Elaine M. Hull*
Physiol Behav. 2011 July 25; 104(1): 173-177.
Objavljeno na mreži 2011 May 5. doi: 10.1016 / j.physbeh.2011.04.057
sažetak
Bart Hoebel je stvorio pogled na integrisanu neuronsku mrežu koja posreduje i prirodne nagrade i upotrebu droga. On je pionir u upotrebi mikrodijalize, a takođe je efikasno koristio električnu stimulaciju, lezije, mikroinjekcije i imunohistokemiju. Otkrio je da je hranjenje, davanje stimulativnih lijekova i električna stimulacija lateralnog hipotalamusa (LH) povećalo oslobađanje dopamina (DA) u nucleus accumbens (NAc). Međutim, dok je DA u NAc-u povećala motivaciju, DA u LH inhibirala je motivisano ponašanje. Laboratorija Hull je slijedila neke od tih ideja. Predložili smo da serotonin (5-HT) u perifornalnom LH inhibira seksualno ponašanje inhibiranjem neurona oreksin / hipokretin (OX / HCRT), koji bi inače uzbuđivali neurone u mezokortikolimbičnom DA traktu. Pokazali smo da je oslobađanje DA u medijalnom predoptičkom području (MPOA) vrlo važno za seksualno ponašanje muškaraca, te da testosteron, glutamat, dušikov oksid (NO) i prethodno seksualno iskustvo potiču oslobađanje i parenje MPOA DA. Buduća istraživanja bi trebala slijediti Bart Hoebelov naglasak na neuronske sisteme i interakcije između područja mozga i neurotransmitera.
1. Istraživanje Barta Hoebela
Bart Hoebel je div među neuronaučnicima. On je uveo nove tehnike i proizveo sjemeni uvid u rad mozga. Njegova upotreba mikrodijalize i visokoučinkovite tekućinske kromatografije (HPLC) za prikupljanje i analizu neurotransmitera u različitim područjima mozga pružila je važne koncepte o interakcijama između hipotalamusa i mezokortikolimbičkog dopaminskog (DA) sistema. Veći dio mog vlastitog rada bio je na stazama koje je on uspostavio.
Njegov najraniji članak, objavljen u nauka, izvijestio je da je konzumacija hrane inhibirala, ne samo hranjenje, već i lateralnu hipotalamičku samo-stimulaciju, te da je ventromedijalni hipotalamus posredovao oba efekta.1]. Drugi nauka članak je proširio svoje istraživanje motivisanog ponašanja kako bi uključio kopulaciju. Izvešteno je da je električna stimulacija stražnjeg hipotalamusa promovirala kopulaciju i nagradu izazvanu parenjem.2]. Još proučavajući kopulaciju, postao je zainteresovan za ulogu serotonina (5-HT) u svojoj regulaciji. Akutna injekcija p-hloramfetamina (PCA) inhibirala je žensku lordozu pacova kao rezultat 5-HT oslobađanja. Međutim, hronična PCA je olakšala lordozu, kao rezultat 5-HT osiromašenja3]. Prema tome, 5-HT je imao inhibitorni efekat na seksualno ponašanje žena.
Bart Hoebel je kasnije postao stručnjak za mikrodijalizu, au prvi plan dolaze dopamin (DA), serotonin (5-HT) i acetilholin (ACh). Unošenje hrane, kokain i lateralna hipotalamička samo-stimulacija sve povećane DA u mezokortikolimbi DA traktu4, 5, 6]. Nadalje, bilo je neočekivanih interakcija među područjima mozga. Na primer, postojao je inverzni odnos između efekata DA u lateralnom hipotalamusu (LH) u odnosu na NAc [7]. DA u LH je bilo neprijatno i inhibiralo motivisano ponašanje, ali DA u NAc-u je nagrađivalo i promovisalo motivisano ponašanje.
2. Laboratorijsko istraživanje trupa
Moja laboratorija je pratila neke od ovih ideja. Mi smo koristili mikrodijalizu, mikroinjekciju i imunohistokemiju, zajedno sa testovima ponašanja, da bismo ispitali kolo koje posreduje u seksualnom ponašanju mužjaka.
2.1. 5-HT efekti u prednjem LH
Moj bivši učenik Dan Lorrain koristio je mikrodijalizu kako bi pokazao da se 5-HT oslobađa u prednjem LH u vrijeme ejakulacije.8] (vidi Sl. 1), baš kao što je Bart Hoebel prijavio hranjenje 5-HT-a hranjenjem9]. Nadalje, mikroinjekcija antidepresiva selektivnog inhibitora 5-HT (SSRI) u LH inhibirala je kopulaciju, slično post-ejakulacijskom mirovanju i slično inhibitornim seksualnim nuspojavama SSRI koje se koriste za liječenje depresije. Prema tome, Hoebelov laboratorij je pokazao da sistemsko povećanje 5-HT-a oslabljuje seksualno ponašanje žena.10], a laboratorija Hull-a je locirala barem jedno područje mozga, prednji LH, gdje lokalno 5-HT povećava inhibirano muško seksualno ponašanje [8]. U kasnijem članku objavili smo da je obrnuta dijaliza 5-HT-a u prednji (periforni) LH smanjila oslobađanje DA u NAc-u.11]. Stoga, oslobađanje 5-HT u LH u vrijeme ejakulacije može doprinijeti post-ejakulacijskom mirovanju, barem djelomično, inhibicijom mezokortikolimbike DA putanje.
Sl. 1
Vremenske promene u ekstracelularnom serotoninu (5-HT) sakupljene iz lateralnog hipotalamusa muških pacova pre i tokom kopulacije. Svaka točka podataka je srednja (± SEM) za uzorke 6-min dijalizata prikupljenih tokom osnovne linije (B), u prisustvu estrusne žene (F), tokom kopulacije (C), tokom post-ejakulacijskog intervala (P), i nakon što je ženka uklonjena (izraženo kao% srednjih nivoa). Nivoi 5-HT povećani su tokom drugog (P2) i trećeg (P3) postejaculacijskog intervala, u poređenju sa do konačne osnovice. 5-HT tokom P3-a je takođe bio viši nego u četvrtom kopulacijskom intervalu. Uzorci sakupljeni u drugoj i trećoj seriji kopulacija nisu analizirani, jer je većina mužjaka ejakulirana prije nego što je mogao biti sakupljen pun 6-min uzorak. Zbirni grafikon (umetak) pokazuje srednju vrednost (± SEM) za podatke uzoraka 15-a koji su srušeni u pet grupa, na osnovu stanja ponašanja. Uzorci sakupljeni tokom post-ejakulacijskih intervala pokazali su više nivoe 5-HT od svih drugih stanja. (Slika iz [8] sa dozvolom.)
2.2. OX / HCRT u prednjem (perifornalnom) hipotalamusu
Nedavno smo dali nastavak lateralne hipotalamičke priče 5-HT. Grupa neurona u LH proizvodi peptid oreksin (OX, poznat i kao hipokretin, HCRT). Pored toga, 5-HT je ranije prijavljen da inhibira te neurone (12). OX / HCRT je prvenstveno poznat po svojoj stimulaciji ponašanja u ishrani [13,14i kontrolu ciklusa spavanja i buđenja15, 16]. Nexone koji sadrže OX / HCRT prethodno su prijavili da se projektuju u ventralnu tegmentalnu oblast (VTA) [17], izvoru mezokortikolimibnog DA trakta. Štaviše, intra-VTA primena OX / HCRT pokazala je povećanje DA oslobađanja u NAc [18]. Moj bivši student John Muschamp je pretpostavio da su lateralni hipotalamički neuroni koji su bili inhibirani post-ejakulacijskim 5-HT-om mogu biti one stanice koje sadrže OX / HCRT. Pokazali smo da je parjenje povećane c-Fos-imunoreaktivnosti u stanicama koje sadrže OX / HCRT19]. Pored toga, kastracija je smanjila broj OX / HCRT imunoreaktivnih neurona, koji su uglavnom obnovljeni sistemskim injekcijama estradiola. OX / HCRT je relevantan za ponašanje, kao sistemsko davanje OX / HCRT antagonista umanjene kopulacije19]. Pored toga, mikroinjekcija OX / HCRT-a u VTA izazvala je zavisne od doze efekte na dopaminergičku ekspresiju ćelija. Dve niže doze povećale su otpuštanje ćelija i reakcije populacije, iako je najveća doza očigledno rezultirala depolarizacijskim blokom VTA dopaminergičkih neurona, koji je obrnut stimulacijom DA autoreceptora apomorfinom DA agonista. Konačno, trostruko označena imunohistokemija je pokazala da se sparivanje povećava c-Fosimunoreaktivnost u dopaminergičkim neuronima u VTA, koji su bili povezani sa OX / HCRT vlaknima. Prema tome, čini se da OX / HCRT neuroni djeluju na način ovisan o steroidima kako bi aktivirali put mezokortikolimbike DA, čime promoviraju seksualno ponašanje i druge nagrade koje izazivaju prirodne i lijekove.
2.3. Oslobađanje DA u medijalnom preoptičkom području (MPOA)
Pored LH i mezokortikolimbičkog DA sistema, moja laboratorija je istražila ulogu MPOA, na prednjem kraju hipotalamusa, u kontroli muškog seksualnog ponašanja. Lezije MPOA narušavaju muško seksualno ponašanje kod svih ispitivanih vrsta kralježnjaka (pregledano u [20]). Električna ili hemijska stimulacija MPOA poboljšava kopulaciju i ex copula genitalni refleksi. Lokalni A14 periventrikularni DA neuroni inerviraju MPOA, kao i DA neuroni iz nekoliko drugih lokacija.21].
Postoji bliska korelacija između seksualnog ponašanja mužjaka i ekstracelularnog nivoa DA u MPOA. DA se oslobađa u MPOA mužjaka pacova kao odgovor na estrusnu ženu i tokom kopulacije [22] (vidi Sl. 2). Nedavno prisustvo testosterona bilo je neophodno kako za oslobađanje tako i za kopulaciju. Intaktni mužjaci, kastrati tretirani testosteronom i kastrati koji su tretirani uljem, koji su kopulirali, pokazali su povećanje pred-kopulacijskog DA, koje se održavalo ili dalje povećavalo tokom parenja.22, 23]. Kastrati koji nisu tretirani uljem nisu pokazali povećanje. Postoje i ponašanja i anatomske specifičnosti za odgovor DA. Nadalje, činjenica da se DA povećala prije parenja počela je sugerirati da povećanje nije uzrokovano kopulacijom, već je vjerojatno povezano sa seksualnom motivacijom. Dvo-, pet- i desetodnevno liječenje testosterona od kastrata rezultiralo je povećanjem kopulacijske sposobnosti koja je blisko povezana sa restauracijom DA oslobađanja.24]. Terapija testosteronom dva dana nije vratila parenje ili odgovor DA. Većina petodnevnih kastrata tretiranih testosteronom je bila u stanju kopulirati i pokazati DA odgovor, a polovina ih je mogla ejakulirati. Svi kastrati tretirani testosteronom za 10 dana su se sjedinili sa ejakulacijom i svi su pokazali DA odgovor. Ponovo su se pojavile brojne korelacije između kopulacijskih mjera i nivoa DA. Stoga, i gubitak kopulacije nakon kastracije i njena obnova testosteronom usko su povezani s odgovorom MPOA DA na estrusnu ženku.
Sl. 2
Povećanje seksualne aktivnosti posredovano testosteronom može se javiti delom kroz povećano oslobađanje DA u MPOA. Muški štakori koji su bili gonadalno intaktni pokazali su povećanje ekstracelularnog DA tokom izlaganja pretkutulaciji nepristupačnoj estrusnoj ženki, a svi intaktni muškarci su se potom kopulirali kada je ženka stavljena u kavez. Mužjaci kastrirani 2 tjedni prije nisu pokazali nikakvo otpuštanje DA kao odgovor na ženku, a ni jedan nije kopuliran. Dvije trećine kastrata 1-tjedna kopuliraju i pokazuju porast DA, dok preostala trećina nije kopulirala i nije pokazala povećanje DA. * P <.05, u odnosu na početnu vrijednost za kastrate tretirane testosteronom; ** P <.01, u poređenju sa konačnom osnovnom linijom za netaknute muškarce ili za jednonedeljne kastrate tretirane vozilom koji su kopulirali; + P <.05, u odnosu na konačnu početnu vrijednost za kastrate tretirane vozilom koji nisu uspjeli kopulirati. (Preštampano iz Ref. [22] sa dozvolom.)
Metaboliti testosterona bili su različito efikasni u vraćanju oslobađanja DA u dugotrajnim kastratima [25]. Estradiol je vratio normalne bazalne nivoe DA, ali ne i porast odgovora na ženku. Kastrati tretirani estradiolom su intromitirani, ali nijedan nije pokazao uzorak ponašanja ejakulatora. Ni dihidrotestosterona ni motorna ulja nisu održavali kopulaciju ili bazalno ili ženski stimulisano oslobađanje DA. Međutim, kada je dihidrotestosteron primenjen sa estradiolom, kombinacija je obnovila i kopulaciju i bazalno i žensko stimulisano oslobađanje DA.25].
Iako su ekstracelularni nivoi MPOA DA niži kod kastrata nego kod gonadally intaktnih muškaraca, intracelularni nivoi su zapravo veći nego kod intaktnih muškaraca26]. Zaista, postojala je negativna korelacija između nivoa tkiva (uskladištenih) DA i sposobnosti da se kopulira [27]. Životinje koje nisu kopulirale (kastrati obrađeni dihidrotestosteronom i uljem) imali su više nivoe tkivnog DA nego grupe koje su kopulirale (estradiol-, estradiol + dihidrotestosteron- i kastrati tretirani testosteronom). Stoga, sinteza i skladištenje DA u MPOA je barem isto tako veliko u kastratima kao kod intaktnih muškaraca; nedostatak u kastratima nije u njihovoj sposobnosti da sintetizuju i skladište DA, već u njihovoj sposobnosti da oslobode svoje bogate radnje.
2.4. Uloga NO u oslobađanju MPOA DA
Ranije studije su izvijestile da je oslobađanje DA u striatumu bilo olakšano NO [28, 29]. Stoga smo testirali da li bi NO imao slične efekte u MPOA. Zaista, prekursor NO, L-arginina, povećano bazalno oslobađanje MPOA DA i antagonist NO-sintaze (NOS) L-NMMA smanjili su oslobađanje [30]. Različiti inhibitor NOS, L-NAME, inhibirao je oslobađanje DA izazvano kopulacijom31], efekat koji je posredovao cGMP [32]. Štaviše, neuronska NOS (nNOS) imunoreaktivnost je smanjena nakon kastracije i obnovljena je primenom testosterona.33]. Stoga, jedan od načina kojim testosteron olakšava kopulaciju je povećanje nNOS u MPOA, što povećava i bazalno i ženski stimulisano oslobađanje DA kod intaktnih muškaraca i kastrata tretiranih testosteronom.
2.5. Efekti seksualnog iskustva
Naša laboratorija je takođe istraživala efekte seksualnog iskustva. Iskusni mužjaci kopuliraju sa većom "efikasnošću". Imaju kraće latencije za montažu, intromit i ejakulaciju i mogu ejakulirati sa manjim brojem ulegnuća i intromisijama (pregledano u [20]). Samo izlaganje muškog pacova višestruko estrusnoj ženi dovoljno je da poveća njegovu sposobnost kopulacije i da poveća imunoreaktivnost c-Fos u MPOA izazvanoj jednom ejakulacijom.34]. NO može posredovati neke od ćelijskih efekata iskustva. NOS inhibitor L-NAME, mikroinjektovan u MPOA, spriječio je kopulaciju kod seksualno naivnih muškaraca i smanjio broj intromisija i ejakulacija kod seksualno iskusnih muškaraca.35]. Kada je primijenjen u MPOA prije svakog od sedam izlaganja estrusnoj ženi, blokirao je olakšavajuće efekte tih izloženosti. Štaviše, imunološka reaktivnost nNOS u MPOA se povećava prethodnim seksualnim iskustvom.36]. Prema tome, povećanje proizvodnje NO u MPOA, kao i njegovo povećanje oslobađanja DA, može posredovati u nekim korisnim efektima seksualnog iskustva.
2.6. Ulaz iz medijalne amigdale u MPOA
Glavni stimulans za odgovor MPOA DA na ženku je ulaz iz medijalne amigdale (MeA). Juan Dominguez je napravio velike ekscitotoksične lezije amigdale, koja je ukinula kopulaciju kod mužjaka štakora [37]. Međutim, mikroinjekcije apomorfina DA agonista u MPOA potpuno su obnovile kopulaciju kod tih muškaraca. Manje radiofrekventne lezije MeA su oslabljene, ali nisu ukinule kopulaciju. Bazalni nivoi MPOA DA nisu bili zahvaćeni, ali je porast DA u odgovoru na žensko bio blokiran.37] (vidi Fig 3). Stoga, kao i kod estradiolnog obnavljanja kopulacije u kastratima [25], bazalni nivoi MPOA DA su bili dovoljni za neefikasno parenje, ali je za optimalno kopuliranje potrebno dodatno povećanje stimulisano ženama. Kod anesteziranih životinja, hemijska stimulacija MeA, upotrebom glutamata i inhibitora ponovnog preuzimanja glutamata, povećala je nivo izvanstaničnog DA u MPOA, oponašajući efekat kopulacije.38] (vidi Sl. 4). Prema tome, jedan od načina na koji MeA promovira kopulaciju je povećanjem otpuštanja DA u MPOA.
Sl. 3
Lezije medijalne amigdale inhibiraju oslobađanje DA u MPOA uslijed izloženosti estrusnoj ženki i kopulaciji. Razine predstavljaju% promjena u odnosu na osnovnu liniju (BL) kao odgovor na izlaganje prekopulatoru estrousnoj ženki (PRE), tokom kopulacije (C1 - C3) i nakon kopulacije (POST). Izvanstanični DA značajno se povećao tokom pretkopulatorne i kopulatorne faze ispitivanja na životinjama sa lažnim lezijama, ali ne i na životinjama s MeA lezijama. Vrijednosti su izražene kao srednja vrijednost ± SEM. * P <.05; ** P <.01. (Preštampano iz [37] sa dozvolom.)
Sl. 4
Nivoi DA u dijalizatu iz MPOA životinja koje primaju MeA stimulaciju ili mikroinjekciju na vozilu. Nivoi predstavljaju% promene u odnosu na osnovnu liniju (BL) kao odgovor na MeA-stimulaciju ili mikroinjekciju na vozilu; uzorci sakupljeni nakon mikroinjekcije u MeA su uzorci nakon ubrizgavanja 1 - 6 (P1 - P6). Nivoi vanćelijskog DA se značajno povećavaju nakon MeA mikroinjekcija za životinje koje primaju MeA stimulaciju, ali ne i za životinje koje primaju vozilo. Vrijednosti su izražene kao srednja vrijednost ± SEM. (* P <.05) (Preštampano iz [38] sa dozvolom.)
2.7. Glutamat u MPOA
Jedan medijator oslobađanja DA u MPOA je glutamat [39]. Otpušta se u MPOA tokom kopulacije, i povećava se za oko 300% u vreme ejakulacije.40]. Obrnuta dijaliza inhibitora ponovnog preuzimanja glutamata povećala je ekstracelularni glutamat, kako se i očekivalo, a takođe je olakšala kopulaciju. Međutim, obrnuta dijaliza serotonina (5-HT) u MPOA je umanjena i za kopulaciju i za oslobađanje glutamata izazvano ejakulacijom.41]. Stoga, druga lokacija na kojoj 5-HT može inhibirati parenje je MPOA, gdje može smanjiti oslobađanje glutamata.
Moguće objašnjenje za olakšavajući efekat glutamata na DA uključuje NO. NNOS inhibitor L-NAME, kada se reverzno-dijalizira u MPOA, smanjuje baznu DA i blokira oslobađanje DA izazvanog glutamatom. Neaktivni izomer D-NAME nije imao efekta. Glutamat se veže za NMDA receptore za promovisanje priliva kalcijuma, koji aktivira kalmodulin, koji zauzvrat aktivira nNOS. NO može inhibirati apsorpciju DA u susjednim terminalima, produžiti njegove efekte, a može također promovirati veikularno curenje, povećavajući direktno otpuštanje DA (pregledano u [42]). Prema tome, glutamat, kroz stimulaciju nNOS, povećava oslobađanje DA u MPOA, što zauzvrat olakšava kopulaciju. MPOA glutamat takođe može pomoći u izazivanju ejakulacije.
3. rezime
Ukratko, Bart Hoebel je stvorio “veliku sliku” područja mozga koja utiču na motivaciju i za prirodne nagrade i za droge. Koristeći električnu stimulaciju, lezije, mikroinjekcije, mikrodijalizu i imunohistokemiju, kao i pažljivo i sistematsko posmatranje ponašanja, on je mapirao područja mozga i neurotransmitera koji kontrolišu hranjenje, parenje, agresiju, unos droge i nagradu. Hull laboratorija je pratila neke od tih ideja, uključujući i interakciju između LH i mezokortikolimbičkog DA sistema. Mi smo predložili da 5-HT u perifornom LH može inhibirati seksualno ponašanje inhibiranjem OX / HCRT neurona, što bi inače uzbudilo DA neurone u VTA. Proučavali smo prvenstveno muško seksualno ponašanje, pokazujući da testosteron i seksualno iskustvo povećavaju nNOS u MPOA i da će rezultirajuće povećanje proizvodnje NO povećati i bazalno i žensko stimulisano oslobađanje DA. Štaviše, glutamat se takođe oslobađa u MPOA tokom parenja, posebno u vreme ejakulacije, a glutamat, koji deluje preko NMDA receptora i prilivom kalcijuma, može povećati NO, a time i otpuštanje DA. Dugujemo mnogo sopstvenog uspeha, ne samo pionirskoj upotrebi mikrodijalize i drugih tehnika Barta Hoebela, već i njegovom naglašavanju neuralnih sistema i interakcija područja mozga i neurotransmitera.
Na kraju, mnogo toga dugujemo Bartu Hoebelu za zagovaranje tople, podržavajuće, avanturističke, kolegijalne i zabavne atmosfere u nauci i ličnom životu. Veliko je zadovoljstvo znati od njega, komunicirati i učiti od njega.
Priznanja
Istraživanje koje je ovdje objavljeno podržano je od strane NIH-a MH040826 za EM Hull.
Fusnote
Izjava izdavača: Ovo je PDF fajl neregistrovanog rukopisa koji je prihvaćen za objavljivanje. Kao uslugu našim klijentima pružamo ovu ranu verziju rukopisa. Rukopis će biti podvrgnut kopiranju, slaganju i pregledu rezultirajućeg dokaza prije nego što bude objavljen u konačnom obliku. Imajte na umu da se tokom proizvodnog procesa mogu otkriti greške koje mogu uticati na sadržaj, a sve pravne izjave koje se odnose na časopis pripadaju.
;