Dekodering van neurale stroombane wat beheer van kompulsiewe sukrose soek (2015) (BINGE MECHANISM)

Om LH-neurone wat monosinaptiese insette in die VTA in vivo lewer, te identifiseer en hul aktiwiteit waar te neem tydens vry bewegende gedrag, het ons 'n dubbele virusstrategie gebruik om channelrhodopsin-2 (ChR2) selektief uit te druk in LH-neurone wat monosinaptiese insette lewer tot die VTA (Syfers 1A en S1). Ons het 'n adeno-geassosieerde virusvektor (AAV) ingespuit₅) wat ChR2-eYFP in 'n Cre-rekombinase-afhanklike dubbel-omgekeerde oop leesraamwerk (DIO) in die LH dra om plaaslike somata te infekteer en 'n retrograde bewegende herpes simplex-virus (HSV) wat Cre-rekombinase in die VTA dra, ingespuit. Latere herkombinasie het opsin en fluorofoor-uitdrukking selektief in LH-neurone toegelaat, wat monosinaptiese insette tot die VTA gelewer het. Om ons benadering te bevestig, het ons ex vivo opnames van die hele sel pleister-klem uitgevoer in horisontale breinskyfies wat die LH bevat en opgeneem van neurone wat ChR2-eYFP uitdruk, sowel as naburige LH-neurone wat ChR2-eYFP negatief was (Figuur 1B). Lig-opgewekte pieklatensies, gemeet van ligpuls-aanvang tot die piek van die aksiepotensiaal, het gewissel van 3-8 ms (Figuur 1C). Ons het ook gevind dat geen van die nie-uitdrukkende (ChR2-negatiewe) selle wat aangeteken is, opwindende reaksies op fotostimulasie getoon het (n = 14; Figuur 1C), ten spyte van hul nabyheid aan ChR2-uitdrukkende selle.

Ten einde optogeneties gemedieerde foto-identifikasie in vivo uit te voer, is 'n optrode in die LH ingeplant om neuronale aktiwiteit op te teken tydens 'n sukrose-soekende taak. In dieselfde opnamesessie het ons verskeie patrone van fotostimulasie verskaf om ChR2-uitdrukkende LH-VTA neurone te identifiseer (Syfers 1D en S1). Ons het die verspreiding van eksitatoriese fotoresponse laatstande ondersoek oor alle LH neurone wat 'n tydsvergrendelde verandering in vuursnelheid toon in reaksie op verligting en 'n bimodale verspreiding waargeneem (Figuur 1E). Ons het 'n bevolking van neurone waargeneem tydens in vivo opnames met latensies in 'n reeks van 3-8 ms. Dit was identies aan die latensie-reeks wat gevind is in ChR2-uitdrukkende LH-VTA neurone toe ons ex vivo aangeteken het. Ons noem hierdie eenhede 'tipe 1' eenhede (Syfers 1C, 1E en 1F). Daarbenewens was daar 'n duidelike populasie selle met ~ 100 ms fotoresponslatensies (Syfers 1E en 1G), en ons het hierdie "Type 2" -eenhede genoem. Ons het ook neurone waargeneem wat in reaksie op fotostimulasie van LH-VTA neurone geïnhibeer is (Figuur S2), en ons het hierdie "Type 3" -eenhede genoem. Ons vergelyk die aksiepotensiaalduur (soos gemeet vanaf piek na trog) en gemiddelde vuurpryse van Tipe 1 en Tipe 2-eenhede, sowel as dié wat nie 'n fotorespons vertoon het nie (Figuur 1H). Die verspreiding van aksiepotensiaal-duur van Tipe 1 (Figuur 1Ek) en tik 2 (Figuur 1J) eenhede toon dat die meeste tipe 1-eenhede 'n aksiepotensiaal duur het van minder as 500 μs (84%; n = 16/19, binomiale verdeling, p = 0.002).

Alhoewel tipe 1-eenhede voldoen aan standaardkriteria om geklassifiseer te word as ChR2-uitdrukking (Cohen et al., 2012, Zhang et al., 2013), was dit onduidelik of die langer latency-fotoresponsie van Type 2-eenhede 'n aanduiding was van ChR2-uitdrukkende neurone wat gereageer het. stadiger aan fotostimulasie, of of hierdie effek die gevolg is van netwerkaktiwiteit. Aangesien die ChR2-uitdrukkende (tipe 1) LH-neurone direk na die VTA projekteer, was een moontlikheid dat tipe 2-neurone terugvoer van die VTA ontvang het (Figuur 1K). Nog 'n moontlikheid was dat Tipe 2 neurone geaktiveer is deur akson collaterals van Tipe 1 neurone (Figuur 1L). Om tussen hierdie twee moontlike kringmodelle te onderskei, het ons die VTA geïnhibeer in samewerking met fotoidentifikasie in die LH.

Op grond van ons kringmodelle, sal ons verwag dat distale inhibisie geen effek op die fotoresponse van ChR2-uitdrukkende LH neurone het nie. As fotoresponsiewe, maar nie-uitdruklike, LH neurone staatgemaak op terugvoering van die VTA om 'n tydsgesluit reaksie op verligting te verkry (Figuur 1K), sou ons verwag om 'n verswakking van fotoresponse in hierdie neurone op VTA-inhibisie te verwag. Ons het ChR2 in LH-VTA-selle soos hierbo uitgedruk, maar hierdie keer het ook verbeterde halorhodopsin 3.0 (NpHR) in die VTA uitgedruk en 'n optiese vesel in die VTA ingeplant, benewens die optrode in LH (Figuur 2A). Ons het dieselfde blou lig verlig patrone in die LH vir al drie die epochs gelewer, maar ook die VTA met geel lig in die tweede epo (Figuur 2A).

Die fotoresponse van Tipe 1-eenhede tot blouligte-verligting in die LH was nie beïnvloed deur foto-inhibisie van die VTA nie, wat ooreenstem met ChR2-uitdrukking in Tipe 1 LH-VTA neurone (Figuur 2B). Daarteenoor het die meerderheid tipe 2-eenhede (87%; n = 13/15, binomiale verspreiding, p = 0.004) 'n beduidende verswakking van fotoresponse tot blou-ligpulse wat in die LH gelewer is, getoon na foto-inhibisie van VTA-neurone. Die reaksies van tipe 1- en tipe 2-eenhede tydens VTA-foto-inhibisie was beduidend verskillend (chi-kwadraat = 7.64, p = 0.0057; Syfers 2B en 2C). Hierdie verskille kan ook gesien word in die maksimum Z tellings gedurende individuele tydperke (Figuur 2D) en met die geel-ON-epog genormaliseer na die geel-AF-tydperk (Figuur 2E). Hierdie data dui daarop dat Tipe 2 LH neurone insette (direk of indirek) van die VTA ontvang (Figuur 1K) eerder as via plaaslike akson collaterals (Figuur 1L).

Nadat ons hierdie twee verskillende tipes LH neurone in die LH-VTA-lus geïdentifiseer het, wou ons natuurlike neurale aktiwiteit ondersoek tydens 'n sukrose-selfadministrasie taak (Figuur 3A). Muise is opgelei om neuspokreaksies uit te voer vir 'n aanduiding wat sukrose-aflewering in 'n aangrensende hawe voorspel (soos in Tye et al., 2008). Om ons in staat te stel om neurale reaksies op die nosepoke en die cue te onderskei, is die cue en sukrose volgens 'n gedeeltelike versterkingsskema gelewer, waarin 50% van die nosepoke gekoppel is aan 'n cue en sucrose aflewering.

Tipe 1-eenhede het fasiese reaksies op sukrose-poortinskrywing getoon, soos gesien in 'n verteenwoordigende Tipe 1-eenheid (Figuur 3B), sowel as die bevolkingsdata vir alle tipe 1-eenhede (Figuur 3C). Die fasiese reaksies van Tipe 2-eenhede het egter hoofsaaklik reaksies op die beloning-voorspellende aanwysing weerspieël (Syfers 3D en 3E). Die genormaliseerde afvuurpatrone van alle aangetekende neurone (n = 198, verdeel in tipe 1, 2, 3 en nie-reagerende eenhede) word vir elke taakkomponent vertoon: neuspoke gekoppel aan die keu, neuspoke in die afwesigheid van die aanwysing, en toegang tot sukrose-poort (Figuur 3F). Alle tipe 1-eenhede wat taakrelevante fasiese veranderinge in aktiwiteit getoon het (74%; n = 14/19), is óf faseerlik opgewonde óf geïnhibeer deur die ingang van sukrose-poort, met 'n klein aantal wat ook fasiese remming toon van die beloningsvoorspellende aanwysing (Syfers 3B, 3C en 3G). In teenstelling was Tipe 2 eenhede meer heterogeen, met taak-responsiewe neurone wat die keus selektief (35%), die sukrose-poortinskrywing selektief (26%), of beide die cue en poortinskrywing (12%; Syfers 3D, 3E en 3H). Om die sterkte van die reaksies van Tipe 1 en Tipe 2-eenhede te illustreer aan taakverwante gebeurtenisse, het ons elke sel op 'n driedimensionele plot volgens Z-telling geteken (Figuur 3I). Om die verspreiding van fasiese veranderinge aan te dui by verskeie taakverwante gebeurtenisse op 'n kwalitatiewe vlak, het ons die aantal selle van elke fotorespons tipe wat in 'n gegewe kategorie val, getoon (Figuur 3J).

Gegewe die goed gedefinieerde rol van die VTA in beloningvoorspellingsfout (bv. Die fasevermindering van DA-neuronafvuur in reaksie op die onverwagse weglating van 'n beloning en die fasiese opwinding in reaksie op onverwagte beloningaflewering) (Schultz et al., 1997), het ons ondersoek ingestel of LH-neurone die onverwagte weglating van 'n sukrose-beloning sou kodeer. Om dit te doen, het ons die neurale aktiwiteit van fotoresponsiewe neurone tydens dieselfde cue-beloningstaak in goed opgeleide diere aangeteken, maar 30% van die aflewering van sukrose na die leidraad willekeurig weggelaat (Figuur 4A).

Die meeste tipe 1-eenhede (88%; n = 15/17, binomiale verdeling, p = 0.001) was ongevoelig vir die beloning van versuim (Syfers 4B en 4D), terwyl 'n groot deelversameling van tipe 2-eenhede (67%; n = 12/18) 'n aansienlik ander reaksie getoon het op beloning-aangebied en beloon-weggelaat proewe (Syfers 4C en 4D). Ons het tot die gevolgtrekking gekom dat LH-VTA (Type 1) neurone die aksie van die hawe ingeskryf het, aangesien hierdie poortopname-reaksies aanhoudend was, selfs as daar geen beloning was nie (Figuur 4D), in teenstelling met tipe 2-eenhede (chi-kwadraat = 10.9804, p = 0.0009).

Om vas te stel of Tipe 1-reaksies op poortinskrywings werklik die gekondisioneerde respons (CR) koder, in teenstelling met algemene beloningsoekende of verkennende gedrag, het ons aangeteken in onopgeleide muise wat nog nie die taak verwerf het nie. In taak-naïewe muise het ons sukrose na die hawe afgelewer in die afwesigheid van 'n voorspellende aanwysing (onvoorspelbare beloning) en gevind dat Tipe 1-eenhede nie fasiese reaksies op hawe-inskrywing toon nie (Syfers 4E, 4F, en 4I), in ooreenstemming met die model wat Tipe 1 neurone koördineer die CR (Figuur 4J).

Om vas te stel of Tipe 2-eenheid aktiwiteit in ooreenstemming is met 'n fout-voorspellings-foutresponsprofiel, het ons ook hierdie neurone aangeteken in goed opgeleide diere tydens onvoorspelbare beloning.Figuur 4G). Ons het gevind dat 'n subset van tipe 2-eenhede op onvoorspelbare sukrose-aflewerings reageer (50%; Syfers 4G-4I). Terselfdertyd is subsets van Tipe 2-eenhede sensitief vir onverwagte beloningverlof (Syfers 4C en 4D) en onvoorspelbare beloning aflewering (Syfers 4G-4I), in ooreenstemming met 'n fooi-voorspelling fout-agtige antwoord profiel.

Soos ons hierbo getoon het, verteenwoordig Tipe 1 eenhede 'n neurale korrelaat van CR. Wat belangrik is, is dat die verhoging in vuurkoers begin voor CR, tot op die CR voltooi is (Syfers 3B, 3C, en 4B). Om te bepaal of aktivering van die LH-VTA-pad CR kan bevorder, wou ons die vermoë van LH-VTA aktivering toets om CR te bestuur in die gesig van 'n negatiewe gevolg. By wildtipe muise het ons ChR2-eYFP of eYFP alleen in LH selliggame uitgedruk en 'n optiese vesel oor die VTA geïmplanteer (Syfers 5A en S4). Omgekeerd, om die rol van die LH-VTA-baan in die bemiddeling van CR of voedingsverwante gedrag te toets, het ons NpHR-eYFP of eYFP alleen in LH-selle uitgedruk en 'n optiese vesel bo die VTA ingeplant (Syfers 5A en S4).

Ons het 'n Pavlovian-kondisioneringstaak ontwerp waarin kos-ontneemde muise 'n skokrooster moes oorsteek om 'n sukrose-beloning te verkry (Figuur 5B). In die eerste "basislyn" -tydperk (met die skokrooster uit), het ons geverifieer dat elke muis die Pavloviaanse benaderingstaak verwerf het. In die tweede periode ('Shock') het die skokrooster elke sekonde ligte voetskokke opgelewer. Uiteindelik, in die derde tydvak ("Shock + Light"), het ons voortgegaan om voetskokke te lewer, maar ook LH-terminale in die VTA met blou lig (10 Hz) verlig in muise wat ChR2 uitdruk en ooreenstem met eYFP-kontroles en geel lig (konstant) vir muise wat NpHR en hul eYFP-kontroles uitdruk (Figuur 5B).

Ons het 'n aansienlik hoër aantal hawe-inskrywings per koei gedurende die Shock + Light-epog waargeneem en 'n aansienlik hoër verskil telling (Skok + lig-epog - Skok-en-eentydse) in ChR2-muise relatief tot eYFP-muise (Figuur 5C en Film S1). In teenstelling hiermee het die foto-inhibisie van die LH-VTA-pad gelei tot 'n beduidende vermindering in hawe-inskrywings per cue en differensietellings in die NpHR-muise relatief tot eYFP-muise (Figuur 5D en Film S2). Binne-sessie-uitsterf-eksperimente waartydens cue-aanbiedings nie gevolg is deur sukrose-aflewerings, het soortgelyke neigings getoon nie (Figuur S4).

Dit is belangrik dat ons wou vasstel of die veranderinge in sukrose wat ons verkry het, veroorsaak is deur veranderinge in voedingsverwante gedrag of sensitiwiteit vir pyn. Ons het opgemerk dat foto-aktivering van die LH-VTA-projeksie aansienlik die tyd spandeer het om in goed gevoed muise in die ChR2-groep te voed (Figuur 5E). Die foto-inhibisie van die LH-VTA-pad het egter nie aansienlik verminder nie (Figuur 5F), alhoewel hierdie diere voedsel was wat ontneem is om ons vermoë te verbeter om 'n vermindering relatief tot die basislyn-tydperk te bepaal (vergelyk met gesonde diere in Figuur 5E). In nie die ChR2 (Figuur 5G) of NpHR-groep (Figuur 5H) het ons 'n verskil in die latensie tot stertonttrekking uit warm water waargeneem (Ben-Bassat et al., 1959, Grotto en Sulman, 1967), wat daarop dui dat die manipulering van die LH-VTA-projeksie geen analgesie het nie.

Om die samestelling van die vinnige oordragkomponente van LH-insette na die VTA wat hierdie effekte uitlok, te bestudeer, het ons hele sel-patch-clamp-opnames van VTA-neurone uitgevoer in 'n akute snyvoorbereiding terwyl LH-insette opties geaktiveer is wat ChR2-eYFP (Syfers 6A en S5). Aangesien daar 'n gevestigde heterogeniteit binne die VTA is, insluitend ~ 65% DA-neurone, ~ 30% GABA-neurone en ~ 5% glutamaatneurone (Margolis et al., 2006, Nair-Roberts et al., 2008, Yamaguchi et. al., 2007), het ons selle gevul met biocytien tydens opname om die sel tipe te identifiseer met behulp van post-hoc immunohistochemie vir tyrosienhidroksilase (TH; Figuur 6B), benewens die opname van die hiperpolarisasie-geaktiveerde kationstroom (I_h) en kartering sel ligging (Syfers 6B en S5).

Eerstens het ons in stroomklamp aangeteken tydens fotostimulasie van ChR2-uitdrukking van LH-insette en waargeneem dat 23 van 27-neurone 'n tydgeplaasde respons op fotostimulasie van LH-insette toon (Figuur 6C). Die meeste DA neurone wat in die VTA gemonster word, het 'n netto opwekking van die LH (56%) ontvang, terwyl 'n ander subset net inhibisie (30%; Figuur 6C). Die ruimtelike verspreiding van hierdie DA neurone word op 'n atlas geplaas vir horisontale skywe wat die VTA bevat (Figuur 6D).

Om die monosynaptiese bydrae van LH-insette tot VTA DA-neurone vas te stel, het ons ChR2-geassisteerde stroombaankartering gebruik, waar opname van spanningsklem uitgevoer is in die teenwoordigheid van tetrodotoxine (TTX) en 4-aminopyridine (4AP; Petreanu et al., 2007) . In ooreenstemming met ons waarnemings van huidige klemopnames, het ons opgemerk dat die meerderheid van die aangetekende VTA DA-neurone uitsluitlik opwindende monosinaptiese insette van die LH (67%) ontvang het, in vergelyking met VTA DA-neurone wat uitsluitlik remmende monosinaptiese insette (11%) ontvang het, of albei (22%; Syfers 6E en S6).

Ons het VTA GABA neurone geïdentifiseer deur 'n Cre-afhanklike fluorofoor (AAV) in te spuit₅-DIO-mCherry) in die VTA van VGAT :: Cre muise en gebruik mCherry-uitdrukking om die opname van VTA GABA neurone (n = 24; Figuur 6F). Veertig-ses persent van die VTA GABA neurone het gereageer met netto opwekking, terwyl 54% gereageer het met netto inhibisie, op fotostimulasie van ChR2-uitdrukking van LH insette (Figuur 6G). Die ruimtelike verspreiding van hierdie selle word getoon in Figuur 6H. Na ondersoek van die monosinaptiese insette van die LH (soos hierbo beskryf), het ons bevind dat 18% van GABA neurone wat ingesamel is, eksklusief eksitatoriese insette ontvang en 9% het uitsluitlik inhibitiewe insette ontvang (Figuur 6Ek). Ten opsigte van VTA DA-neurone het ons egter gevind dat meer VTA GABA-neurone sowel opwindende AMPAR-gemedieerde as remmende GABA ontvang het._AR-gemedieerde monosynaptiese insette van die LH (73%; chi-kwadraat = 5.0505, p = 0.0246; Syfers 6Ek en S6).

Aangesien ons ex vivo-opnames bewyse lewer wat robuuste insette van beide GABAergiese en glutamatergiese LH-projeksies vir die VTA bied, het ons die rol van elke komponent onafhanklik ondersoek. Om dit te doen, het ons transgeniese muislyne gebruik wat Cre-rekombinase uitdruk in neurone wat óf vesikulêre glutamaattransporter 2 (VGLUT2) óf vesikulêre GABA-vervoerder (VGAT) tot uitdrukking bring. Ons het AAV ingespuit₅-DIO-ChR2-eYFP of AAV₅-DIO-eYFP in die LH van VGLUT2 :: Cre en VGAT :: Cre muise en ingeplant 'n optiese vesel oor die VTA (Figuur S7). Hierdie diere is dan uitgevoer op elk van die gedragsbeoordelings wat in Figuur 5.

Ons het geen opspoorbare verskille waargeneem in die aantal hawe-inskrywings wat per kuier gemaak is tussen muise wat ChR2 of eYFP in die LH uitgedruk het nie.^oorvloed-VTA-projeksie (Figuur 7A) of in die LH^GABA-VTA-projeksie (Figuur 7B). By video-ontleding het ons egter afwykende knaaggedrag in die LH opgemerk^GABA-VTA: ChR2 groep op blou lig verligting (sien Movies S3 en S4). In LH^oorvloed-VTA-muise, hoewel daar 'n neiging was tot 'n vermindering in die voeding van fotostimulasie in die ChR2-groep in vergelyking met die eYFP-groep, was dit nie statisties betekenisvol nie (Figuur 7C). In teenstelling hiermee het ons 'n sterk toename in die tydsbesteding in sated muise tydens verligting in die LH waargeneem^GABA-VTA: ChR2 groep relatief tot kontroles (Figuur 7D en Film S3). By geen van die groep diere was daar 'n effek van ligstimulasie in die stert-onttrekkingsassessering nie (Syfers 7E en 7F).

Tydens die voedingstaak, soos ons ook gedoen het tydens die opeenvolging van sukrose, het ons weer opvallende voedingsverwante motoriese rye gesien wat nie op voedsel gerig was nie. Ons het 'n verteenwoordigende muis in die LH verfilm^GABA-VTA: ChR2-groep in 'n leë deursigtige kamer, en by 20 Hz fotostimulasie het ons ongewone aptytlike motoriese reekse waargeneem soos lek en knaag die vloer of leë ruimte (Film S4). Ons het hierdie 'geknaagde' gedrag tydens die voertaak in die wilde tipe LH-VTA gekwantifiseer (Figuur 7G), LH^oorvloed-VTA (Figuur 7H), en LH^GABA-VTA (Figuur 7I) groepeer en gewys dat LH^GABA-VTA: ChR2 muise het meer as wildsoort of LH geknaag^oorvloed-VTA: ChR2 muise wanneer hulle gefotostimuleer is, in vergelyking met hul onderskeie eYFP-groepe (Figuur 7J). Ons het gekyk of die afwykende voedingsverwante gedrag van laer frekwensies afgeskei kan word van toepaslike voeding. Toe ons egter die LH toets^GABA-VTA: ChR2-groep met 5 Hz en 10 Hz treine van blou lig, ons het 'n proporsionele verband waargeneem tussen stimuleringsfrekwensie en beide voeding en knaag (Figuur 7K).

Die LH-projeksie na die VTA is ondersoek met elektriese stimulasie-botsingstudies (Bielajew en Shizgal, 1986) en is al lank veronderstel om 'n rol te speel in die verwerking van belonings (Hoebel en Teitelbaum, 1962, Margules and Olds, 1962), maar dit is nogtans vasgestel rol was 'n uitdaging. Hier bied ons 'n gedetailleerde disseksie van hoe individuele komponente van die LH-VTA-lus verskillende aspekte van 'n beloningsverwante taak verwerk.

Deur die gebruik van optogenetiese bemiddelde fototagging (Figuur 1), het ons twee afsonderlike populasies van LH neurone geïdentifiseer: selle wat projeksies na die VTA (Type 1) stuur en selle wat terugvoer van die VTA ontvang (Type 2; Figuur 2), Alhoewel hierdie populasies nie onderling uitsluitend moet wees nie, aangesien dit moontlik is dat LH neurone beide insette van en na die VTA kan stuur en ontvang. Interessant genoeg het ons bevind dat relatief min fotoresponsiewe neurone buite die bimodale verspreiding val wat hierdie twee populasies inkapsuleer (Syfers S2B en 1E). Gegewe dit, in kombinasie met die lang vertraging in tipe 2-fotoresponses (~ 100 ms), bespiegel ons dat daar een dominante weg kan wees wat bydra tot die aktiwiteit van tipe 2-neurone. Aangesien DA ook G-proteïengekoppelde reseptore bind, is die kinetika stadiger as die meeste glutamatergiese sinapse (Girault en Greengard, 2004) en kan dit hierdie groep van 100 ms latency-fotoresponsiewe eenhede verklaar. Dit is ook moontlik dat die VTA indirekte terugvoer kan gee deur ander distale streke, via opwindende tussenstreke soos die amygdala, of met disinhibisie via die nucleus accumbens (NAc) of bedkern van die stria terminalis (BNST).

Interessant genoeg, terwyl fotostimulasie van tipe 1-eenhede opwindende reaksies in tipe 2-eenhede uitlok, toon tipe 1 en 2-eenhede duidelike gedragskoderingseienskappe. Die getalle tipe 1- en tipe 2-eenhede wat die beloningsvoorspellende aanwysing selektief kodeer, verskil byvoorbeeld (n = 0/19 tipe 1 versus n = 12/34 tipe 2, chi-kwadraat = 8.67, p = 0.003) . Hierdie paradoksale reaksiepatroon kan te wyte wees aan berekeningsprosesse by 'n tussentydse stroombaanelement, soos die VTA, wat 'n aktiewe rol tydens die gedragstaak kan speel, maar onaktief tydens fotomerking. Die gedragstoestand van die dier kan ook beïnvloed hoe hierdie data verwerk word.

Ons eksperimente met die weglating van beloning het ons in staat gestel om te onderskei tussen LH-neurale kodering van die CR en die verbruik van die ongekondisioneerde stimulus (US). In hierdie eksperimente het 'n deelversameling van Type 2-eenhede op die beloning-voorspellende teken (CS) en die VSA gereageer en ook 'n afname in die vuurkoers getoon toe die verwagte belonings weggelaat is. Verder toon 'n deelversameling van Type 2-eenhede ook fasiese opwinding by onverwagte beloningsaflewering (Syfers 4G en 4H). Hierdie data herinner aan die manier waarop DA-neurone in die VTA beloningsvoorspellingsfout kodeer (Cohen et al., 2012, Schultz et al., 1997). Ons bespiegel dat VTA-neurone beloningsvoorspellingsfoutseine kan oordra na 'n deelversameling LH-neurone, wat goed geposisioneer is om hierdie seine te integreer vir die bepaling van 'n gepaste gedragsuitset. Spesifiek is die LH sterk verbind met 'n menigte ander breinareas (Berthoud en Münzberg, 2011) en is dit oorsaaklik gekoppel aan homeostatiese toestande soos slaap / opwinding en honger / versadiging (Carter et al., 2009, Jennings et al. , 2013).

Kompulsiewe beloningsoekende gedrag is hoofsaaklik bespreek in die konteks van dwelmverslawing, waarin 'n klassieke paradigma vir dwelmversoekende dwelms was om die mate waarin dwelmsoekende gedrag voortduur te ondersoek in die lig van 'n negatiewe gevolg, soos 'n voetskok. (Belin et al., 2008, Pelloux et al., 2007, Vanderschuren en Everitt, 2004). Ons het hierdie taak aangepas vir sukrose wat ons in staat stel om te ondersoek of die aktivering van die LH-VTA-baan voldoende was om kompulsiewe sukrose te bevorder. Aangesien 'n duidelike verskil tussen dwelm- en natuurlike beloning is dat geneesmiddelbelonings nie nodig is om te oorleef nie, is daar kontroversie oor watter gedrag dwingende sukrose- of voedselsoekende gedrag sou wees. 'N Alternatiewe interpretasie van ons data is dat die aktivering van die LH-VTA-pad die motivering dryf of die drang om aptytwekkende versterkers te soek, verhoog. Aangesien die aantal vetsug die afgelope dekades toegeneem het (Mietus-Snyder en Lustig, 2008), is kompulsiewe ooreet en suikerverslawing algemene toestande wat 'n groot bedreiging vir die mens se gesondheid is (Avena, 2007). Die voedingsgedrag by versadigde (volgevoede) muise na aktivering van die LH-VTA-baan herinner aan eetgedrag wat gesien word by mense wat gediagnoseer word met kompulsiewe ooreetstoornis (of eetstoornis) (DSM-V).

Daar word voorgestel dat herhaalde aksies lei tot die vorming van gewoontes, wat hulself tot die dwangbeloning lei wat op soek is na verslawing (Everitt en Robbins, 2005). Ons bevinding dat LH-VTA-neurone net poortinskrywing na kondisionering koördineer, dui daarop dat hierdie roete selektief 'n gekondisioneerde respons is, en nie net 'n gemotiveerde aksie nie. Dit is in ooreenstemming met ons waarnemings dat optiese aktivering van hierdie projeksie dwangende beloning kan bevorder in die gesig van 'n negatiewe gevolg (Figuur 5C), sowel as in die afwesigheid van behoefte (soos gesien in versadigde muise, Figuur 5E). Hierdie interpretasie word verder gestaaf deur ons bevinding dat fotoversterking van die LH-VTA-pad selektief verminderende kompulsiewe sukrose-soek (Figuur 5D) maar verminder nie die voer in muise met voedselbeperking nie (Figuur 5F). Een van die grootste uitdagings in die behandeling van kompulsiewe ooreet of binge-eetversteurings is die risiko om voedingsgedrag in die algemeen te benadeel. Uit 'n translasionele perspektief het ons moontlik 'n spesifieke neurale kring geïdentifiseer as 'n potensiële teiken vir die ontwikkeling van terapeutiese intervensies vir kompulsiewe ooreet of suikerverslawing sonder om natuurlike voedingsgedrag te offer.

Ons toon aan dat daar benewens 'n glutamatergiese LH-VTA-komponent (Kempadoo et al., 2013) ook 'n beduidende GABAergiese komponent in die projeksie is (Leinninger et al., 2009), en dat LH-neurone direk op beide DA en GABA neurone in die VTA (Figuur 6). Daar is egter 'n verskil in die balans van die opwekkerende / inhibitiewe insette op VTA DA en GABA neurone.

Terwyl ons immunohistochemiese prosessering gebruik het om die identiteit van VTA-neurone te verifieer, het ons ook I gemeet_h, 'n hiperpolarisasie-geaktiveerde innerlike regstellende nie-spesifieke katioonstroom (Lacey et al., 1989, Ungless and Grace, 2012). Die teenwoordigheid van hierdie stroom is wyd gebruik in elektrofisiologiese studies om DA-neurone te identifiseer, maar daar is getoon dat dit slegs teenwoordig is in subpopulasies van DA-neurone, afgebaken deur projeksieteiken (Lammel et al., 2011). Alhoewel voorheen in 'n oorsig deur Fields en kollegas voorgestel is dat "LH-neurone op VTA-projeksies na die PFC sink, maar nie diegene wat na die NAc projekteer nie" (Fields et al., 2007), dui ons data daarop dat hierdie kontroversie weer heropen word. vir verdere ondersoek. Alhoewel ons wel 'n subset van DA-neurone waargeneem het wat netto opwinding van die LH ontvang het en 'n baie klein ek besit_h (in ooreenstemming met mPFC- of NAc mediale dopprojekserende DA neurone), het ons ook 'n subset van DA neurone waargeneem wat net eksitatoriese insette ontvang het en 'n groot I_h (ooreenstem met die kenmerke van DA-neurone wat na die laterale dop van die NAc uitsteek; Figuur S5; Lammel et al., 2011). Omgekeerd het VTA DA-neurone wat 'n netto remmende inset ontvang het, 'n baie klein I vertoon_h of hierdie stroom ontbreek, wat ooreenstem met die idee dat die LH hoofsaaklik remmende insette stuur na VTA DA-neurone wat na die mPFC of die mediale dop van die NAc uitsteek. Ons toon ook aan dat LH-insette in beide mediale en laterale VTA waargeneem kan word, wat daarop dui dat die LH insette lewer op VTA-neurone met uiteenlopende projeksiedoelwitte, aangesien dit bekend is dat die VTA-projeksieteiken ietwat ooreenstem met die ruimtelike ligging langs 'n mediale-laterale as ( Lammel et al., 2008).

Die rol van die LH-VTA-weg in die bevordering van beloning is voorheen toegeskryf aan glutamatergiese oordrag in die VTA (Kempadoo et al., 2013), aangesien die CaMKIIα-promotor dikwels selektief is vir opwindende projeksie-neurone. Ons data toon egter duidelik dat die uitdrukking van ChR2 onder die beheer van die CaMKIIα-promotor ook GABAergiese projeksie-neurone in die LH (Figuur 6).

Die gedrag wat verkry word deur fotostimulasie van die LH^GABA-VTA-pad was waansinnig, verkeerd gerig en wanaanpassend (Film S4). Een interpretasie is dat die aktivering van die LH^GABA-VTA-pad stuur 'n sein na die muis wat die herkenning van 'n aptytlike versterker veroorsaak. 'N Alternatiewe interpretasie is dat die LH^GABA- 'n VTA-baan kan aansporingssukses of 'n intense 'gebrek' veroorsaak, in ooreenstemming met 'n sein onderliggend aan gekondisioneerde benadering, maar op 'n nie-fisiologiese vlak wat hierdie afwykende voedingsverwante gedrag lewer (Berridge en Robinson, 2003). Gevolglik is dit moontlik dat aktivering van die LH^GABA-VTA projeksie produseer eintlik intense sensasies van hunkering, of dring daarop aan om te voed. Ons eksperimente wys egter dat die aktivering van LH^GABA-VTA produseer nie 'n toename in kompulsiewe sukrose nie, maar dit is waarskynlik te wyte aan die oormatige knaag en afwykende eetlus wat op nie-voedselvoorwerpe in die toetskamer gefokus is. Alhoewel dit moeilik is om die ervaring van die muis tydens hierdie manipulasie te bepaal, is dit duidelik dat toepaslik gerigte voedingsverwante gedrag die gekoördineerde aktivering van beide die GABAergiese en glutamatergiese komponente van die LH-VTA-baan vereis.

Optogenetiese en farmakogenetiese manipulasies is kragtige instrumente om oorsaaklike verhoudings te vestig, maar hulle openbaar nie die endogene, fisiologiese eienskappe van neurale stroombaanelemente nie. Ons studie verenig inligting oor die sinaptiese verbinding, die natuurlik voorkomende endogene funksie, en die oorsaaklike rol van die LH-VTA-baan, wat 'n nuwe vlak van insig bied oor hoe inligting in hierdie kring geïntegreer is. Hierdie resultate beklemtoon die belangrikheid van die ondersoek van die funksionele rol van neurone deur konnektiwiteit, benewens genetiese merkers. LH-VTA neurone het die aksie van beloning soekend gekodeer, maar het nie omgewingsstimulasies gekodeer nie, terwyl lonende stimuli en beloningsvoorspellende leidrade deur 'n afsonderlike populasie LH-neurone stroomaf van die VTA gekodeer is. Verder het ons 'n spesifieke projeksie geïdentifiseer wat oorsaaklik gekoppel is aan kompulsiewe sukrose-soekende en voedingsgedrag. Die heterogeniteit in die LH-VTA-projeksie is nodig om 'n aanpasbare balans tussen motivering en die bestuur van aptytwekkende gedrag te reguleer. Hierdie bevindings bied insigte wat relevant is vir patologiese toestande soos kompulsiewe ooreetversteuring, suikerverslawing en vetsug