تقليص الكثافة الانسيابية والتشابك في اللحاء قبل الجبهي بعد سبعة أيام من الامتناع عن ممارسة الجنس عن الاكتفاء الذاتي من الكوكايين (2014)

بلوس واحد. 2014 Jul 29؛ 9 (7): e102524. doi: 10.1371 / journal.pone.0102524. eCollection 2014.

ريان ك. باشتيل ، المحرر

ملخص

ويقلل التعرض المزمن للكوكايين لدى كل من المدمنين على الإنسان ونماذج الإدمان على القوارض من نشاط القشرة الجبهية قبل الفصام ، الأمر الذي يعطل فيما بعد عملية المكافأة والوظيفة التنفيذية العليا. التأثير الصافي لهذا النقص في السلوك هو تعزيز الضعف إلى الانتكاس. في السابق ، أظهرنا أن الزيادات التي يسببها الكوكايين في التعبير العصبي المشتق من الدماغ (BDNF) في قشرة الفص الجبهي الإنسي (PFC) هي آلية عصبية تضعف فعالية تعزيز الكوكايين. وكما هو معروف BDNF للتأثير على بقاء الخلايا العصبية واللدونة متشابك ، اختبرنا الفرضية القائلة بأن الامتناع عن تعاطي الكوكايين الذاتي من شأنه أن يؤدي إلى تغيرات في مورفولوجيا الخلايا العصبية وكثافة متشابك في PFC. باستخدام تقنية جديدة ، والتصوير المقطعي والتصفيق جولجي ، تم تحليل التغيرات المورفولوجية في PFC الفئران بعد أيام 14 من الإدارة الذاتية للكوكايين وأيام 7 من الامتناع القسري. نتائجنا تشير إلى أن المتفرعة شجيري الكلي والكثافة المشبكية الإجمالية تنخفض بشكل كبير في PFC الفئران. في المقابل ، يتم زيادة كثافة العمود الفقري الشجيري رقيقة بشكل ملحوظ على الخلايا العصبية الهرمية طبقة V من PFC. تشير هذه النتائج إلى أن التغيرات الهيكلية الديناميكية تحدث أثناء الامتناع عن تعاطي الكوكايين والتي قد تساهم في النشاط المرصود للـ PFC في الأفراد المدمنين على الكوكايين.

المُقدّمة

يُقترح إجراء تعديلات في اللدونة الهيكلية داخل دائرة المكافأة لتكون آليات رئيسية تساهم في قدرة الكوكايين القوية على الحفاظ على سلوك البحث عن المخدرات (تمت مراجعته في [1]). وقد أظهرت الدراسات السابقة زيادة في التشجير الشجيرية وكثافة العمود الفقري في النواة المتكئة (NAc) [2]-[4]المنطقة tegmental بطني [5]وقشرة الفص الجبهي (PFC) [6] بعد التعرض للكوكايين. في حين أن معظم الدراسات ركزت على التغييرات الهيكلية المرتبطة بالنشاط المختل ل NAc ، فقد قامت دراسات أقل بكثير بدراسة التغيرات في PFC. تظهر عدة أدلة إثبات وجود خلل في الـ PFC بعد التعرض المزمن للكوكايين في كل من المدمنين على البشر [7], [8] وفي نماذج القوارض من الإدمان [9], [10]. ولذلك ، فإن توصيف التغييرات الهيكلية التي تحدث في PFC أمر مهم لفهم الأحداث الجزيئية التي تكمن وراء الإدمان.

ينظم PFC التحكم في الانفعالات واتخاذ القرار وبالتالي يلعب دورًا مهمًا في قدرة الفرد على التحكم في السلوك ، لا سيما في الاعتماد على المخدرات [8], [11]. على سبيل المثال ، في الأفراد المدمنين على الكوكايين ، يرتبط انخفاض تنشيط القشرة الجبهية بسحب الأدوية وتعطيل الاستجابات التنفيذية العليا [7], [8]، والتي يمكن أن تعزز الضعف على الانتكاس. في القوارض ، ويرتبط زيادة نشاط الخلايا العصبية في PFC مع تناول الكوكايين [9], [10]والسلوك القهري للبحث عن المخدرات [12]وإعادة الكوكايين بعد الانسحاب [13]-[15]. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إلغاء ثبات الغشاء في PFC بعد إدارة الكوكايين المزمن [16]. وأخيراً ، فإن النشاط الاستقلابي الناجم عن المخدرات في الـ PFC يضعف في الفئران التي تُعطى حقنة تحدي خلال الانسحاب من تعاطي الكوكايين ذاتيًا. [9], [17]. معا ، تشير هذه الدراسات إلى أن الكوكايين المزمن يسبب تغييرات وظيفية عميقة في PFC يمكن أن ترتبط بزيادة في عدد نقاط الاشتباك العصبي المثبطة و / أو انخفاض في نقاط الاشتباك العصبي الاستثارية في PFC. ومع ذلك ، لم يتم توضيح التعديلات المورفولوجية التي تحدث في PFC بعد تعاطي المخدرات المزمن.

سعىنا في هذه الدراسة إلى فحص ما إذا كان الإمتناع عن تعاطي الكوكايين يؤدي إلى تغييرات هيكلية في الـ PFC. تم فحص التعديلات المورفولوجية باستخدام طريقة تقليدية ، تلطيخ Golgi ، فضلا عن تقنية جديدة ، التصوير المقطعي الصفيف. التصوير المقطعي هو طريقة فريدة تجمع بين تقسيم الأنسجة فائقة الرقة مع تأين المناعي وإعادة بناء الصورة ثلاثية الأبعاد للسماح بقياس دقيق لكثافة المشابك النوعية وشبه الفرعية المحددة [18], [19]. باستخدام هذه الأساليب ، أشارت نتائجنا إلى وجود مرونة كبيرة في الجرذان PFC استجابة إلى الامتناع عن التدخين من الكوكايين.

مواد وطرق

الحيوانات والإسكان

تم الحصول على ذكور فئران Sprague-Dawley (Rattus norvegicus) التي يتراوح وزنها بين 250 و 300 جم من مختبرات تاكونيك (جيرمانتاون ، نيويورك). تم إيواء الحيوانات بشكل فردي مع الطعام والماء المتاحين في قفصهم المنزلي. كانت جميع البروتوكولات التجريبية متوافقة مع الإرشادات الصادرة عن المعاهد الوطنية الأمريكية للصحة وتمت الموافقة عليها من قبل كلية بيرلمان للطب في جامعة بنسلفانيا ولجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية بجامعة بنسلفانيا.

العمليات الجراحية

قبل الجراحة ، تم تخدير الجرذان باستخدام 80 mg / kg ketamine و 12 mg / kg xylazine (ip؛ Sigma-Aldrich، St. Louis، MO). تم إدخال قسطرة silastic (القطر الداخلي 0.33 مم ، القطر الخارجي 0.64 مم) في الوريد الوداجي الصحيح وخياط في المكان. ثم تم تمرير القسطرة تحت الجلد على شفرة الكتف وتوجيهها إلى منصة شبكة الخلفية (CamCath ، كامبردج ، المملكة المتحدة) التي تم خياطة تحت الجلد مباشرة فوق الكتائب. تم تنظيف القسطرة يومياً باستخدام 0.3 ml من المضاد الحيوي Timentin (ticarcillin disodium / potassium clavulanate، 0.93 mg / ml؛ Henry Schein، Melville، NY) الذائبة في محلول الهيبارين (10 U / ml). كانت القسطرة مغلقة بسدادات بلاستيكية عندما لا تكون قيد الاستعمال.

الكوكايين الإدارة الذاتية

سُمح لجرذان 7 بالتعافي من الجراحة قبل بدء إدارة الكوكايين الذاتية. تم تعيين الفئران عشوائيا إلى واحدة من مجموعتين: الحيوانات التي تدير نفسها كوكائين والضوابط المالحة yoked. تم إقران كل جرذان تم تدريبهما على الاستجابة للدفعات الطوعية للكوكايين بموضوع يدخن الذي حصل على نفس العدد ونمط زماني من الحقن كما تدار ذاتياً بواسطة الجرذان الكوكايين التجريبي المقترن. لم يكن للضغط على الفئران المحسوبة بالمال المحقون أي عواقب مجدولة.

في البداية ، تم وضع الجرذان التجريبي للكوكايين في الغرف النموذجية (Med Associates، St. Albans، VT) وسمح للضغط بالضغط من أجل حقن الكوكايين عن طريق الحقن (0.25 mg cocaine / 59 µl saline، infusion over 5 s) على نسبة 1 (FR1) جدول التعزيز. مرة واحدة في الفئران التجريبية الكوكايين حققت ما لا يقل عن دفعات 20 من الكوكايين في جلسة واحدة منفردة في إطار جدول FR1 ، تحولت متطلبات الاستجابة إلى جدول FR5 من التعزيز. للاستجابة على كل من جداول النسبة الثابتة ، كان الحد الأقصى لعدد عمليات حقن الكوكايين يقتصر على 30 لكل جلسة إدارة ذاتية يومية وفترة انتهاء 20 s متبوعة بكل ضخ الكوكايين ، وخلال ذلك تم جدولة استجابات الرافعة النشطة ولكن ليس لها أي عواقب مجدوَلة. . تم إجراء جلسات عمل 2 h اليومية (أيام 7 / الأسبوع) لما مجموعه أيام 14. تم تسجيل الإجابات التي تم إجراؤها على الذراع غير النشطة ، والتي لم يكن لها أي عواقب مجدولة ، خلال جلسات التدريب FR1 و FR5.

بعد شنومكسth وعادت الدورة النشطة اليومية ، الفئران السيطرة على الكوكايين التجريبية والملكة المالحة إلى أقفاص منازلهم حيث خضعوا 7 أيام من الامتناع عن ممارسة الجنس القسري. على 7th يوم من الامتناع عن تعاطي الكوكايين ، تمت إزالة العقول وتم تشريح PFC على الجليد. تم اختيار سبعة أيام من الامتناع عن تعاطي الكوكايين من أجل إجراء مقارنات مباشرة مع دراستنا المنشورة سابقًا لفحص التغيرات التي يسببها الكوكايين في تعبير PFC BDNF [20].

نضح

تم تخدير الجرذان (100 ملغم / كغم ، pentobarbital الصوديوم ip) و perfused مع 4٪ بارافورمالدهيد الجليد في 0.1 M PB ، pH 7.4 (PFA). تم استخدام نصف الكرة الأرضية من كل دماغ لتلطيخ golgi ونصف الكرة الآخر للتصوير المقطعي الصفيف. تم إصلاح نصفي الكرة الأرضية في 4٪ PFA مع 2.5٪ سكروز لساعات 2 وكان نصيب Golgi hemispheres ثابتًا لـ 48 h في 4٪ PFA.

التصوير المقطعي

أجريت تجارب التصوير المقطعي كما هو موضح سابقا [19], [21]. باختصار ، تم تثبيت الأنسجة الثابتة من PFA في أجزاء الراتنج و الإكليل (70 nm) على مستوى mPFC وتم قطعها وجمعها كشريط. تم ترطيب الشرائط في 50 mM glycine في تريس وتم حجبها في المحلول (0.05٪ توين / 0.1٪ ألبومين المصل البقري في تريس العازلة (50 mM Tris / 150 mM NaCl، pH 7.6). تم تلوين الشرائط بالأجسام المضادة الأولية ، GAD65 ( Chemicon) أو PSD95 (Cell Signaling) أو synaptophysin (Abcam) ، في حجب الحل بين عشية وضحاها عند 4 ° C. تم غسل الأشرطة باستخدام عازلة Tris وتم تلوينها بالأجسام المضادة الثانوية في 1[نسبة]50 في منع الحل (الماعز مكافحة الفأر أليكسا الدقيق 488 والماعز أرنب أرنب cy3 أو حمار مكافحة الأرانب cy5). كانت الأشرطة مضلَّعة باستخدام DAPI لتسهيل العثور على نفس المواقع في كل قسم. تم جمع صور المسح الضوئي باستخدام مجهر زايسوميك أكسيو ميمار Z2 epifluorescence. تم الحصول على صور من نفس الموقع على كل من الأقسام التسلسلية 20 – 30 لكل شريط في 63x مع برامج آلية متخصصة للتصوير المقطعي.

تحليل التصوير المقطعي

تم فتح الصور التسلسلية من كل شريط بشكل متسلسل ، وتحويلها إلى كدسة وتماشية مع الملحقات MultiStackReg و StackReg (بإذن من B. Busse في جامعة ستانفورد و [21], [22]. واستخدمت مربعات المحاصيل (19.5 µmx19.5 µm) لتحديد المناطق ذات الاهتمام (ROI) في neuropil للتقييم الكمي. كان على التحديدات استبعاد أجسام الخلايا العصبية أو غيرها من السمات الغامضة. بالنسبة للتحليل الآلي للصورة ، تم تلقائيًا تحديد محاصيل الفائدة (أو ROIs) لـ synaptophysin ، و glutamic acid decarboxylase-65 (GAD65) و PSD95 على التوالي مع الخوارزميات الآلية في ImageJ. تم ترميز المحاصيل وتم إجراء تحليل أعمى للشرط. تم استخدام برنامج كشف تلقائي يستند إلى عتبة لتحديد عدد النقاط المحددة كمشتبكات موجبة كما تم وصفه سابقًا [23]. تم حساب كثافة النهايات الطرفية المشبكية ، والمطاريف المشبعية بعد المشبكية ، والنسبة المئوية للمشابك الموجبة (المثبطة) لـ GAD من متوسط ​​مواقع عينات 75 لكل حيوان تم جمعها من كتلتي نسيج مختلفتين من PFC (n)=5 الكوكايين المعالج ، 5 الحيوانات المعالجة بالملح) لما مجموعه 29,154 postynaptic puncta و 53,565 presynaptic puncta من مواقع أخذ العينات 818 عبر الحيوانات المعالجة بالمحلول 5 و 29,662 postynaptic و 17,034 precynaptic puncta من مواقع أخذ العينات 588 عبر الحيوانات المعالجة الكوكايين 5. تم حساب القيم المتوسطة لكثافة المشابك والنسبة المئوية للمشابك العصبية المثبطة لكل حيوان ويتم تشغيل اختبارات t باستخدام متوسطات الحيوان لاختبار ما إذا كان هناك اختلاف بين وسائل المجموعة.

طريقة السريع جولجي

تم تنفيذ قسم واحد تلطيخ Golgi كما هو موضح سابقا [24], [25]. باختصار ، تم قطع mPFC من نصف الكرة الأرضية لكل حيوان إلى أقسام إكليوم 100 andm وبعد ذلك تم إصلاحه في 1٪ tetraoxide osmium متبوعًا بثلاث أغسلات في 0.1 M PB، pH 7.4. تم تحضين الأقسام في 3.5٪ ثنائي كرومات البوتاسيوم طوال الليل وغسلها لفترة وجيزة وتسللت مع نترات الفضة 1.5٪ بواسطة طريقة الساندويتش [25]. تم تركيب المقاطع على شرائح مغلفة بالجيلاتين مع السكروز 20٪ وجفاف من خلال سلسلة من تركيزات الكحول تليها إزالة التسمين في الزيلين والغطاء.

تحليل Golgi

تم ترميز الشرائح جولجي وتحليل أعمى إلى حالة وجميع تحليلها من قبل المجرب نفسه. تم جمع الصور العصبية والتتبعات والصور التمثيلية لأشواك شجيري باستخدام مجهر BX51 Olympus المستقيم مع مرحلة مدمجة متحركة (Prior Scientific، Rockland، MA) مع هدف 20 × 0.7 NA. لتحليل المتفرعة dendritic ، تم اختيار الخلايا العصبية 7 للتحليل لكل حيوان. قمنا بقياس طول وتعقيد neurite باستخدام وحدات الماكرو NeuronJ وتحليل Sho sho المتقدم ، على التوالي. تم قياس ومقارنة عدد التقاطعات (نقاط التفرع) داخل دوائر متحدة المركز عند نصف القطر بين 5 - 250 (m (بما في ذلك التشعبات القاعية والقمية) بين المجموعات. بالنسبة إلى تحليل كثافة العمود الفقري ، تم تحليل شرائح 4 – 5 التي يبلغ طولها 20 leastm على الأقل من التشعبات القاعدية من الدرجة الثالثة لكل خلية عصبية من 5 – 7 لكل حيوان باستخدام مجهر Zeiss AxioImager Z2 epifluorescence مع هدف غمر 63x بالزيت. تم تصنيف مورفولوجيا العمود الفقري كما هو موضح سابقا [26]. وتمت مقارنة كثافة العمود الفقري الخطي لكل جزء شجيرى ومورفولوجيا العمود الفقري (رقيق ، قصير ، فطر ، على شكل كوب) لكل من الفقرات بين المجموعات. تم استخدام برنامج المصدر المفتوح من المعاهد الوطنية للصحة (ImageJ) ل Golgi وتحليل بيانات التصوير المقطعي.

النتائج

الامتناع عن الكوكايين يقلل من كثافة المشبك الكلي

وقد استخدم التصوير المقطعي لقياس التغيرات في كل من المشابك الاستثارية والمثبطة من أجل تحديد التغيرات المورفولوجية المحددة التي تحدث في PFC كاستجابة للامتناع عن تعاطي الكوكايين الذاتي. التصوير المقطعي Array هو طريقة إنتاجية عالية تسمح بتقدير دقيق لمجموع كلي ومثبط ومشابك مثير في بنى صغيرة جدًا لا يمكن تحديدها بشكل صحيح أو موضعية باستخدام طرق الفحص المجهري التقليدية [19]. لأن كلا المشابك المثبطة والإثارة هي مكونات أساسية لدائرة مكافأة الدواء [13], [27], [28] استخدمنا هذه المنهجية الجديدة لتقييم التغيرات المورفولوجية في PFC خلال الامتناع عن تعاطي الكوكايين. تم ملؤها سبعين نانومتر من المقاطع PFC من نصف الدماغ في الدماغ من 5 yoked-saline والجرذان 5 الكوكايين ذوي الخبرة مع الأجسام المضادة ل PSD95 ، علامة مثير للإثارة بعد المشبكي ، synaptophysin ، علامة presynaptic ، و GAD65 ، التي وصفها الخلايا العصبية والمنبهات المثبطة. تم تحديد الكثافة السينية والنسبة المئوية للمشابك المثبطة في الطبقة القشرية V (الشكل 1A و 1B). نتائجنا تشير إلى أنه خلال الامتناع عن تعاطي الكوكايين كان هناك انخفاض كبير في كثافة synaptophysin (الشكل شنومك) ، الذي يقيس جميع المطاريف المشبكية [t (7))=2 ، ف <0.05]. لم يكن هناك انخفاض كبير في كثافة المشابك الاستثارة [ر (8)=0.48 ، ص=0.32] وفقًا لقياس نقاط psdxnumx النقطية (الشكل 1D). ومن المثير للاهتمام ، كان هناك اتجاه غير مهم نحو زيادة في النسبة المئوية للمشابك العصبية الموجبة GAD65 [t (8)=−1.39 ، ص=0.9] (الشكل 2E).

الشكل 1 

يكشف التصوير المقطعي الطرفي عن تغيرات في كثافة المشابك في PFC بعد أيام 7 من الامتناع عن تعاطي الكوكايين.
الشكل 2 

قسم واحد تحليل Golgi يكشف عن تغييرات في المتفرعة dendritic وتشكيل العمود الفقري في PFC بعد أيام 7 من الامتناع عن الكوكايين.

الامتناع عن تناول الكوكايين يقلل من الشحوب المتفرعة بينما يزيد كثافة العمود الفقري عابرًا في الـ PFC

استُخدمت طريقة Golولجي لفحص التغيرات في التفرع العصبي و كثافة العمود الفقري الشجيري من أجل تأكيد التغيرات البنية التحتية الملحوظة في كثافة المشابك (الشكل 1). قمنا بأداء قسم واحد من عملية التشبع السريع لـ Golgi على مجموعة فرعية من الخلايا العصبية في PFC من نصفي الكرة الأرضية الآخرين لنفس الحيوانات التي تم استخدامها لدراسات التصوير المقطعي. تم تقييم المتفرعة شجيري ، عد العمود الفقري شجيري ، ومورفولوجية العمود الفقري. هناك خليتان هرميتان تمثيليتان من الـ PFC للتحكم بالمحلول الملحي والجرذان المعرضين للكوكايين. الشكل شنومكسا. تقاس قطعة الأرض Sholl عدد التقاطعات (نقاط فرعية) داخل دوائر متحدة المركز عند نصف قطر بين 5 – 250 µm. تظهر نتائجنا أنه بعد أيام 7 من الامتناع القسري عن تعاطي الكوكايين الذاتي ، كان هناك انخفاض كبير في التعقيد التغصني (الشكل شنومكسب). تدابير متكررة في اتجاهين أظهر تحليل ANOVA لبيانات مؤامرة الروت المكسور تأثيرات رئيسية هامة للعلاج [F(1,738)=30.59، p <0.0001] ونصف القطر [F.(245، 738)=289.6 ، ف <0.0001] (الشكل شنومكسب) ، مما يؤكد فقدان التشعبات التي تتفق مع فقدان المشابك المقاسة في دراسات الصفيف (الشكل شنومك). تحليل التشتيت basilar الثاني والثالث كشفت زيادة كبيرة في العمود الفقري شجيري بعد أيام 7 من الامتناع عن تعاطي الكوكايين [ر (6)=−3.12 ، ف <0.05] (الشكل 2D). وبشكل أكثر تحديدًا ، أدى الامتناع عن التعرض للكوكايين إلى زيادة عدد النوع الفرعي للعمود الفقري الرقيق ، في حين لم يكن له تأثير كبير على الأنواع الفرعية الأخرى من العمود الفقري (الشكل 2E) ، كما يتضح من طريقين التدابير المتكررة ANOVA مع الآثار الرئيسية للعلاج [F(1,30)=11.9 ، ص=0.0017] ، النوع الفرعي للعمود الفقري [F(4,30)=57.7، p <0.0001] ، وعلاج هام × تفاعل من النوع الفرعي للعمود الفقري [F(1، 4، 30)=8.8 ، ف <0.0001].

مناقشة

في هذه الدراسة ، نظهر أن هناك تغييرات هيكلية ومزامنة واضحة في الطبقة الخامسة من PFC بعد أيام 7 من الامتناع القسري عن الإدارة الذاتية للكوكايين. على وجه التحديد ، هناك انخفاض كبير في المتفرعة dendritic من الخلايا العصبية الهرمية وفقدان العامة في كثافة المشابك كما تقاس الكثافة النقصان من بوتونات presynaptic الشاملة المسمى synaptophysin. على الرغم من فقدان الكثافة ما قبل المشبكي ، خضعت التشعبات القاعدية للخلايا العصبية الهرمية طبقة V إلى زيادة في كثافة العمود الفقري الشجيري ، لا سيما من العمود الفقري البلاستيكي الرقيق. نظرًا لأننا لم نكتشف أي تغيرات كبيرة في كثافة PSD95 ، يمكن التكهن بأن الانخفاض في المطاريف قبل المشابك ولكن الزيادة في كثافة العمود الفقري قد يرجع إلى زيادة في عدد بوتونات متعددة التشابك. بالإضافة إلى ذلك ، تجدر الإشارة إلى أننا لاحظنا وجود اتجاه نحو زيادة نقاط الاشتباك العصبي المثبطة في PFC. منذ إشراك العمود الفقري رقيقة في اللدونة [29]، يمكن أن تمثل الزيادة في هذه الأشواك اللدونة التعويضية للحفاظ على مدخلات متشابك على هذه الخلايا العصبية المعزولة التي فقدت فروعًا شجيريًا.

أثبتت الدراسات السابقة أن الكوكايين يزيد من التشبع الشوكي والعمود الفقري في NAc [2]-[4]. مؤخرا ، Dumitriu وآخرون ، 2012 [30] أثبتت أن الكوكايين يغير بشكل ديناميكي أشواك قسيمية في نواة NAc و shell. على وجه التحديد ، في الصدفة ، زاد الانسحاب من الكوكايين من العمود الفقري الرقيق ، بينما خفض كثافة رأس عمود الفطر في غلاف NAc [30]. على عكس الدراسات التي أجريت على NAc ، لا يوجد سوى عدد قليل من الدراسات التي فحصت آثار الكوكايين على التشكل العصبي في PFC [6], [31]. تتفق بياناتنا مع دراسة حديثة تثبت أن الكوكايين يحث على زيادة كثافة العمود الفقري في الـ PFC [31]. وتجدر الإشارة إلى أن الفئران التي كان لها زيادة أكبر في العمود الفقري الثابت والمستقر ، أي العمود الفقري الذي ظهر في أيام ما بعد الانسحاب 3 ، على التشعبات القمية ، أظهرت درجات عالية من تفضيل المكان الموصى به للكوكايين وفرط النشاط الناجم عن الكوكايين. [31]. أظهرت دراسة سابقة في الخلايا العصبية من الدرجة الثانية والثالثة من الجرذان PFC عن وجود قيم تقريبًا من أشواك 3 لكل ofm من dendrite على كل من dendrites القاعدي والقاعدي ، وهو مستوى كثيف بشكل مدهش للأشواك التي يمكن تعديلها عن طريق الضغط [32]. قيمنا في السيطرة على الجرذان من العمود الفقري ∼2 / 10 ofm لقطاعات شجيري هي أقل ، والتي قد تكون نتيجة لتحليل مجموعة مختلفة من الخلايا العصبية (التشعبات الأساسية للطبقة V) أو إلى الاختلاف في تقنية التصوير. في الدراسة الحالية استخدمنا طريقة تلطيخ جولجي السريع في قسم واحد بينما تم استخدام حقن iontophoretic من صبغة لوسيفر الصفراء مع تصوير مبائر بواسطة رادلي وزملائه [32] لتصور مورفولوجيا الخلايا العصبية و dendritic. بالإضافة إلى ذلك ، تسلط نتائجنا الضوء أيضًا على أهمية مدة الامتناع عن ممارسة الجنس عن طريق تعاطي الكوكايين الذاتي الذي يؤدي إلى تغييرات هيكلية في الدماغ. أظهر تقرير تم نشره سابقا زيادة في التشجير الشجيري بعد فترة طويلة (24 - 25 أيام) الانسحاب من الكوكايين في الجرذان الإناث [6]، على النقيض من انخفاض لدينا لوحظ بعد 7 أيام من الامتناع عن ممارسة الجنس القسري في ذكور الفئران. على الرغم من هذه الاختلافات المنهجية والاختلافات في البيانات المتفرعة ، لوحظ زيادة عدد العمود الفقري في كلا الدراستين ، مما يؤكد إعادة تنظيم الدوائر على نطاق واسع خلال الامتناع عن تعاطي الكوكايين. ستوضح الدراسات المستقبلية مجرى زمني لهذه الأحداث لتحديد ما إذا كانت هذه التغييرات الهيكلية مؤقتة أو طويلة الأمد.

تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن الامتناع القسري عن تعاطي الكوكايين مع الذات يؤدي إلى تغييرات هيكلية ديناميكية ويؤدي إلى إعادة تنظيم التشابك في الـ PFC. هذه النتائج قد تفسر نقص النشاط في PFC الذي يحدث نتيجة للتعرض المتكرر للكوكايين [8], [33]. علاوة على ذلك ، تدعم النتائج التي توصلنا إليها الدراسات السابقة التي توضح إلغاء تنشيط PFC [7], [8]، وزيادة GABA خارج الخلية في PFC الإنسي أثناء انسحاب الكوكايين [34]. وبالتالي ، فإن الآليات مسؤولة عن نشاط نقص المواد الكيميائية المشبعة بالفلور PFC بعد تعرضها للكوكايين المزمن [8], [10] قد يشمل (1) زيادة في GABAergic ، (2) تخفيض في glutamatergic و / أو (3) انخفاض في المدخلات المشبكية الدوبامينية إلى PFC. توضح الدراسة الحالية أن الامتناع عن الكوكايين يقلل بشكل كبير من كثافة المشابك الكلية كما هو مشار إليه من خلال تقليل عدد نقاط التشابك المشبكية الإيجابية synatabtic. تشير هذه البيانات إلى وجود انخفاض في الاستجابة بعد المشبكية في PFC ، وربما بوساطة انخفاض الغلوتامات أو مدخلات الدوبامين. في الواقع ، هناك دراسات تشير إلى أن الكوكايين يحث على الحد من لهجة الجلوتامين [35], [36]. ومع ذلك ، باستخدام طريقة Golgi ، لاحظنا زيادة في عدد من العمود الفقري الشجيري رقيقة على التشعبات القاعدية من الخلايا العصبية الهرمية ، مما يشير إلى زيادة في المدخلات مثير في PFC إلى neurites المتبقية. قد تعكس هذه البيانات المتضاربة ظاهريًا فقدانًا عامًا للمشابك المرتبطة بفقدان كبير من التشعبات التي نلاحظها مع استجابة تعويضية ، ربما تتوسطها زيادة قوة التغذية النظيفة ، كما هو موضح في النتائج السابقة [20]، لزيادة كثافة العمود الفقري شجيري على neurites المتبقية.

بشكل جماعي ، تشير نتائجنا إلى إعادة التنظيم الديناميكي في الـ PFC أثناء الامتناع عن تعاطي الكوكايين. على وجه التحديد ، هناك انخفاض كبير في الاتصال متشابك ، وفقدان المتفرعة dendritic وزيادة في عدد من العمود الفقري رقيقة في PFC الفئران بعد 7 أيام من الامتناع عن ممارسة الجنس القسري من الإدارة الذاتية للكوكايين. قد توفر هذه النتائج الأساس البنيوي للنشاط المرصود الملحوظ الذي لوحظ في PFC لمدمني الكوكايين المزمن وربما تفسر فقدان السيطرة المعرفية التي تحدث أثناء إدمان الكوكايين.

شكر وتقدير

يود المؤلفون شكر Gavin Sangrey لمساعدته في تحضير الكبسولات المدمجة.

بيان التمويل

تم دعم هذا العمل من خلال منح NIDA DA22339 و DA033641 (RCP & GSV) و DA18678 (RCP). تم دعم HDS من خلال جائزة K01 الفردية (DA030445). لم يكن للممولين أي دور في تصميم الدراسة أو جمع البيانات أو تحليلها أو اتخاذ قرار النشر أو إعداد المخطوطة.

مراجع حسابات

1. Dietz DM، Dietz KC، Nestler EJ، Russo SJ (2009) الآليات الجزيئية لللدونة الإنشائية المستحثة بالتهاب نفساني. Pharmacopsychiatry 42 Suppl 1S69 – 78 [بك المادة الحرة] [مجلات]
2. Lee KW، Kim Y، Kim AM، Helmin K، Nairn AC، et al. (2006) تشكيل العمود الفقري الشجيري الناجم عن الكوكايين في D1 و D2 الخلايا العصبية الشوكية المتوسطة التي تحتوي على الدوبامين في المتكئة نواة. Proc Natl Acad Sci USA 103: 3399 – 3404 [بك المادة الحرة] [مجلات]
3. Norrholm SD، Bibb JA، Nestler EJ، Ouimet CC، Taylor JR، et al. (2003) يعتمد تكاثر الشوك المستحث بالكوكايين في العمود الفقري المتشابك على نشاط كيناز 5 المعتمد على السيكلين. Neuroscience 116: 19 – 22 [مجلات]
4. Robinson TE، Gorny G، Mitton E، Kolb B (2001) تقوم إدارة الكوكايين الذاتية بتغيير شكل التشعبات للأشواك والأشواك الشجيرية في النواة المتكئة والقشرة المخية الحديثة. Synapse 39: 257 – 266 [مجلات]
5. Sarti F، Borgland SL، Kharazia VN، Bonci A (2007) التعرض للكوكايين الحاد يغير كثافة العمود الفقري وتكثيفه على المدى الطويل في المنطقة القطبية البطنية. Eur J Neurosci 26: 749 – 756 [مجلات]
6. روبنسون TE ، Kolb B (1999) تغيير في شكل التشعبات من العمود الفقري والشعور العمود الفقري في النواة المتكئة والقشرة الجبهية الأمامية بعد العلاج المتكرر مع الأمفيتامين أو الكوكايين. Eur J Neurosci 11: 1598 – 1604 [مجلات]
7. Bolla K، Ernst M، Kiehl K، Mouratidis M، Eldreth D، et al. (2004) الفص الجبهي في الجبهي في متعاطي الكوكايين الممتنعين. J Neuropsychiatry Clin Neurosci 16: 456 – 464 [بك المادة الحرة] [مجلات]
8. Goldstein RZ، Volkow ND (2002) إدمان المخدرات وأساسه العصبي البيولوجي الأساسي: دليل تصوير الأعصاب لإشراك القشرة الأمامية. Am J Psychiatry 159: 1642 – 1652 [بك المادة الحرة] [مجلات]
9. Chen YI، Famous K، Xu H، Choi JK، Mandeville JB، et al. (2011) تؤدي الإدارة الذاتية للكوكايين إلى تغيرات في الاستجابات الزمنية لتحدي الكوكايين في الدوائر الحركية والحركية. Eur J Neurosci 34: 800 – 815 [بك المادة الحرة] [مجلات]
10. Sun W، Rebec GV (2006) يكرر تكرار الإدارة الذاتية للكوكايين معالجة المعلومات المتعلقة بالكوكايين في قشرة الفئران قبل الجبهية. J Neurosci 26: 8004 – 8008 [مجلات]
11. Volkow ND، Fowler JS (2000) Addiction، disease of compulsion and drive: participation of the orterofrontal cortex. Cereb Cortex 10: 318 – 325 [مجلات]
12. Jentsch JD، Taylor JR (1999) Impulsivity الناتجة عن خلل الوظيفة الأمامية في تعاطي المخدرات: الآثار المترتبة على التحكم في السلوك من خلال المحفزات المرتبطة بالمكافأة. علم الادوية النفسية (بيرل) 146: 373 – 390 [مجلات]
13. McFarland K، Kalivas PW (2001) تتدخل الدوائر التي تتوسط الكوكايين في استعادة سلوك البحث عن المخدرات. J Neurosci 21: 8655 – 8663 [مجلات]
14. McFarland K، Lapish CC، Kalivas PW (2003) إطلاق الجلوتامات قبل الجبهية في قلب النواة المتكئة يتوسط استعادة الكوكايين لسلوك البحث عن المخدرات. J Neurosci 23: 3531 – 3537 [مجلات]
15. Winstanley CA، Green TA، Theobald DE، Renthal W، LaPlant Q، et al. (2009) تحريض DeltaFosB في القشرة الأمامية المدارية يحفز الحساسيات على الرغم من التخفيف من الضعف الإدراكي الناجم عن الكوكايين. Pharmacol Biochem Behaven 93: 278 – 284 [بك المادة الحرة] [مجلات]
16. Trantham H، Szumlinski KK، McFarland K، Kalivas PW، Lavin A (2002) إن تعاطي الكوكايين المتكرر يغير الخصائص الفيزيائية الكهربية للعصبونات القشرية قبل الجبهية. Neuroscience 113: 749 – 753 [مجلات]
17. Lu H، Chefer S، Kurup PK، Guillem K، Vaupel DB، et al. (2012) استجابة الرنين المغناطيسي الوظيفي في قشرة الفص الجبهي الإنسي تتنبأ الكوكايين ولكن ليس تاريخ إدارة الذات السكروز. Neuroimage 62: 1857 – 1866 [بك المادة الحرة] [مجلات]
18. Micheva KD ، Busse B ، Weiler NC ، O'Rourke N ، Smith SJ (2010) تحليل المشبك المفرد لمجموعة متنوعة من المشابك: طرق التصوير البروتيني والعلامات. الخلايا العصبية 68: 639-653 [بك المادة الحرة] [مجلات]
19. Micheva KD، Smith SJ (2007) التصوير المقطعي: أداة جديدة لتصوير البنية الجزيئية والبنية التحتية للدوائر العصبية. Neuron 55: 25 – 36 [بك المادة الحرة] [مجلات]
20. Sadri-Vakili G، Kumaresan V، Schmidt HD، Famous KR، Chawla P، et al. (2010) إعادة تشكيل الكروماتين الناجم عن الكوكايين يزيد من عملية النسخ العصبي المشتق من الدماغ في قشرة الفص الجبهي الإنسي ، والذي يغير من فعالية تعزيز الكوكايين. J Neurosci 30: 11735 – 11744 [بك المادة الحرة] [مجلات]
21. Koffie RM، Meyer-Luehmann M، Hashimoto T، Adams KW، Mielke ML، et al. (2009) يربط بيتا اميلويد بيتا اوليموميري مع كثافات بوستسينابتيك ويرتبط مع فقدان المشابك excitatory بالقرب من لويحات خرف. Proc Natl Acad Sci USA 106: 4012 – 4017 [بك المادة الحرة] [مجلات]
22. Thevenaz P، Ruttimann UE، Unser M (1998) A pyramid approach to subpixel registration based on intensity. IEEE Trans Image Process 7: 27 – 41 [مجلات]
23. Kopeikina KJ ، Carlson GA ، Pitstick R ، Ludvigson AE ، Peters A ، et al. (2011) يتسبب تراكم تاو في حدوث عجز في توزيع الميتوكوندريا في الخلايا العصبية في نموذج فأر لاعتلال تاوباثي وفي دماغ مرض الزهايمر البشري. آم جيه باتول 179: 2071-2082 [بك المادة الحرة] [مجلات]
24. Gabbott PL، Somogyi J (1984) المقطع "مفرد" Golgi-impregnation procedure: وصف منهجي. J Neurosci Methods 11: 221 – 230 [مجلات]
25. Izzo PN ، Graybiel AM ، Bolam JP (1987) توصيف المادة P- و [Met] الخلايا العصبية enkephalin-immunoreactive في النواة المذنبة من القط والنمس من خلال إجراء واحد المقطع Golgi. Neuroscience 20: 577 – 587 [مجلات]
26. أبراج تل ، غروتي هي ، غاري إس ، كورديري بي إم ، فان ديلين إيه ، وآخرون. (2004) أمراض العمود الفقري الشجيري والعجز في اللدونة التغصنية المعتمدة على الخبرة في الفئران المعدلة وراثيًا من مرض هنتنغتون R6 / 1. المجلة الأوروبية لعلم الأعصاب 19: 2799-2807 [مجلات]
27. Kalivas PW ، O'Brien C (2008) إدمان المخدرات باعتباره أحد أمراض المرونة العصبية المرحلية. علم الأدوية النفسية والعصبية 33: 166-180 [مجلات]
28. Pierce RC، Reeder DC، Hicks J، Morgan ZR، Kalivas PW (1998) آفات حمض Ibotenic للقشرة الظهرية الأمامية تخرب التعبير عن التحسس السلوكي للكوكايين. Neuroscience 82: 1103 – 1114 [مجلات]
29. Bourne J، Harris KM (2007) هل تتعلم أشواكًا رقيقة من أشواك الفطر التي تتذكرها؟ Curr Opin Neurobiol 17: 381 – 386 [مجلات]
30. Dumitriu D، Laplant Q، Grossman YS، Dias C، Janssen WG، et al. (2012) subregional ، حجرة شجيرية ، ونوعية النوع الفرعي في العمود الفقري في تنظيم الكوكايين من العمود الفقري شجيري في النواة المتكئة. J Neurosci 32: 6957 – 6966 [بك المادة الحرة] [مجلات]
31. Munoz-Cuevas FJ، Athilingam J، Piscopo D، Wilbrecht L (2013) يرتبط اللدونة الهيكلية الناجم عن الكوكايين في القشرة الأمامية بتفضيل المكان المشروط. Nat Neurosci 16: 1367 – 1369 [بك المادة الحرة] [مجلات]
32. Radley JJ، Rocher AB، Miller M، Janssen WG، Liston C، et al. (2006) الإجهاد المتكرر يحفز فقدان العمود الفقري شجيري في القشرة الفص الجبهي الإنسي. Cereb Cortex 16 (3): 313 – 320 [مجلات]
33. Volkow ND، Mullani N، Gould KL، Adler S، Krajewski K (1988) Cerebral blood flow in users cocaine users: a study with positron emission tomography. Br J Psychiatry 152: 641 – 648 [مجلات]
34. Jayaram P، Steketee JD (2005) آثار التوعية السلوكية الناجمة عن الكوكايين على انتقال GABA داخل القشرة الفص الجبهي الإنسي. Eur J Neurosci 21: 2035 – 2039 [مجلات]
35. Madayag A، Lobner D، Kau KS، Mantsch JR، Abdulhameed O، et al. (2007) يغير استخدام N-acetylcysteine ​​المتكرر من آثار الكوكايين التي تعتمد على اللدونة. J Neurosci 27: 13968 – 13976 [بك المادة الحرة] [مجلات]
36. Miguens M، Del Olmo N، Higuera-Matas A، Torres I، Garcia-Lecumberri C، et al. (2008) مستويات الغلوتامات والأسبارتات في النواة المتكئة خلال تعاطي الكوكايين الذاتي والانقراض: دراسة في وقت فراغ دقيق. علم الادوية النفسية (بيرل) 196: 303 – 313 [مجلات]