Dekodado Neŭraj Cirkvitoj kiuj Kontrolas Kompulsan Sukzelon Serĉanta (2015) (BINGE MECHANISM)

Por identigi LH-neŭronojn, kiuj provizas monosinaptan enigon al la VTA in vivo kaj observas sian agadon dum libere moviĝantaj kondutoj, ni uzis duvirusan strategion por selekte esprimi kanalrodopsinon-2 (ChR2) en LH-neŭronoj provizantaj monosinaptan enigon al la VTA (Figuroj 1A kaj S1). Ni injektis vektoron viruso asociita al adeno (AAV)₅) portanta ChR2-eYFP en Cre-recombinase-dependa duoble-inversa malferma lega kadro (DIO) konstruo en la LH por infekti lokajn somatojn kaj injektis retroe vojaĝantan herpetan simplan viruson (HSV) portantan Cre-recombinase en la VTA. Posta rekombinigo permesis opsinon kaj fluoroforan esprimon selekteme en LH-neŭronoj disponigantaj unusinaptan enigaĵon al la VTA. Por konfirmi nian aliron, ni realigis eks-vivajn tutĉelajn pecet-krampajn registradojn en horizontalaj cerbaj tranĉaĵoj enhavantaj la LH kaj registritajn de neŭronoj esprimantaj ChR2-eYFP, same kiel najbarajn LH-neŭronojn, kiuj estis ChR2-eYFP negativaj (Figuro 1B). Lum-elvokitaj spikaj latentecoj, mezuritaj de lum-puls-komenco ĝis la pinto de la aga potencialo, variis de 3-8 ms (Figuro 1C). Ni ankaŭ trovis, ke neniu el la neesprimaj (ChR2-negativaj) ĉeloj registritaj montris ekscitajn respondojn al fotostimulo (n = 14; Figuro 1C), malgraŭ ilia proksimeco al ĉeloj esprimantaj ChR2.

Por plenumi optogenetike peritan fotoidentigon en vivo, optrodo estis enplantita en la LH por registri neŭronan agadon dum sakarosa serĉa tasko. En la sama registrada kunsido, ni provizis plurajn ŝablonojn de fotostimulo por identigi neŭronojn LH-VTA-esprimantajn ChR2 (Figuroj 1D kaj S1). Ni ekzamenis la distribuadon de ekscitemaj fotorespondaj latentoj tra ĉiuj LH-neŭronoj montrantaj tempo-ŝlositan ŝanĝon en pafado laŭ respondo al lumigo kaj observis bimodan distribuon (Figuro 1E). Ni observis loĝantaron de neŭronoj dum registradoj in vivo kun latentecoj en gamo de 3-8 ms. Ĉi tio estis identa al la latenta gamo trovita en ChR2-esprimantaj LH-VTA-neŭronoj kiam ni registris eks vivon. Ni nomis ĉi tiujn unuojn "Tipo 1" unuoj (Figuroj 1C, 1E kaj 1F). Krome, estis klara populacio de ĉeloj kun fotorespondaj latentecoj de ∼100 ms (Figuroj 1E kaj 1G), kaj ni nomis ĉi tiujn unuojn "Tipo 2". Ni ankaŭ observis neŭronojn, kiuj estis malhelpitaj kiel respondo al fotostimulado de LH-VTA-neŭronoj (Figuro S2), kaj ni nomis ĉi tiujn "Tipo 3" unuojn. Ni komparis la agadan potencialan daŭron (mezuritan de pinto al truo) kaj meznombraj rapidecoj de Tipo-unuoj 1 kaj Tipo 2 same kiel tiuj, kiuj ne montris fotorespondon (Figuro 1H). La distribuo de agaj eblaj daŭroj de Tipo 1 (Figuro 1Mi) kaj Tipo 2 (Figuro 1J) unuoj montras, ke la plimulto de unuoj de Tipo 1 havas agan potencialan daŭron malpli ol 500 μs (84%; n = 16/19, dunoma distribuo, p = 0.002).

Kvankam unuoj de Tipo 1 kongruas kun normaj kriterioj por esti klasifikitaj kiel esprimantaj ChR2 (Cohen et al., 2012, Zhang et al., 2013), estis neklare ĉu la pli longa latenteca fotorespondo de Tipo 2-unuoj estis indika de Neŭronoj esprimantaj ChR2. pli malrapide al fotostimulo, aŭ ĉu ĉi tiu efiko ŝuldiĝis al reta agado. Surbaze de ke la LH-neŭronoj esprimantaj ChR2 (Tipo 1) projekcias rekte al la VTA, unu ebleco estis ke Tipo-neŭronoj ricevis religon de la VTA (Figuro 1K). Alia ebleco estis, ke Tipo 2 neŭronoj estis aktivigitaj de axonaj kolateroj de Tipo 1 neŭronoj (Figuro 1L). Por diferenci ĉi tiujn du eblajn cirkvitajn modelojn, ni malhelpis la VTA kune kun fotidentigo en la LH.

Surbaze de niaj cirkvaj modeloj, ni atendus ke distala inhibicio ne efikos sur la fotorrespondoj de ChR2-esprimantaj LH-neŭronoj. Tamen, se fotorrespondecaj, sed ne-esprimantaj, LH-neŭronoj dependis de retrosciigo de la VTA por provoki tempoperdon al lumigado (Figuro 1K), ni atendus mildigadon de fotorrespondoj en ĉi tiuj neŭronoj al VTA-inhibicio. Ni esprimis ChR2 en ĉeloj LH-VTA kiel supre, sed ĉi-foje ankaŭ esprimis plibonigita halorhodopsin 3.0 (NpHR) en la VTA kaj enplantis optikan fibron en la VTA krom la optrode en LH (Figuro 2A). Ni transdonis la samajn blu-helajn lumajn padronojn en la LH por ĉiuj tri epokoj, sed ankaŭ fotoinhibite la VTA kun flava lumo en la dua epoko (Figuro 2A).

La fotoresponsoj de Tipo 1-unuoj al blu-malpeza lumigo en la LH ne estis tuŝitaj de fotoinhibicio de la VTA, kiu estas kongrua kun ChR2-esprimo en Type 1 LH-VTA-neŭronoj (Figuro 2B). Kontraŭe, la plimulto de unuoj de Tipo 2 (87%; n = 13/15, dunoma distribuo, p = 0.004) montris signifan mildigon de fotorespondoj al bluaj lumaj pulsoj liveritaj en la LH post fotoinhibicio de VTA-neŭronoj. La respondoj de unuoj de Tipo 1 kaj Tipo 2 dum VTA-fotoinhibicio estis signife malsamaj (-i-kvadrato = 7.64, p = 0.0057; Figuroj 2B kaj 2C). Ĉi tiuj diferencoj ankaŭ povas esti vidataj en la maksimumaj Z-partituroj dum individuaj epokoj (Figuro 2D) kaj kun la flava-ON epoko normaligita al la flava-OFF epoko (Figuro 2E). Ĉi tiuj datumoj sugestas, ke Tipo 2 LH neŭronoj ricevas enigon (aŭ rekte aŭ nerekte) de la VTA (Figuro 1K) pli ol per lokaj flankaj akonoj (Figuro 1L).

Post identigado de ĉi tiuj du apartaj specoj de LH-neŭronoj en la buklo LH-VTA, ni volis ekzameni nature okazantan neŭran aktivecon dum tasko de memadministrado de sakarozo (Figuro 3A). Musoj estis trejnitaj por plenumi nazajn respondojn por signo antaŭdiranta sakarozan liveron ĉe apuda haveno (kiel en Tye et al., 2008). Por permesi al ni diferenci neŭralajn respondojn al la nazo kaj la signalvorto, la signalvorto kaj sakarozo estis liveritaj laŭ parta plifortikiga horaro, en kiu 50% de nazrondoj estis parigitaj kun signalvorto kaj sakarozo.

Tipo-unuoj 1 montris fazajn respondojn al eniro en sakarosa haveno, kiel videblas en reprezenta Tipo 1-unuo (Figuro 3B), kaj ankaŭ la loĝantarajn datumojn por ĉiuj Tipo-unuoj 1 (Figuro 3C). La fazikaj respondoj de Tipo 2-unuoj, tamen, ĉefe reflektis respondojn al la rekompenso-prognozaj sugestoj (Figuroj 3D kaj 3E). La normaligitaj pafadaj ŝablonoj de ĉiuj registritaj neŭronoj (n = 198, dividitaj en Tipo 1, 2, 3 kaj ne-respondemaj unuoj) montriĝas por ĉiu taskokomponento: nazfrapoj parigitaj kun la signalvorto, nazbastonoj en la foresto de la signalvorto, kaj sakraza enirhaveno (Figuro 3F). Ĉiuj unuoj de Tipo 1, kiuj montris taskajn rilatajn fazajn ŝanĝojn en agado (74%; n = 14/19), estis aŭ faze ekscititaj aŭ malhelpitaj de sakarosa eniro, kun malmulto ankaŭ montrante fazan inhibicion al la rekompenca antaŭdiro (Figuroj 3B, 3C, kaj 3G). En kontrasto, Tipo 2-unuoj estis pli heterogenaj, kun task-respondaj neŭronoj ĉifrante la signalon (35%), la sakarosa eniro-eniro selekteme (26%), aŭ ambaŭ la indiko kaj havena eniro (12%); Figuroj 3D, 3E, kaj 3H). Por ilustri la forton de respondoj de unuoj Type 1 kaj Type 2 al task-rilataj eventoj, ni grafike prezentis ĉiun ĉelon en tridimensia intrigo laŭ Z-poentaro (Figuro 3Mi). Por montri la distribuadon de fazaj ŝanĝoj en pafado al multnombraj eventoj rilataj al kvalita nivelo, ni grafike prezentis la nombron da ĉeloj de ĉiu speco-respondo kiu falis en donitan kategorion (Figuro 3J).

Donita la bone difinitan rolon de la VTA en rekompenco-antaŭdira eraro (ekz. La faza redukto de DA-neŭrona pafado responde al la neatendita preterlaso de rekompenco kaj la faza ekscito responde al neatendita rekompenco) (Schultz et al., 1997), ni esploris ĉu LH-neŭronoj kodus la neatenditan preterlason de sakarosa rekompenco. Por fari tion, ni registris la neŭralan agadon de fotorespondemaj neŭronoj dum la sama tasko-rekompenco ĉe bone trejnitaj bestoj sed hazarde preterlasis 30% de sakarozaj liveroj post la signalvorto (Figuro 4A).

La plimulto de unuoj de Tipo 1 (88%; n = 15/17, dunoma distribuo, p = 0.001) estis nesentemaj por rekompenci preterlason (Figuroj 4B kaj 4D), dum granda subaro de Tipo 2-unuoj (67%; n = 12/18) montris signife malsaman respondon al rekompencitaj prezentoj kaj rekompencaj ellasitaj provoj (Figuroj 4C kaj 4D). Ni finis ke LH-VTA (Tipo 1) neŭronoj kodis la agon eniri la havenon, ĉar ĉi tiuj eniraj respondoj estis persistaj eĉ post rekompenco.Figuro 4D), kontraste al Tipo 2-unuoj (chii-kvadrato = 10.9804, p = 0.0009).

Por determini ĉu la respondoj de Tipo 1 al havena enigo vere kodas la kondiĉitan respondon (CR), male al ĝenerala rekompenco-serĉado aŭ esplorado, ni registris en nespertaj musoj ankoraŭ ne akirintaj la taskon. En tasko-naivaj musoj, ni liveris sakarozon al la haveno en manko de antaŭdira raporto (nerevenebla rekompenso) kaj trovis, ke Tipo 1-unuoj ne montris fazajn respondojn al havena eniro (Figuroj 4E, 4F, kaj 4I), kongrue kun la modelo, kiun Tipo 1 neŭronoj kodas la CR (Figuro 4J).

Poste, por determini ĉu Tipo 2-aga aktivaĵo kongruas kun rekompensa prognozo-simila respondo profilas, ni ankaŭ registris ĉi tiujn neŭronojn en bone trejnitaj bestoj dum neantaŭdirita rekompenca liveraĵoFiguro 4G). Ni trovis, ke subaro de unuoj de Tipo 2 respondis al neantaŭviditaj sakarozaj liveroj (50%; Figuroj 4G-4I). Prenite kune, subaroj de Tipo 2-unuoj estas sentemaj al neatendita rekompenta neagoFiguroj 4C kaj 4D) kaj neanticelulita rekompencoFiguroj 4G-4I), kongrua kun rekompenc-responda profilo de rekompenco-antaŭdiro.

Kiel ni montris pli supre, Tipo 1-unuoj reprezentas neŭran korelacion de CR. Gravas, ke la pliigo de la pafo-rapideco komenciĝas antaŭ CR, pliiĝante ĝis la CR estis kompletigita (Figuroj 3B, 3C, kaj 4B). Por determini ĉu aktivado de la vojo LH-VTA povus antaŭenigi CR, ni volis testi la kapablon de LH-VTA-aktivigo en veturado de CR antaŭ malutila konsekvenco. En sovaĝaj-tipaj musoj, ni esprimis ChR2-eYFP aŭ eYFP sole en LH-ĉelaj korpoj kaj enplantis optikan fibron super la VTA.Figuroj 5A kaj S4). Inverse, por testi la rolon de la LH-VTA-vojo en mediacia CR aŭ manĝ-rilataj kondutoj, ni duflanke esprimis NpHR-eYFP aŭ eYFP sole en LH-ĉeloj kaj enplantiĝis optikan fibron super la VTA (Figuroj 5A kaj S4).

Ni desegnis Pavlovian kondiĉon taskon en kiu manĝo-senhavaj musoj devis transiri kolizio reto por rekuperi sakarozon rekompenco (Figuro 5B). En la unua "bazlinia" epoko (kun la ŝoka krado malŝaltita), ni kontrolis, ke ĉiu muso akiris la pavlovian kondiĉitan alproksimiĝan taskon. En la dua ("Ŝoko") epoko, la ŝoka krado liveris mildajn piedŝokojn ĉiun sekundon. Fine, en la tria epoko ("Ŝoko + Lumo"), ni daŭre liveris piedŝokojn sed ankaŭ lumigis LH-finaĵojn en la VTA kun blua lumo (10 Hz) en musoj esprimantaj ChR2 kaj kongruitajn eYFP-kontrolojn kaj flavan lumon (konstantan) por musoj esprimantaj NpHR kaj iliajn eYFP-kontrolojn (Figuro 5B).

Ni observis signife pli altan nombron de eniraj enirejoj po signalon dum la Shock + Light-epoko kaj signife pli altan diferencon (Shock + Light-epoko - Shock-only-epoko) en ChR2-musoj relative al eYFP-musoj (Figuro 5C kaj Filmo S1). En kontrasto, fotoinhibicio de la LH-VTA-vojo solviĝis en signifa redukto de eniraj eniroj per indikaĵo kaj diferenco en la NpHR-musoj relative al eYFP-musoj.Figuro 5D kaj Filmo S2). En-sesiaj formortestoj dum kiuj cue-prezentoj ne estis sekvitaj de sakarozaj liveraĵoj montris similajn tendencojn efike (Figuro S4).

Gravas, ni volis determini ĉu la ŝanĝoj en sakarozaj serĉado, kiujn ni akiris, estis kaŭzitaj de ŝanĝoj en manĝokvanto aŭ sentemo pri doloro. Ni observis, ke fotoaktivigo de la projekcio LH-VTA signife pliigis la tempotempon manĝantan en bone nutritaj musoj en la grupo ChR2 (Figuro 5E). Tamen, fotoinhibicio de la LH-VTA-vojo ne reduktis signife manĝadon (Figuro 5F), kvankam ĉi tiuj bestoj estis senhavaj manĝaĵoj por plibonigi nian kapablon detekti redukton rilate al la baza linio (komparu al satigitaj bestoj en Figuro 5E). En nek la ChR2 (Figuro 5G) nek NpHR-grupo (Figuro 5H) ĉu ni observis diferencon de latenteco al vosta retiriĝo de varma akvo (Ben-Bassat et al., 1959, Grotto kaj Sulman, 1967), indikante ke manipuli la projekcion de LH-VTA ne ŝanĝis analgezon.

Por studi la konsiston de la rapidaj transdonaĵoj de LH-enigoj al la VTA, kiuj provokis ĉi tiujn efikojn, ni realigis registradojn de tutĉelaj diakiloj de VTA-neŭronoj en akra tranĉa preparado dum optike aktivigante LH-enigaĵojn esprimantajn ChR2-eYFP (Figuroj 6A kaj S5). Konsiderante, ke ekzistas bone establita heterogeneco ene de la VTA, inkluzive de neur65% DA neŭronoj, ∼30% GABA-neŭronoj kaj ∼5% glutamataj neŭronoj (Margolis et al., 2006; Nair-Roberts et al., 2008, Yamaguchi et. al., 2007), ni plenigis ĉelojn per biocitino dum registrado por permesi identigon de ĉela tipo per post-hoc imunohistoochememio por tirozina hidroksilazo (TH; Figuro 6B), aldone al registrado de la katela kurento aktivigita per hiperpolarigo (mi_h) kaj surĵeto de ĉela loko (Figuroj 6B kaj S5).

Unue, ni registris en kuranta-krampo dum fotostimulado de ChR2-esprimantaj LH enigoj kaj observis, ke 23 de 27-neŭronoj montris tempon ŝlositan respondon al fotostimulado de LH-enigoj (Figuro 6C). La plimulto de DA neŭronoj specimenitaj en la VTA ricevis puran ekscititoran enigon de la LH (56%), dum alia subaro montris puran inhibicion (30%; Figuro 6C). La spaca distribuo de ĉi tiuj DA-neŭronoj estas mapita al atlaso por horizontalaj tranĉaĵoj enhavantaj la VTA.Figuro 6D).

Por establi la monosinaptan kontribuon de LH-enigaĵoj al VTA DA-neŭronoj, ni uzis ChR2-helpitan cirkvitan mapadon, kie tensiaj krampaj registradoj estis faritaj ĉe ĉeesto de tetrodotoksino (TTX) kaj 4-aminopiridino (4AP; Petreanu et al., 2007) . Kongrue kun niaj observoj de aktualaj krampaj registradoj, ni observis, ke la plimulto de registritaj neŭronoj VTA DA ekskluzive ricevis ekscitan monosinaptan enigon de la LH (67%), kompare kun VTA DA neŭronoj, kiuj ekskluzive ricevis inhibician monosinaptan enigon (11%), aŭ ambaŭ (22%; Figuroj 6E kaj S6).

Ni identigis neŭronojn VTA GABA injektante fluoroforon dependan de Cre (AAV)₅-DIO-mCherry) en la VTA de musoj VGAT :: Cre kaj uzis mCherry-esprimon por direkti la registradon de neŭronoj VTA GABA (n = 24; Figuro 6F). Kvardek-ses procentoj de VTA GABA-neŭronoj reagis per pura ekscito, dum 54% respondis kun neta inhibicio, al fotostimulado de ChR2-esprimantaj LH-enigoj.Figuro 6G). La spaca distribuo de ĉi tiuj ĉeloj estas montrita en Figuro 6H. Post ekzameno de la monosinada enigo de la LH (kiel priskribita supre), ni trovis ke 18% de specimenitaj GABA-neŭronoj ricevis ekskluzive ekscitan entrulon kaj 9% ricevis ekskluzive inhibicia enigo (Figuro 6Mi). Tamen, rilate al neŭronoj de VTA DA, ni trovis, ke pli da neŭronoj de VTA GABA ricevis ambaŭ ekscitajn AMPAR-mediaditajn kaj inhibajn GABA._AR-mediata monosinapta enigo de la LH (73%; -i-kvadrato = 5.0505, p = 0.0246; Figuroj 6Mi kaj S6).

Konsiderante, ke niaj eks-vivaj registradoj provizis pruvojn, kiuj subtenas fortan kontribuon de ambaŭ GABAergic kaj glutamatergic LH-projekcioj al la VTA, ni sekve esploris la rolon de ĉiu ero sendepende. Por fari tion, ni uzis transgenajn musliniojn esprimantajn Cre-rekombinazon en neŭronoj, kiuj esprimis aŭ vezikan glutamatan transportilon 2 (VGLUT2) aŭ vezikan GABA-transportilon (VGAT). Ni injektis AAV₅-DIO-ChR2-eYFP aŭ AAV₅-DIO-eYFP en la LH de VGLUT2 :: Cre kaj VGAT :: Cre musoj kaj enplantis optikan fibron super la VTA (Figuro S7). Ĉi tiuj bestoj tiam estis prizorgitaj sur ĉiu el la kondutaj testoj montritaj en Figuro 5.

Ni ne observis iujn detekteblajn diferencojn en la nombro de havenaj eniroj faritaj de cue inter musoj esprimantaj ChR2 aŭ eYFP en la LH.^troa-VTA projekcio (Figuro 7A) aŭ en la LH^GABA-VTA projekcio (Figuro 7B). Tamen laŭ videanalizo, ni rimarkis malnormalajn mordajn kondutojn en LH^GABA-VTA: ChR2-grupo sur blua-luma lumigo (vidu.) Filmoj S3 kaj S4). En LH^troa-VTA-musoj, kvankam estis tendenco al redukto de manĝado de fotostimulado en la grupo ChR2 kompare kun la eYFP-grupo, ĉi tio ne estis statistike signifa.Figuro 7C). En kontrasto, ni observis fortan pliiĝon en la tempo pasigita en rafinitajn musojn antaŭ lumigado en LH^GABA-VTA: ChR2-grupo rilate al kontroloj (Figuro 7D kaj Filmo S3). En ambaŭ grupoj de bestoj ne estis efiko de luma stimulo en la vosto-retiriĝan teston (Figuroj 7E kaj 7F).

Dum la nutraĵa tasko, kiel ni faris dum la serĉanta sakarosa tasko, ni rimarkis denove malnormalajn manĝ-rilatajn motorajn sekvencojn, kiuj ne estis direktitaj al manĝaĵo. Ni filmis reprezentan muson en la LH^GABA-VTA: ChR2-grupo en malplena travidebla ĉambro, kaj per 20 Hz-fotostimulo, ni observis nekutimajn apetitivajn motorajn sekvencojn kiel lekado kaj ronĝado de la planko aŭ malplena spaco (Filmo S4). Ni kvantumis ĉi tiujn "mordajn" kondutojn dum la nutraĵa tasko en la sovaĝa tipo LH-VTA (Figuro 7G), LH^troa-VTA (Figuro 7H), kaj LH^GABA-VTA (Figuro 7Mi) grupoj kaj montris, ke LH^GABA-VTA: ChR2-musoj mordis pli ol natur-tipa aŭ LH^troa-VTA: ChR2-musoj kiam fotostimulitaj, kompare al iliaj respektivaj eYFP-grupoj (Figuro 7J). Ni konsideris ĉu la malnormalaj manĝaj rilatoj povus esti apartigitaj de taŭge direktita manĝo ĉe pli malaltaj frekvencoj. Tamen, kiam ni provis la LH^GABA-VTA: ChR2-grupo kun 5 Hz kaj 10 Hz-trajnoj de blua lumo, ni observis proporcian rilaton inter stimula ofteco kaj ambaŭ manĝado kaj ronĝado (Figuro 7K).

La LH projekcio al la VTA estis esplorita per elektra stimula kolizio studoj (Bielajew kaj Shizgal, 1986) kaj longe estis hipotezita ludi rolon en rekompensprilaborado (Hoebel kaj Teitelbaum, 1962, Margules kaj Olds, 1962), sed identiganta ĉi tion rolo estis defio. Ĉi tie ni disponigas detalan dissekcion de kiel individuaj komponantoj de la buklo LH-VTA procesas diversajn aspektojn de rekompencaj taskoj.

Per la uzo de optogenet-mediaciita fototagado (Figuro 1), ni identigis du apartajn populaciojn de Neŭronoj de LH: ĉeloj, kiuj sendas projekciojn al la VTA (Tipo 1) kaj ĉeloj, kiuj ricevas reagon de la VTA (Tipo 2; Figuro 2) - kvankam ĉi tiuj populacioj ne bezonas esti reciproke ekskluzivaj, ĉar eblas ke neŭronoj de LH povus kaj sendi kaj ricevi enigojn de kaj al la VTA. Interese, ni trovis, ke relative malmultaj fotorrespondaj neŭronoj falis ekster la bimodala distribuo kunkaptante ĉi tiujn du populaciojn (Ciferoj S2B kaj 1E). Konsiderante ĉi tion, kombine kun la longa latencia malfruo en tipo 2-fotorespondoj (~ 100 ms), ni konjektas, ke povas esti unu reganta vojo kontribuanta al la agado de tipo 2-neŭronoj. Aldone, ĉar DA ligas G-proteinajn kuplitajn ricevilojn, la kinetiko estas pli malrapida ol plej multaj glutamatergiaj sinapsoj (Girault kaj Greengard, 2004) kaj povas klarigi ĉi tiun aron de 100 ms-latentaj fotorespondaj unuoj. Eblas ankaŭ, ke la VTA povas provizi nerektan retrosciigon tra aliaj distalaj regionoj, per ekscitaj interaj regionoj kiel la amigdalo, aŭ kun desinhibición per la kerno accumbens (NAc) aŭ lita kerno de la strio terminalis (BNST).

Kurioze, dum fotostimulo de unuoj de Tipo 1 elvokas ekscitajn respondojn en unuoj de Tipo 2, Tipo 1 kaj 2-unuoj montras apartajn kondutajn kodajn ecojn. Ekzemple, la nombroj de unuoj de Tipo 1 kaj Tipo 2, kiuj selekte kodas la rekompencan antaŭdiron, signife diferencas (n = 0/19 Tipo 1 kontraŭ n = 12/34 Tipo 2, ,i-kvadrato = 8.67, p = 0.003) . Ĉi tiu paradoksa responda ŝablono povus ŝuldiĝi al komputaj procezoj ĉe meza cirkvita elemento, kiel ekzemple la VTA, kiu eble ludas aktivan rolon dum la konduta tasko sed neaktiva dum fototagado. Aldone, la konduta stato de la besto povus influi, kiel ĉi tiuj datumoj estas prilaboritaj.

Niaj rekompencaj eksperimentoj ne permesis distingi inter LH-neŭra kodoprezento de la CR kaj la konsumado de la senkondiĉa stimulo (Usono). En ĉi tiuj eksperimentoj, subaro de Tipo 2-unuoj respondis al la rekompenso-prognozaj sugestoj (CS) kaj Usono kaj ankaŭ montris malkreskon en pafadprocento kiam atendataj rekompencoj estis preterlasitaj. Plie, subaro de Tipo 2-unuoj ankaŭ montras fazan eksciton al neatendita rekompenta liveraĵo (Figuroj 4G kaj 4H). Ĉi tiuj datumoj memorigas la manieron kiel DA-neŭronoj en la VTA kodas rekompencan antaŭdiron-eraron (Cohen et al., 2012; Schultz et al., 1997). Ni konjektas, ke VTA-neŭronoj povas transdoni rekompencajn antaŭdirajn erarajn signalojn al subaro de LH-neŭronoj, kiuj estas bone poziciigitaj por integri ĉi tiujn signalojn por la determino de taŭga konduta eligo. Specife, la LH estas fortike interligita kun amaso da aliaj cerbaj areoj (Berthoud kaj Münzberg, 2011) kaj estis kaŭze ligita al homeostataj statoj kiel dormo / ekscito kaj malsato / sateco (Carter et al., 2009, Jennings et al. , 2013).

Kompetenta kompensserĉa konduto ĉefe estis diskutita en la kunteksto de drogmanio, en kiu klasika paradigmo por sindeviga drogserĉado devis ekzameni la gradon, en kiu drogoserca konduto persistas spite al negativa konsekvenco, kiel pieda ŝoko. (Belin et al., 2008, Pelloux et al., 2007, Vanderschuren kaj Everitt, 2004). Ni adaptis ĉi tiun taskon por sakarozo serĉanta por permesi al ni esplori ĉu aktivigo de la vojo LH-VTA sufiĉis por antaŭenigi sindevigan sakarozan serĉadon. Konsiderante, ke klara diferenco inter drogo kaj natura rekompenco estas, ke drogaj rekompencoj ne necesas por postvivi, estas diskutado pri kiaj kondutoj konsistigus sindevigan konduton de sakarozo aŭ manĝaĵo. Alternativa interpreto de niaj datumoj estas, ke aktivigo de la LH-VTA-vojo simple pliigas motivan motivon aŭ la emon serĉi apetitajn plifortigilojn. Ĉar la indicoj de obezeco pliiĝis dum la lastaj jardekoj (Mietus-Snyder kaj Lustig, 2008), sindeviga tromanĝado kaj sukera dependeco estas ĝeneralaj kondiĉoj, kiuj estas grava minaco por homa sano (Avena, 2007). La manĝa konduto ĉe musoj satigitaj (plene nutritaj) post aktivigo de la vojo LH-VTA rememorigas manĝajn kondutojn viditajn ĉe homoj diagnozitaj de sindeviga tromanĝa malordo (aŭ ekscesa manĝa malordo) (DSM-V).

Estis proponite ke ripetaj agoj kondukas al formado de kutimoj, kiuj mem kondukas al la deviga rekompenco serĉanta, kiu karakterizas dependecon (Everitt kaj Robbins, 2005). Nia trovo, ke LH-VTA-neŭronoj nur kodas havenan eniron post kondiĉado sugestas, ke ĉi tiu vojo selekteme kodigas kondiĉitan respondon, ne nur motivitan agon. Ĉi tio kongruas kun niaj observoj, ke optike aktiviganta ĉi tiu projekcio povas antaŭenigi kompulsan rekompencan serĉadon antaŭ negativa konsekvenco (Figuro 5C), kaj ankaŭ en la manko de bezono (kiel vidita en sata musoj, Figuro 5E). Ĉi tiu interpretado estas plue pruvita de nia trovo, ke la fotoinhibicio de la vojo LH-VTA selekteme reduktas kompulsan sakarozan serĉadon (Figuro 5D) sed ne reduktas manĝadon en manĝ-restriktitaj musoj (Figuro 5F). Unu el la plej grandaj defioj en kuracado de compulsiva manĝo-troaĵo aŭ blunt-manĝanta malordoj estas la risko de difektado de manĝoraptoj ĝenerale. De translacia perspektivo, ni eble identigis specifan nervan cirkviton kiel eblan celon por la disvolviĝo de terapiaj intervenoj por compulsiva manĝo-manĝo aŭ sukera toksomanio sen oferi naturajn manĝajn kondutojn.

Ni montras, ke krom glutamaterga LH-VTA-komponanto (Kempadoo et al., 2013), ekzistas ankaŭ signifa GABAergic-komponanto en la projekcio (Leinninger et al., 2009), kaj ke LH-neŭronoj sinapsas rekte sur kaj DA kaj GABA-neŭronoj en la VTA (Figuro 6). Tamen, estas diferenco en la ekvilibro de la ekscita / inhibicia enigo sur VTA DA kaj GABA-neŭronoj.

Dum ni uzis proceson inmunohistoquímico por kontroli la identecon de la neŭronoj VTA, ni ankaŭ mezuris mi_h, hiperpolusiĝo-aktivigita interne korektanta nespecifan katjonan fluon (Lacey et al., 1989, Ungless kaj Grace, 2012). La ĉeesto de ĉi tiu fluo estis vaste uzata en elektrofiziologiaj studoj por identigi DA-neŭronojn, sed ĝi montriĝis ĉeestanta nur en subpopulacioj de DA-neŭronoj, difinitaj per projekcia celo (Lammel et al., 2011). Kvankam ĝi antaŭe estis proponita en recenzo de Fields kaj kolegoj, ke "LH-neŭronoj sinapasas al VTA-projekcioj al la PFC, sed ne al tiuj projektantaj al la NAc" (Fields et al., 2007), niaj datumoj sugestas, ke ĉi tiu diskutado estu remalfermita. por plua esplorado. Kvankam ni observis subaron de DA-neŭronoj, kiuj ricevis netan eksciton de la LH kaj posedis tre malgrandan I_h (kongrua kun mPFC- aŭ NAc-mediala konko-neŭronoj), ni ankaŭ observis subaron de DA neŭronoj kiuj ricevis puran ekscitoria enigo kaj montris grandan Mi_h (kongruas kun karakterizaĵoj de DA neŭronoj projektantaj al la flanka ŝelo de la NAc; Figuro S5; Lammel et al., 2011). Male, neŭronoj de VTA DA, kiuj ricevis netan inhibician enigon, montris tre malgrandan I_h aŭ mankis ĉi tiu fluo, kio kongruas kun la nocio, ke la LH sendas ĉefe inhiban enigaĵon al neŭronoj VTA DA projektantaj al la mPFC aŭ la meza ŝelo de la NAc. Ni ankaŭ montras, ke LH-enigoj povas esti observataj en ambaŭ mediaj kaj flankaj VTA, sugestante, ke la LH provizas enirojn al VTA-neŭronoj kun diversaj projekciaj celoj, ĉar oni scias, ke VTA-projekcia celo respondas iom al spaca loko laŭ mez-flanka akso ( Lammel et al., 2008).

La rolo de la LH-VTA-vojo por antaŭenigi rekompencon estis antaŭe atribuita al glutamaterga transdono en la VTA (Kempadoo et al., 2013), ĉar la iniciatinto de CaMKIIα ofte pensas, ke ĝi estas selektema por ekscitaj projekciaj neŭronoj. Tamen niaj datumoj klare montras, ke esprimi ChR2 sub la kontrolo de la CaMKIIα-iniciatinto ankaŭ celas GABAergic-projekciajn neŭronojn en la LH (Figuro 6).

La konduto elogata de fotostimulado de LH^GABA-VTA-vojo estis furioza, mis-direktita kaj maladaptita (Filmo S4). Unu interpreto estas tiu aktivigo de la LH^GABA-VTA-vojo sendas signalon al la muso, kiu kaŭzas la rekonon de apetito plifortiganto. Alternativa interpreto estas, ke la LH^GABA-VTAa vojo povus instigi stimulan elstaraĵon aŭ intensan "deziron", kongruan kun signala bazo kondiĉita, sed je ne-fiziologia nivelo, kiu produktas ĉi tiun malnorman manĝadon (Berridge kaj Robinson, 2003). Konsekvence kun ĉi tio, estas eble tiu aktivigo de la LH^GABA-VTA-projekcio efektive produktas intensajn sentojn de avido, aŭ instigas manĝi. Tamen niaj eksperimentoj montras tiun aktivigon de LH^GABA-VTA ne produktas pliiĝon en kompulsieca sakarozo serĉanta, sed ĉi tio verŝajne pro la troa ronĝado kaj malnormala apetitema kondutoj fokusitaj al nemateriaj objektoj en la testĉambro. Kvankam estas malfacile determini la sperton de la muso dum ĉi tiu manipulado, estas klare, ke taŭgaj kondutoj rilatigitaj al taŭga direkto postulas la kunordigitan aktivigon de ambaŭ la GABAergiaj kaj glutamatergaj komponantoj de la vojo LH-VTA.

Optogenetikaj kaj farmakogenetikaj manipuladoj estas potencaj iloj por establi kaŭzajn rilatojn, tamen ili ne montras la endogenajn, fiziologiajn trajtojn de neŭraj cirkvitaj elementoj. Nia studo unuigas informojn pri la sinapta konektebleco, la nature okazanta endogena funkcio, kaj la kaŭza rolo de la vojo LH-VTA, provizante novan nivelon de kompreno pri kiel informoj estas integritaj en ĉi tiu cirkvito. Ĉi tiuj rezultoj emfazas la gravecon ekzameni la funkcian rolon de neŭronoj per konektebleco, aldone al genetikaj markiloj. Neŭronoj de LH-VTA selektite kodis la agadon de serĉado de rekompenco sed ne kodis ekologiajn stimulojn, dum rekompensaj stimuloj kaj rekompenc-prognozaj signaloj estis koditaj de diskreta populacio de LH-neŭronoj laŭflue de la VTA. Plue, ni identigis specifan projekcion, kiu kaŝe estas ligita al compulsiva sakarozo-serĉanta kaj manĝokonduto. La heterogeneeco en la projekcio LH-VTA estas necesa por provizi adaptiĝan ekvilibron inter veturado de motivado kaj regulado de taŭgaj apetitecaj kondutoj. Ĉi tiuj trovoj provizas komprenojn rilatajn al patologiaj kondiĉoj kiel kompulsiva troa manĝo, sukero toksomanio kaj obezeco