway CH (2000) Gekoppelde ossillatormodel van die dopamienneurone van die substantia nigra. J Neurophsiol 83: 3084–3100.
  179. 29. Komendantov AO, Canavier CC (2002) Elektriese koppeling tussen model middelbrein dopamien neurone: effekte op vuur patroon en sinchronie. J Neurophysiol 87: 1526–1541.
  180. 30. Joshua M, Adler A, Prut Y, Vaadia E, Wickens JR, et al. (2009) Sinchronisasie van middelbrein dopaminerge neurone word verbeter deur lonende gebeure. Neuron 62: 695–704.
  181. 31. Fields HL, Hjelmstad GO, Margolis EB, Nicola SM (2007) Ventrale tegmentale area neurone in aangeleerde aptytgedrag en positiewe versterking. Annu Rev Neurosci 30: 289–316.
  182. 32. Lammel S, Hetzel A, Häckel O, Jones I, Liss B, et al. (2008) Unieke eienskappe van mesoprefrontale neurone binne 'n dubbele mesokortikolimbiese dopamienstelsel. Neuron 57: 760–773.
  183. 33. Mirenowicz J, Schultz W (1996) Voorkeuraktivering van middelbrein dopamienneurone deur aptytlike eerder as aversiewe stimuli. Nature 379: 449–451.
  184. 34. Frank MJ, Surmeier DJ (2009) Onderskei substantia nigra dopaminerge neurone tussen beloning en straf? J Mol Selkook 1: 15–16.
  185. 35. Guarraci FA, Kapp BC (1999) 'n Elektrofisiologiese karakterisering van dopaminiese neurone in die ventrale tegmentale area tydens differensiële pavaloviese vreeskondisionering in die wakker konyn. Behav Brain Res 99: 169–179.
  186. 36. Brischoux F, Chakraborty S, Brierley DI, Ungless MA (2009) Fasiese opwekking van dopamienneurone in ventrale VTA deur skadelike stimuli. Proc Natl Acad Sci USA 106: 4894–4899.
  187. 37. Lisman JE, Grace AA (2005) Die hippocampus-VTA-lus: die beheer van die toetrede van inligting in die langtermyngeheue. Neuron 46: 703–713.
  188. 38. Solomon RL, Corbit JD (1974) 'n Opponent-proses teorie van motivering: I. temporale dinamika van affek. Sielkunde Openb 81: 119–145.
  189. 39. Seymour B, O'Doherty JP, Koltzenburg M, Wiech K, Frackowiak R, et al. (2005) Teenstander aptyt-afkeer neurale prosesse onderlê voorspellende leer van pynverligting. Nat Neurosci 8: 1234–1240.
  190. 40. Baliki MN, Geha PY, Fields HL, Apkarian AV (2010) Voorspelling van waarde van pyn en analgesie: nucleus accumbens reaksie op skadelike stimuli veranderinge in die teenwoordigheid van chroniese pyn. Neuron 66: 149–160.
  191. 41. Tobler PN, Fiorillo CD, Schultz W (2005) Aanpasbare kodering van beloningswaarde deur dopamienneurone. Wetenskap 307: 1642–1645.
  192. 42. Matsumoto M, Hikosaka O (2007) Laterale habenula as 'n bron van negatiewe beloningseine in dopamienneurone. Nature 447: 1111–1115.
  193. 43. Ji H, Shepard PD (2007) Laterale habenula stimulasie inhibeer rot middelbrein dopamien neurone deur 'n GABA (A) reseptor-gemedieerde meganisme. J Neurosci 27: 6923–6930.
  194. 44. Jhou TC, Fields HL, Baxter MG, Saper CB, Holland PC (2009) Die rostromediale tegmentale kern (RMTg), 'n GABAergiese afferent tot middelbrein dopamienneurone, kodeer aversiewe stimuli en inhibeer motoriese reaksies. Neuron 61: 786–800.
  195. 45. Jhou TC, Geisler S, Marinelli M, Degarmo BA, Zahm DS (2009) Die mesopontine rostromediale tegmentale kern: 'n struktuur wat geteiken word deur die laterale habenula wat na die ventrale tegmentale area van tsai en substantia nigra compacta projekteer. J Comp Neurol 513: 566–596.
  196. 46. ​​Karreman M, Moghaddam B (1996) Die prefrontale korteks reguleer die basale vrystelling van dopamien in die limbiese striatum: 'n effek bemiddel deur ventrale tegmentale area. J Neurochem 66: 589–598.
  197. 47. Carr DB, Sesack SR (2000) Projeksies van die rot prefrontale korteks na die ventrale tegmentale area: teikenspesifisiteit in die sinaptiese assosiasies met mesoaccumbens en mesokortikale neurone. J Neurosci 20: 3864–3873.
  198. 48. Berridge KC (2007) Die debat oor dopamien se rol in beloning. Psigofarmakologie 191: 391–431.
  199. 49. Lin L, Chen G, Xie K, Zaia KA, Zhang S, et al. (2006) Grootskaalse neurale ensemble-opname in die brein van vrygedraende muise. J Neurosci Methods 155: 28–38.
  200. 50. Grace AA, Bunney BS (1984) Die beheer van afvuurpatroon in nigrale dopamienneurone: burstvuur. J Neurosci 4: 2877–2890.
  201. 51. Narayanan NS, Laubach M (2009) Metodes vir die bestudering van funksionele interaksies tussen neuronale populasies. Metodes Mol Biol 489: 135–165.
  202. 52. Paxinos G, Franklin KBJ (2001) Die muisbrein in stereotaksiese koördinate, ed. 2. London: Academic Press.