Dopamiini D1 retseptor moduleerib hipokampuse esindatuse plastilisust ruumilise uudsuse suhtes (2008)

J Neurosci. 2008 detsember 10; 28 (50):13390-400. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2680-08.2008.

Tran AH1, Uwano T, Kimura T, Hori E, Katsuki M, Nishijo H, Ono T.

Abstraktne

Inimeste hipokampus on õppimise ja mälu jaoks kriitiline. Närilistel tulevad hippokampuse püramiidsed neuronid asukohapõhisel viisil, moodustades keskkonnaalaste vihjeid. On näidatud glutamatergiliste süsteemide tähtsust õppimisel ja hipokampuse närvisünaptilises plastilisuses. Dopamiinergiliste süsteemide roll hippokampuse närvi plastilisuse vastuses uudsetele ja tuttavatele ruumilistele stiimulitele jääb siiski ebaselgeks. Selle olulise küsimuse selgitamiseks salvestasime dopamiini D (1) retseptori knock-out (D1R-KO) hiirtelt hipokampuse neuroneid ja nende metsiktüüpi (WT) pesakondade tüüpilisi, kes töötasid erinevatel ruumilistel märkidel tuttavas ja uudses keskkonnas. Siin teatame, et WT-hiirtel reageerisid enamik koharakud kiiresti distaalsete ja proksimaalsete märkide manipuleerimisele nii tuttavates kui ka uudsetes keskkondades. Seevastu eemaldati D1R-KO hiirtel distaalsete vihjete mõju ruumilisele põletamisele. D1R-KO hiirtel hõlbustati proksimaalsete märkide mõju tuttavas keskkonnas ja uudses keskkonnas reageerisid enamik kohtrakkudest vähem tõenäoliselt ruumiliste märkide muutustele. Meie tulemused näitavad, et hippokampuse neuronid hiirtel võivad kiiresti ja paindlikult kodeerida informatsiooni ruumi kohta nii distaalsest kui ka proksimaalsest märgist, et krüpteerida uus keskkond. See võime on vajalik paljude õppimisviiside jaoks ning D1R-i puudumine võib seda õppimisega seotud närviaktiivsust radikaalselt muuta. Teeme ettepaneku, et D1R on otsustavalt seotud ruumiandmete kodeerimisega uudsetes keskkondades ning mõjutab hipokampuse esinduste plastilisust, mis on ruumilise õppimise ja mälu seisukohalt oluline.

Sissejuhatus

Hipokampuse moodustumine (HF) inimese ja teiste primaatide puhul on episoodilise mälu jaoks kriitiline (Maguire et al., 1998; Eichenbaum jt, 1999; Rullid, 2005; Rolls ja Xiang, 2005). HF-i kahjustused või manipulatsioonid närilistel põhjustavad ruumilise õppe defitsiiti (Gasbarri jt, 1996; Whishaw et al., 1997; Wilkerson ja Levin, 1999) ja hippokampuse neuronite salvestused närilistel on näidanud, et nad tulevad asukohapõhiselt (O'Keefe ja Dostrovsky, 1971; Wilson ja McNaughton, 1993; O'Keefe ja Burgess, 1996) koos väliste ja sisemistega (Muller ja Kubie, 1987; Wiener et al., 1989; Gothard et al., 1996; Hetherington ja Shapiro, 1997; Shapiro et al., 1997; Knierim et al., 1998; Zinyuk et al., 2000; Lever et al., 2002; Leutgeb et al., 2005a,b) või kontekstuaalne teave (Gill ja Mizumori, 2006), mis näitab rolli ruumilises mälus (Wilson ja McNaughton, 1993; Leutgeb jt, 2005). Lisaks näib, et HF pakub füüsilise ruumi närviesitlust, kuigi on pakutud ka laiemaid funktsioone (Maguire et al., 1998; Eichenbaum jt, 1999). Arvatakse, et ruumi raku-esindus on teatud ruumilise õppe vormide aluseks.McHugh jt, 1996, 2007; Cho jt, 1998; Kentros et al., 1998; Eichenbaum jt, 1999; Rotenberg et al., 2000; Dragoi jt, 2003). Leiti, et dopamiin D1 retseptori knock-out (D1R-KO) hiirtel oli halvenenud ruumiline õppimine ja muutunud ruumiline aktiivsus tuuma accumbensis (El-Ghundi jt, 1999, Tran et al., 2005). Kuna dopamiin moduleerib hipokampuse sünaptilist plastilisust (Otmakhova ja Lisman, 1996; Matthies et al., 1997; Swanson-Park jt, 1999; Li et al., 2003) oletatakse, et D1R-KO hiirtel on hippokampuses ruumiliste kujutiste omandamine halvenenud. Käesolevas uuringus testiti seda hüpoteesi, võrreldes D1R-KO ja metsiktüüpi (WT) hiirtel paikneva raku aktiivsust vastuseks ruumilistele cue manipulatsioonidele tuttavates ja uudsetes keskkondades.

Materjalid ja meetodid

Loomad.

Käesolevas neuronite salvestamise eksperimendis kasutati kümmet isast WT hiirt (26-33 g) ja 7-i isaseid D1R-KO hiiri (24-29 g). Hiiri reprodutseeriti koostöölaboris (Rahvusliku Bioloogia Instituut, Riiklikud Loodusteadused).

D1R-KO hiirte genereerimine.

Hiire dopamiin D1 retseptori geen eraldati 129 / Sv hiire genoomse DNA raamatukogust (Stratagene), hübridiseerides 884 bp PCR saadusega, mille praimeripaarid on 5'-TCC AAG GTG ACC AAC TTC TTT GT-3 'ja 5'-CTA TAG CAT CCT AAG AGG GT CGA-3 '. Sihtimisvektor konstrueeriti nii, et kogu kodeeriv järjestus kustutatakse, kasutades järgmisi DNA fragmente: 1.2 kb MC1 promootor-difteeria toksiini-A fragmenti geen (DT-A) negatiivseks selektsiooniks, 2.8 kb BglI-AvrII fragment, mis sisaldab hiire D1R geeni ülesvoolu piirkonda, 2.3 kb PGK promootorit-Escherichia coli ksantiin-guaniini fosforibosüül transferaasi geen (gpt), 1.1 kb MC1 promootor-neomütsiini geen (neo), 6.5 kb AvrII-BamHI fragment, mis sisaldab 3'-transleerimata piirkonda ja külgnevat piirkonda, ja plasmiid pBluescript (Joon. 1A). Kultiveeritud E14TG2a IV ES rakud (2.5 × 107 rakud) transfekteeriti 50 μg lineaarselt suunatud vektoriga elektroporatsiooni 500 μF mahtuvusega, 270 V / 1.8 mm (ECM600, BTX Electro Cell Manipulator), millele järgnes selektsioon G418-ga (250 μg / ml) pärast transfektsiooni. Kokku koguti 120i ravimiresistentsed kolooniad ja genoomne DNA allutati Southern blot analüüsile homoloogse rekombinatsiooni kinnitamiseks. D1R-KO hiired genereeriti, kasutades homoloogseid rekombinantseid ES-rakke, nagu on eelnevalt kirjeldatud (Yamaguchi jt, 1996; Koera et al., 1997). D1R-KO hiired läksid tagasi 57 põlvkondade C6BL / 6J (B10 / J) tüvele ja säilitati B6 / J geneetilises taustas. Järeltulija saba-DNA analüüsiti PCR-iga, kasutades nelja praimerit: (praimer a) D1TET-1, 5 'CAG AAG ACA GGT GGA AAG CA 3', (praimer b) mD1Rexon2.seq, 5 'TCC ATG GTA GAA GTG TTA GGA GTA 3 ', (praimer c) neo10, 5' ATC AGA GCA GCC GAT TGT CTG TTG 3 'ja (praimer d) D1R3′60R, 5' GTT GGA GAA GTT CTG TAA CTG TCC 3 '. PCR seisund oli järgmine: denatureerimine 94 ° C juures 4 min, millele järgnes 30 tsükli 1 min 94 ° C juures, 1 min 60 ° C juures, 1 min 72 ° C juures, lõplik pikendus 72 ° C juures 5 min ja säilitamine 4 ° C juures. Metsikut tüüpi ja mutantsed alleelid vastasid 234 ja 460 bp PCR produktidele (Joon. 1B). Kõik katsed viidi läbi vastavalt Toyama Ülikooli ja Rahvusliku Bioloogia Instituudi juhistele.

Joonis 1. 

D1R-KO hiirte genereerimine ja D1R valgu ekspressioon WT ja D1R-KO hiirte ajus. A, WT alleeli, sihtmärgi vektori ja hiire D1R geeni mutantse alleeli skemaatiline esitus. Kodeerivad ja tõlkimata piirkonnad on vastavalt näidatud suletud ja avatud lahtritena. PCR genotüpiseerimise praimerid (praimerid a, b, c ja d) on näidatud väikeste noolepeadena, mida tähistavad vastavalt a, b, c ja d. A BamHI-ala on vajaduse korral märgitud sulgudega. Difteeria toksiini A alaühik (DT-A), E. coli ksantiin-guaniini fosforibosüül transferaasi (gpt) ja neomütsiini suhtes resistentsed (neo) geenid on näidatud avatud kastidena. B- metsiktüüpi (D1R + / +), heterosügootse (D1R +/−) ja homosügootsete (D1R - / -) mutantide hiirte PCR genotüpiseerimine. WT-alleeli ja mutandi (KO) PCR-produktid on vastavalt 234 bp ja 460 bp. CWestern blot D1R-spetsiifilise antikeha abil näitas, et D1R-/ - hiirtel puudub D1R-valk täielikult.

Western blot analüüs.

Aju homogeniseeriti puhvris, mis sisaldas 100 mm Tris-HCl, pH 6.7, 1% SDS, 143 mm 2-merkaptoetanooli ja 1% proteaasi inhibiitori segu imetajate rakkudele (Nacalai Tesque). Kokku lüsaadid (iga valgu 200 μg) viidi läbi elektroforeesil 10% SDS-polüakrüülamiidgeelil ja kanti Immobilon-P membraanile (Millipore). Membraan blokeeriti 10-i sisaldava PBN-i (BD Biosciences) PBS-is toatemperatuuril ja inkubeeriti järjestikku roti monoklonaalse D30R-vastase antikehaga (Sigma, 1: 1 lahjendus), millele järgnes inkubeerimine mädarõika peroksidaasiga konjugeeritud kitse antikehaga. roti IgG (Sigma, 1000: 1 lahjendus) või küüliku antikeha vastu (Sigma, 1000: 1 lahjendus), millele järgneb inkubeerimine mädarõika peroksidaasiga konjugeeritud kitse antikehaga küüliku IgG vastu (Sigma, 1000: 1 lahjendus). Immunoreaktiivsed valgu ribad tuvastati vastavalt ECL tuvastamise komplekti (GE Healthcare) protokollile.

Elektroodide implanteerimine.

Hiired paigutati individuaalselt 12 h valgussükliga (tuled 8: 00 AM) ja neil oli ad libitum juurdepääs toidule ja veele. Enne eksperimentaalseid protseduure manustati hiirtele saabumisel vähemalt 1 nädal, et aklimatiseeruda laborikeskkonnaga. Kirurgiapäeval tuimastati hiired (pentobarbitaal, 40 mg / kg, ip) ja implanteeriti kahepoolselt monopolaarsete stimuleerivate elektroodidega (100 μm läbimõõt, roostevaba teras) intrakraniaalse enesetimuleerimise jaoks mediaalse eesmise kimbus tagumise külgsuunas. hüpotalamuse ala (Franklin ja Paxinos, 1997) (eesmine, -2.3 mm; keskjooneline, ± 0.70 – 0.75 mm ja dorsoventral, −5.3 – 5.4 mm). Hippokampuse CA2 piirkonna seljaosasse implanteeriti liikuv salvestusseade, mis koosneb keerdunud 17 μm nikroomtraadi (California Fine Wire Company) 8 tetrodest või 1-juhtmete komplektist.Franklin ja Paxinos, 1997) (1.8 mm bregma taga, 1.8 mm bregmale külgsuunas ja 1.4 mm kolju pinnast allpool) sama operatsiooni ajal. Kolju külge kinnitatud juveliiri kruvi toimis kõigil hiirtel maandatud elektroodina. Mikrodraiv kinnitati koljuni juveliiride kruvide ja hambatsemendi abil. Enne operatsiooni kullati elektroodide otsad impedantside vähendamiseks 100–300 kΩ-le 1 kHz juures.

Katseseadmed ja ruumilise ülesande koolitus.

Ruumiliste ülesannete koolituse aparatuur oli ümmargune avatud väli (80 cm läbimõõt, 25 cm kõrge sein); see tõsteti 80 cm kõrgusel põranda kohal ratastel, mis võimaldasid avatud põllu pöörlemist ja liigutamist käsitsi (Joon. 2A). Avamaad värviti seestpoolt mustaks ja ümbritseti musta kardinaga (läbimõõt 180 cm ja kõrgus 200 cm). Korpuse laes oli neli väikest kõlarit, mis olid paigaldatud ümbermõõdu lähedale, üksteisest 90 ° kaugusel, 4 hõõglampi, mis olid eraldi paigaldatud iga kõlari siseserva lähedale, ja videokaamera keskel. Tavaliselt süüdati lambipirn kella kolme ajal ja kõlar tekitas pidevalt kella üheksa ajal valget müra. Põletatud lambipirn ja kiirgav kõlar olid distaalsete vihjetena. Hiire pähe paigaldati väike 6 V lambipirn. Videokaamera (CinePlex, Plexon) teisendas reaalse videopildi signaali binaarsignaaliks ja jälgis väikese pirni horisontaalset liikumist. Labori arvuti (Dell, Precision 380) sai selle x ja y hiire pea koordinaadid 33 kaadrites / s. Hiiri koolitati avatud väljadel juhusliku toitumisega (Joon. 2B). Toitumisülesande jaoks ümbritsevad avatud välja ümber programmi piiritletud ümmargused piirkonnad (tasustamiskohad), mille keskused valiti ruudu piires juhuslikult, ning vallandas aju stimuleerimise hüved (BSR), kui hiir tuli tasu saitile. Pärast 5i intervalli viidi tasu saamise koht teise asukohta ja aktiveeriti uuesti

Joonis 2. 

Eksperimentaalsed seadistused, ruumilised ülesanded ja eksperimentaalsed manipulatsioonid. A, Eksperimentaalne seadistus. Hiirt sisaldavat avatud välja vaatas ülevalt keskelt CCD kaamera, mis andis märku hiire asukohast. Distaalsete vihjetena kinnitati lae neljale äärealale hõõguvad elektripirnid ja valge müra tekitavad kõlarid. Arvuti joonistas hiire jälje ja kontrollis tasu andmist stimulaatorilt. B, Juhusliku toitmise ülesanne: arvutiprogramm määratles juhuslikult ümmarguse tasu koha (väike paks punane ring). Hiir sai tasu, kui ta sisenes tasu saamisse, mis seejärel inaktiivseks (väike õhuke punane ring). START, hiire asukoht istungi alguses. Punased täpid, tasu kohaletoimetamise kohad. C, Manipulatsioonid tuttaval avatud alal. Standardsessioonil (baasjoon 1) lülitati lambipirn sisse kella 3 ajal ja kõlar tekitas pidevalt kella 9 ajal valget müra. Distaalses pöörlemisseansis pöörati distaalsete signaalide asukohta kambrikonstandiga 180 °. Lähimas pöörlemisseansis pöörati avakambrit 180 °, samal ajal kui distaalsed vihjed jäid muutumatuks. D, Manipuleerimine uues avatud valdkonnas. Ruutkamber asendas ümmarguse avatud välja. Kõik manipuleerimise testid olid sarnased tuttavates avatud väljades kasutatud testidega. Ajagraafik näitab seansside ja sektsioonide intervallide salvestamise kestust.

Üksuse eraldamine ja salvestamine.

Salvestuselektroodide komplekt on HF-s edasi arenenud ∼20 μm / d. Neuraalset aktiivsust registreeriti tavapärase salvestusprotseduuri abil, kui hiired tegid sööda. Kompleks-spike rakud määrati eelnevates uuringutes kirjeldatud kriteeriumide alusel (Ranck, 1973; Foster ja Wilson, 2006). Andmete kogumine algas siis, kui signaali-müra suhe ületas ühel elektroodil N4 korda. Signaali võimendamine, filtreerimine ja nihke lainekujude digiteerimine, kasutades põhikomponendi analüüsi platvormi, viidi läbi Plexon süsteemi abil. Salvestatud signaale amplifitseeriti 10,000 korda, filtreeriti 0.6i ja 3 kHz vahel, digiteeriti 40 kHz proovivõtu sagedusega ja salvestati arvuti kõvakettale, et sorteerida off-line. Digitaalsed neuronaalsed toimingud eraldati üksikute üksustena oma lainekuju komponentide abil, kasutades off-line sorteerija programmi (OfflineSorter, Plexon). Isoleeritud üksuste ülemised lainekuju joonistati, et kontrollida kogu salvestusperioodi jooksul muutumatust. Seejärel kontrolliti iga klastrit käsitsi, et tagada klastri piiride hea eraldatus ja lainekuju kujud toimimispotentsiaalidega. Iga eraldiseisva klastri jaoks koostati läbilõikevahemiku histogramm ja kasutati kahtlustatava mitme üksuse välistamiseks vähemalt 1.0 ms absoluutset refraktsiooniperioodi. Tetrode salvestamise näide on näidatud Joonis 3.

Joonis 3. 

Näide mitmeühiku salvestamisest tetrodiga, mis on eraldatud off-line sorteerija poolt. A, Iga elektroodi (E4-E1) poolt salvestatud 4-i neuronite (a, b, c, d) ülemised lainekuju tetrodist, mis vastab klastri analüüsile B. B, Klastri analüüs. The x- ja y-parameetrid tähistavad nelja tetrode elektroodi elektroodi 2 ja 1 signaalide tippväärtusi. Iga punkt tähistab üht närvipiirkonda, mis ületas määratud künnise. Tuvastati neli ümbritsetud klastrit (a, b, c, d). Valged klastrid, mis on hajutatud keskel ja vasakul ja paremal nurgal, kujutavad vastavalt baasjoone müra ja stimulatsiooni signaale. Kalibreerimine: 0.8 ms, 0.5 mV.

Manipuleerimine ringikujulises avamaal (tuttav keskkond).

Koht-raku aktiivsust jälgiti ringikujulises silindrilises kambris mitme 10 min seansi vältel, mille jooksul hiired juhuslikult otsisid BSR-i. Neuronid registreeriti järjestikustes seanssides, et määrata istekohtade vaheline stabiilsus ja ekstramaasi (distaalne) ja intramaasiline (proksimaalne) kontroll. Joonis 2C näitab järjestikuste seansside testimise skeemi. Standardsessioonis (eelerotatsioon, baasjoon 1) jälgiti neuronite aktiivsust, samal ajal kui hiired toitusid ümmargusel avatud väljal, valjuhääldi kiirgades valjuhääldi kella 9 ajal ja hõõguv elektripirn lülitati sisse 3 o 'ajal kella asend. Seejärel registreeriti neuronid distaalses kii pöörlemises ja proksimaalses kii pöörlemisseanssides. Distaalse signaali pööramise seansil pöörati distaalsete märkide asendit 180 °, samal ajal kui kambrit hoiti konstantsena. Proksimaalse signaali pöörlemisel pöörati kambrit 180 °, samal ajal kui distaalsed vihjed jäid muutumatuks. Pärast iga distaalse või proksimaalse seansi manipuleerimist registreeriti täiendav seanss, kusjuures distaalsed ja proksimaalsed vihjed viidi tagasi normaalsetesse tingimustesse. Kuna järjestikku salvestati mitu seanssi, ei olnud hiirt seansside vahel tavaliselt salvestuskaablist lahti ühendatud. Me ei teinud looma ruumilise orientatsiooni häirimiseks mingeid manipuleerimisi. Enne ja pärast iga salvestusseanssi toetus hiir 5 minutiks kastile, mis oli asetatud pjedestaalile väljaspool salvestuskambrit.

Manipuleerimine ruudu avatud alal (uudne keskkond).

Seejärel salvestati rakud uude avatud välja, et hiir esmakordselt kokku puututi. Uus avatud väli oli ruutkamber (suurusega 55 × 55 cm, 25 cm kõrgus), mis asendas tuttava avatud välja. Alternatiivselt kasutati kahte identset ruutkambrit. Uue keskkonna manipulatsioonide järjestused olid sarnased tuttavas keskkonnas kasutatavate järjestustega.Joon. 2D). Enne iga treeningut kas tuttavas või uues keskkonnas puhastati põrand 0.5% Hibitan lahusega (Sumitomo Company).

Aseta väljade piiritlemine.

Pöörete koguarvu jagamine kumulatiivse viivitusajaga kogu piksliga kogu seansi jaoks andis tulemuseks põlemiskiiruse kaardi. Pikslite põlemiskiiruse jaotuskarti oli esindatud värviskaala abil, mille pikslite suurus oli 2.4 × 2.4 cm. Pikslid, mida hiir avatud väljal ei käinud, kuvatakse hallina ja need, kus hiir külastas, kuid rakk, mida kunagi ei vallandanud, on valge piksliga. Nulli ületav põlemiskiirus hinnati kasvavas skaalal, kusjuures värvuskaalad olid sinised, sinised, rohelised, kollased ja punased. Piksleid, mille särituse kiirus on suurem kui kaks korda suurem, näidatakse punaste pikslite kujul. Kohtväljad olid piiritletud pikslite klastritena, kus süütamise kiirused ületasid kaks korda rohkem istungite süütamise kiirust. Kohtvälja võib jätkata läbi mis tahes serva, mida jagavad kaks kriteeriumi täitvat pikslit, kuid mitte nurkade kaudu. Kui üks või mitu naaberpikslit vastavad kriteeriumile, laiendati välja pikslid. Iga testitud pikslit testiti seejärel kriteeriumile vastava naaberpiksliga. Kui ükski naaberpikslite arv ei vastanud kriteeriumile, tuvastati põllu piir. Kohaga seotud lahtri minimaalne välja suurus määrati 9 piksliteks. Külgnevate pikslite mittekonkreetsed plaastrid, mis sisaldavad oluliselt suuremat põlemiskiirust, defineeriti kui „alamväljad”, kui nad vastavad eespool nimetatud kohaväljade kriteeriumile.

Seansi standardanalüüs.

Iga kohaga seotud neuroni puhul kasutati tavalise seansi ajal tulistamiskiiruse graafikut, et määrata (1) kohtvälja suurus; (2) keskmine üldine põlemiskiirus; (3) keskmine nakatamise kiirus; (4) keskvälja põlemise kiirus; (5) maksimaalne tulekahju kiirus; (6) hõredus; (7) ruumiline häälestus; (8) ruumiline sidusus; ja (9) ruumiandmete sisu (bitid / naast). Need analüüsid viidi läbi eelnevalt kirjeldatud meetodite abil (Wiener et al., 1989; Skaggs et al., 1993; Jung et al., 1994; Hetherington ja Shapiro, 1997; Shapiro et al., 1997). Nende parameetrite väärtusi võrreldi kahe hiirerühma vahel, kasutades Studenti omadusi t test. Lühidalt öeldes hinnati kohapealse välja suurust kohtuvälja protsendina külastatud areenil. Keskmine kogumiskiirus arvutati seansi jooksul süütatud naastude koguarvu jagada seansi ajaga. Keskmine infundeerimis- ja keskvälja laskmise kiirus määrati kui raku keskmistatud põlemiskiirus kohapeal ja väljaspool seda. Maksimaalne infundeerimise kiirus oli kõigi pikslite suurim põlemiskiirus kohtväljaga. Raku ruumiline häälestus määrati kohtuvälja keskmise põlemiskiiruse ja keskmise väljalülituskiiruse suhteks.Wiener et al., 1989). Ruumiline sidusus arvutati, teostades z-transformatsiooni korrelatsioonile pikslite kiiruse ja külgnevate pikslite keskmise kiiruse vahel. Iga üksuse poolt edastatav ruumiline teave (Inf)Skaggs et al., 1993) arvutati järgmise võrrandi alusel: Valem kus R on seansi keskmine süütegur, ri on kiirus pikslites ija Pi on tõenäosus, et hiir tuvastati pikslites i.

Distaalne pööramine, proksimaalne pöörlemine ja uuesti analüüsimine.

Kohaväljade pöörlemise kvantifitseerimiseks erinevate seansside vahel keskkonna manipuleerimisega (distaalsete või proksimaalsete vihjete pöörlemine) mõõdeti iga koharaku jaoks pöörlemiskorrelatsiooni skoor. Prügikastid tasandati, arvutades iga prügikasti laskemiskiiruse ümber enda ja külgnevate prügikastide keskmisena. Igas lahtris (1) mõõdeti Pearsoni toote-momendi korrelatsioon algse seansi ja teise keskkonna keskkonnaga manipuleerimise seansi väljalülitamise massiivi vahel ning seejärel (2) tulistasuse kaartide nurkpöörde suurus kvantifitseeritud seansside paari vahel. See viimane väärtus määrati, pöörates teise seansi laskekiiruse kaarti 5 ° pöördenurga kaupa, et määrata asend, kus pööratud tulekaart oli maksimaalselt korrelatsioonis algse seansi laskekiiruse kaardiga. Suurima korrelatsiooni tekitanud pöördenurgaks võeti summa, mille kohaväli oli kahe seansi vahel pööranud, ja lahter oli õigustatud vihjeid järgima, kui selle kohaväljad nihkusid> 50% antud kiipide pööramiseks pööratud nurgast seanss võrreldes eelmise algseansiga. Samuti arvutati meetmed kahes kambris olevate põldude (ümberpaigutamise) lahknemiseks. Rakk loeti ümbermõeldavaks, kui see vastas ühele järgmistest tingimustest: (1) rakk lõpetas tulistamise pärast uudsesse kambrisse sattumist, (2) rakk muutus uudses kambris tugevamalt aktiivseks kui tuttavas kambris või (3) väli viidi asukohta, mis ei kattu tuttavas kambris eelmise asukohaga.

Nägemisteravuse testimine.

Muudetud visuaalse kalju test (Fox, 1965; Crawley, 2000) kasutati meie hiirte nägemisteravuse testimiseks. Puitkarp (46 cm × 46 cm), mille horisontaaltasand on ühendatud vertikaalse langusega (48 cm), mis omakorda on ühendatud alumise horisontaaltasandiga vertikaalse languse nurgas. Must-valge ruudukujuline paber kattis horisontaaltasapindade ja vertikaalse languse. Läbipaistev pleksiklaas kaeti kalju. Kalju äärele paigutati alumiiniumraam (laius 2.54 cm ja paksus 3.8 cm). Seadme mõlemad küljed olid väga valgustatud. Viskoosid eemaldati enne visuaalse kalju testi, et eemaldada puutetundlikku teavet. Kasutati kahte rühma koos iga 10i täiskasvanud meessugu D1R-KO ja WT hiirtega. Iga 10 järjestikuse uuringu alguses paigutati hiir keskele (pärast 5i uuringuid lülitati seade 180 ° ja 5i läbi viidi rohkem uuringuid). Kui hiir otsustas astuda horisontaalse ruudukujulise pinna peale, peeti seda "positiivseks" vastuseks, samas kui hiirt, kes astus alla kalju langusele, peeti "negatiivseks" vastuseks. Aeg, mis kulus selleks, et hiir keskastmest maha astuda, registreeriti vastuse latentsusajana.

Histoloogia.

Pärast seda, kui registreerimiselektroodid olid hinnanguliselt edenenud allpool hippokampuse CA1 püramiidrakkude kihti, kontrolliti salvestuselektroodide asukohti histoloogiliselt. Hiired tuimastati sügavalt pentobarbitaalnaatriumiga (40 mg / kg ip). Elektrolüütiline kahjustus (30 μA negatiivne vool 15 s-le) viidi läbi salvestuselektroodide kaudu. Hiir perfundeeriti 0.9% soolalahusega, millele järgnes 10% puhverdatud formaalne soolalahus. Aju eemaldati ja fikseeriti ühe nädala jooksul 30% formaalses soolalahuses. Aju lõigati koronaalselt (50 μm) külmutavale mikrotomile ja värviti kresüülvioletiga.

Tulemused

D1R-KO hiirte genereerimine ja iseloomustamine

D1R-i geeni katkestamiseks hiire ES-rakkudes homoloogse rekombinatsiooni abil konstrueerisime sihtimisvektori, et kustutada kogu kodeeriv järjestus (Joon. 1A). 1 G120-resistentsetest kolooniatest eraldatud D418R-i geeniga neli klooni saadi E14TG2a IV ES rakkude transfekteerimisega sihtmärgi vektoriga Southern blot analüüsi abil (andmeid pole näidatud) ja kloonidest saadud kimäärid edastasid mutatsiooni idutee kaudu. Heterosügootsed järglased ristiti, et tekitada homosügootseid mutantseid hiiri. Joonis 1B näitab heterotsügootse matatsiooni järglaste genotüüpide PCR-analüüsi. Täiskasvanud hiire aju kogu lüsaate uuriti Western blot analüüsiga. D1R-hiirtel puudus D1R ekspressioon võrreldes WT hiirte ekspressiooniga (Joon. 1C). Seevastu ekspresseeriti β-aktiini tavaliselt nii D1R-KO kui ka WT hiirte striatumis (Joon. 1C).

Histoloogia

Salvestuselektroodide asukohad kontrolliti mikroskoopiliselt ja kaardistati sobivatesse koeosadesse ning sektsioone võrreldi hiire aju atlasiga. Franklin ja Paxinos (1997). Kõik salvestus saidid asusid CA1 piirkonnas mõlemat tüüpi hiirtele (Joon. 4).

Joonis 4. 

Elektroodide paigutuse kontrollimine. WT-hiirte jaoks salvestuselektroodide otsad (mustad täisringid) (A) ja D1R-KO hiirtel (B), mida kasutatakse üksuse salvestuskatseks. Plaate muudeti nii, et need sarnaneksid Franklin ja Paxinos (1997). Iga sektsiooni kõrval olevad numbrid vastavad bregma millimeetritele.

Hippokampuse rakud D1R-KO ja WT hiirtel tuttavas keskkonnas

D1R-KO-s ja nende WT-pesakondades registreeriti neuronite aktiivsus CA1i piirkonnast. Saja kaheksakümmend kolm rakku registreeriti WT hiirtelt ja 82 rakkudest D1R-KO hiirtelt. Nendest rakkudest näitas 99 WT hiirtelt kohaga seotud tegevust (tetrode, 77 / 99, 77.8%; üksikute elektroodide, 22 / 99, 22.2%) ja 52 D1R-KO hiirte kohapealse tegevusega ( tetrodes, 42 / 52, 80.8%, üksiku elektroodi abil, 10 / 52, 19.2%). Kahe hiirerühma vahel ei täheldatud erinevust salvestatud rakkude arvus, mis näitavad kohaga seotud aktiivsust (WT, 99 / 183, 54.1% vs KO, 52 / 82, 63.4%, p = 0.156, χ2 test). Seega ei vähenda D1R-i väljalülitamine kohtarakkude arvu. Kohtrakkude puhul iseloomustasime tavapärase seansi põhipõletamise omadusi tuttavas keskkonnas (Tabel 1). Kahes hiirerühmas ei täheldatud mingeid olulisi erinevusi ruumilise põletamise parameetrites (kõikides võrdlustes, p > 0.05), mis viitab sellele, et D1R puudumine ei kahjusta stabiilses ja uuritud keskkonnas koharakkude põhilisi tulistamisomadusi.

Vaata seda tabelit: 

Tabel 1. 

Hippokampuse koha-raku põletamise omaduste võrdlus WT ja D1R-KO hiirtel tuttavas keskkonnas

D1R-KO vähendab kohtarakke, mis vastavad distaalsetele vihjetele tuttavas keskkonnas

Järelikult uurisime hippokampuse paiknevate rakkude närvi plastilisust distaalsete ja proksimaalsete märkide rotatsioonikäsitlustes tuttavas ringikujulises salvestuskambris. Paigurakkude vastused keskkonnamõjude manipuleerimisele liigitati distaalsete märkide, proksimaalsete märkide, mõlema cue'i tüübi ja mitte cue'i tüübi (Tabel 2). WT hiirtel domineerisid distaalsete märkide mõju proksimaalsete märkide üle (Tabel 2) selles osas, et enamik kohtarakke (52 / 91, 57.1%) järgnesid distaalsete märkide pööramisele (Joon. 5A, 1 – 5), vähem paiknevaid rakke (15 / 91, 16.5%) järgnesid proksimaalsete märkide (Joon. 5B, 1 – 5) ja viiendik (18 / 91, 19.8%) järgnesid nii distaalse kui proksimaalse märguande (Joon. 5C, 1 – 5). Silmatorkavalt D1R-KO hiirtel (Tabel 2), polnud ühtki kohtrakku (0 / 50, 0%) distaalsete märkide pööramist, kuid enamik salvestatud kohtarakke (40 / 50, 80%) järgisid proksimaalsete märkide pöörlemist (Joon. 6A,B, 1 – 5). D1R-KO hiirtel oli cue rotatsiooni poolt mõjutatud neuronite arv (pärast distaalset + proksimaalset + mõlemat märku) vähem kui WT hiirtel (KO, 40 / 50, 80% vs WT, 85 / 91, 93.4% , p <0.05). Need tulemused näitavad, et kuigi D1R-KO hiirtel suurenes nende neuronite arv, mis muutsid oma aktiivsust vastusena proksimaalsetele märkidele, ei kompenseerinud see tõus siiski kõiki vastuseid, nagu täheldati WT hiirtel.

Vaata seda tabelit: 

Tabel 2. 

Hippokampuse kohtarakkude arv WT ja D1R-KO hiirtel testiti nende vastuste suhtes distaalsetes ja proksimaalsetes märkides nii tuttavates kui ka uudsetes keskkondades

Joonis 5. 

WT-hiirte hippokampuse kohaga seotud aktiivsuse distaalse ja proksimaalse märguande ruumiliste suhete muutuste mõju tuttavates (1 – 5) ja uudsetes keskkondades (6 – 10). A, Tuttavas keskkonnas oli koharakul tavaseansi ajal kella 9 paiku (1) koha laskeväli ja selle kohaväli nihkus distaalses pöörlemisseansis kella 3-sse (2). tagastati samale positsioonile (3), mis oli standardsessioonil 2. baasjoonel, proksimaalses pöörlemisseansis ei toimunud nihet (4) ega tagasisaates, kus salvestuskamber tagastati, muutusi (5). normaalne asend. Uudses keskkonnas järgis selle kambri asukohaspetsiifiline tulistamine ka distaalseid märke (6–7), kuid mitte proksimaalseid märke (8–9). BAsukohakonnas oli koht väli, mis ei järginud distaalsete märkide pööramist (1 – 2), kuid järgis lähedalasuvaid vihjeid (3 – 4) tuttavas keskkonnas. Selle raku koha väljalülitati uudsesse keskkonda, kui selle koha väli tundus tuttavas keskkonnas vastupidine, kuid järgnes siiski proksimaalsete märkide (8 – 9) pöörlemisele. CAsukohakonnas oli kohapeal väli, mis järgis nii distaalsete märkide (1 – 2) kui ka proksimaalsete märkide (3 – 4) muutmist tuttavas keskkonnas. Huvitav on see, et uudses keskkonnas järgis selle lahtri kohtvälja ainult distaalseid vihjeid (5 – 6), mitte proksimaalseid vihjeid. Lampide ja kõlarite pildid põletuskaartide kõrval näitavad nende paigutust distaalse ja proksimaalse vihje manipuleerimise tingimustes. Pöörlevad nooled näitavad salvestuskambri pöörlemist proksimaalses kii pöörlemissessioonis. Kütusekaartide paremal pool asuvad värvskaala tabelid näitavad põlemiskiiruse kalibreerimist. Põletuskiiruse kaartide paremal pool asuvad paksus kirjas ja sulgudes olevad numbrid näitavad vastavalt sissevoolu ja väljumise määra. Rohelised avatud ruudud sisaldavad põlemiskiiruse kaarte, et rõhutada seansse, kus raku välja on pööratud.

Joonis 6. 

D1R-KO hiirtel paikneva hippokampuse kohapõhise aktiivsuse distaalse ja proksimaalse märguande ruumiliste suhete muutuste mõju tuttavates (1 – 5) ja uudsetes keskkondades (6 – 10). ATüüpilisel kohtarakul oli koht väli, mis ei järginud distaalsete märkide pööramist (1 – 2), vaid järgis proksimaalsete märkide (3 – 4) pöörlemist tuttavas keskkonnas. Uues keskkonnas ei muutunud selle raku kohtvälja ei distaalne ega proksimaalne cue-manipulatsioon. B, Teine näide koha lahtrist, mille kohaga seotud tegevus ei järginud distaalsete märkide pööramist (1 – 2), kuid järgis proksimaalsete märkide (3 – 4) pööramist tuttavas keskkonnas ja see lahtr vastas samamoodi uudses keskkonnas (6 – 10). Pange tähele, et D1R-KO hiirtel ei ole koha rakke distaalsete märkide muutumise järel. Teised kirjeldused on samad, mis Joonis 2.

Kohtrakkude muutunud vastused D1R-KO hiirtel uudses keskkonnas

Me tegime täiendavaid katseid, et selgitada hippokampuse paigaldusrakkude paindlikkust keskkonnaalaste stiimulite töötlemisel uudsetes keskkondades ning teha kindlaks, kas D1R süsteem on selles protsessis kaasatud. Kui algselt puututi kokku ruudukujulise kambriga, näitasid 86-i rakud WT-hiirtel testitud 38-rakkude remappimist, kusjuures 7-rakud lülitasid oma põletamise ja 31-rakud välja nende põletusvälju. 26-rakkudest, mida testiti D1R-KO hiirtel, eemaldati 8-rakud uuesti, 3-rakud lülitati välja, ja 5-rakud muutsid oma põletusvälju. Kahes hiirerühmas ei ilmnenud olulisi erinevusi uudses keskkonnas ümberpaigutatud rakkude arvus (WT, 37 / 86, 44.2% vs KO, 8 / 26, 30.8%, p = 0.223), kuigi rohkem rakke muutis oma põletusvälju WT hiirtel (WT, 31 / 86, 36.1% vs KO, 5 / 26, 19.2%, p = 0.107). Need tulemused näitavad, et kokkupuude uudse keskkonnaga mõjutab mitmeid rakke nii WT kui ka D1R-KO hiirtel. Kohtarakkude neuronaalsete reaktsioonide testimiseks nii tuttavates kui ka uudsetes kambrites pidid loomad tegema järjestikuseid 10 seansse. D1R-KO hiirtel halvenes mitme raku puhul hiirte salvestamine 4 – 5 seansside järel, kuna nad hakkasid sageli peatuma ja vähem juhuslikult, nagu ringides (Tran et al., 2005) ja nende trajektoorid hõlmasid vaid väikest osa salvestusruumist, mis ei olnud koha väljade analüüsimiseks piisav. Et uurida neuronaalsete esinduste andmete usaldusväärsust nii tuttavates kui ka keskkondades, kaasati käesolevas uuringus ainult sellised rakud, mis olid salvestatud 10i seansidega, millel oli piisav käitumuslik jõud, mis tähendab, et piiratud arv rakke D1R-KO hiirtel testiti romaanis keskkonnale.

WT-hiirtel kasutatakse koha rakkude eelistamiseks distaalseid vihjeid nende koha väljade leidmiseks (Joon. 5A, 6 – 10) proksimaalsete märkide (Joon. 5B, 6 – 10) oli uudses keskkonnas \ tJoon. 7E,G; Tabel 2). Huvitav on, et väike osa neuronitest oli varem reageerinud nii distaalsele kui ka proksimaalsele vihjele tuttavas keskkonnas (Joon. 5C, 1 – 5); uudses keskkonnas oli nende asukohapõhine tulistamine ankurdatud distaalsete, kuid mitte proksimaalsete märkide külge (Joon. 5C, 6 – 10). Lisaks ei erinenud keskkonnamõjudele reageerinud kohtarakkude koguarv tuttavate ja uudsete keskkondade vahel (Tabel 2). Need tulemused viitavad sellele, et hippokampuse koha rakud WT hiirtel saavad kasutada keskkonnateavet, et esindada nende asukohta keskkonnas. Asjaolu, et WT-hiirtel on distaalsetest märkidest saadud teabe kodeerimine ülekaalus proksimaalsete märkide suhtes, viitab sellele, et selle teabe kasutamine võimaldab loomal toime tulla pidevalt muutuva keskkonnaga. Lisaks sellele järgnesid mõned testitud kohtarakud kõigepealt uues keskkonnas distaalseid vihjeid ja seejärel häälestusid proksimaalsele informatsioonile tuttavas keskkonnas või vastupidi. See tulemus on kooskõlas teadaoleva ideega, et hippokampuse neuronite jaoks on olemas erinevad kiidude võrdlussüsteemid ja et need võivad olla teatud tingimustel paindlikult omavahel asendatavad või osaliselt kattuvad.Gothard et al., 1996; Knierim et al., 1998; Zinyuk et al., 2000).

Joonis 7. 

Ruumiliste korrelatsiooniväärtuste hajumisplatsid rotatsiooninurga suhtes, mis andsid maksimaalsed korrelatsiooniväärtused hippokampuse koha rakkude sessioonipaaride vahel WT ja D1R-KO hiirtel. Pöördnurgad on esitatud abstsisstel ja ruumikorrelatsiooniväärtused istungite paaride vahel on ordinaadil esindatud; sinised täidetud teemandid on mõeldud WT hiirtele ja punased avatud ruudud D1R-KO hiirtele. A – DTuntud keskkonnas oli WT hiirtel kaks kohapealsete rakkude alampopulatsiooni, kus kohtvälju mõjutasid distaalsed märgid (jaotatud 180 °, standardseanss vs distaalne pöörlemisseanss) (A) ja proksimaalsed vihjed (jaotatud 180 °, algtaseme seanss 2 vs proksimaalne pöörlemisseanss) (C), kusjuures distaalsete märkide mõju domineerib proksimaalsete märkide üle. D1R-KO hiirte puhul ei nihutanud koha lahtrid oma koha välju distaalsete märkide pööramisega (kõik ümber 0 °).A) ja enamik rakke nihkusid oma kohapealseid väljad proksimaalsete märkide \ tC). E – H, Uues keskkonnas, distaalsete märkide domineeriv mõju (E) proksimaalsete märkide üle (G) oli endiselt näha ja see oli WT hiirtel rohkem väljendunud. D1R-KO hiirtel reageerisid vaid mõned rakud distaalsete märkide pööramisele (E) ja proksimaalsed vihjed (G) ja paljud rakud ei järginud distaalset või proksimaalset kihi muutust uudses keskkonnas.

D1R-KO hiirtel ei olnud uudses keskkonnas distaalsete märkide poolt mõjutatud raku rakke.Joon. 6A,B, 6-10; Joon. 7E; Tabel 2). See tulemus võib olla tingitud mõningatest muutustest kognitiivsetes funktsioonides seoses väliskeskkonnaga, mis on tingitud D1Ri puudumisest (Kentros et al., 2004). Huvitav on see, et D1R-KO hiirtel järgnes väiksema osa raku rakkudest proksimaalsete märkide pööramine uudses keskkonnas, kuigi enamik koha rakke järgis proksimaalsete märkide pöörlemist tuttavas keskkonnas. Tähelepanuväärne on see, et uuenduskeskkonnas ei ole kummaski kihis reageerivate kohtarakkude arv suurenenud (Tabel 2). Need tulemused näitavad, et D1R-KO hiirtel paiknevad rakud näivad vähem tõenäoliselt reageerivad distaalsete märkide manipuleerimisele ja et proksimaalsete märkide piisav kodeerimine võib nõuda pikemat kokkupuudet keskkonnaga, et kohandada seda teavet hipokampuse aktiivsusega.

Dopamiiniretseptorite olemasolu võrkkestas on varem teatatud (Djamgoz et al., 1997; Nguyen-Legros jt, 1999; Courtière et al., 2003). Nende esinemine tekitab muret D1R-KO hiirte nägemisteravuse pärast. Seetõttu tegime hiirte nägemisteravuse testi (Fox, 1965; Crawley, 2000). Kahe hiireliigi vahel vastuseks positiivsete vastuste ja latentsuste arvule ei leitud erinevusi (Tabel 3) (positiivne vastus: WT, 90 / 100 vs KO, 87 / 100, p = 0.51; latentsus: WT, 170.1 ± 12.8 vs KO, 181.8 ± 11.8 s, p = 0.49), mis näitab, et D1R-KO hiirte visuaalne tundlikkus ei olnud WT-hiirtega võrreldes märkimisväärselt puudulik.

Vaata seda tabelit: 

Tabel 3. 

WT ja D1R-KO hiirte visuaalse kalju testi tulemused

Arutelu

Selleks, et testida hüpoteesi, et D1R moduleerib hippokampuse ruumilisi kujutisi vastuseks keskkonnamuutustele, salvestasime hippokampuse koha rakke D1R-KO ja WT hiirtel, kasutades keskkonnaalaseid vihjeid. D1R-KO hiirtel võib olla standardse seansi ajal, mis on võrreldav WT hiirte omaga, hippokampuse hulk rakke, millel on terved põhipõletusomadused. Oleme eelnevalt leidnud D1R-KO hiirtel kohapealse aktiivsuse keskse koha suuruse vähenemise tuuma accumbensis (NAc) (Tran et al., 2005). Seega, kuigi HF ja NAc on omavahel ühendatud ja mõlemad on dopamiinergiliste süsteemide poolt uuendatud, võib D1R modulatsiooni mõju nende kahe struktuuri ruumilistele kujutistele töödelda eristavalt. D1R süsteemi farmakoloogilised manipulatsioonid (Gill ja Mizumori, 2006) on näidanud, et rottide hipokampuse koha rakkude usaldusväärsus ja spetsiifilisus on katkenud ainult D ühendamise teel1 antagonist muutusega kontekstis. Meie eksperimendi standardses istungil oli D1R deletsioon, kuid kontekst oli stabiilne, mistõttu DFNUMXR-KO hiirtel olid HF neuronite põhilised põletusomadused muutumatud, mis on kooskõlas selle leiduga rottidel. Tuntud keskkonnas oli hiirtel märkimisväärne eelnev kogemus, mis stabiliseeris koharakkude usaldusväärsust ja see võib olla ruumilise navigatsiooni jaoks olulisem kui kohapealsete väljade suurus. Siiski, kui keskkonnamõjusid manipuleeriti, leidsime D1R-KO hiirtel intrigeerivaid muutusi kontekstist sõltuvas plastilisuses, nagu kirjeldatud.

Hippokampuse kujutist saab muuta pikaajalise võimenduse (LTP) muutmise teel (Rotenberg et al., 2000; Dragoi jt, 2003) ja seda sünaptilist plastilisust saab moduleerida dopamiiniga (Otmakhova ja Lisman, 1996; Matthies et al., 1997; Swanson-Park jt, 1999; Li et al., 2003) ja ruumiline uudsus (Li et al., 2003). Ruumiliste märkide terviklik kodeerimine võib olla koha rakkude jaoks väga oluline, et kiiresti tuvastada keskkonna paigutust, mis omakorda võib kaasa aidata idiootilise informatsiooniga integreerimisele. See võime võib olla oluline ruumilise õppimise jaoks, eriti uudsetes keskkondades. D1R-i puudumine takistas ruumilise cue-infovoogu integreerimist, mille tulemusena vähenes kohtarakkude arv, mis reageerisid ruumiliste märkide muutustele uudses keskkonnas. Keskkonnahoidmist hipokampuse koha rakkude abil saab siiski stabiliseerida teiste teabevoogude abil, mis on tuletatud muudest allikatest, nagu idiootilised vihjed (Gothard et al., 1996; Whishaw et al., 1997; Knierim et al., 1998; Zinyuk et al., 2000; Stuchlik et al., 2001) kasutatakse teeintegreerimisel (Gothard et al., 1996; Whishaw et al., 1997; McNaughton jt, 2006), kaasates teisi neurotransmitterisüsteeme nagu glutamatergilised süsteemid (\ tMcHugh jt, 1996; Cho jt, 1998; Kentros et al., 1998; McHugh jt, 2007). See närvilisus võib nõuda pikemat kokkupuudet keskkonnaga. D puudumisel1 modulatsioon, seda närviplastilisust D1R-KO hiirtel võib eelistatult seostada idiootiliste märkidega (nt teeintegraatoriga) võrreldes distaalsete märkidega keskkonnast. Hippokampuse koha rakud on osa laiemast ringist, mis on mõeldud iseseisva asukoha dünaamiliseks esindamiseks (Moser jt, 2008) ja nüüd on teada, et nad suhtlevad võrkkesta rakkudega \ tBrun et al., 2002; Hafting jt, 2005; Sargolini et al., 2006; Fyhn et al., 2007). Võrgu rakud võivad pakkuda teeintegratsioonil põhineva närvikaardi elemente (McNaughton jt, 2006; Moser jt, 2008). Võib-olla ilma D1R-i alguseta lülituvad rakud vaikimisi kaardile, mis põhineb peamiselt teeintegratsioonil, põhjustades kohalike rakkude arvu, mis järgivad proksimaalseid vihjeid, tuttavas keskkonnas.

Hippokampuse neuronite ruumiline uudsuse kodeering - nähtus, mis vastab sellele, mida paljud teised autorid nimetavad "ümberkujundamiseks" (Leutgeb jt, 2005b) ja see on D1R-sõltuv võime (Li et al., 2003), võib mõjutada sünaptilist sõltuvust plastilisusest (\ tLi et al., 2003) mitte ainult D1Ri ammendumise otsese toimega, vaid ka selle mõjuga teistele neuromoduleerivatele süsteemidele (Levine et al., 1996; Mele et al., 1996; Swanson-Park jt, 1999). Sellised muutused ohustavad hipokampuse neuronite kujutamist, mille tulemuseks on ruumilise tunnetuse muutus (Kentros et al., 2004; Stuchlik ja Vales, 2006) või ruumilise õppe häired, mis nõuavad ruumiliste märkide kasutamist ja kohtade mälu (El-Ghundi jt, 1999; Tran et al., 2005). Enamgi veel, Kentros et al. (2004) leidis ka, et kohaldamine D1/D5 retseptori agonistid ja antagonistid metsikut tüüpi hiirtel suurendasid või vähendasid põlluvälja stabiilsust. Koos. \ T Gill ja Mizumori (2006) ja käesoleva uuringu tulemused viitavad dopamiinergilise neuromodulatsiooni rollile hipokampuse esituses. Mõned teised uuringud on näidanud, et D1R-manipuleeritud rottidel on ruumiline õppimine vähem \ tWilkerson ja Levin, 1999) ja teiste neuromoduleerivate süsteemide, näiteks NMDA retseptorite manipuleerimine võib põhjustada ruumiliste ülesannete halvenemist ja kohtarakkude ebastabiilsust (McHugh jt, 1996, 2007; Cho jt, 1998; Kentros et al., 1998; Rotenberg et al., 2000) muutmata keskkonnas, mis viitab sellele, et hippokampuse funktsioonid võivad tuttavas keskkonnas tugineda rohkem kui lihtsalt D1R süsteemile. Sama positiivse vastuse ja latentsuse tulemused nägemisteravuse testis viitasid sellele, et käesoleva uuringu ruumilise esindatuse muutused võivad tuleneda pigem kognitiivsetest funktsioonidest kui visuaalse taju puudujääkidest.

Meie tulemused toetavad arusaama, et ruumiandmetest ja idiotilistest märkidest saadud teabe integreerimine rakkudesse võib hõlmata dopamiinergiliste ja teiste neuromoduleerivate süsteemide, sealhulgas glutamatergiliste süsteemide vastastikust koostoimet (McHugh jt, 1996, 2007; Mele et al., 1996; Kentros et al., 1998) hippokampuses ja infotöötlussüsteemides (Sawaguchi ja Goldman-Rakic, 1991; Wilkerson ja Levin, 1999; Durstewitz et al., 2000; Tran et al., 2005), kuna dopamiin võib NMDA voolu moduleerida (Mele et al., 1996; Durstewitz et al., 2000) ja hipokampuse plastilisus ning see modulatsioon on seotud töömälu stabiilsusega (Sawaguchi ja Goldman-Rakic, 1991; Durstewitz et al., 2000). Selles kontekstis jõudsime järeldusele, et D1R mängib olulist rolli ruumilise uuenduse, mida kodeerivad ruumilise õppimise eeltingimuseks olevate hipokampuse kohtrakkude ruumilised kujutised, tuvastamisel. Praegune töö koos teiste hiljutiste uuringutega (Gasbarri jt, 1996; Matthies et al., 1997; Otmakhova ja Lisman, 1996; El-Ghundi jt, 1999; Swanson-Park jt, 1999; Wilkerson ja Levin, 1999; Tran et al., 2002, 2005; Li et al., 2003; Kentros et al., 2004; Gill ja Mizumori, 2006; Stuchlik ja Vales, 2006) peaks märkimisväärselt aitama paljastada mehhanismid, mis on seotud dopamiini kaasamisega õppimisse ja mällu, alates molekulaarsest, neuronaalsest, käitumuslikule tasemele.

Allmärkused

  • Saadud juuni 12, 2008.
  • Läbivaatamine sai oktoober 10, 2008.
  • Aktsepteeritud oktoober 10, 2008.

  • Seda tööd toetas Jaapani haridus -, kultuuri -, spordi -, teadus - ja tehnoloogiaministeerium teaduslikuks uurimistööks (GHT 18700312 AHT - le), Evolutsioonilise teaduse ja tehnoloogia põhiuuringud, Jaapani teadus ja tehnoloogia ning Canon. Sihtasutus Euroopas. Täname dr Edmund T. Rollsit (Oxfordi ülikool, Oxford, Suurbritannia) väärtuslike märkuste eest selle käsikirja kohta ning dr Toshikuni Sasaoka (riiklik bioloogiainstituut, Okazaki, Jaapan) tehnilise abi saamiseks.

  • Kirjavahetus peaks olema adresseeritud Taketoshi Onole, System Emotional Science'ile, Toyama ülikoolile, Sugitani 2630ile, Toyama 930-0194ile, Jaapanile. [meiliga kaitstud]

viited

  1. ↵
    1. Brun VH,
    2. Otnass MK,
    3. Molden S,
    4. Steffenach HA,
    5. Witter MP,
    6. Moser MB,
    7. Moser EI

    (2002) Asetage rakud ja koha äratundmine, mida hooldavad otsene entorfiin-hipokampuse lülitus. teadus 296: 2243 - 2246.

  2. ↵
    1. Cho YH,
    2. Giese KP
    3. Tanila H,
    4. Silva AJ,
    5. Eichenbaum H

    (1998) Ebatavalised hipokampuse ruumilised kujutised alphaCaMKIIT286A ja CREBalphaDelta-hiirtel. teadus 279: 867 - 869.

  3. ↵
    1. Courtière A,
    2. Hardouin J,
    3. Goujon A,
    4. Vidal F,
    5. Hasbroucq T

    (2003) Väikese annusega dopamiini D1 ja D2 retseptori antagonistide selektiivne toime roti informatsiooni töötlemisele. Behav Pharmacol 14: 589 - 598.

  4. ↵
    1. Crawley JN

    (2000) Mis mu hiirel viga on? Transgeensete ja knockout-hiirte käitumuslik fenotüpiseerimine (Wiley, New York).

  5. ↵
    1. Djamgoz MB,
    2. Hankins MW,
    3. Hirano J,
    4. Archer SN

    (1997) Võrkkesta dopamiini neurobioloogia koe degeneratiivsete seisundite suhtes. Vision Res 37: 3509 - 3529.

  6. ↵
    1. Dragoi G,
    2. Harris KD,
    3. Buzsáki G

    (2003) Kohtade esindatust hipokampuse võrkudes modifitseeritakse pikaajalise võimendamisega. Neuron 39: 843 - 853.

  7. ↵
    1. Durstewitz D,
    2. Seamans JK,
    3. Sejnowski TJ

    (2000) Dopamiini poolt vahendatud viivitusperioodi aktiivsuse stabiliseerimine prefrontaalse koore võrgumudelis. J Neurofüsiol 83: 1733 - 1750.

  8. ↵
    1. Eichenbaum H,
    2. Dudchenko P,
    3. Puit E,
    4. Shapiro M,
    5. Tanila H

    (1999) Hippokampus, mälu ja kohtrakud: kas see on ruumiline mälu või mäluruum? Neuron 23: 209 - 226.

  9. ↵
    1. El-Ghundi M,
    2. Fletcher PJ,
    3. Drago J,
    4. Sibley DR,
    5. O'Dowd BF,
    6. George SR

    (1999) Dopamiini D1 retseptori knockout hiirte ruumiline õppepuudus. Eur J Pharmacol 383: 95 - 106.

  10. ↵
    1. Foster DJ,
    2. Wilson MA

    (2006) Käitumisjärjestuste tagasipööramine hippokampuse rakkudes ärkveloleku ajal. loodus 440: 680 - 683.

  11. ↵
    1. Fox MW

    (1965) Visuaalne kalju test hiire visuaalse sügavuse tajumise uurimiseks. Anim Behav 13: 232 - 233.

  12. ↵
    1. Franklin KBJ,
    2. Paxinos G

    (1997) Hiire aju stereotaksilistes koordinaatides (Academic, San Diego).

  13. ↵
    1. Fyhn M,
    2. Hafting T,
    3. Treves A,
    4. Moser MB,
    5. Moser EI

    (2007) Hippokampuse ümberkujundamine ja võrkude ümberkorraldamine entornaalses ajukoores. loodus 446: 190 - 194.

  14. ↵
    1. Gasbarri A,
    2. Sulli A,
    3. Innocenzi R
    4. Pacitti C,
    5. Brioni JD

    (1996) Ruumilise mälu kahjustus, mis on põhjustatud mesohippokampuse dopamiinergilise süsteemi kahjustusest rottidel. Neuroscience 74: 1037 - 1044.

  15. ↵
    1. Gill KM,
    2. Mizumori SJY

    (2006) D1-retseptorite kontekstist sõltuv modulatsioon: diferentsiaalne toime hippokampuses ja striatumis. Behav Neurosci 120: 377 - 392.

  16. ↵
    1. Gothard KM,
    2. Skaggs WE,
    3. McNaughton BL

    (1996) Hipokampuse ansambli koodi mittevastavuse korrigeerimise dünaamika ruumi jaoks: teeintegratsiooni ja keskkonnamõjude vastastikune mõju. J Neurosci 16: 8027 - 8040.

  17. ↵
    1. Hafting T,
    2. Fyhn M,
    3. Molden S,
    4. Moser MB,
    5. Moser EI

    (2005) Ruumikaardi mikrostruktuur entorinaalses ajukoores. loodus 436: 801 - 806.

  18. ↵
    1. Hetherington PA,
    2. Shapiro ML

    (1997) Hippokampuse kohapealseid väljad muudetakse ühe visuaalse märke eemaldamisega kaugusest sõltuval viisil. Behav Neurosci 111: 20 - 34.

  19. ↵
    1. Jung MW,
    2. Wiener SI,
    3. McNaughton BL

    (1994) Rottide selja- ja vatsakese hipokampuses olevate üksuste ruumiliste põletusomaduste võrdlus. J Neurosci 14: 7347 - 7356.

  20. ↵
    1. Kentros C
    2. Hargreaves E,
    3. Hawkins RD
    4. Kandel ER,
    5. Shapiro M,
    6. Muller RV

    (1998) Uute hippokampuse raku kaartide pikaajalise stabiilsuse kaotamine NMDA retseptori blokaadi abil. teadus 280: 2121 - 2126.

  21. ↵
    1. Kentros CG,
    2. Agnihotri NT,
    3. Suurem S,
    4. Hawkins RD
    5. Kandel ER

    (2004) Suurenenud tähelepanu ruumikontekstide kasvule nii kohapealne stabiilsus kui ka ruumiline mälu. Neuron 42: 283 - 295.

  22. ↵
    1. Knierim JJ,
    2. Kudrimoti HS,
    3. McNaughton BL

    (1998) Idiootiliste vihjete ja välimiste orientiiride vastastikune mõju kohtrakkude ja peasuunaliste rakkude juhtimisel. J Neurofüsiol 80: 425 - 446.

  23. ↵
    1. Koera K,
    2. Nakamura K,
    3. Nakao K,
    4. Miyoshi J,
    5. Toyoshima K,
    6. Hatta T,
    7. Otani H,
    8. Aiba A,
    9. Katsuki M

    (1997) K-ras on hiire embrüo arenguks hädavajalik. onkogeense 15: 1151 - 1159.

  24. ↵
    1. Leutgeb S
    2. Leutgeb JK,
    3. Barnes CA
    4. Moser EI,
    5. McNaughton BL,
    6. Moser MB

    (2005a) Sõltumatud koodid ruumilise ja episoodilise mälu jaoks hipokampuse neuronite ansamblites. teadus 309: 619 - 923.

  25. ↵
    1. Leutgeb S
    2. Leutgeb JK,
    3. Moser MB,
    4. Moser EI

    (2005b) Asetage mälu mälusse rakud, ruumilised kaardid ja populatsioonikood. Curr Opin Neurobiol 15: 738 - 746.

  26. ↵
    1. Kang C,
    2. T, T
    3. Cacucci F,
    4. Burgess N,
    5. O'Keefe J

    (2002) Pikaajaline plastilisus keskkonna geomeetria hippokampuse koha-raku esinduses. loodus 416: 90 - 94.

  27. ↵
    1. Levine MS,
    2. Altemus KL,
    3. Cepeda C,
    4. Cromwell HC,
    5. Crawford C,
    6. Ariano MA
    7. Drago J,
    8. Sibley DR,
    9. Westphal H

    (1996) D-dopamiini moduleeriv toime NMDA-retseptorite vahendatud vastustele väheneb D-s1A- puudulikud mutantsed hiired. J Neurosci 16: 5870 - 5882.

  28. ↵
    1. Li S,
    2. Cullen WK,
    3. Anwyl R,
    4. Rowan MJ

    (2003) Dopamiinisõltuv LTP induktsiooni hõlbustamine hipokampuses CA1is, avaldades ruumilist uudsust. Nat Neurosci 6: 526 - 531.

  29. ↵
    1. Maguire EA,
    2. Burgess N,
    3. Donnett JG,
    4. Frackowiak RS,
    5. Frith CD,
    6. O'Keefe J

    (1998) Teades, kuhu ja kuhu sinna jõuda: inimese navigatsioonivõrk. teadus 280: 921 - 924.

  30. ↵
    1. Matthies H,
    2. Becker A,
    3. Schröeder H,
    4. Kraus J,
    5. Höllt V,
    6. Krug M

    (1997) Dopamiini D1-puudulikud mutantsed hiired ei avalda hippokampuse pikaajalise võimenduse hilist faasi. Neuroreport 8: 3533 - 3535.

  31. ↵
    1. McHugh TJ,
    2. Blum KI,
    3. Tsien JZ,
    4. Tonegawa S,
    5. Wilson MA

    (1996) Vähendatud hippokampuse ruumiline esitus CA1-spetsiifilisel NMDAR1-i hiirel. Neuron 87: 1339 - 1349.

  32. ↵
    1. McHugh TJ,
    2. Jones MW,
    3. Quinn JJ,
    4. Balthasar N,
    5. Coppari R
    6. Elmquist JK,
    7. Lowell BB,
    8. Fanselow MS,
    9. Wilsoni MA,
    10. Tonegawa S

    (2007) Dentate gyrus NMDA retseptorid vahendavad kiiret eraldumist hipokampuse võrgus. teadus 317: 94 - 99.

  33. ↵
    1. McNaughton BL,
    2. Battaglia FP,
    3. Jensen O
    4. Moser EI,
    5. Moser MB

    (2006) Pathi integreerimine ja „kognitiivse kaardi” närvisüsteem Nat Rev Neurosci 7: 663 - 678.

  34. ↵
    1. Mele A,
    2. Castellano C,
    3. Felici A,
    4. Cabib S,
    5. Caccia S,
    6. Oliverio A

    (1996) Dopamiin-N-metüül-d-aspartaadi interaktsioonid lokomotoorse aktiivsuse moduleerimisel ja mälu konsolideerimisel hiirtel. Eur J Pharmacol 308: 1 - 12.

  35. ↵
    1. Moser EI,
    2. Kropff E,
    3. Moser MB

    (2008) Kohtrakud, ruudustikurakud ja aju ruumiline kujutussüsteem. Annu Rev Neurosci 31: 69 - 89.

  36. ↵
    1. Muller RU
    2. Kubie JL

    (1987) Keskkonnamuutuste mõju hippokampuse kompleks-spike-rakkude ruumilisele põletamisele. J Neurosci 7: 1951 - 1968.

  37. ↵
    1. Nguyen-Legros J,
    2. Versaux-Botteri C,
    3. Vernier P

    (1999) Dopamiini retseptori lokaliseerumine imetaja võrkkestas. Mol Neurobiol 19: 181 - 204.

  38. ↵
    1. O'Keefe J,
    2. Burgess N

    (1996) Hippokampuse neuronite kohtväljade geomeetrilised determinantid. loodus 381: 425 - 428.

  39. ↵
    1. O'Keefe J,
    2. Dostrovsky J

    (1971) Hippokampus kui ruumiline kaart. Esialgsed tõendid vabalt liikuva roti ühikaktiivsuse kohta. Brain Res 34: 171 - 175.

  40. ↵
    1. Otmakhova NA,
    2. Lisman JE

    (1996) D1/D5 dopamiini retseptori aktiveerimine suurendab varase pikaajalise potentseerimise ulatust CA1i hipokampuse sünapsis. J Neurosci 16: 7478 - 7486.

  41. ↵
    1. Ranck JB Jr.

    (1973) Üksikute neuronite uuringud dorsaalse hippokampuse moodustumisel ja vahesein tõrgeteta rottidel. I. Käitumuslikud korrelatsioonid ja põletamise repertuaarid. Exp Neurol 41: 461 - 531.

  42. ↵
    1. Rolls ET

    (2005) Emotion selgitas (Oxford UP, New York).

  43. ↵
    1. Rolls ET,
    2. Xiang JZ

    (2005) Tasu-ruumilise vaate esindused ja õppimine primaadi hipokampuses. J Neurosci 25: 6167 - 6174.

  44. ↵
    1. Rotenberg A,
    2. Vöö,
    3. Hawkins RD
    4. Kandel ER,
    5. Muller RU

    (2000) Pikaajalise potentseerimise, rakkude asetuse ja vähenenud proteiinkinaasi A aktiivsuse põhjustatud õppimise paralleelne ebastabiilsus. J Neurosci 20: 8096 - 8102.

  45. ↵
    1. Sargolini F
    2. Fyhn M,
    3. Hafting T,
    4. McNaughton BL,
    5. Witter MP,
    6. Moser MB,
    7. Moser EI

    (2006) Asendi, suuna ja kiiruse üheaegne esitus entorinaalses ajukoores. teadus 312: 758 - 762.

  46. ↵
    1. Sawaguchi T
    2. Goldman-Rakic ​​PS

    (1991) D1 dopamiini retseptorid prefrontaalses ajukoores: osalemine töömälus. teadus 251: 947 - 950.

  47. ↵
  • ↵
    1. Skaggs WE,
    2. McNaughton BL,
    3. Gothard KM,
    4. Markus EJ

    (1993) närviandmete töötlemise süsteemide edusammudes, Teabe teoreetiline lähenemine hippokampuse koodi dešifreerimiseks, ed Hanson SJ, Cowan JD, Giles CL (Morgan Kaufmann, San Mateo, CA), Vol 5, lk 1030 – 1037.

  • ↵
    1. Stuchlik A,
    2. Vales K

    (2006) Dopamiini D1 retseptori antagonisti SCH23390 ja D1 agonisti A77636 toime aktiivse allootilise koha vältimisele, ruumilise tunnetuse ülesanne. Behav Brain Res 172: 250 - 255.

  • ↵
    1. Stuchlik A,
    2. Fenton AA,
    3. Bures J

    (2001) Rottide substrataalset idiootilist navigeerimist kahjustab ekstramaaside ja intramaasiliste märkide eemaldamine või devalveerimine. Proc Natl Acad Sci USA 98: 3537 - 3542.

  • ↵
    1. Swanson-Park JL,
    2. Coussens CM,
    3. Mason-Parker SE,
    4. Raymond CR,
    5. Hargreaves EL,
    6. Dragunow M,
    7. Cohen AS,
    8. Abraham WC

    (1999) Dopamiin D1 / D5 retseptori ja beeta-adrenergilise retseptori panuse pikaajaline potentseerumise püsivuse topelt dissotsiatsioon hippokampuses. Neuroscience 92: 485 - 497.

  • ↵
    1. Tran AH,
    2. Tamura R
    3. Uwano T,
    4. Kobayashi T,
    5. Katsuki M,
    6. Matsumoto G,
    7. Ono T

    (2002) Dopamiini D2-retseptori knockout-hiirtel paikneva kohaga seotud tasu ennustamiseks muutunud akumuleerunud närvivastus. Proc Natl Acad Sci USA 99: 8986 - 8991.

  • ↵
    1. Tran AH,
    2. Tamura R
    3. Uwano T,
    4. Kobayashi T,
    5. Katsuki M,
    6. Ono T

    (2005) Dopamiini D1 retseptorid, mis on seotud lokomotoorse aktiivsusega, ja akumuleerib närvivastused kohaga seotud tasu ennustamisele. Proc Natl Acad Sci USA 102: 2117 - 2122.

  • ↵
    1. Whishaw IQ,
    2. McKenna JE,
    3. Maaswinkel H

    (1997) Hippokampuse kahjustused ja teeintegratsioon. Curr Opin Neurobiol 7: 228 - 234.

  • ↵
    1. Wiener SI,
    2. Paul CA,
    3. Eichenbaum H

    (1989) Hippokampuse neuronaalse aktiivsuse ruumilised ja käitumuslikud korrelatsioonid. J Neurosci 9: 2737 - 2763.

  • ↵
    1. Wilkerson A,
    2. Levin ED

    (1999) Ventraalsed hipokampuse dopamiini D1 ja D2 süsteemid ning ruumiline töömälu rottidel. Neuroscience 89: 743 - 749.

  • ↵
    1. Wilsoni MA,
    2. McNaughton BL

    (1993) Hippokampuse ansambli koodi dünaamika ruumi jaoks. teadus 261: 1055 - 1058.

  • ↵
    1. Yamaguchi H,
    2. Aiba A,
    3. Nakamura K,
    4. Nakao K,
    5. Sakagami H,
    6. Goto K,
    7. Kondo H,
    8. Katsuki M

    (1996) Dopamiini D2 retseptor mängib kriitilist rolli rakkude proliferatsioonis ja proopiomelanokortiini ekspressioonis hüpofüüsis. Geenirakud 1: 253 - 268.

  • ↵
    1. Zinyuk L,
    2. Kubik S,
    3. Kaminsky Y,
    4. Fenton AA,
    5. Bures J

    (2000) Hippokampuse aktiivsuse mõistmine eesmärgipärase käitumise abil: kohtnavigatsioon kutsub esile raku tühjenemise nii ülesannetega seotud kui ka ülesande-ebaoluliste ruumiliste tugiraamistike puhul. Proc Natl Acad Sci USA 97: 3771 - 3776.

    •