Scienza 1 Ghjennaghju 2016 : Vol. 351 nr. 6268
DOI: 10.1126/science.aac9698
- Emily A. Ferenczi1,2,*,
- Kelly A. Zalocusky1,2,*,
- Conor Liston3,*,
- Logan Grosenick1,2,
- Melissa R. Warden4,
- Debha Amatya1,
- Kiefer Katovich5,
- Hershel Mehta5,
- Brian Patenaude6,
- Charu Ramakrishnan1,
- Paul Kalanithi7,
- Amit Etkin6,
- Brian Knutson5,
- Gary H. Glover8,
- Karl Deisseroth1,4,9,†
astrattu
A motivazione per a ricumpensa conduce cumpurtamenti adattativi, mentri l'invalidità di a percepzione è l'esperienza di ricumpensa (anhedonia) pò cuntribuisce à e malatie psichiatriche, cumprese a depressione è a schizofrenia. Avemu cercatu di pruvà l'ipotesi chì a corteccia prefrontale mediale (mPFC) cuntrola l'interazzione trà e regioni subcorticali specifiche chì guvernanu e risposte hedoniche. Utilizendu l'imaghjini di risonanza magnetica funzionale optogenetica per manipulà localmente ma visualizà in u mondu l'attività neurale in i ratti, avemu trovu chì a stimolazione di neuroni dopaminergici guida l'attività striatale, mentre chì l'eccitabilità mPFC aumentata localmente riduce questa risposta striatale è inibisce l'impulsione comportamentale per l'estimulazione dopaminergica. Questa iperattività cronica di mPFC supprime ancu stabilmente i cumpurtamenti naturali motivati à a ricumpensa è induce specifiche interazzioni funziunali novi in tuttu u cervellu, chì predicanu u gradu di anhedonia in l'individui. Questi risultati descrizanu un mecanismu per quale mPFC modula l'espressione di u cumpurtamentu di ricerca di ricumpensa, regulendu l'interazzione dinamica trà e regioni subcorticali distanti specifiche.
Un modu per modulà a ricerca di ricumpensa
Quali regioni di u cervellu sò causalmente implicate in u cumpurtamentu di ricumpensa? Ferenczi et al. combinazione focale, specifichi di u tipu di cellula, manipulazioni optogenetiche cù l'imaghjini di u cervellu, i testi di cumportamentu è l'elettrofisiologia in vivo (vede a Perspettiva di Robbins). L'estimulazione di i neuroni di dopamine midbrain hà aumentatu l'attività in una regione cerebrale chjamata striatum è hè stata correlata cù a ricerca di ricumpensa in l'animali individuali. Tuttavia, l'eccitabilità elevata di una zona chjamata corteccia prefrontale mediale hà riduciutu sia e risposte striatali à l'estimulazione di i neuroni di dopamina è l'impulsu comportamentale per circà l'estimulazione di i neuroni di dopamina. Infine, a modulazione di l'eccitabilità di i neuroni piramidali di a corteccia prefrontale mediale hà purtatu cambiamenti in a sincronia di u circuitu neurale, è ancu u cumpurtamentu anhedonicu currispundente. Queste osservazioni s'assumiglia à l'imaghjini è i fenotipi clinichi osservati in a depressione umana, a dipendenza è a schizofrenia.
A lingua
L'impulsu di circà è sperimentà a ricumpensa hè cunservata in tutte e spezie è, in i mammiferi, implica interazzione trà i sistemi dopaminergici subcorticali è strutture limbiche cum'è u striatum. Impairment di stu prucessu, osservatu in parechje cundizioni psichiatriche, hè u sintumu clinicu di anhedonia (perdita di piacè). I meccanismi neurali sottostanti l'anedonia sò scunnisciuti, ma puderanu risultatu da interazzioni anormali trà i circuiti di ricompensa corticali è subcorticali. Avemu cercatu di pruvà l'ipotesi chì l'eccitabilità elevata di a corteccia prefrontale mediale (mPFC) (una caratteristica clinica assuciata à l'anedonia) esercita un cuntrollu suppressivu annantu à l'interazzione trà duie regioni subcorticali distanti: u midbrain dopaminergicu è u striatum.
A RAGIONALE
I studii di l'imaghjini clinichi anu rilevatu una attività elevata in u mPFC in i malati umani cù depressione, è u trattamentu hè assuciatu cù a normalizazione di questa iperattività è a migliione di i sintomi anhedonic. Inoltre, studii umani anu identificatu spazii di u cervellu chì rispundenu à l'anticipazione è l'esperienza di ricumpensa, è sta risposta pò esse soppressa in a malatia psichiatrica. Tuttavia, a fonte di stu signalu di ricumpensa è i meccanismi sottumessi à a so modulazione ùn sò micca stati dimustrati causalmente. Avemu integratu un inseme diversu di strumenti optogenetici cronichi è acuti cù l'imaghjini di risonanza magnetica funzionale (fMRI) per furnisce un ponte trà a specificità causale, cellulare di l'optogenetica di i roditori è l'osservazioni cerebrali chì caratterizzanu a neuroimaging umana, cù u scopu di manipulà in u locu è in u mondu. visualizà l'attività neurale per capisce a regulazione di u cumpurtamentu di ricerca di ricumpensa.
RESULTU
Dimustremu chì l'estimulazione di i neuroni di dopamina midbrain conduce sia l'attività dipendente da u livellu di l'ossigenu di sangue (BOLD) fMRI striatale è u cumpurtamentu di ricerca di ricumpensa, è dimustremu chì questi sò correlati trà l'individui. Truvamu ancu chì u silenziu di i neuroni di dopamina supprime l'attività in u striatum, è ancu in altre regioni cerebrali (cum'è l'ipotalamo), è guida un cumpurtamentu di evità. Dopu avè stabilitu stu cuntrollu bidirezionale di u cumpurtamentu di ricerca di ricumpensa, dopu avemu pruvatu a perturbazione di stu circuitu per l'elevazione di l'excitabilità mPFC. Avemu osservatu a soppressione di e risposte striatali à a dopamina, è ancu l'impulsu comportamentale per circà l'estimulazione di neurone di dopamina è altri stimuli naturali gratificante. Infine, dimustramu chì l'eccitabilità mPFC stabilmente elevata sincronizza l'attività corticolimbica BOLD è elettrofisiologica, chì à u turnu pò predice u cumpurtamentu anhedonic in animali individuali.
cunchiusioni
I nostri risultati da esperimenti chì implicanu un cuntrollu specificu di e cellule lucali, simultaneamente à l'osservazione imparziale globale di l'attività neurale, rivelanu chì u mPFC esercita un cuntrollu di sopra à l'interazzione dopaminergica midbrain cù u striatum è chì, quandu hè elevata, l'attività in u mPFC pò supprime a ricumpensa naturale. - cumpurtamentu in relazione. Inoltre, avemu osservatu chì a dinamica neurali corticale-sottocorticale travaglia in cuncertu per regulà u trattamentu di ricumpensa. Tutti questi risultati anu implicazioni per a nostra cunniscenza di a fisiologia è u cumpurtamentu naturali di ricumpensa, è ancu di a patogenesi di l'anedonia.
La fMRI optogenetica hè stata aduprata per manipulà localmente è visualizà in u mondu l'attività neuronale cerebrale in relazione à a ricumpensa. I rati abituati sò stati scannati in u statu svegliu (fotografie top). Stabbilimu chì l'attività striatale BOLD hè aumentata da l'estimulazione optogenetica di i neuroni dopamine è diminuite da u silenziu neurale optogeneticu. Dimustremu chì l'eccitabilità mPFC focalmente elevata supprime u cumpurtamentu di ricerca di ricumpensa esercitendu un cuntrollu top-down annantu à l'attività indotta da dopamina striatale è conduce a sincronia trà circuiti corticolimbici specifichi.
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