Neurovědy. 2011 Mar 10;176:296-307.
Zdroj
Bowlesovo centrum pro studium alkoholu a psychiatrické oddělení, University of North Carolina, Chapel Hill, NC 27713, USA. [chráněno e-mailem]
Abstraktní
Kolísání sekund v sekundách dopamin (dopamin v přechodném období) jádro accumbens jsou často časově uzamčeny pro odměny a narážky a poskytují důležitý signál učení během zpracování odměn. Jako mezolimbik dopamin systém podstoupí dynamické změny během dospívání u krysy, je možné, že dopamin Přechodně kódují odměnu a prezentaci podnětů u dospívajících jinak. K dnešnímu dni však žádná měření dopamin Byly provedeny přechodné období u probuzených adolescentů. Tak jsme použili rychle skenování cyklické voltametrie k měření dopamin přechodné v jádro accumbens jádro muže krysy (29-30 dní věku) na začátku a s prezentací různých podnětů, u nichž se ukázalo, že spouštějí dopamin uvolněte u dospělých krysy. Našli jsme to dopamin v roce 2006 byly detekovatelné přechodné hodnoty dospívající krysy a došlo k základní frekvenci podobné dospělosti krysy (71-72 dní věku). Na rozdíl od dospělých však dospívající krysy spolehlivě nevystavoval dopamin přechodné při neočekávané prezentaci vizuálních, zvukových a zápachových podnětů. Naopak se zvýšila krátká interakce s jinou krysou dopamin přechodné v obou dospívající a dospělých krysy. Zatímco tento účinek navykl u dospělých při druhé interakci, přetrvával u adolescentů. Tato data jsou první ukázkou dopamin přechodné v dospívající krysy a odhalit důležitou odchylku od dospělých ve výskytu těchto přechodných stavů, která může vést k rozdílnému učení o odměnách.
Copyright © 2011 IBRO. Publikováno společností Elsevier Ltd. Všechna práva vyhrazena.
Úvod
Předpokládá se, že výbuch dopaminových neuronů a výsledné události uvolňování dopaminu (také známé jako přechodné dopaminy) obsahují klíčový signál učení v mozku (Schultz, 2007; Roesch a kol., 2010), propojující externí odměny a narážky na chutné chování. Dopaminové dopaminy se vyskytují spontánně v několika cílových oblastech dopaminu (Robinson a kol., 2002) a jsou výraznější při prezentaci neočekávaných podnětů (Rebec a kol., 1997; Robinson a Wightman, 2004), sociální interakce (Robinson a kol., 2001; Robinson a kol., 2002) a odměny (Roitman a kol., 2008). Události po rychlém uvolňování dopaminu jsou často následovány chutným chováním, jako je přiblížení se k jiné kryse nebo stisknutí páky pro posílení (Robinson a kol., 2002; Phillips a kol., 2003; Roitman a kol., 2004). Kromě toho mohou neutrální narážky, které normálně nevyvolávají dopaminové přechody, tak učinit, když jsou opakovaně spárovány s odměnou (Stuber a kol., 2005b; Stuber a kol., 2005a; Day a kol., 2007), což ukazuje, že tento nervový signál podléhá plasticitě vyvolané učením. Důležité je, že dopaminové přechody jsou výsledkem objemového přenosu a dosahují vysokých extrasynaptických koncentrací, které mohou aktivovat extra-afinitní, extrasynaptické dopaminové receptory (Wightman a Robinson, 2002). Zdá se tedy, že přechodné dopaminové funkce fungují jako mozkový signál potenciálu a zavedené odměny, který může nasměrovat pozornost a usnadnit získání této odměny.
Mezolimbický dopaminový systém prochází dynamickými změnami během dospívání u potkanů. Například exprese dopaminových D1 a D2 receptorů ve ventrálním striatu se zvyšuje z pre-adolescence na adolescence (např. Andersen a kol., 1997), s některými studiemi naznačujícími, že vazba v adolescenci je vyšší než v dospělosti (odkazy a diskuse viz Doremus-Fitzwater a kol., 2010; Wahlstrom a kol., 2010b). Navíc rychlost vypalování neuronů dopaminu (McCutcheon a Marinelli, 2009) a bazální koncentrace dopaminu (Badanich a kol., 2006; Philpot a kol., 2009) ukazují podobné křivky ve tvaru písmene U, vrcholící v dospívání. Zatímco u adolescentních potkanů dosud nebyly měřeny přechodné hodnoty dopaminu, zvýšená behaviorální reakce na novost (Douglas a kol., 2003; Stansfield a Kirstein, 2006; Philpot a Wecker, 2008) a sociální vrstevníci (Varlinskaya a Spear, 2008) byly hlášeny u dospívajících proti dospělým potkanům.
Cílem této studie bylo poskytnout první měření dopaminových přechodů v nucleus accumbens (NAc) dospívajících krys a porovnat je s těmi u dospělých. Použili jsme rychlou skenovací cyklickou voltametrii, elektrochemickou techniku s prostorovým a časovým rozlišením potřebným pro detekci dopaminových přechodů (Robinson a kol., 2008). Zkoumali jsme uvolňování dopaminu v časné adolescenci (29 - 30 dny věku), vzhledem k tomu, že krysy vykazují v tomto věku zvýšené úrovně vzájemných sociálních interakcí v porovnání s pozdějším adolescentem a dospělým věkem (Varlinskaya a Spear, 2008). V souladu s tím jsme měřili přechodné dopaminy během krátkých sociálních interakcí, stejně jako na začátku studie a při prezentaci neočekávaných nových podnětů, u kterých bylo hlášeno, že spouštějí dopaminové přechodné přechody u dospělých krysRobinson a Wightman, 2004).
Experimentální postupy
Zvířecí subjekty
Všechny zde popsané experimenty byly schváleny Výborem pro ústavní péči o zvířata a jejich použití na Univerzitě v Severní Karolíně v Chapel Hill v souladu s Národním zdravotním průvodcem pro péči a použití laboratorních zvířat (publikace NIH č. 80-23, revidováno 1996). Samci potkanů Long Evans byly zakoupeni od Charles River Laboratories (Raleigh, NC) v kohortách po čtyřech v dennatálním dni (PND) 21. Každá krysa byla po příjezdu individuálně umístěna s jídlem a vodou podle libosti. Dvě z potkanů z každé kohorty byly přiřazeny k adolescentní skupině a podstoupily operaci na PND 26 (67 ± 2 g) a voltametrická měření na PND 29 nebo 30 (76 ± 3 g). Zbývající dvě krysy z každé kohorty byly zařazeny do dospělé skupiny a podstoupily operaci na PND 68 (379 ± 12 g) a voltametrická měření na PND 71 nebo 72 (379 ± 14 g); tyto krysy byly párovány z PND 30 - 63.
Chirurgická příprava
Chirurgické postupy jsou popsány výše (Robinson a kol., 2009) s následujícími výjimkami. Krysy byly anestetizovány isofluranem; dospívající krysy byly během chirurgického zákroku indukovány na 3% a udržovány na 1 - 1.5%, zatímco dospělé krysy byly indukovány na 5% a udržovány na 2%. Krysy byly zajištěny ve stereotaxickém rámci pro implantaci vodicí kanyly nad NAc, bipolární stimulační elektrody ve ventrální tegmentální oblasti a reference Ag / AgCl, jak bylo popsáno výše. Souřadnice (proti bregma v mm) pro vodicí kanylu byly 1.3 přední a 1.6 laterální (dospívající) nebo 1.7 přední a 1.7 laterální (dospělé). Stimulační elektroda byla implantována v úhlu 6 ° na souřadnice (versus bregma v mm) 4.1 zadní, 1.3 laterální (dospívající) nebo 5.2 zadní, 1.2 laterální (dospělý). Po operaci byly krysy pečlivě monitorovány a dostávaly ibuprofen (15 mg / kg denně, po) a chutné jídlo.
Experimentální design
Uvolňování dopaminu bylo měřeno pomocí rychlé skenovací cyklické voltametrie, jak bylo popsáno výše (Robinson a kol., 2009). Voltammetrické nahrávky byly vytvořeny v komoře postavené z plexiskla. Podlahová plocha byla 21 × 21 cm s úhlovou vložkou, která se rozprostírala od podlahy k 10 cm proti zdi v úhlu 48 °; to bránilo krysám v nárazu do sestavy elektrody a záhlaví proti zdi komory. Krysy byly ručně omezeny, zatímco uhlíkové vlákno bylo spuštěno do jádra NAc pomocí vodicí kanyly, a pak ponecháno nerušeně po dobu 15 - 20 min. Dále byly každých 2 - 4 min provedeny voltametrické záznamy, aby se vyhodnotila přítomnost přirozeně se vyskytujících dopaminových přechodů a elektricky vyvolaného uvolňování dopaminu (impulsy 16 - 24, 40 - 60 Hz, 120 μA, 2 msec / fáze, bifázický). Jakmile jsme si ověřili, že elektroda byla umístěna poblíž dopaminových terminálů, experiment začal; toto bylo typicky 60 - 85 min po počátečním umístění v komoře. Záznam byl nepřetržitý po dobu 50 min. Během prvních 25 min byly 5 stimuly prezentovány pro 3 v intervalech 5-min v náhodném pořadí: domácí světlo vypnuto, tón, bílý šum, kokosový zápach a citronový zápach. Zápachy byly prezentovány následujícím způsobem (Robinson a Wightman, 2004): experimentátor namočil bavlněný aplikátor do extraktu (McCormick), otevřel dvířka záznamové komory, přidržel aplikátor 1 - 2 cm od nosu krysy po dobu 3 s, poté stáhl a zavřel dvířka komory. Po prezentaci všech podnětů záznam pokračoval po dobu 5 minut, poté byl další samčí krysa Long Evans umístěna do klece s testovanou krysou na 60 s a ponechána interakci. U adolescentní skupiny byla stejnorodá krysa věkově shodná s testovanou krysou; u dospělých byl partnerem o něco menší dospělý (87 ± 6% hmotnosti testované krysy) ve snaze zabránit vzniku agresivních interakcí. Druhá perioda 60s interakce nastala se stejným partnerem o 10 minut později. Po záznamu byla krysám podána smrtelná dávka urethanu (> 1.5 g / kg, ip), poté byly promyty roztokem formalinu. Mozky byly odstraněny, zmraženy, rozřezány (tloušťka 40 um) a obarveny thioninem, aby se určila místa záznamu.
Hodnocení dopaminových přechodů
Dopaminové dopaminy během záznamu byly statisticky identifikovány, jak bylo popsáno výše (Robinson a kol., 2009). Stručně řečeno, každý voltammetrický sken byl odečten na pozadí a porovnáván se šablonou elektricky vyvolaného uvolňování dopaminu. Po identifikaci událostí uvolňování dopaminu byla každá událost zkoumána, aby se stanovil poměr signál-šum, přičemž signál je maximální koncentrací dopaminu ([DA])max) a šum vypočtený jako amplituda efektivní hodnoty při skenech 10 (1) použitých v odečtení pozadí. Do studie byly zahrnuty pouze dopaminové přechodné stavy s poměrem signál-šum 5 nebo vyšším. Pro stanovení uvolňování dopaminu během prezentace stimulu byla vypočtena frekvence přechodů pro období 20 zahrnující stimulaci a porovnána s frekvencí během 4 min bezprostředně předcházející prezentaci (bazální). Pro stanovení uvolňování dopaminu během sociální interakce byla vypočtena frekvence přechodů pro období 80 zahrnující období interakce a porovnána s frekvencí během 4 min bezprostředně předcházející interakci (bazální). Maximální koncentrace každé události uvolňování dopaminu byla vypočtena převedením proudu (nA) na koncentraci (μM) po in vitro kalibrace elektrody (Logman a kol., 2000).
Behaviorální bodování
Behaviorální reakce na prezentace podnětů (od zahájení prezentace do 2 po prezentaci) byla hodnocena z videa na stupnici 0 - 3 (0, žádný pohyb; 1, šňupání / pohyb hlavy; 2, orientační pohyb / vyděšení; 3, pohyb). Sociální interakce byla hodnocena jako celková doba trvání následujících chování zaměřených na druhou krysu: péče, čichání, pronásledování, ano-genitální inspekce, lezení přes / pod. Pokusy byly hodnoceny pro sociální chování, ke kterému došlo v 45ech bezprostředně po uzavření dveří tlumících zvuk po komoru po vložení partnerské krysy do komory; toto časové rozpětí bylo zvoleno, aby se zabránilo jakémukoli matoucímu vlivu otevírání a zavírání dveří komory. Zkoušky byly také hodnoceny po dobu trvání ssociální lokomotorické aktivity kvadrantovými přechody během stejného období 45.
Statistická analýza
Statistická analýza přechodné frekvence dopaminu mezi skupinami a experimentálními podmínkami byla vypočtena za použití neparametrické multivariační regresní analýzy (genmod procedura s Poissonovou distribucí, opakovaná měření a Waldovy párové kontrasty; SAS, SAS Institute Inc., Research Triangle Park, NC). Změny amplitudy dopaminových přechodů a poměrů signál-šum mezi skupinami a experimentálními epochami byly vypočteny pomocí podobné regresní analýzy s distribucí gama. Měření chování byla porovnána mezi skupinami pomocí opakovaných měření 2-way ANOVA nebo uvnitř skupin pomocí párových t-testů (GraphPad Prism, GraphPad Software Inc., La Jolla, CA).
výsledky
Pro tuto studii bylo použito dvanáct dospívajících a deset dospělých krys. Tři dospívající krysy nebyly zahrnuty kvůli obtížím při chirurgii nebo během voltametrie a jedna dospělá krysa nebyla zahrnuta kvůli nesprávnému umístění elektrody. Kromě toho byla z důvodu voltametrických obtíží, která neovlivnila ostatní prezentace podnětů, vyřazeny údaje o sociální interakci od jednoho dospívajícího. Finální n byli adolescenti 9 a dospělí 9 pro prezentaci podnětů a adolescenti 8 a 9 pro sociální interakce.
Dopaminové přechody na počátku
Bazální frekvence dopaminových přechodů se překrývala mezi dospívajícími a dospělými krysy v jádru NAc. Když byla stanovena přechodná frekvence ve všech výchozích vzorcích (soubory, ve kterých nedošlo k žádnému podnětu ani k interakcím s potkanem), vykazovaly dospívající krysy přechodné 1.5 ± 0.4 / min a dospělí vykazovaly 2.5 ± 0.6. V každé skupině však byl rozsah přechodné frekvence, jak bylo dříve uvedeno u dospělých krys (Robinson a kol., 2009; Robinson a Wightman, 2007; Wightman a kol., 2007): u adolescentů se bazální frekvence pohybovala od 0.2 - 4.0 přechodů za minutu, zatímco u dospělých byl rozsah 0 - 5.0 přechodů za minutu. Důležité je, že elektricky stimulované uvolňování odhalilo přítomnost funkčních dopaminových terminálů na voltametrickém záznamovém místě, i když bazální dopaminové přechodné stavy chyběly nebo byly vzácné.
Dopamin přechází při prezentaci neočekávaných podnětů
Dále jsme zkoumali, zda je pravděpodobnost výskytu dopaminových přechodů pravděpodobnější při neočekávaném podání podnětů u dospívajících potkanů. Obrázek 1A ukazuje, že krátké prezentace stimulů zvýšily frekvenci přechodů dopaminu o 50% nad základní hladinu u dospělých potkanů (Waldův kontrast základní linie vs. stimuly, p <0.05), replikující předchozí práci (Robinson a Wightman, 2004). Naproti tomu se rychlost příhod uvolňování dopaminu u dospívajících potkanů významně nezměnila (Waldův kontrast mezi výchozí hodnotou dospívajících a stimuly, p> 0.86). Při srovnání mezi skupinami se základní sazby nelišily (Waldův kontrast mezi dospívajícími a dospělými, p> 0.19), zatímco míry během prezentace stimulů byly vyšší u dospělých potkanů (Waldův kontrast mezi dospívajícími a dospělými, p <0.05). U dospělých potkanů bylo pravděpodobnější, že uvolňování dopaminu je časově omezeno na podněty: 8/9 dospělých vykazovalo uvolňování dopaminu alespoň při jednom podnětu, zatímco 6/9 dospívajících tak učinilo. Kromě toho dospělí potkani, kteří vykazovali časově omezené přechodné dopaminy, tak činili při 3.8 ± 0.4 podnětu (medián 4), zatímco adolescenti, kteří vykazovali časově omezené přechodné stavy, tak činili při 2.3 ± 0.4 podnětu (medián 2).
Dále jsme určili, zda přechodné stavy, které se vyskytly během prezentace stimulu, byly větší než přechodné hodnoty během výchozího stavu. Obrázek 1B ukazuje distribuci maximálních koncentrací přechodných látek dopaminu. Regresní analýza odhalila, že se amplitudy nelišily mezi dospívajícími a dospělými krysami (Waldovy kontrasty, všechny hodnoty p> 0.05). U dospívajících potkanů se maximální koncentrace přechodných stavů během prezentace stimulů významně nelišily od koncentrací během základní linie. U dospělých potkanů byly koncentrace dopaminu během prezentací stimulů o něco vyšší, což byl posun doprava, který se přiblížil statistické významnosti (Waldův kontrast základní linie dospělých proti stimulům, p <0.06). Medián a průměrné koncentrace přechodných dopaminů jsou popsány v Tabulka 1.
Ačkoli údaje o skupině naznačovaly, že k únikům dopaminu došlo častěji při neočekávaných stimulačních projevech u dospělých oproti dospívajícím potkanům, jednotlivé grafy ilustrují rozdíly mezi podněty i uvnitř skupin. Obrázek 1C ukazuje změnu ve frekvenci dopaminových přechodů během prezentace stimulu versus 4-min základní hodnoty předcházející tomuto stimulu. U dospělých se stimuly lišily svou účinností ke zvýšení přechodné rychlosti dopaminu; jsou řazeny od nejefektivnějšího k nejefektivnějšímu: k dopaminovým přechodům došlo při 208% bazálních dávek při kokosovém zápachu; 184% při tónu; 161% při citronovém zápachu; 142% při bílém šumu; a 91% při zhasnutí světla. U dospívajících potkanů byly podněty celkově méně účinné při spouštění dopaminových přechodů; jsou řazeny od nejefektivnějšího k nejméně efektivnímu: k dopaminovým přechodům došlo při 158% bazálních dávek při tónu; 127% při citronovém zápachu; 123% při vůni kokosu; 84% při bílém šumu; a 23% při zhasnutí světla.
Přesto, Obrázek 1C prokazuje zřetelnou individuální variabilitu ve vyzařování dopaminové odpovědi na konkrétní podněty v každé věkové skupině. Abychom určili, zda tato neurochemická variabilita byla spojena s behaviorální variabilitou, hodnotili jsme každou krysu z pohybu spojeného s prezentací stimulu, jak je ukázáno v Tabulka 2 (jedna dospělá krysa byla z této analýzy vyloučena kvůli částečné ztrátě videozáznamu). Poté jsme použili Spearmanovu neparametrickou korelaci k porovnání behaviorálních a dopaminergních odpovědí na podněty v každé věkové skupině. Zjistili jsme, že frekvence přechodů dopaminu nekoreluje s aktivací chování v žádné věkové skupině při jakémkoli stimulu, bez ohledu na to, zda byl stimul analyzován jednotlivě nebo jako skupina (data nejsou uvedena, všechny hodnoty p> 0.05), což naznačuje, že behaviorální a neurochemické reakce na podněty přímo nesouvisely. Kromě toho se skóre chování potkanů, které nevydávaly žádné přechodné dopaminy, časově omezené na stimulační prezentace (3/9 dospívajících a 1/9 dospělých), zcela překrývalo se skóre chování potkanů, které vykazovaly přechodné účinky dopaminu. Porovnání behaviorálních odpovědí mezi věkovými skupinami však odhalilo, že adolescenti jako skupina vykazovali významně menší pohyb při neočekávaných stimulačních projevech než dospělé krysy (Mann-Whitneyův test, p <0.05).
Dopamin přechází během sociální interakce
Dále jsme měřili uvolňování dopaminu během 60s interakce s jiným krysím samcem. Na rozdíl od prezentací nesociálních podnětů regresní analýza určila, že přechody dopaminu významně vzrostly od výchozí hodnoty během první interakce s jinou krysou u dospívajících i dospělých krys. Průměrná míra přechodných stavů se u dospívajících potkanů zvýšila 3krát od výchozí hodnoty, z 1.0 ± 0.3 na 3.0 ± 0.9 přechodných / min (Waldův kontrast výchozí hodnoty pro dospívající vs. interakce, p <0.05) a z 2.0 ± 0.5 na 7.3 ± 1.3 v dospělí (Waldův kontrast základní linie dospělých vs. interakce, p <0.001). O deset minut později bylo měřeno uvolňování dopaminu během druhé interakce se stejnou krysou. U dospělých již zvýšení přechodné rychlosti dopaminu nebylo významné (p> 0.32); ačkoliv se průměrná rychlost přechodných jevů zvýšila z 1.8 ± 0.5 na 3.7 ± 1.3 přechodných / min, tato změna byla u potkanů variabilnější. Naproti tomu adolescenti vykazovali stejný nárůst přechodných dopaminů během druhé prezentace jako během první, z 0.8 ± 0.2 na 3.1 ± 0.9 přechodných / min (p <0.01). Data jednotlivých krys podle skupiny a epizody jsou uvedena v Obrázek 2A.
Zkoumali jsme, zda rozdíly v chování během první a druhé epizody interakce mohou vysvětlit nedostatek zvýšení uvolňování dopaminu u dospělých potkanů během druhé interakce. Tabulka 3 ukazuje čas strávený sociálním vyšetřováním a pohybem během 45 s zaznamenaného období interakce. V této experimentální komoře (podlahová plocha 21 × 21 cm) trávily dospívající krysy méně času aktivními sociálními interakcemi (2cestná opakovaná měření ANOVA: hlavní účinek skupiny, p <0.05) a více času lokomoce (2cestná opakovaná měří ANOVA: hlavní účinek skupiny, p <0.05) než u dospělých potkanů. Pozorovali jsme však, že dospívající krysy měly více prostoru k tomu, aby se od sebe vzdálily, zatímco větší dospělé krysy byly s větší pravděpodobností ve fyzické blízkosti. Kritická srovnání tedy byla spárována s t-testy pro porovnání chování v rámci skupiny během období první a druhé interakce. Tyto analýzy neodhalily žádné rozdíly v chování mezi první a druhou periodou interakce v žádné věkové skupině (všechny hodnoty p> 0.05). Kromě toho ani absolutní frekvence přechodných účinků dopaminu, ani zvýšená frekvence od výchozí hodnoty nekorelovaly se sociálními interakcemi nebo pohybem během období interakce (data nejsou uvedena, všechny hodnoty p> 0.05).
Maximální koncentrace dopaminových přechodů během interakce s jiným potkanem byla porovnána s koncentracemi během výchozího stavu. Pro tuto analýzu byla data z obou epizod interakce spojena, aby se zvýšila statistická síla. Obrázek 2B ukazuje, že distribuce dopaminové přechodné amplitudy byla posunuta směrem k větším únikům u dospívajících i dospělých krys během konspecifické interakce; průměrné a střední amplitudy jsou uvedeny v Tabulka 1. Protože sociální interakce mohou produkovat hluk spojený s pohybem ve voltametrickém signálu, zkoumali jsme také hladiny hluku a zjistili jsme, že byly skutečně vyšší během epizod interakce u dospělých i dospívajících potkanů (Waldovy kontrasty výchozí hodnoty vs. interakce, p <0.05 pro každou skupinu ). Poměry signálu k šumu se nicméně mezi skupinami nelišily (Tabulka 1: Wald kontrasty, všechny hodnoty p> 0.05), což naznačuje, že problémy s hlukem nepřispěly k diferenciálním zjištěním mezi dospívajícími a dospělými krysami.
Všechny nahrávky byly provedeny v jádru NAc, jak je ukázáno v Obrázek 3.
Diskuse
Dopaminová neurotransmise je klíčem k mnoha aspektům motivovaného chování, včetně stimulačních výběžků, predikce odměn a usnadnění chování. Protože se motivované chování liší mezi dospívajícími a dospělými, tato studie zkoumala rychlé uvolňování dopaminu u časných dospívajících krys ve srovnání s dospělými. Uvádíme, že zatímco bazální frekvence dopaminových přechodů se mezi oběma věkovými skupinami významně neliší, přechodné reakce na neočekávané podněty jsou u dospívajících potkanů menší než u dospělých. Naproti tomu frekvence a amplituda dopaminových přechodů se zvyšují v obou věkových skupinách při interakci s jinou krysou; změna frekvence návyků u dospělých, ale ne adolescentů, při druhé prezentaci partnerské krysy. Rychlé události uvolňování dopaminu při prezentaci podnětů se tedy liší u dospívajících krys oproti dospělým a tento fyziologický rozdíl může být spojen s věkově závislými rozdíly ve zpracování sociálních a nesociálních podnětů.
Frekvence a amplitudy dopaminových přechodů v jádru NAc byly podobné u samců potkanů v časné adolescenci (věk 29 - 30 dní) a dospělosti (věk 71 - 72 dní). Tato zjištění jsou v souladu s elektrofyziologickými záznamy dopaminových neuronů u anestetizovaných potkanů. Vypalovací frekvence dopaminových neuronů se zvyšuje od narození do střední pozdní adolescence a poté klesá v dospělosti (Pitts a kol., 1990; Tepper a kol., 1990; Lavin a Drucker-Colin, 1991; Marinelli a kol., 2006; McCutcheon a Marinelli, 2009), přičemž maximální aktivita se objevuje ve střední až pozdní adolescenci. Vskutku, McCutcheon a Marinelli (2009) uvádějí, že bazální výpary jsou podobné v raném adolescentním i dospělém věku, na něž se zaměřuje tato studie, a data uvedená v tomto dokumentu naznačují, že rychlosti neuronálního prasknutí jsou také podobné, protože přechody dopaminu vznikají při výbuchu dopaminových neuronů (Suaud-Chagny a kol., 1992; Sombers a kol., 2009). Zejména adolescentní krysy vykazovaly variabilitu bazální frekvence dopaminových přechodů, v rozmezí od míst s malým až po spontánní přechod do míst s několika za minutu. Toto zjištění je podobné jako „horké“ a „studené“ stránky zaznamenané u dospělých (Robinson a kol., 2009; Robinson a Wightman, 2007; Wightman a kol., 2007) a může odrážet variabilitu rychlosti roztržení dopaminových neuronů (Hyland a kol., 2002). V souladu s vývojovou rychlostí výpalu, mikrodialyzační studie uváděly zvýšené hladiny dopaminu v pozdější adolescenci (45 dny věku) ve srovnání s časnou adolescencí nebo dospělostí (Badanich a kol., 2006; Philpot a kol., 2009). Ačkoli naše zjištění poskytují první vyhodnocení bazálních dávek dopaminových přechodů mezi dospívajícími a dospělými krysy, během tohoto dynamického vývojového období je zapotřebí více časových bodů, protože dopaminové přechodné látky mohou být výraznější během střední pozdní adolescence.
V souladu s naší předchozí zprávou (Robinson a Wightman, 2004) jsme zjistili, že frekvence neočekávaných přechodů dopaminu vzrostla při neočekávaném podání podnětů u dospělých samců potkanů, často časově uzamčených k počátečnímu podání podnětu. V předchozí studii jsme představili zápachové a sluchové podněty podobné těm, které se zde používají; v obou studiích tyto podněty zvýšily frekvenci dopaminových přechodů v NAc nad bazální frekvenci, což bylo interpretováno jako neurochemický signál potenciálního výrazného podnětu pro zvíře. Zvýšení přechodné frekvence dopaminu v reakci na neočekávané projevy podnětů pozorovaných u dospělých však nebylo spolehlivě přítomno v jádru NAc u časně dospívajících potkanů a adolescenti jako skupina vykazovali na chování podnětů méně behaviorální odpovědi než dospělí. Ačkoli fázová aktivace dopaminergních neuronů nesouvisí se specifickými motorickými pohyby, typy stimulů, které mají tendenci podporovat vypalování a dopaminové přechody, často vyvolávají aktivaci chování (Nishino a kol., 1987; Romo a Schultz, 1990; Robinson a kol., 2002). Předkládaná zjištění tedy ukazují vývojový rozdíl v dopaminergní a behaviorální odpovědi na tento typ nové stimulační prezentace, což může být způsobeno jednak nedostatkem výčnělků těchto podnětů pro dospívající krysy. Důležité je, že snížená behaviorální reakce na podněty nebyla pouhým snížením schopnosti pohybovat se (možná v důsledku uvázání nebo voltametrického záhlaví), protože dospívající potkany vykazovaly během sociální interakce jak pohybové, tak společensky zaměřené chování. Kromě toho neexistovala žádná souvislost mezi behaviorální reakcí a frekvencí dopaminových přechodů na stimuly, když byla analyzována u jednotlivých potkanů v každé věkové skupině. Relativní necitlivost na neočekávané nové podněty zjištěná v této studii je v rozporu s předchozími zjištěními, že dospívající krysy často vykazují vyšší úroveň zkoumání nových prostředí a nových předmětů než dospělí (např. Douglas a kol., 2003; Stansfield a Kirstein, 2006; Philpot a Wecker, 2008), s objevením nového objektového průzkumu na vrcholu u potkanů ve střední adolescenci (35 - 36 dní věku, Spear a kol., 1980). Pro stanovení ontogenetických rozdílů mezi aktivací chování a současnými událostmi uvolňování dopaminu indukovanými krátkými prezentacemi stimulací použitými v tomto textu oproti reakcím na nové prostředí a statické, nové objekty umístěné do známých prostředí, jak byly použity v předchozích studiích, by byly nezbytné další studie.
Jak frekvence, tak amplituda dopaminových přechodů v jádru NAc spolehlivě vzrostla během krátké interakce s jiným potkanem v adolescentních i dospělých skupinách. V souladu s naší předchozí zprávou (Robinson a kol., 2002), dopaminergní odpověď navyklá u dospělých potkanů při druhé prezentaci konspecifické krysy. Naproti tomu u dospívajících potkanů přetrvávala zvýšená frekvence dopaminových přechodů. Tento nedostatek návyků může odrážet zvýšenou odměnu spojenou se sociální interakcí vystavenou u dospívajících oproti dospělým potkanům (např. Douglas a kol., 2004). Ve skutečnosti se ukázalo, že sociální aktivita vrcholí v časné adolescenci ve srovnání s pozdější adolescenci a dospělostí, což je účinek, který se zvětšuje, když jsou krysy izolovány po několik dní před testováním (Varlinskaya & Spear, 2008), jak bylo provedeno v této studii. Je zajímavé, že obě věkové skupiny se lišily v celkové míře společenské aktivity v porovnání s obecným pohybem. Zatímco předchozí zprávy naznačují, že adolescentní krysy umístěné v izolátech vykazují během diskrétních studií sociální interakce větší sociální chování a lokomoce než dospělí, přičemž tyto účinky jsou zvláště patrné u časných adolescentů (Varlinskaya & Spear, 2008), jsme zjistili, že lokomoce byla vyšší a sociální chování bylo nižší u prvních adolescentů, které jsme testovali ve srovnání s jejich dospělými protějšky. Může to být způsobeno velikostí aparátu: při 21 × 21 cm byly větší dospělé potkany pravděpodobně v těsné blízkosti konspecifického partnera než menší adolescentní potkany, takže sociální kontakt byl u těchto dospělých zvířat téměř nevyhnutelný. Kromě toho může mít připoutaný pouze testovaný potkan ovlivněn jeho behaviorální repertoár během sociální interakce. Konečně, krátká doba interakce (60) použitá v tomto dokumentu zachycuje pouze počáteční interakce, které mohou vést k různým věkem souvisejícím modelům sociálního chování ve srovnání s delšími interakčními obdobími (270 – 600) obvykle používanými z hlediska sociálních interakcí hlodavců (např, Varlinskaya & Spear, 2008; Glenn a kol., 2003).
Sociální interakce může vyvolat pohybový elektrický šum, když se sestava zákulisí dotkne stěny komory nebo jiné krysy, což může vést k podceňování přechodné frekvence dopaminu během sociální interakce. Důležité je, že úrovně signálu-šum se nelišily mezi věkovými skupinami nebo mezi první a druhou interakční periodou, což naznačuje, že přetrvávající zvýšení přechodné frekvence dopaminu pozorované u dospívajících potkanů během druhé interakční periody nebylo artefaktem souvisejícím s hlukem. Podobně, vyšetřovací a lokomotorické chování bylo v podstatě stejné během obou interakcí v každé věkové skupině, takže rozdíly v chování také nevysvětlují rozdíl v návyku dopaminergní odpovědi mezi dospívajícími a dospělými krysy. V naší předchozí studii (Robinson a kol., 2002), bylo učiněno pozorování, že dospělé potkany vykazovaly intenzivnější společensky zaměřené chování během druhé interakce s partnerským potkanem, přestože emitovaly méně dopaminových přechodů, což naznačuje, že tyto dopaminové přechody nejsou nutné pro podporu chování zaměřeného na partnery. Pokud jsou dopaminové přechodné hodnoty interpretovány jako signály predikce odměny (Schultz a Dickinson, 2000; Schultz, 2007; Roesch a kol., 2010), návyky událostí uvolňování dopaminu u dospělých na opakované prezentace partnerů mohou odrážet snížení odměny nebo větší předvídatelnost druhé prezentace a přetrvávání uvolňování dopaminu u dospívajících potkanů může odrážet zvýšenou odměnu nebo překvapení opakované interakce s partnerem .
Mezolimbický dopaminový systém se podílí na chutném chování a získávání odměn (recenze, viz Depue a Iacono, 1989; Panksepp, 1998; Depue a Collins, 1999; Ikemoto a Panksepp, 1999; Schultz a Dickinson, 2000; Schultz, 2007). Protože několik aspektů této dopaminové dráhy podléhá během dospívání dynamickým změnám, není překvapivé, že behaviorální a neurochemické reakce na odměny a nové podněty, které mohou dobře předpovídat odměny, jsou také dynamické (přehledy viz. Chambers a kol., 2003; Ernst a kol., 2009; Wahlstrom a kol., 2010b; Wahlstrom a kol., 2010a). Naše zjištění, že dopaminergní reakce na sociální interakce se u raných adolescentních potkanů neobvykla, je v souladu s mnoha studiemi, které prokázaly zvýšenou citlivost na odměny během dospívání, včetně sociální a drogové odměny (přehled a odkazy viz viz. Doremus-Fitzwater a kol., 2010; Spear a Varlinskaya, 2010). Nové podněty jsou také významné a mohou vyvolat uvolnění dopaminu a usnadnění chování, protože mohou předvídat odměnu nebo hrozbu; pozorovali jsme však zvýšené uvolňování dopaminu až po krátkou prezentaci nových podnětů u časně dospívajících potkanů. Předkládaná studie tedy mohla mít vzorek uvolňování dopaminu v době vývoje (časná adolescence), během kterého je citlivost na sociální odměnu optimální, ale odpověď na novost není. Tato interpretace vede k několika cestám dalšího výzkumu, včetně zkoumání uvolňování dopaminu do nových a sociálních podnětů ve více časových bodech v období adolescence. Rovněž plánujeme zkoumat uvolňování dopaminu během explicitního učení s odměnou za běh (např. Pavlovianova kondice), abychom určili, zda typy zde použitých prezentací podnětů, jako je světlo nebo zápach, mohou vyvolat dopaminergní odpověď u dospívajících potkanů, když předpovídají odměnu (Day a kol., 2007; Roesch a kol., 2007).
Souhrnně lze říci, že rychlé uvolňování dopaminu nebo přechodné dopaminy jsou odlišně vyjádřeny v časné adolescenci versus dospělost. Zatímco hodnoty a koncentrace přechodných látek byly ve výchozím stavu podobné, pozorovali jsme menší aktivaci uvolňování dopaminu neočekávanými, nesociálními stimuly a perzistentnější aktivaci sociálními stimuly u dospívajících potkanů ve srovnání s dospělými. Tyto rozdíly v událostech uvolňování dopaminu pravděpodobně přispívají k vývojovým rozdílům v citlivosti na narážky a odměny, zejména sociální odměny. Bude užitečné stavět na těchto zjištěních vyhodnocením více časových bodů během dospívání a sledováním uvolňování dopaminu během výslovného učení spojeného s odměnou.
Poděkování
Děkuji Dr. Thomasovi Guillot III za pomoc s neuroanatomickými souřadnicemi, Rachel Hay a Sebastian Cerdena za behaviorální skórování, Vahid Sanii za kalibraci elektrod a Chris Wiesen z Odum Institute of Research pro sociální vědy UNC za statistické expertízy. Tuto práci financovala NIH (R01DA019071 pro LPS) a Bowlesovo centrum pro studium alkoholu na University of North Carolina.
Reference
- Andersen SL, Rutstein M, Benzo JM, Hostetter JC, Teicher MH. Pohlavní rozdíly v nadprodukci a eliminaci dopaminového receptoru. Neuroreport. 1997;8: 1495-1498. [PubMed]
- Badanich KA, Adler KJ, Kirstein CL. Dospívající se liší od dospělých v kokainovém kondicionovaném preferenčním místě a kokainem indukovaném dopaminu v nucleus accumbens septi. Eur J Pharmacol. 2006;550: 95-106. [PubMed]
- Komory RA, Taylor JR, Potenza MN. Vývojová neurocirkulace motivace v dospívání: kritická doba zranitelnosti závislosti. American J Psychiat. 2003;160: 1041-1052.
- Den JJ, Roitman MF, Wightman RM, Carelli RM. Asociativní učení zprostředkovává dynamické posuny v dopaminové signalizaci v nucleus accumbens. Nat Neurosci. 2007;10: 1020-1028. [PubMed]
- Depue RA, Iacono WG. Neurobehaviorální aspekty afektivních poruch. Annu Rev Psychol. 1989;40: 457-492. [PubMed]
- Depue RA, Collins PF. Neurobiologie struktury osobnosti: dopamin, usnadnění motivační motivace a extraverze. Behav Brain Sci. 1999;22: 491-517. diskuse 518 – 469. [PubMed]
- Doremus-Fitzwater TL, Varlinskaya EI, Spear LP. Motivační systémy v adolescenci: Možné důsledky na věkové rozdíly v zneužívání návykových látek a jiných rizikových chování. Brain Cogn. 2010;72: 114-123. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
- Douglas LA, Varlinskaya EI, Spear LP. Úprava nových předmětů u dospívajících a dospělých samců a samic potkanů: účinky sociální izolace. Physiol Behav. 2003;80: 317-325. [PubMed]
- Douglas LA, Varlinskaya EI, Spear LP. Odměňování vlastností sociálních interakcí u dospívajících a dospělých samců a samic potkanů: dopad sociálního versus izolovaného bydlení subjektů a partnerů. Dev Psychobiol. 2004;45: 153-162. [PubMed]
- Ernst M, Romeo RD, Andersen SL. Neurobiologie vývoje motivovaného chování v dospívání: okno do modelu nervových systémů. Pharmacol Biochem Behav. 2009;93: 199-211. [PubMed]
- Glenn RF, Tucci SA, Thomas A, Edwards JE, File SE. Sexuální rozdíly související s věkem v reakci na nedostatek potravin ve dvou testech úzkosti na zvířatech. Neurosci Biobehav Rev. 2003;27: 155-161. [PubMed]
- Hyland BI, Reynolds JN, Hay J, Perk CG, Miller R. Vypalovací režimy dopaminových buněk midbrain u volně se pohybující krysy. Neurovědy. 2002;114: 475-492. [PubMed]
- Ikemoto S, Panksepp J. Role jádra accumbens dopaminu v motivovaném chování: sjednocující interpretace se zvláštním odkazem na hledání odměn. Brain Res Brain Res Rev. 1999;31: 6-41. [PubMed]
- Lavin MA, Drucker-Colin R. Ontogeneze elektrofyziologické aktivity dopaminergních buněk se zvláštním ohledem na vliv nadledvinových štěpů na stárnutí. Brain Res. 1991;545: 164-170. [PubMed]
- Logman MJ, Budygin EA, Gainetdinov RR, Wightman RM. Kvantifikace in vivo měření s mikroelektrodami z uhlíkových vláken. J. Neurosci. 2000;95: 95-102. [PubMed]
- Marinelli M, Rudick CN, Hu XT, White FJ. Excitabilita dopaminových neuronů: modulace a fyziologické důsledky. CNS Neurol Disord Drug Targets. 2006;5: 79-97. [PubMed]
- McCutcheon JE, Marinelli M. Věk záleží. Eur J Neurosci. 2009;29: 997-1014. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
- Nishino H, Ono T, Muramoto K, Fukuda M, Sasaki K. Neuronální aktivita ve ventrální tegmentální oblasti (VTA) během motivovaného krmení barem v opici. Brain Res. 1987;413: 302-313. [PubMed]
- Panksepp J. Afektivní neurovědy: základy lidských a zvířecích emocí. Oxford University Press; New York: 1998.
- Paxinos G, Watson C. Mozek krysy ve stereotaxických souřadnicích. Akademický; New York: 1986.
- Phillips PE, Stuber GD, Heien ML, Wightman RM, Carelli RM. Subsekundové uvolňování dopaminu podporuje hledání kokainu. Příroda. 2003;422: 614-618. [PubMed]
- Philpot RM, Wecker L. Závislost adolescentního chování při hledání novinek na fenotypu odezvy a účinky škálování aparátů. Behav neurosci. 2008;122: 861-875. [PubMed]
- Philpot RM, Wecker L, Kirstein CL. Opakovaná expozice ethanolu během dospívání mění vývojovou trajektorii dopaminergní produkce z jádra accumbens septi. Int J Dev Neurosci. 2009;27: 805-815. [PubMed]
- Pitts DK, Freeman AS, Chiodo LA. Ontogenie neuronů dopaminu: elektrofyziologické studie. Synapse. 1990;6: 309-320. [PubMed]
- Rebec GV, Christensen JR, Guerra C, Bardo MT. Regionální a časové rozdíly ve výtoku dopaminu v reálném čase v jádru narůstají během novinek s volbou výběru. Brain Res. 1997;776: 61-67. [PubMed]
- Robinson DL, Wightman RM. Nomifensin zesiluje subsekundové dopaminové signály ve ventrálním striatu volně se pohybujících potkanů. J Neurochem. 2004;90: 894-903. [PubMed]
- Robinson DL, Heien ML, Wightman RM. Frekvence přechodu koncentrace dopaminu vzrůstá v dorzálním a ventrálním striatu samců potkanů během zavádění specifik. J Neurosci. 2002;22: 10477-10486. [PubMed]
- Robinson DL, Hermans A, Seipel AT, Wightman RM. Monitorování rychlé chemické komunikace v mozku. Chem Rev. 2008;108: 2554-2584. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
- Robinson DL, Howard EC, McConnell S, Gonzales RA, Wightman RM. Rozdíly mezi tonickým a fázovým ethanolem indukovaným dopaminem se zvyšují v jádru accumbens potkanů. Alcohol Clin Exp. Res. 2009;33: 1187-1196. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
- Robinson DL, Phillips PE, Budygin EA, Trafton BJ, Garris PA, Wightman RM. Subsekundové změny accumbal dopaminu během sexuálního chování u samců potkanů. Neuroreport. 2001;12: 2549-2552. [PubMed]
- Robinson DL, Wightman RM. Rychlé uvolňování dopaminu u volně se pohybujících krys. In: Michael AC, Borland LM, editoři. Elektrochemické metody pro neurovědy. CRC Press; Boca Raton: 2007. str. 17 – 34.
- Roesch MR, Calu DJ, Esber GR, Schoenbaum G. Vše, co se třpytí ... odděluje pozornost a očekávání výsledku od signálů predikčních chyb. J Neurophysiol. 2010;104: 587-595. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
- Roesch MR, Calu DJ, Schoenbaum G. Dopaminové neurony kódují lepší možnost u potkanů, kteří se rozhodují mezi různými zpožděnými nebo velikými odměnami. Nat Neurosci. 2007;10: 1615-1624. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
- Roitman MF, Wheeler RA, Wightman RM, Carelli RM. Chemické reakce v jádru v reálném čase rozlišují odměňující a averzní podněty. Nat Neurosci. 2008;11: 1376-1377. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
- Roitman MF, Stuber GD, Phillips PE, Wightman RM, Carelli RM. Dopamin působí jako sekundární modulátor při hledání potravy. J Neurosci. 2004;24: 1265-1271. [PubMed]
- Romo R, Schultz W. Dopaminové neurony středního mozku opice: nepředvídatelné reakce na aktivní dotek při samočinně iniciovaných ramenních pohybech. J Neurophysiol. 1990;63: 592-606. [PubMed]
- Schultz W. Vícenásobné dopaminové funkce v různých časových cyklech. Annu Rev Neurosci. 2007;30: 259-288. [PubMed]
- Schultz W, Dickinson A. Neuronální kódování predikčních chyb. Annu Rev Neurosci. 2000;23: 473-500. [PubMed]
- Sombers LA, Beyene M, Carelli RM, Wightman RM. Synaptické přetečení dopaminu v nucleus accumbens vzniká z neuronální aktivity ve ventrální tegmentální oblasti. J Neurosci. 2009;29: 1735-1742. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
- Spear LP, Varlinskaya EI. Citlivost na ethanol a jiné hedonické podněty ve zvířecím modelu dospívání: důsledky pro vědu o prevenci? Dev Psychobiol. 2010;52: 236-243. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
- Spear LP, Shalaby IA, Brick J. Chronické podávání haloperidolu během vývoje: behaviorální a psychofarmakologické účinky. Psychopharmacol. 1980;70: 47-58.
- Stansfield KH, Kirstein CL. Účinky novosti na chování dospívajících a dospělých krys. Dev Psychobiol. 2006;48: 10-15. [PubMed]
- Stuber GD, Wightman RM, Carelli RM. Zánik sebepodávání kokainu odhaluje funkčně a časově odlišné dopaminergní signály v jádru accumbens. Neuron. 2005a;46: 661-669. [PubMed]
- Stuber GD, Roitman MF, Phillips PE, Carelli RM, Wightman RM. Rychlá signalizace dopaminu v jádru se vyskytuje během kontingentního a nekonvenčního podávání kokainu. Neuropsychopharmacology. 2005b;30: 853-863. [PubMed]
- Suaud-Chagny MF, Chergui K, Chouvet G, Gonon F. Vztah mezi uvolňováním dopaminu v jádru krysy accumbens a výbojovou aktivitou dopaminergních neuronů během lokální aplikace aminokyselin in vivo ve ventrální tegmentální oblasti in vivo. Neurovědy. 1992;49: 63-72. [PubMed]
- Tepper JM, Trent F, Nakamura S. Postnatální vývoj elektrické aktivity krysích nigrostriatálních dopaminergních neuronů. Brain Res Dev Brain Res. 1990;54: 21-33.
- Varlinskaya EI, Spear LP. Sociální interakce u dospívajících a dospělých krys Sprague-Dawley: dopad sociální deprivace a znalost kontextu kontextu. Behav Brain Res. 2008;188: 398-405. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
- Wahlstrom D, White T, Luciana M. Neurobehaviorální důkaz změn aktivity dopaminového systému během dospívání. Neurosci Biobehav Rev. 2010a;34: 631-648. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
- Wahlstrom D, Collins P, White T, Luciana M. Vývojové změny neurotransmise dopaminu v adolescenci: behaviorální implikace a problémy v hodnocení. Brain Cogn. 2010b;72: 146-159. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
- Wightman RM, Heien ML, Wassum KM, Sombers LA, Aragona BJ, Khan AS, Ariansen JL, Cheer JF, Phillips PE, Carelli RM. Uvolňování dopaminu je heterogenní v mikroprostředích jádra potkana accumbens. Eur J Neurosci. 2007;26: 2046-2054. [PubMed]
- Wightman RM, Robinson DL. Přechodné změny v mezolimbickém dopaminu a jejich spojení s „odměnou“ J Neurochem. 2002;82: 721-735. [PubMed]