Beyin dövrü dinamikasının prefrontal kortik tənzimlənməsi və mükafatla əlaqəli davranış (2016)

Elm 1 Yanvar 2016: Vol. 351 nömrəsi. 6268

DOI: 10.1126 / science.aac9698

mücərrəd

Mükafat motivasiyası adaptiv davranışları idarə edir, buna görə mükafat qəbulu və təcrübə (anhedoniya) dəyərsizləşməsi depressiya və şizofreniya daxil olmaqla psixiatrik xəstəliklərə kömək edə bilər. Biz medial prefrontal korteks (mPFC) hedonik reaksiyaları idarə edən xüsusi subkortikal bölgələr arasında qarşılıqlı əlaqələri yoxlayan fərziyyəni sınamağa çalışdıq. Yerli olaraq manipulyasiya edən, lakin sümüklərdə sinir aktivitesini qlobal olaraq görselleştirmek üçün optogenetik funksional maqnetik rezonans görüntüleme istifadə edərək, dopamin nöron stimulasyonunun striatal fəaliyyətini sürətləndirdiyini təsbit etdik, mPFC həyəcanının artması isə bu striatal reaksiyanı azaldır və dopaminerjik stimullaşdırma üçün davranış sürətini maneə törədir. Bu xroniki mPFC aşırılığının da təbii mükafat motivasiya davranışları boğur və fərdlərin anhedonia dərəcəsini proqnozlaşdırır xüsusi brainwide funksional qarşılıqlı edir. Bu tapıntılar, mPFC'nin spesifik distant subkortikal bölgələr arasında dinamik qarşılıqlı əlaqələri tənzimləyərək, mükafat axtarış davranışının ifadə edilməsini modullaşdırdığı bir mexanizmi təsvir edir.

Mükafat axtarışını modellendirmenin bir yolu

Hansı beyin bölgələri mükafatla əlaqəli davranışa səbəb olur? Ferenczi et al. beyin görünüşü, davranış testi və in vivo elektrofizyoloji ilə birləşdirilmiş fokal, hüceyrə tipinə xüsusi, optogenetik manipulyasiyalar (Robbins tərəfindən Perspektivə baxın). Midbrain dopamin nöronlarının stimullaşdırılması striatum adlanan bir beyin bölgəsində fəaliyyətini artırdı və fərdi heyvanlar arasında mükafat axtarışı ilə əlaqələndirildi. Lakin, mediyal prefrontal korteks adlanan bir ərazinin yüksək həyəcanlanmasının dopamin nöronların stimullaşdırılmasına və dopamin nöronlarının stimullaşdırılması üçün davranış sürücüsünə həm striatal reaksiyaları azalmışdır. Nəhayət, medial prefrontal korteks piramidal neyronların həyəcanlanmasının modullaşdırılması neyron dövr sinxronizasiyasında dəyişikliklər etdi və eyni zamanda müvafiq anhedonik davranışları sürətləndirdi. Bu müşahidələr insan depressiyasında, bağımlılığında və şizofreniyada müşahidə olunan görüntüleme və klinik fenotiplərə bənzəyir.

GİRİŞ

Sifariş axtarmaq və təcrübə qazanmaq üçün növlər növlər arasında mühafizə olunur və məməlilərdə subkortikal dopaminergik sistemlər və striatum kimi limbik strukturlar arasında qarşılıqlı əlaqələr daxildir. Bir çox psixiatrik vəziyyətdə müşahidə edilən bu prosesin dəyərsizləşməsi anhedonia (zövq itkisi) klinik əlamətidir. Anhedoniya altında yatan nadir mexanizmlər məlum deyil, lakin kortikal və subkortikal mükafat sxemləri arasında anormal qarşılıqlı təsirlər nəticəsində yarana bilər. Yüksək medial prefrontal korteks (mPFC) həyəcanının (anhedonia ilə əlaqəli bir klinik xüsusiyyət) iki fərqli subkortikal bölgələr arasında qarşılıqlı təsirləri basdırıcı bir nəzarət etdiyini ifadə edən hipotezi test etdirməyə çalışdıq: dopaminergik midbrain və striatum.

RƏSSƏT

Klinik görüntüləmə tədqiqatları depressiya olan insan xəstələrdə mPFC-də yüksək aktivliyin aşkar olunduğunu və müalicənin bu həddindən artıq aktivliyi və anhedonik simptomların yaxşılaşması ilə əlaqələndirir. Bundan əlavə, insan tədqiqatları beyin sahələrini müəyyənləşdirdi və bu, gözlənilən və təcrübənin mükafatlandırılmasına cavab verir və bu cavab psixiatrik xəstəliyə yol aça bilər. Bununla belə, bu mükafat siqnalının mənbəyi və modulyasiyasının əsasını təşkil edən mexanizmlər əsasən nümayiş etdirilməmişdir. Yerli manipulyasiya və qlobal olaraq hədəfləyən məqsədi ilə insan neyroimaging xüsusiyyətlərini təsvir edən gəmirici optogenetiklərin səbəbi, hüceyrə spesifikliyi və beynəlmiləl müşahidələr arasında bir körpü təmin etmək üçün funksional maqnetik rezonans görüntüləmə (fMRI) ilə müxtəlif kronik və kəskin optogenetik vasitələrin inteqrasiya etdik mükafat axtarış davranışının tənzimlənməsini anlamaq üçün sinir fəaliyyəti görselleştirir.

NƏTİCƏLƏR

Biz midbrain dopamin nöronlarının stimullaşdırılması striatal fMRI qanın oksigen səviyyəsinə (BOLD) fəaliyyət və mükafat axtarış davranışını idarə etdiyini göstərir və bunları fərdlər arasında əlaqəli olduğunu göstəririk. Əlavə olaraq, dopamin nöronların susması striatumda, eləcə də digər beyin bölgələrində (məsələn, hipotalamus) fəaliyyətə mane olur və qaçınma davranışını idarə edir. Mükafat axtarış davranışının bu ikitərəfli nəzarətini qurduqdan sonra, mPFC həyəcanının yüksəlməsi vasitəsilə bu dövriyyənin pozulması üçün test etdik. Dopaminə qarşı striatal cavabların yanı sıra dopamin nöron stimullaşdırılması və digər təbii mükafatlandırıcı stimulları axtarmaq üçün davranış sürücüsünün qarşısını aldıq. Nəhayət, biz sabit olaraq yüksək mPFC həyəcanının kortikolimbik BOLD və elektrofizyoloji fəaliyyətini sinxronlaşdırdığını nümayiş etdiririk ki, bu da öz növbəsində fərdi heyvanlarda anhedonik davranışı öngörə bilər.

NƏTİCƏ

Yerli hüceyrə spesifik nəzarət ilə əlaqəli təcrübələrdən əldə etdiklərimizin nəticələri, eyni zamanda neyron fəaliyyətin qlobal cəhətdən qərəzsiz müşahidəsi ilə, mPFC'nin striatumla ortopedik dopaminerjik qarşılıqlı təsirləri yuxarıdan aşağı səviyyədə idarə etdiyini və mPFC-də aktivliyin yüksəlməsi təbii mükafatı əlaqəli davranış. Bundan əlavə, kortikal-subkortikal neyron dinamikasının mükafat emalını tənzimləmək üçün konsertdə işlədiyini müşahidə edirik. Bütün bu tapıntılar təbii mükafatla əlaqəli fizyoloji və davranışı anhedonia patogenezi anlayışımıza da təsir edir.

Optogenetik fMRI, mükafatla əlaqəli beyin neyron fəaliyyətini lokal olaraq manipulyasiya etmək və qlobal olaraq görselleştirmek üçün istifadə edilmişdir. Siçovulların səkkizləri oyanış vəziyyətində skanedildi (üst şəkillər). Striatal BOLD aktivliyinin dopamin nöronlarının optogenetik stimullaşdırılması ilə artdığını və optogenetik neyron səssizləşmə ilə azaldığını təsbit etdik. Fokal olaraq yüksək mPFC həyəcanının striatal dopamin ilə bağlı fəaliyyət üzərində yuxarıdan aşağıya nəzarət etməklə və mükəmməl kortikolimbik dövrələr arasında sinxronlaşdırma apararaq mükafat axtarış davranışını boğurduğunu nümayiş etdiririk.