Is J Fisiol Reguleer Integr Comp Physiol. 2011 Apr; 300 (4): R876-R884.
Gepubliseer aanlyn 2011 Feb 9. doi: 10.1152 / ajpregu.00655.2010
PMCID: PMC3075076
1,2 Abstract
Ons het voorheen berig dat die toediening van insulien in die geboë kerne van die hipotalamus die motivering vir sukrose verminder, wat deur 'n selfadministrasie taak in rotte beoordeel word. Omdat die patroon van sentrale senuweestelsel (CNS) aktivering in kombinasie met sukrose selfadministrasie nie geëvalueer is nie, het ons in die huidige studie die uitdrukking van c-Fos as 'n indeks van neuronale aktivering gemeet. Ons het rote opgelei om te druk vir sukrose, volgens 'n vaste verhouding (FR) of progressiewe verhouding (PR) skedule en gekarteerde uitdrukking van c-Fos immunoreaktiwiteit in die CNS, in vergelyking met die C-Fos-uitdrukking in beheerde beheermaatreëls. Ons het 'n unieke uitdrukking van c-Fos in die mediale hipotalamus (die gebogen, paraventrikulêre, retrochiasmatiese, dorsomediale en ventromediale kern) waargeneem in samewerking met die aanvang van PR-prestasie en uitdrukking van c-Fos in die laterale hipotalamus en die bedkern van Stria Terminalis in samewerking met die aanvang van FR prestasie. c-Fos-uitdrukking is verhoog in die kernkampusse van beide FR- en PR-rotte. Ons studie beklemtoon die belangrikheid van beide hipotalamiese energie homeostasiekringe en limbiese stroombane in die verrigting van 'n voedselbeloningstaak. Gegewe die rol van die mediale hipotalamus in regulering van energiebalans, dui ons studie daarop dat hierdie stroombaan kan bydra tot vergoeding van regulasies binne die groter konteks van energie homeostase.
Die mesolimbiese dopaminerge (DA) kringloop, insluitend die ventrale tegmentale area (VTA) en projeksies op die striatum- en kortikale terreine, is geïdentifiseer as 'n kritieke rol in die motiverende of belonende aspekte van talle klasse van dwelmmiddels13, 22-24, 26, 48). Onlangse navorsing van ons laboratorium en ander suggereer dat hierdie stroombaan ook 'n belangrike rol speel in die motiverende of lonende aspekte van voedsel. Funksionele en anatomiese interaksie met stroombane wat energie homeostase reguleer word voorgestel deur verslae van die modulasie van voedselbeloning deur die voedingsstatus van diere (10, 14, 16, 43). Modulasie van beloning, insluitend voedselbeloning, deur voeding- of metaboliese status, word sterk beïnvloed deur neurale en endokriene seine, insluitend insulien (15), leptien (11, 18, 21, 30, 32), ghrelin (35), melanien-konsentrerende hormoon (MCH) (45), en orexien (5, 7): die teenwoordigheid van reseptore, die biochemiese en sellulêre doeltreffendheid en die in vivo of gedrags-effektiwiteit van hierdie seine in die sentrale senuweestelsel (CNS) is in die afgelope jare oorvloedig getoon.
Die uitgebreide limbiese stroombaan het ook getoon dat dit 'n rol speel in voeding en voedselbeloning (2, 19, 28). Daar is egter bykomende bydraende CNS-terreine. Die laterale hipotalamus (LH) is veral bekend as 'n terrein wat voedings- en selfstimulerende gedrag bevorder (4, 31). Orexinergiese neurone en leptien sein in die LH is geïdentifiseer as belangrik vir voeding en voedselbeloning (5, 29, 30). Ons het onlangs opgemerk dat insulien wat in die derde serebrale ventrikel of in die geboë kerne van die hipotalamus (LNR) toegedien word, selfs die sukrose selfadministrasie kan verminder, maar insulienadministrasie in die VTA of nucleus accumbens het geen uitwerking op hierdie spesifieke beloningparadigma gehad nie (15). Dit blyk dus dat veelvuldige hipotalamiese terreine 'n belangrike rol kan speel in gemotiveerde voedsel soek en verkryging. In ooreenstemming daarmee kan hipotalamiese streke aansienlik geaktiveer word in kombinasie met voedsel selfadministrasie. Om hierdie hipotese te begin toets, het ons die C-Fos-uitdrukking in die CNS van rotte opgelei wat opgelei is in 'n sukrose-selfadministrasiesparadigma, na vaste-verhoudings (FR) -opleiding, of ná progressiewe verhoudings (PR) opleiding, 'n strenger taak vir die beoordeling van motivering20).
MATERIAAL EN METODES
Vakke.
Die proefpersone was Albino-rotte (325-425 g) van Simonsen (Gilroy, CA). Rotte is op chow ad libitum onderhou. Hulle is op 'n 12: 12-uur lig-donker siklus onderhou met ligte aan om 6:7 en is opgelei en getoets tussen XNUMX:XNUMX en XNUMX:XNUMX, in die postprandial en postabsorptiewe toestand. Al die prosedures wat op die rotte uitgevoer is, het die National Institutes of Health se riglyne vir diereversorging gevolg en is goedgekeur deur die subkomitee vir dieresorg en gebruik van die navorsings- en ontwikkelingskomitee by die VA Puget Sound Health Care System.
Sukrose self-administrasie.
Prosedures is gebaseer op ons gepubliseerde metodologie (15) en is uitgevoer op gevoed rotte. Die eksperiment het drie fases ingesluit: outoshaping om opleiding, FR opleiding en progressiewe verhoudings (PR) opleiding te begin met behulp van die PR-algoritme van Richardson en Roberts (38). Die PR-algoritme vereis 1, 2, 4, 6, 9, 12, 16, 20, 28, 36, 48, 63, 83, 110, 145, 191, 251, 331, 437, 575, 759 ens) hefdrukke vir die suksesvolle beloning van aflewerings binne 'n sessie (38). Rotte is opgelei om 5% sukrose (0.5 ml-beloning) wat in 'n vloeibare druppelhouer gelewer word, te administreer. Die operante bokse, wat deur 'n Med Associates (Georgia, VT) stelsel beheer word, het twee hefbome gehad, maar slegs een hefboom ('n aktiewe, intrekbare hefboom) het die infusiepomp geaktiveer. Perse aan die ander hefboom ('n onaktiewe, stilstaande hefboom) is ook aangeteken. Soos ons voorheen waargeneem het, was die aantal perse op die inaktiewe hefboom baie laag (minder as 10 pers / sessie). Die sukrose oplossing is in 'n vloeibare druppelhouer vir mondelinge gebruik (Med Associates, St Albans, VT) gelewer. Aanvanklike opleiding is tydens 1-h sessies onder 'n deurlopende versterkingskedule uitgevoer (FR1: elke hefdruk is versterk). Elke sessie het begin met die invoeging van die aktiewe hefboom en die verligting van 'n wit huislig wat vir die hele sessie oorgebly het. 'N 5-toon (2900 Hz, 20 dB bokant agtergrond) en lig (7.5 W witlig bo die aktiewe hefboom), diskrete saamgestelde cue vergesel elke beloning aflewering, met 'n 20-tyd wat begin met die sukrose-aflewering. FR opleiding is uitgevoer vir 10 dae; stabiele reaksie word bereik deur die vyfde sessie. PR opleiding is uitgevoer vir 'n maksimum moontlike 3 h / dag vir 10 dae. PR-sessies het geëindig nadat 30 min of geen aktiewe hefboom druk gereageer het nie, op watter punt die huislig outomaties afgeskakel is en die aktiewe hefboom teruggetrek is; rotte is uit die kamers geneem en teruggekeer na hul tuishokke. "Stop tyd" aangemeld in Tabel 2 verteenwoordig die tyd waartydens die stelsel afgeskakel is; dus, die laaste aktiewe hefboompers sou voor die stoptyd 30 min plaasgevind het. Gedragsdata (Tabel 2) verteenwoordig gemiddeldes van sessies 6-10 vir FR opleiding, en sessies 1-9 vir PR opleiding. Beheerhanteerde rotte is uit die behuisingkamer geneem en in 'n skoon operante kamer met huislig vir 60 min, binne die prosedurekamer, geplaas om die hantering en kamerervarings van die rotte self-administrerende sukrose te simuleer. Hulle het niks gegee om te eet of te drink terwyl hulle in die operante bokse was nie, en het geen toegang tot hefbome gehad nie.
Op die laaste dag is rotte per oefendag in die kamers geplaas en vir 90 minute in die kamers gehou, waarna dit verwyder is, vir narkose, perfusie en daaropvolgende immunohistochemie. Beheerrotte is eweneens in die prosedurekamer gebring en 90 minute lank in 'n skoon operasiekamer gehou, waarna hulle verdoof en geperfuseer is. Onmiddellik na die laaste 90 minute sessie is rotte diep verdoof met inaseming van isofluraan en geperfuseer met 0.9% NaCl gevolg deur koue 4% paraformaldehiedoplossing. Die tydsberekening vir narkose en genadedood was gebaseer op die bekende tydsverloop van piekuitdrukking van c-Fos proteïen op 90-120 minute na die gebeurtenis. Dus sou c-Fos-uitdrukking die aktivering van die SSS weerspieël by die aanvang van die gedragstaak, eerder as die resultaat van die ervaring van die diere en die inname van sukrose. Breine is verwyder en vir 'n paar dae in paraformaldehied geplaas; daarna is dit in 20% sukrose-PBS geplaas, waarna dit in 30% sukrose-PBS-oplossing geplaas is. Breine is op 'n krioostaat (Leica CM 3050S kryostaat) gesny vir immunohistochemie.
c-Fos immunohistochemie en kwantitasie.
Ons het ons gevestigde metodologie gebruik om immunoreaktiewe c-Fos proteïen in breinafdelings te kwantifiseer (12). Aanvanklike kwalitatiewe skerm van die hele brein is uitgevoer vir c-Fos-uitdrukking. Skyfies 12-μm heelbrein koronale afdelings was 3 keer in PBS (Oxoid, Hampshire, VK) gewas. Artikels is dan geblokkeer vir 1 h by kamertemperatuur in PBS wat 5% normale bok- of donkerserum bevat. Artikels is dan verskeie keer in PBS gewas en oornag by 4 ° C in primêre teenliggaamprokies wat in PBS bestaan het, geïnkubeer. Artikels is drie keer in PBS gewas en dan in die donker by kamertemperatuur geïnkubeer in sekondêre antiliggaamoplossing wat in PBS vir 1 h bestaan. Afdelings is daarna weer in PBS gewas en gemonteer en bedek gegooi in Vectashield harde stel montage medium (Vector Laboratories, Burlingame, CA) montage medium. Digitale beelde van afdelings is verkry met behulp van 'n Nikon Eclipse E-800 fluorescentiemikroskoop gekoppel aan 'n Optiphot-kamera en die gebruik van Image Pro Plus (Media Cybernetics, Silver Spring, MD) sagteware.
Daarna het ons gefokus op 'n beperkte aantal areas wat 'n skynbare verskil tussen toestande, kwantitasie en neuronale fenotipering toon. Spesifiek, ons het gefokus op kern kern en skulp (NAc); anterior en posterior bedkern van Stria Terminalis (aBNST, pBNST); mediale hipotalamiese streke [ventromediale kern (VMH), dorsomediale hipotalamus (DMH), paraventrikulêre kern (PVN), retrochiasmatiese area (RCh) en ARC]; laterale hipotalamus (LH), insluitende dorsale en ventrale streke en die periferiese (peF) area; VTA; breinstammer (inferior olyf-, hipoglossale (nXII) -kern van die eensame kanaal, laterale retikulêre kern en C1 / A1 adrenalien / noradrenalienkerns]. Atlas-ooreenstemmende 12-μm afdelings is geëvalueer vir c-Fos uitdrukking en kwantitasie in ooreenstemmende afdelings en streke, gebaseer op die atlas van Paxinos en Watson (34). Sien asseblief Tabel 1 vir spesifieke stereotaksiese koördinate. Die primêre fokus van die toetse was om elke gedragstaak met sy onderskeie beheer te vergelyk (PR vs PRC; FR vs FRC). Om moontlike verskille gebaseer op gedrag teenoor kontrole-toestande te optimaliseer, is piekuitvoerders van die PR- en FR-groepe gekies vir analise. Dus, 4 / 12 PR en 3 / 12 FR-rotte is geanaliseer: Hierdie rotte het aktiewe hefboompersentasie (die primêre gedragspunt) wat meer as een standaardafwyking was bo die gemiddelde vir hul onderskeie gedragsgroepe. 'N Subkohort van die beheerratte (5 PRC- en 3 FRC-rotte, wat in die prosedurekamer tegelykertyd voorkom as die FR- of PR-rotte) is ook ontleed. 'N Bykomende groep van drie rotte is geneem deur die FR-prosedure ("FRext") om die bykomende duur van die PR-prosedure (dit wil sê vir 'n totaal van 20 dae, soos PR-rotte deur FR en dan PR geneem word) te evalueer om te evalueer of verskille tussen FR en PR was te wyte aan die gedragstaak of die duur van die prosedure. Die FRext-brein is nie sistematies geanaliseer en gekeur nie, maar spesifieke streke van belangstelling is met die ander vier groepe beoordeel om vergelykende kwantitasie toe te laat, soos spesifiek in resultate aangedui.
Vir kwantitasie (by 40 × vergroting) is atlasgebaseerde streke gekies. ImagePro Plus-sagteware (Media Cybernetics) is gebruik om 'n beeld van die gewenste gebied vas te lê. 'N Terrein is afgebakend om te tel, en 'n drempel vir positiewe selgetalle is vasgestel. Die identiese area en agtergrond (drempel) is gebruik vir afdelings uit die onderskeie eksperimentele groepe, en sagteware-telling van positiewe selle (kwantitasie) is in dieselfde sessie uitgevoer vir alle eksperimentele groepe om tussen-sessie veranderinge in agtergrondinstellings te voorkom. Vir statistiese analise is slegs getalle van 'n individuele rot geneem as ooreenstemmende of volledige afdelings deur elke area (soos omskryf in Tabel 1) was beskikbaar; data vir 'n spesifieke gebied is nie van 'n rot geneem nie indien daar onvolledige bilaterale verteenwoordiging vir daardie gebied was.
Kwalitatiewe dubbelgemerkte immunofluorescens-analise.
Breinsnitte is geneem uit die rotte waarin c-Fos gekwantifiseer is, vir dubbel gemerkte immunohistochemie. Omdat ons nie die gedrag van die diere wil versteur nie, is hulle nie vooraf behandel met colchicine om die visualisering van peptiedneurotransmitters te optimaliseer nie. Daarom was visualisering van neuronale fenotipes wat geaktiveer is in samewerking met die selfadministrasietaak beperk. Om egter die fenotipes van geaktiveerde neurone op 'n aantal CNS-plekke te begin assesseer, is digitale beelde (verkry soos beskryf in die afdeling hierbo) geneem met 'n vergroting van 20 ×, 40 × of 60 × (soos aangedui in figuurlegendes). . Die tweekleurprosedure vir glutamaatdekarboxilase (GAD), tyrosienhidroksilase (TH), CRF, neuropeptied Y (NPY), Agouti-verwante peptied (AgRP) en tryptofaanhidroksilase was vergelykbaar met die toets van c-Fos-immunoreaktiwiteit besit, behalwe dat 'n mengsel van c-Fos-Ab en een van die ander primêre teenliggaampies gebruik is vir oornag inkubasie by 4 ° C; eweneens was beide sekondêre teenliggaampies in dieselfde oplossing en gedurende 1 uur in die donker by kamertemperatuur geïnkubeer. 'N Was van 20 minute 50% etanol voor die blokkeerstap is gebruik vir die orexienbepaling. Aanvanklike optimaliseringsbepalings is uitgevoer om 'n gepaste verdunning van die primêre teenliggaampies te bepaal. Primêre teenliggaampies wat gebruik is, was anti-c-Fos (1: 500) (sc-52) en anti-c-Fos (1: 800) (albei van Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA); anti-GAD muis (1: 1,000 1), anti-tyrosine hidroksilase muis (500: 1) en anti-triptofaan hidroksilase van skape (almal van Chemicon, Temecula, CA); konyn-anti-CRF (500: 1) (geskenk van Dr. Wylie Vale, Salk Institute, CA); konyn anti-NPY (1,000: 1), konyn anti-AGRP (1,000: 1) en bok anti-orexien A (5,000: 3) almal van Phoenix Pharmaceutical (St. Joseph, MO). Sekondêre teenliggaampies wat gebruik is, was Cy488-gekonjugeerde bok anti-konyn of anti-muis (Jackson Immunoresearch; West Grove, PA), Alexa Fluor 1 bok anti-muis of anti-konyn of donkie anti-skaap IgG (Molecular Probes, Eugene, OR) ; alle sekondêre teenliggaampies is teen 500: 1 verdun. c-Fos / MCH dubbele immunokleuring is in reeks getoets; eerstens vir MCH (2,500: 488 1 primêre teenliggaam, Millipore) met Alexa-500-bok anti-konyn (5: 1) sekondêre teenliggaam. Skyfies is weer toegesluit met 500% normale bokserum en gekleur vir anti-c-Fos (3: 20) en cy50-bok anti-konyn as 'n sekondêre teenliggaam. 'N Was van XNUMX% etanol van XNUMX minute voor die blokkeerstap is gebruik vir die MCH-toets.
Statistiese ontledings.
Groepdata word aangebied as beteken ± SE in die teks, tabelle en figure. Betekenis word gedefinieer as P ≤ 0.05. Statistiese vergelykings word getref tussen eksperimentele groepe (FR vs. PR) of tussen eksperimentele groepe en ooreenstemmende kontroles (PR vs. PRC; FR vs. FRC) deur gebruik te maak van ongepaarde studente t-toets. Pearson-korrelasiekoëffisiënte tussen aktiewe hefboomdrukkers en c-Fos-uitdrukking in verskillende breinstreke, sowel as korrelasie van c-Fos-uitdrukking tussen verskillende breinstreke onder identiese eksperimentele toestande, is bereken met behulp van die StatPlus: mac LE statistiese ontledingsprogram vir Mac OS-weergawe 2009 deur AnalystSoft. Ons het getoets vir lineêre korrelasies (Pearson's R statisties) tussen c-Fos uitdrukking in verskillende SSS streke. Ons het ook korrelasies tussen c-Fos-uitdrukking in verskillende geaktiveerde CNS-streke en gedrag ondersoek. FR en PR data van rotte, waarvoor c-Fos kwantitasie uitgevoer is, is gebruik vir hierdie korrelasies.
RESULTATE
c-Fos kwantitasie.
Soos ons voorheen waargeneem het, was die aantal aktiewe hefboomdrukke aansienlik groter vir PR teen FR-prestasie (Tabel 2), en die aantal sukrose-belonings was groter tydens FR-prestasie. Sessie lengte vir die PR rotte was ongeveer 90 min (stop tyd - 30). Tabel 3 lys c-Fos immunoreaktiewe selgetalle in alle SSS-streke waar kwantitasie uitgevoer is. Die patroon van c-Fos uitdrukking vir die FR en PR rotte word opgesom in Fig 1. Daar was 'n beduidende aktivering van die mediale hipotalamus (MHtot, 'n samestelling van LNR, PVN, RCh, DMH en VMH) van rotte wat betrokke is by PR-hefboom vir sukrose, maar geen algehele aktivering in rotte wat betrokke is by FR-hefboomdruk vir sukrose in vergelyking met onderskeie kontroles nie. Binne die mediale hipotalamus van PR-rotte het hierdie aktivering plaasgevind in die PVN, LNR en VMH (Fig 2). FR hendel druk, maar nie PR hefboom druk, was geassosieer met beduidende aktivering binne die LH (gebaseer hoofsaaklik op aktivering binne die periforniese gebied). Beide aktiewe hefdrukdrukke en hipotalamiese c-Fos-uitdrukking was vergelykbaar tussen die FRext- en FR-groepe (MHtot, 946 ± 26 en 911 ± 118; LNR, 176 ± 18 en 186 ± 10; LHtot, 468 ± 79 en 378 ± 34; LHpeF, 200 ± 31 en 173 ± 15), wat daarop dui dat die verskil in uitdrukkingspatroon tussen FR en PR-groepe nie verband hou met die duur van die opleiding / ondervinding nie, maar op die aard van instrumentale taak. Vir die FR-groep was daar 'n beduidende toename in c-Fos-uitdrukking in die BNST, waargeneem in beide aBNST en pBNST. Beide FR en PR-hefboomdruk was geassosieer met verhoogde c-Fos-immunopositiewe neurone in die NAc-dop; C-Fos-tellings is aansienlik toegeneem in die NAc-kern van rotte wat betrokke was by FR-hefdruk, met 'n onbeduidende neiging tot verhoogde c-Fos-uitdrukking in rotte wat betrokke was by PR-hefboomdruk. c-Fos is nie met die PR-taak in die VTA verhoog nie, hoewel 'n onbeduidende neiging tot 'n toename met die FR-taak waargeneem word. Laastens is c-Fos aansienlik toegeneem in die hipoglossale (kraniale senuwee XII) kern in die breinstam van rotte wat vir PR opgelei is, maar nie vir FR nie.
C-Fos-uitdrukking is waargeneem in ander CNS-streke, insluitend die amygdala en serebrale korteks (Fig 3). Daar was egter uitdrukking in beide beheerstoestande sowel as in samewerking met PR en FR take, wat daarop dui dat die nonspesifieke aspekte van die prosedure (hantering, beweging in die prosedure kamer) hierdie aktivering tot gevolg gehad het. Kwantitasie in hierdie streke is nie uitgevoer nie. Net so is die aktivering binne breinstamstreke behalwe nXII waargeneem, maar het dit plaasgevind in samehang met beide beheer- en taakverwante toestande, wat ook 'n rol in nonspesifieke opwekking of gedragsaktivering voorgestel het.
Ons het getoets vir korrelasies tussen c-Fos-uitdrukking in verskillende SSS-streke. Deur data van groepe wat druk op die hefboom te kombineer, het ons 'n negatiewe korrelasie gevind tussen c-Fos-uitdrukking in die LH en die VMH; dus is die aktivering van die VMH geassosieer met verminderde algehele aktivering van die LH (Pearson's R, -0.7986; t = -3.7534; P = 0.0056). Ook het ons 'n beduidende positiewe korrelasie waargeneem tussen c-Fos-uitdrukking in die periforiese streek van die LH en die VTA (Pearson's R, 0.7772; t = 3.493; P = 0.0082), in ooreenstemming met bekende monosinaptiese konnektiwiteit tussen hierdie twee streke (sien bespreking in Refs. 2 en 13). Ons het 'n beduidende negatiewe korrelasie gevind tussen c-Fos-uitdrukking in die VTA teenoor die NAc-dop, hetsy apart getoets vir FR-prestasie (Pearson's R, -0.9262; t = -4.9125; P = 0.008) of vir PR-opvoering (Pearson's R, -0.9897; t = -9.7624; P = 0.0103), in ooreenstemming met bekende wederkerige insette tussen striatale streke na die substantia nigra en VTA (2, 13). Ons het ook getoets vir korrelasies tussen c-Fos-uitdrukking in verskillende SSS-streke en gedrag. Deur data van groepe wat druk op die hefboom te kombineer, het ons 'n beduidende positiewe korrelasie waargeneem tussen c-Fos in die ARC en aktiewe hefboompers (Pearson's R, 0.8208; t = 3.8017; P = 0.0067).
Identifikasie van neurone geaktiveer met sukrose inname en motivering vir sukrose.
In die breinstam het nie C-Fos-positiewe neurone positiewe immunostaining vir TH, die tempobeperkende ensiem vir epinefrien en norepinefrien (en dopamien), getoon nie; Dus, hierdie katekolaminergiese neurone blyk nie geaktiveer te wees deur die FR- of PR-take nie. Sommige C-Fos-positiewe neurone het egter positiewe immunosterking vir tryptofaanhidroksilase getoon, wat aandui dat 'n populasie serotonienneurone geaktiveer is. Soos aangedui in Fig 4, in die LNR is c-Fos-positiewe selliggame omring deur AGRP-gekleurde vesels, en 'n soortgelyke patroon vir NPY-vesel / c-Fos-immunostaining is waargeneem (nie getoon nie). In die PVN verskyn c-Fos-positiewe neurone om CRF-positiewe neurone te omring, maar geen kolokalisering is waargeneem nie (data nie getoon nie). Fig 5 toon immunostaining vir beide orexien en MCH in die LH. Orexienneurone is gevind in beide die dLH en peLH. Alhoewel ons MCH-positiewe neurone in die PeLH waargeneem het, was daar inderdaad geen kolokalisering met c-Fos in die LH-gebied nie. Ons het egter c-Fos-kolokalisering in oreksien-positiewe neurone binne die peLH waargeneem (Fig 6, Top), en baie beperkte c-Fos kolokalisering met MCH in die vLH (Fig 6, onderkant). Dit moet herbeklemtoon word dat beide lokalisering en kolokalisering met c-Fos onderskat kan word vir die peptied-neurotransmitters soos CRH, omdat rotte nie met colchicine voorbehou is nie. Laastens, binne die kern van die kern en dop (Fig 7), C-Fos coimmunostaining met GAD, die sintetiese ensiem vir die neurotransmitter GABA, is waargeneem, vir beide FR- en PR-rotte. Daar was sterk kleuring vir TH binne die VTA; C-Fos-positiewe neurone is egter selde waargeneem en blykbaar nie uitsluitlik met TH te kolokaliseer nie.
BESPREKING
In die huidige studie het ons die uitdrukking van die onmiddellike vroeë geen, c-Fos, gebruik om die patroon van akute CNS-aktivering wat verband hou met die aanvang van sukrose-selfadministrasie-hevige aktiwiteit, te evalueer, óf as 'n relatief ondemende taak (FR) of 'n progressief meer uitdagende taakdink om gemotiveerde soek na 'n beloning, soos sukrose, te reflekteer en om limbiese kringe sterk te betrek (22, 24, 49) (PR). Hipotalamiese patrone van aktivering het tussen die twee take verskil, met LH / limbiese aktivering oorheersend in die FR-taak en mediale hipotalamiese / limbiese aktivering wat in die PR-taak oorheers (sien Fig 1). Daar is verskeie moontlike redes hiervoor. Eerstens kan hierdie paradigmas as kwalitatief verskillende ervarings in die SSS kaarteer. Ratte wat in FR-oefening opgelei is, verwag 'n maklike, hoëbeloningsaktiwiteit. Die verwagting van 'n lonende voedsel moet die c-Fos-patroon wat in die FR-rotte waargeneem word, sterk beïnvloed. Die skynbare kwalitatiewe verskil in aktiveringspatroon dui daarop dat 'n tweede moontlikheid - dat die PR-diere net meer ondervinding met die taak het - minder waarskynlik is, en dit is ondersteun deur ons meting van c-Fos in die hipotalamus van rotte wat 20 FR sessies ontvang het. , wat soortgelyk aan die FR-groep, nie die PR-groep, getoon het nie. Albei hierdie moontlikhede kan getoets word deur die probleme van FR-opleiding stelselmatig te verhoog en die veranderinge in CNS-aktivering te evalueer. In hierdie geval sal 'n kwalitatiewe verandering in aktiveringspatroon voorspel word. Alhoewel, volgens die aantal opleidingservarings, nie die CNS-aktiveringspatroon kan uitmaak nie, kan die gemiddelde aantal sukrose-belonings in 'n sessie dalk: die PR-taak kan eenvoudig geleer word as 'n "minderbelonende" ervaring, en dit kan funksioneel gekoppel wees aan die gebrek aan LH aktivering. So kan die CNS-aktiveringspatroon aan die begin van die sessie 'n interceptiewe toestand weerspieël, soos dié van die gekondisioneerde plekparadigma. Sterkte van aktivering binne limbiese kringe is gekoppel aan leer en motivering. Ons het die wisselvalligheid van c-Fos-uitdrukking in die mediale hipotalamus van die FRC-diere waargeneem. Veral binne die PVN, kan hierdie veranderlikheid maskering aktiveer in die FR-rotte, waarvoor 'n neiging tot verhoogde c-Fos vs FRC-rotte waargeneem word (Tabel 3). Algehele mediale hipotalamiese aktivering verskil egter nie tussen FR en FRC diere nie.
Daar moet op gelet word dat hoewel ons doel was om CNS-terreine te identifiseer wat bydra tot die aanvang van gedrag, is temporale resolusie ietwat van oorweging. Soos hieronder bespreek word dit nou waardeer dat verskillende subkomponente van instrumentale of operante gedrag bemiddel word deur aktivering van verskillende bevolkings neurone (13, 23, 33, 49). Ons kan nie heeltemal uitsluit dat aktivering as gevolg van baie onmiddellike bar-druk of lek van belonings moontlik 'n bietjie bygedra het tot die aktiveringspatrone wat ons waargeneem het nie. Ons bevindings bied die basis vir verdere ondersoek na die rolle van spesifieke CNS-terreine in verskillende aspekte of komponente van die selfadministrasie taak, en vir sulke studies, meting van ander onmiddellike vroeë gene met verskillende "aan" en "af" -tydkursusse (36) sal baie nuttig wees.
Die korrelasies wat ons in die C-Fos-uitdrukking tussen verskillende breinstreke gevind het, ondersteun die bekende funksionele konnektiwiteit van hipotalamiese en primêre limbiese streke vir hierdie besondere beloningstaak, soos tussen die LH en die VMH, en tussen die periforniese streek van die LH en die VTA (sien bespreking in Refs. 2 en 13). Ons het ook korrelasies tussen c-Fos-uitdrukking in verskillende geaktiveerde streke en gedrag ondersoek. Die korrelasie tussen c-Fos in die LNR en aktiewe hefboompers pas by die goed gedefinieerde rol van LNR-aktiwiteit in voedselinname (1); met ons vorige waarneming dat insulieninspuiting spesifiek in die LNR self-toediening van sukrose verminder het (15); met vorige verslae van die kritieke rol van die LNR, en sy endorfinere neurone, in die verkryging en verrigting van kokaïen selfadministrasie (40-42); en met die geïdentifiseerde projeksies van die LNR na die NAc (17). So, die LNR speel waarskynlik 'n sleutelrol in die gemotiveerde gedrag om baie soorte belonende stimuli te soek en te verkry, insluitende, maar nie beperk nie tot, voedsel. Laastens het ons 'n beduidende aktivering van die PVN en VMH waargeneem met die aanvang van PR sukrose-soek. Dit is in ooreenstemming met die goed-gekenmerkde rolle van hierdie mediale hipotalamukernen in die regulering van voedselinname, direkte sinaptiese konnektiwiteit met die LNR en geïdentifiseerde verbindings met die limbiese kringloop (1, 27, 37).
Ons het 'n beduidende negatiewe korrelasie tussen c-Fos-uitdrukking in die VTA teenoor die NAc-dop gevind, of dit getoets is vir FR- of PR-prestasie. Dit was ietwat verrassend dat sterker VTA-aktivering nie waargeneem is in kombinasie met PR- of FR-sukrose selfadministrasie (vs. onderskeie beheermaatreëls). Miskien weerspieël hierdie bevinding die tydsberekening van ons meting, wat fokus op potensiële CNS-werwe wat aktief is by die aanvang van die taak waarvoor hierdie diere goed opgelei is. Dit sal in ooreenstemming wees met die waarnemings en proefskrif van Schultz (44), dat dopamienneuronale aktivering dien as 'n merker van onverwagte stimuli of belonings, en hierdie aktivering verminder in samewerking met opleiding. Straling van dopamien vrylating tydens sukrose-opname in opgeleide diere het egter getoon dat dit voorkom as 'n baie presiese en tydelike diskrete gebeurtenis (39). Dit is dus moontlik dat die neigings wat ons waargeneem het, sterk met 'n groter studiegroep (dws meer statistiese krag) sterk beduidend sou wees. Ons het NAc-aktivering waargeneem in samewerking met die aanvang van beide FR- en PR-sukrose. Beide aktivering en inhibisie van NAc-neurone is aangemeld in verband met instrumentele beloningsprestasie, en die patroon van aktivering / aktiwiteit is afhanklik van opleiding en omgewing en word geassosieer met verskillende komponente van die gedrag (bv. Oriëntering, benadering, inname) (6, 33, 50). Soos hierbo bespreek, sal die meting van c-Fos nie so 'n spesifieke aktiwiteit vang nie. Carlezon het voorgestel dat "beloning" oorwegend geassosieer word met 'n afname in aktiwiteit van die NAc-neurone, dit wil sê, medium-stekel-neurone (3). Dit is nie in ooreenstemming met ons waarnemings-aansienlik verbeterde NAc c-Fos in vergelyking met hanteringsbeheermaatreëls en c-Fos-positiewe neurone gekokokaliseer met GAD, in ooreenstemming met die aktivering van medium-spinige neurone (GABAergic) - maar ons het nie spesifiek die NA-neuronale inhibisie geassesseer nie. ". NAc-aktivering en inhibisie kan beide tydens instrumentale take voorkom, met anatomiese en temporale spesifisiteit. Uit die perspektief van hierdie studie kan mens aflei dat die NAc betrokke is by die aanvang van instrumentale sukrose-opname, met die NAc-kern wat bydra tot motoraktivering en die NAc-dop wat bydra tot sowel motoriese as motiverende aspekte van die taak.
Ons het ook die aktivering van beide hoofstreke van die BNST (anterior en posterior) in FR-rotte waargeneem. Die BNST is 'n gedeelte van limbiese kringe wat neuroendokriene reaksies op herhaalde stimulus-ervarings modelleer (8, 9), en in 'n groter sin word geassosieer met die leer oor herhalende stimuli. Alhoewel sy rol die mees omvattende verduideliking ten opsigte van herhaalde stressor-ervarings is, stel ons bevinding 'n groter rol vir die BNST: Die BNST kan CNS-antwoorde modelleer op herhalende positiewe sowel as negatiewe of stresvolle stimuli. Sedert ons hierdie aktivering waargeneem het aan die begin van FR, maar nie PR, prestasie nie, kan BNST-werwing gekoppel word aan die verhoogde sakkrose-beloning van FR-opleiding. Ons waarneming van geen direkte aktivering van CRF neurone suggereer dat instrumentale reaksie op sukrose nie 'n belangrike stressor is nie; C-Fos-uitdrukking in ander PVN-neurone is egter in ooreenstemming met die modulering van streskringkromming (46). Trouens, Ulrich-Lai en kollegas het gerapporteer dat, met behulp van 'n ander dieet / voedingsparadigma, sukrose-inname die PVN-funksie moduleer (47). Laastens het ons die aktivering van die kern van die hipoglossale senuwee in samewerking met PR, maar nie FR-prestasie, waargeneem nie. Die betekenis hiervan kan slegs gespekuleer word; een moontlikheid is dat die smaak relevansie van sukrose verhoog kan word by rotte wat minder sukrose-belonings inneem.
Sucrose-soekende en sukrose-neem moet beskou word as 'n multimodaliteit ervaring, dinamies in die tyd, aangesien inname sou lei tot perifere seine wat verband hou met die kalorie-inhoud van die sukrose, sowel as habituasie en binne-sessie allestesie (25). Terwyl ons navorsing gefokus het op die invloed van perifere endokriene seine, dws insulien en leptien, om voedselbeloning te moduleer, kan hul effekte op sy beurt weer sentraal bemiddel word deur senders en neuropeptiede wat 'n rol op kort- of langtermyn speel. voedings- of voedselbeloning (sien bespreking in Ref. 14). Die huidige studie bied insig in hierdie; Ons het 'n paar aktiverings van neurone waargeneem wat MCH of orexien uitdruk, twee neuropeptiede wat orexigenies is. Hierdie bevindings kan in werklikheid die rol van MCH of orexien in voedselbeloning onderskat, aangesien immunokytochemie by nie-colchicine-behandelde rotte die visualisering van albei hierdie neuropeptiede beperk. Die identifikasie van geaktiveerde orexienneurone in die LH is konsekwent oor die algemeen met die talle studies wat orexienneurone in voeding, voedselbeloning en meer generaaliseerde stimulusbeloning (bv. 5, 7, 29) impliseer. Ons het die aktivering van peFLH-oreksienneurone waargeneem. Aston-Jones en kollegas (5) het die rolle van verskillende populasies van LH-oreksienneurone in beloningsgedrag gedissekteer en het in die opwekking van peFLH-oreksienneurone in opstand gekom, in teenstelling met beloning per se. Ons bevinding stel dus 'n rol vir LH-oreksien in opwekking voor, en miskien oriëntering tot die aktiewe hefboom of leidrade vir sukrose-opname.
Waardig vir toekomstige oorweging is die uniekheid of veralgemeenbaarheid van sukrose as 'n lonende stimulus. Of die patroon van vroeë CNS-aktivering wat ons hier aanmeld, spesifiek vir kos as 'n stimulus is, of veralgemeen word met ander lonende stimuli, moet nog bepaal word. Soos hierbo aangedui, veral in die FR-taak, sal die inname van 'n aantal sukrose-belonings verwag word om metaboliese gevolge te hê, met modulasie van hormoonvrystelling (byvoorbeeld cholecystokinien, ghrelien, insulien) en veranderinge in perifere en CNS neurale aktivering. Hierdie veranderinge sal nie verwag word om 'n direkte rol te speel in die vroeë CNS-aktiveringspatrone wat ons gemeet het nie, maar kan 'n rol speel in die leer oor sukrose-beloning tydens opleiding. Weer eens kan neuropeptiede soos oreksien krities geïmpliseer word.
Ons studie verteenwoordig, na ons kennis, die eerste demonstrasie van aktivering van spesifieke mediale hipotalamukernen by die aanvang van sukrose selfadministrasie, insluitende beide die PVN, wat betrokke is by homeostase en stresresponsiwiteit, en die LNR, wat krities is vir energie homeostase, voedingstofwaarneming, en regulering van voedselinname. Belangrik, ons het die aktivering van die mediale hipotalamus en die NAc waargeneem, in samehang met PR begin, wat daarop dui dat beide homeostatiese en sommige limbiese webwerwe 'n rol speel in die aanvang van sukrose selfadministrasie. Bykomende limbiese kringbane kan gewerf word op 'n later tydstip in die taak.
Perspektiewe en betekenis
Terwyl historiese studies van motiverende en beloningsgedrag die CNS limbiese kringloop sterker impliseer, het 'n groot aantal bewyse toegeneem wat die kritiese funksionele interaksie tussen limbiese en energie homeostase-kringe beklemtoon. Die huidige studie dui nou op die waarskynlike belangrikheid van spesifieke mediale hipotalamukernen in gemotiveerde werk vir sukrose. Ekstrapolering van hierdie studie kan toekomstige studies evalueer of die rol van die mediale hipotalamus nodig is en of die aktivering daarvan gemotiveer word in gemotiveerde soeke na ander belonings soos misbruikmiddels. Daarbenewens bied die bevindings van hierdie studie die rasionaal vir die bestudering van veranderinge van gemotiveerde gedrag in omstandighede wat gepaard gaan met veranderde mediale hipotalamiese fisiologie, soos in vetsug.
GRANTS
Hierdie navorsing is ondersteun deur National Institutes of Health Grant DK40963. Dr Dianne Figlewicz Lattemann is 'n Senior Navorsingsloopbaan Scientist, Biomediese Laboratorium Navorsingsprogram, Departement van Veterane Sake Puget Sound Health Care System, Seattle, Washington. Dr. Sipols word ondersteun deur die Letse Raad van Wetenskap Grant 04.1116.
OPENBAARMAKINGS
Geen belangebotsings, finansieel of andersins, word deur die outeurs verklaar nie.
Bedankings
Ons bedank drs. Yavin Shaham, Stephen Benoit, Christine Turenius, en JE Blevins vir advies en nuttige besprekings.
Verwysings
;