تنظيم القشرة الجبهية قبل الجبهية لديناميكيات الدوائر الدماغية والسلوك المتعلق بالثوابت (2016)

Science 1 January 2016: Vol. 351 لا. 6268

DOI: 10.1126 / science.aac9698

1. إميلي أ¹,²,*,
2. كيلي A. Zalocusky¹,²,*,
3. كونور ليستون³,*,
4. لوجان جروسينيك¹,²,
5. ميليسا ار⁴,
6. ديبا أماتيا¹,
7. كيفر كاتوفيتش⁵,
8. هرشل ميهتا⁵,
9. برايان باتينود⁶,
10. شارو راماكريشنان¹,
11. بول كالانيثي⁷,
12. اميت اتكين⁶,
13. بريان كنوتسون⁵,
14. غاري ه⁸,
15. كارل Deisseroth¹,⁴,⁹,†

ملخص

الدافع للمكافأة يدفع السلوكيات التكيفية ، في حين أن ضعف إدراك المكافأة والخبرة (anhedonia) يمكن أن تسهم في الأمراض النفسية ، بما في ذلك الاكتئاب وانفصام الشخصية. سعينا لاختبار الفرضية القائلة بأن قشرة الفص الجبهي الإنسي (mPFC) تتحكم في التفاعلات بين المناطق تحت القشرية محددة التي تحكم الاستجابات الملحوظة. باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي وظيفي optogenetic إلى التلاعب محليا ولكن تصور النشاط العصبي في الفئران على الصعيد العالمي ، وجدنا أن تحفيز العصبية الدوبامين يدفع النشاط الجهازي ، في حين أن الاستثارة المتزايدة محليا mPFC يقلل من هذا الرد المخطط وتثبيط الدافع السلوكي لتحفيز الدوبامين. ويعمل هذا النشاط الزائد للـ mPFC أيضًا على تثبيط السلوكيات ذات الدوافع الطبيعية ، ويحث على تفاعلات وظيفية جديدة على مستوى الدماغ ، والتي تتنبأ بدرجة انعدام الذات لدى الأفراد. تصف هذه النتائج آلية تقوم من خلالها mPFC بتنظيم التعبير عن سلوك البحث عن المكافآت ، من خلال تنظيم التفاعلات الديناميكية بين مناطق معينة تحت القشرة.

طريقة لتعديل البحث عن المكافآت

ما هي المناطق الدماغية التي تشارك سببيًا في السلوك المرتبط بالمكافأة؟ Ferenczi وآخرون. الجمع بين التنسيق الخلوي النوع النوعي ، والتلاعبات البصرية مع التصوير الدماغي ، والاختبارات السلوكية ، والكائنات الحية في الجسم الحي (انظر المنظور من قبل روبنز). زاد تحفيز الخلايا العصبية الدوبامين الدماغ المتوسط ​​النشاط في منطقة دماغية تدعى المخطط المخطط وكان مرتبطًا ببحث الثواب عبر الحيوانات الفردية. ومع ذلك ، خفضت استثارة مرتفعة لمنطقة تسمى قشرة الفص الجبهي الإنسي كلا استجابات المخطط لتحفيز الخلايا العصبية الدوبامين ومحرك سلوكي للبحث عن تحفيز الخلايا العصبية الدوبامين. أخيرا ، تعديل استثارة من الخلايا العصبية الهرمية القشرة الأمامية الفصامية وسطي تغييرات في التزامن الدائرة العصبية ، وكذلك السلوك anhedonic المقابلة. هذه الملاحظات تشبه التصوير والظواهر السريرية التي لوحظت في اكتئاب الإنسان ، والإدمان ، والشيزوفرينيا.

مقدمة

يتم حفظ الدافع للبحث عن المكافأة وخبرتها عبر الأنواع ، وفي الثدييات ، ينطوي ذلك على تفاعلات بين أنظمة الدوبامين تحت القشرية والهياكل الحوفية مثل المخطط. انخفاض قيمة هذه العملية ، لوحظ في عدد من الحالات النفسية ، هو العرض السريري لل Anhedonia (فقدان المتعة). الآليات العصبية الكامنة وراء anhedonia غير معروفة ولكن يمكن أن تنجم عن تفاعلات غير طبيعية بين دوائر المكافأة القشرية ودون القشرية. سعينا لاختبار الفرضية القائلة بأن ارتفاع استثنائية القشرة الفص الجبهي الإنسي (mPFC) استثارة (سمة السريرية المرتبطة anhedonia) يمارس السيطرة القمعية على التفاعلات بين اثنين من المناطق تحت القشرة البعيدة: الدماغ المتوسط ​​الدوبامين و striatum.

الأساس المنطقي

وقد كشفت دراسات التصوير السريري عن نشاط مرتفع في الـ mPFC في المرضى المصابين بالاكتئاب ، ويرتبط العلاج بتطبيع هذا النشاط الزائد وتحسين الأعراض الأنهائية. بالإضافة إلى ذلك ، حددت الدراسات البشرية مناطق الدماغ التي تستجيب لتوقعات المكافأة وخبرتها ، ويمكن كبت هذه الاستجابة في الأمراض النفسية. ومع ذلك ، لم يتم توضيح مصدر إشارة المكافأة والآليات التي يستند إليها التعديل. لقد قمنا بدمج مجموعة متنوعة من أدوات optogenetic المزمنة والحادة مع التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) لتوفير جسر بين السببية والخصوصية الخلوية لعلم البصريات القوارض ورصدات الدماغ التي تميز تصوير الأعصاب البشري ، بهدف التلاعب محليا وعالميا تصور النشاط العصبي لفهم تنظيم السلوك السعي الثواب.

النتائج

نبرهن على أن تحفيز الخلايا العصبية الدوبامين الدماغية المتوسطة يدفع كلا من نشاط الأكسجين الدموي (BOLD) المعتمد على مستوى الأكسجين الدموي (BOLD) والسلوك الباحث عن المكافأة ، ونظهر أن هذه العوامل مرتبطة بالأفراد. نحن أيضا نجد أن إسكات الخلايا العصبية الدوبامين يقمع النشاط في المخطط ، وكذلك في مناطق أخرى من الدماغ (مثل الوطاء) ، ويحفز سلوك الإبطال. بعد أن حددنا هذه السيطرة ثنائية الاتجاه لسلوك البحث عن المكافآت ، اختبرنا بعد ذلك الاضطراب في هذه الدائرة عبر رفع مستوى استثارة mPFC. لاحظنا قمع ردود الفعل المخططة للدوبامين ، وكذلك الدافع السلوكي للبحث عن تحفيز العصبونات الدوبامين والمحفزات الطبيعية الأخرى المجزية. وأخيرًا ، نثبت أن الاستثارة المرتفعة بشكل ثابت من mPFC تتزامن مع نشاط BOLD ونشاط الكهربية العضلية في الكورتيكوولتيك ، والذي بدوره يمكن التنبؤ بالسلوك غير الطبيعي في الحيوانات الفردية.

الخلاصة

النتائج التي توصلنا إليها من التجارب التي تنطوي على التحكم في الخلايا المحلية ، في نفس الوقت مع المراقبة العالمية غير المتحيزة للنشاط العصبي ، تكشف عن أن الـ mPFC يمارس السيطرة من أعلى لأسفل على تفاعلات دوبرين مع الدماغ المتوسط ​​مع المخطط ، وأنه عندما يرتفع ، يمكن أن يؤدي النشاط في الـ mPFC إلى كبت المكافأة الطبيعية. السلوك المتصل. علاوة على ذلك ، نلاحظ أن الديناميكيات العصبية القشرية تحت القشرية تعمل في تناسق لتنظيم عملية المكافأة. كل هذه النتائج لها آثار على فهمنا لعلم وظائف الأعضاء والسلوكيات المرتبطة بالثوابت الطبيعية ، بالإضافة إلى التسبب في الإصابة بالأنهيدونيا.

تم استخدام fMRI Optogenetic للتلاعب محليا وتصور على الصعيد العالمي النشاط العصبي في الدماغ المتعلقة بالمكافأة. تم مسح الفئران تعويد في حالة اليقظة (أعلى الصور). نحن نثبت أن نشاط BOLD الجهازي يزيد من خلال التحفيز optogenetic من الخلايا العصبية الدوبامين وينخفض ​​عن طريق إسكات neuralogenetic العصبية. نبرهن على أن استثارة mPFC المرتفعة بشكل فوتوغرافي تقلل من سلوك البحث عن المكافأة من خلال ممارسة السيطرة من الأعلى إلى الأسفل على النشاط الذي يسببه الدوبامين المخطط للجسم وتؤدي إلى التزامن بين دوائر محددة من الكورتيكوليمبيك.