Positiivsete ja negatiivsete motiveerivate signaalide vastastikune töötlemine VTA dopamiini neuronaalsete populatsioonide poolt (2011)

KOMMENTAARID: See uuring näitab, et preemiaskeem ja dopamiini tootvad närvirakud reageerivad hirmule. Sama ringlus, mis sunnib meid dopamiiniga oma eesmärke järgima, näiteks orgasm, aktiveeritakse ka hirmust. Seetõttu meeldivad meile hirmutavad asjad - rulluisud, hüpped hüppamiseks, õudusfilmid jne. Me ei tea, kas pornograafiat tekitav hirm või ärevus suurendab vabaneva dopamiini hulka. See oleks mõistlik, sest paljud kasutajad liiguvad pornograafiažanritesse, mis põhjustavad ärevust ja hirmu. Kui pornotarbija ei saa praegusest žanrist enam piisavalt dopamiini, võib ta suurema dopamiiniparanduse saamiseks otsida pornot, mis kutsub esile ärevust ja hirmu. Adrenaliin ja noradrenaliin stimuleerivad ka tasu skeeme, nagu on kirjeldatud selle jaotise teistes artiklites.

Täielik uuring: nii positiivsete kui ka negatiivsete motiveerivate signaalide vastastikune töötlemine VTA dopamiini neuronaalsete populatsioonide poolt

Wang DV, Tsien JZ, 2011 PLOS ONE 6 (2): e17047. doi: 10.1371 / journal.pone.0017047

Abstraktne

Dopamiini neuroneid ventraalses tegmentaalses piirkonnas (VTA) on traditsiooniliselt uuritud nende rolli kohta tasustamisega seotud motivatsioonis või uimastisõltuvuses. Siin uurime, kuidas VTA dopamiini neuronite populatsioon võib töödelda hirmuäratavaid ja negatiivseid kogemusi, samuti tasu informatsiooni vabalt käituvate hiirtega. Kasutades multi-tetrode salvestamist, leiame, et kuni 89% VTA oletatavatest dopamiini neuronitest omab vastusena konditsioneeritud toonile, mis ennustab toidu tasu, märkimisväärset aktivatsiooni, samas kui sama dopamiini neuronite populatsioon vastab ka sellistele kardetavatele kogemustele nagu vaba langeda ja raputada sündmusi. Enamus nendest VTA eeldatavatest dopamiini neuronitest avaldavad supressiooni ja nihke-tagasilöögi ergutamist, samas kui ~ 25% registreeritud dopamiini neuronitest näitavad hirmutavate sündmuste ergutust. Oluline on, et VTA oletatavatel dopamiini neuronitel on parameetrilised kodeerimisomadused: nende põletamise muutuste kestused on proportsionaalsed hirmuäratavate sündmuste kestustega. Lisaks näitame, et kontekstuaalne informatsioon on nende neuronite jaoks hädavajalik, et saada sama positiivse tooniga positiivseid või negatiivseid motiveerivaid vastuseid. Kokkuvõttes näitavad meie tulemused, et VTA dopamiini neuronid võivad kasutada nii positiivsete kui ka negatiivsete kogemuste töötlemiseks konvergentset kodeerimisstrateegiat, mis on tihedalt seotud märkide ja keskkonnaga.

arvandmed

Viide: Wang DV, Tsien JZ (2011) Mõlema positiivse ja negatiivse motivatsiooni signaalide konvergentne töötlemine VTA dopamiini neuronaalsete populatsioonide poolt. PLOS ONE 6 (2): e17047. doi: 10.1371 / journal.pone.0017047

Toimetaja: Hiromu Tanimoto, Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Saksamaa

Vastatud: November 9, 2010; Vastu võetud: Jaanuar 19, 2011; Avaldatud: Veebruar 15, 2011

Copyright: © 2011 Wang, Tsien. See on avatud juurdepääsuga artikkel, mida levitatakse Creative Commons Attribution License tingimuste kohaselt, mis võimaldab piiramatut kasutamist, levitamist ja paljundamist mis tahes andmekandjal, kui algne autor ja allikas on krediteeritud.

Rahastamine: Seda tööd toetasid NIMH (MH060236), NIA (AG024022, AG034663 & AG025918), USAMRA00002 ja Georgia Research Alliance (kõik JZT-le) vahenditega. Rahastajatel ei olnud mingit rolli uuringute kavandamisel, andmete kogumisel ja analüüsimisel, avaldamise otsustamisel ega käsikirja ettevalmistamisel.

Konkureeritavad huvid: Autorid on teatanud, et ei ole konkureerivaid huve.

Sissejuhatus

Dopamiini neuroneid ventraalses tegmentaalses piirkonnas (VTA) on traditsiooniliselt uuritud nende rolli eest tasustamisega seotud motivatsioonis või uimastisõltuvuses [1]-[3]. Samas arvatakse, et VTA dopamiini neuronid on negatiivse motivatsiooni jaoks olulised [1]-[4]. Kirjanduses on dopamiini neuroni roll positiivses motivatsioonis hästi tõestatud ja seda toetavad mitmed uuringud, mis näitavad, et tasu (nt toit, mahl) ja tasulised märgid (konditsioneeritud stiimulid) tekitavad lühiajalist latentsust (50 – 110 ms) ja dopamiini neuroni lühiajaline (~ 200 ms) purunemisaktiivsus [5]-[9]. Need dopamiini neuronite reageerimisvõime näib kodeerivat prognoosivea reegli kaudu paljusid uudseid ja tasustamisega seotud sündmusi [5]-[9]. Samuti on näidatud, et VTA dopamiini aktiivsus on uimastisõltuvuses oluline: peaaegu kõik sõltuvust põhjustavad ravimid suurendavad sünaptilist dopamiini taset tuumas accumbenides, mis saavad ulatuslikke dopamiinergilisi sisendeid VTA piirkonnast. [10]-[12].

Samuti on täheldatud VTA dopamiini neuroni rolli negatiivses motivatsioonis. Mitmed uuringud on leidnud, et aversiivsed sündmused (nt suukaudne kiniini või LiCl-i infusioon) või negatiivsed seisundid (nt ravimite ärajätmine) võivad muuta dopamiini kontsentratsioone VTA dopamiini neuronite poolt innerveeritud aju piirkondades [13]-[15]. Lisaks põhjustab dopamiini ülekande katkestamine VTA allavoolu struktuurides häiritud või hirmuäratava kogemuse halvenemist [16], [17]. Lisaks võivad dopamiini tasemed käitumisele tugevdamisel olla vastupidised: madalam dopamiini tase tuuma accumbensis usub, et see parandab karistust, kuid kahjustab tasupõhist õppimist, samal ajal kui kõrgem dopamiini tase parandab tasu, kuid kahjustab karistuspõhist õpet [18]. Need ülaltoodud uuringud viitavad tugevalt sellele, et VTA dopamiini neuronitel on oluline roll ka negatiivsete motivatsioonisignaalide töötlemisel. VTA dopamiini neuroni täpne roll negatiivses motivatsioonis ei ole siiski täiesti selge.

Teisest küljest leiavad hiljutised uuringud, et dopamiini neuronid substra nigra pars compacta (SNc) võivad reageerida nii tasu (nt mahla) kui ka aversiivsete stiimulite (nt õhupuhvri) suhtes ja kaks SNc dopamiini neuronite populatsiooni võivad selgelt positiivset ja negatiivsed motiveerivad signaalid [9], [19]. Siiski on tekkinud muresid selle kohta, kas õhupuhastus nahale või konditsioneeritud kiil, mis ennustab õhupuhvri esinemist, on ahvidele tõesti vastumeelne, kui sellised tegevused ei ole kahjulikud [9]. Lisaks on teada, et SNc dopamiini neuronid töötlevad informatsiooni erinevatel aspektidel ja eristava sisend-väljundnärvi ahelaga VTA suhtes [5]. Seetõttu on tugev huvi uurida, kas ja kuidas VTA dopamiini neuronid töötlevad negatiivseid kogemusi ja kas on olemas erinevad dopamiini neuronipopulatsioonid, mis pühendavad end positiivse ja negatiivse informatsiooni töötlemiseks.

Nende oluliste küsimuste käsitlemiseks kasutasime vabalt käituvatel hiirtel multi-tetrode ekstratsellulaarset salvestust ja kasutasime kahte tüüpi tugevaid hirmuäratavaid sündmusi (vaba kukkumine ja raputamine). [20] viis uurida VTA neuronite rolli negatiivsete motivatsioonisignaalide töötlemisel. Me koolitasime hiirtel ka neutraalse tooni sidumist järgneva toiduga, mis võimaldas meil uurida, kuidas sama VTA dopamiini neuronipopulatsioon võib töödelda positiivseid liikumissignaale. Kuna kontekstiteave on paljude üldiste kogemuste lahutamatu osa, siis küsisime, kas ja kuidas võivad keskkonna kontekstid osaleda tasu või aversiivse teabe diskrimineerimisel. Sellega seoses teostasime veel mitmeid eksperimente, kus me koolitasime hiirtele ühe tooni ja toidu tasu ning hirmuäratava sündmuse sidumiseks, kuid erinevates kontekstides, mis võimaldas meil kindlaks määrata, kuidas konditsioneeritud VTA dopamiini närvivastused olid sisuliselt mõjutanud keskkonna kontekstis. Meie tulemused näitavad, et VTA dopamiini neuronid võivad kasutada nii positiivsete kui ka negatiivsete kogemuste töötlemiseks konvergentsi kodeerimise strateegiat.

Tulemused

Oletatavate dopamiini neuronite klassifitseerimine

Me implanteerisime hiirte parema ajupoolkera VTA-sse 8 tetroodi (32 kanalit) teisaldatavad kimbud ja meie katse lõpus kinnitati histoloogia abil salvestavate elektroodide asukohad (Joonis 1A). Praegustes analüüsides kasutati andmeid 24-hiirte kohta, millest me salvestasime oletatavad dopamiini neuronid. Nendest 210 hiirtest registreeriti 24-i ühikud, millel on selged naastud. Joonis S1). Neist klassifitseeriti 96i üksused oletatavateks dopamiini neuroniteks nende põletusmustrite alusel (vt Materjalid ja meetodid) ja teised 114-i üksused liigitati seega mitte-dopamiini neuroniteks. Klassifitseeritud dopamiini neuronite neuronitel esinesid tavaliselt laiaulatuslikud kolmefaasilised toimepotentsiaalid (Joonis 1Bpunane), kuigi variatsiooniga, samas kui mitte-dopamiini neuronitel oli kitsam kolmefaasiline või kahefaasiline toimepotentsiaal (Joonis 1B, sinine ja must). Oluline on see, et ainult madala algtaseme põletamise kiirusega neuronid (0.5 – 10 Hz; Joonis 1C), suhteliselt pikad piikidevahelised intervallid (> 4 ms) ja korrapärane tulistamisviis liigitati oletatavateks dopamiini neuroniteks. Seevastu klassifitseeritud mitte-dopamiini neuronid näitasid tavaliselt kõrgemat lähtesagedust (> 10 Hz; Joonis 1C) ja / või märkimisväärset modulatsiooni liikumiskiirusel liikumise ajal võrreldes vaikse ärkvelolekuga [21]-[23].

thumbnail

Joonis 1. Muti-tetrode salvestamine ja VTA neuronite klassifikatsioon.

(A) Elektroodiploki rada, mis on näidatud koronaalsete ajuosade (üleval paremal) ja elektroodide massiiviotside (21 hiirtelt) asukohta atlasi jaotise diagrammidel [52]. Sinised ruudud tähistavad kohti, kus 1 / 2 tüüpi oletatavad DA-neuronid registreeriti; punased ruudud kujutavad kohti, kus 3-tüüpi neuronid registreeriti; lillad ruudud kujutavad kohti, kus registreeriti nii tüüp-1 / 2 kui ka tüüp-3 neuronid (vt Joonis 2 kolme oletatava DA-neuroni liigitamiseks). (B) Näited tüüpiliselt salvestatud spike-lainekujudest oletatava DA (punase) ja mitte-DA (sinise ja musta) neuronite puhul. Pool AP laiust mõõdeti minimaalsest minimaalsest toimepotentsiaali tipust. (C) Klassifitseeritud DA (punane) ja mitte-DA (must) neuronite baasjoone kiirus ja pool AP laiused. DA, dopamiin; Mitte-DA, mitte-dopamiin; AP, tegevuspotentsiaal.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g001

Kolm tüüpi hirmule reageerivad VTA eeldatavad dopamiini neuronid

Me kasutasime kahte tüüpi tugevaid hirmutavaid sündmusi (vaba kukkumine ja raputamine), et uurida, kuidas VTA neuronid võivad negatiivsetele kogemustele reageerida [20]. Pärast kirurgilistest uuringutest saadud hiirte ja stabiilsete salvestuste saavutamist (tavaliselt 1 ~ 2 nädalat pärast operatsiooni) alustasime katseid. Iga hiir pandi vabasse kukkumiskambrisse või loksutuskambrisse, kus 20i uuringute kohta vabade languste või raputamise juhtumite kohta saadi iga seanss 1-2-i intervalliga uuringute vahel (Joonis 2A). Seansi vaheline intervall on tavaliselt 1 – 2 tundi. Me jälgisime alati salvestatud üksuste stabiilsust, uurides piigi lainekuju kuju, algtaseme põletamise olekut ja naasteklassi jaotusi nii enne kui ka pärast sündmusi ning kogu katse ajal. Me hindasime, et kahe hirmuäratava sündmuse ajal ei täheldatud üheaegselt üheaegselt salvestatud ühikute kontrollimist (nt kaks ühest ja samast tetrodist salvestatud ühikut, mis näitasid vastupidiseid tulekahju muutusi) (Joonis S2). Tagasime ka, et salvestatud andmetesse ei lisatud kunstlikke elektrilisi või mehaanilisi müra, hinnates laineid enne hirmuäratavaid sündmusi, nende ajal ja pärast neid.Joonis S3). Üldiselt jagati need eeldatavad dopamiini neuronid (n = 96) põhiliselt kolme põhitüübiks, mis põhinevad nende vastusomadustel kahel hirmul sündmusel: tüüp-1 (59%, 57 / 96), tüüp-2 (13%, 12 / 96) ja tüüp-3 (25%, 24 / 96).

thumbnail

Joonis 2. Kolm tüüpi VTA oletatavad dopamiini (DA) neuronid.

(AC) Peri-sündmuste rastrid (1-20 uuringud ülalt alla) ja kolme VTA oletatava dopamiini neuroni näite histogrammid (A: tüüp-1, B: tüüp-2 ja C: tüüp-3) vastuseks vabale kukkuda (vasakpoolsed paneelid), raputada (keskpaneelid) ja konditsioneeritud tooni, mis ennustas usaldusväärselt suhkru graanulite kohaletoimetamist (parempoolsed paneelid). (D) Erinevate oletatavate DA-neuronite protsendid. (E, F) Hirmutatud (E: type-1 ja 2) ja hirmutatud (F: type-3) oletatavate DA-neuronite protsendid, mida aktiveeris oluliselt konditsioneeritud toon, mis usaldusväärselt ennustas suhkru graanulite kohaletoimetamist. Vaba langus, 30 cm kõrge; Raputage, 0.2 sek; Toon, 5 kHz, 1 s.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g002

1-tüüpi VTA eeldatavad dopamiini neuronid ei näidanud mitte ainult olulist nende põletamise pärssimist vastusena nii vabalangemise kui ka raputamise sündmustele (Joonis 2A, vasak- ja keskpaneelid) (P<0.05, Wilcoxoni allkirjastatud test), kuid ka mõlema sündmuse lõpetamisel tugev tasakaalustatud-tagasilöögiga ergastus. Defineerisime tagasilöögi ergastuse kui Gsetsi filtriga silutud tipphetke kompenseerimise väärtus olema vähemalt kaks korda suurem kui baasjoone laskemäär ja z-skoor suurem kui 2. Selline tagasilöögi ergastus võib anda märku ohutusest kartlikud sündmused või selliste sündmuste ajend. Seejärel küsisime, kas need 1. tüüpi dopamiini neuronid reageerisid tasu signaalidele. Kombineerides korduvalt neutraalse tooni järgneva suhkrupelleti tarnimisega, leidsime, et need neuronid suurendasid ka oluliselt tulekahju tingimusliku toonini, mis ennustas usaldusväärselt tasu (Joonis 2A, parem paneel). Seetõttu olid need 1-tüüpi dopamiini neuronid reageerivad nii tasu kui ka negatiivsete signaalide suhtes.

Tüüp-2 VTA oletatavad dopamiini neuronid näitasid olulist supressiooni (P<0.05, Wilcoxoni signatuur-aste test) vabalangemise või raputamise ajal, kuid pärast nende sündmuste lõpetamist ei olnud neil tagasilöögi aktiveerimist (z-skoor <2) (Joonis 2B, vasak- ja keskpaneelid). Sarnaselt 1-i tüüpilistele dopamiini neuronitele suurendasid need 2-i tüüpi neuronid oma tulistamist märkimisväärselt konditsioneeritud tooniga, mis usaldusväärselt ennustas tasu (Joonis 2B, parem paneel). Seega on nii tüüp-1 kui ka tüüp-2 dopamiini neuronitel kahesuunaline modulatsioon negatiivsete ja positiivsete sündmuste poolt, st nad vähendavad nende tulistamist hirmuäratavatele sündmustele, suurendades samal ajal nende tulekahju signaale.

Intrigeerivalt salvestasime ka kolmandat tüüpi dopamiinergiliste neuronite, mis jagasid pigem sarnasust 1 / 2-i tüüpiliste dopamiini neuronite kui mitte-dopamiini neuronitega. Need 3-tüüpi neuronid (umbes 25% kõigist registreeritud dopamiini neuronitest) suurendasid nende tulistamist nii vabalangemise kui ka raputamise korral (Joonis 2C, vasak- ja keskpaneelid) (P<0.05, Wilcoxoni allkirjastatud test). Nende suurenenud tulistamisele järgnes tavaliselt kompenseerimine. Veelgi enam, need 3. tüüpi dopamiini neuronid võivad ka suurendada tulekahju vastuseks konditsioneeritud toonile, mis ennustas tasu (Joonis 2C, parem paneel). Need 3-tüüpi neuronid, mis suurendasid nende süttimist nii positiivseteks kui negatiivseteks sündmusteks, on üsna erinevad 1-tüüpi ja 2-tüüpi dopamiini neuronitest. See viitab tugevalt VTA dopamiini neuronite populatsiooni mitmekesisusele [24], [25].

Üldiselt moodustavad tüüp-1 ja tüüp-2 neuronid enamuse (72%) registreeritud VTA eeldatavast dopamiini neuronaalsest populatsioonist, samas kui tüüp-3 neuronid moodustavad umbes 25%, ülejäänud oletatavad dopamiini neuronid (3%) ei reageeri kardavad sündmused (Joonis 2D). Veelgi enam, meie analüüsid näitavad, et kõik need neuronite reaktsioonid negatiivsetele sündmustele kipuvad olema sujuvalt ühetaolised (45 neuronit testiti nii vabalangemise kui ka raputamise korral), see tähendab, et vabalangemise sündmuse poolt alla surutud (või aktiveeritud) neuronid allasurutud (või aktiveeritud) muude kartlike sündmuste, näiteks raputussündmuse, ja vastupidi. Hirmu alla surutud dopamiini neuronitest (tüüp 1 ja tüüp 2), mida uurisime nende reageerimise suhtes tasu signaalidele, näitas 96% neist (44/46) märkimisväärset aktiveerimist tasulise tooni poolt (Joonis 2E) (P<0.05, Wilcoxoni allkirjastatud test). See näitab selgelt, et valdav enamus 1. ja 2. tüüpi VTA dopamiini neuronitest on võimelised reageerima kahesuunaliselt nii positiivsetele kui ka negatiivsetele sündmustele, see tähendab, et nad näitavad ergastust preemiainfo abil, samal ajal kui suruvad alla hirmulised kogemused. Teisest küljest saab umbes 71% 3. tüüpi oletatavatest dopamiini neuronitest (12/17), mis olid aktiveeritud hirmuäratavate sündmuste abil, aktiveerida ka tasu signaalide abil (Joonis 2F) (P<0.05, Wilcoxoni allkirjastatud test). See viitab tungivalt, et kartlikud sündmused, mitte ainult tasu, võivad erutada mõningaid VTA oletatavaid dopamiini neuroneid.

Põlemismustrid ja farmakoloogia iseloomustus

Hoolimata nende sarnasustest kolme oletatava dopamiini neuroni tüübi põletusmustri ja naastvormide puhul (nt. Joonis 3A – C), täheldasime nende vahel mõningaid erinevusi. Esiteks ilmnes 3-tüüpi dopamiinergilisele neuronile tunduvalt madalam tõenäosus (9 ± 2.3%, keskmine ± sem) lõhkematerjali kasutamisel võrreldes tüüp-1 (55.2 ± 2.5%) või tüüp-2 (32.0 ± 3.8%) oletatava dopamiiniga neuronid (Joonis 3D ja E). Teiseks, tüüp-3 neuronitel oli palju madalam baasjoone kiirus (2.15 ± 0.33 Hz, keskmine ± sem; n = 24) võrreldes tüübiga 1 (5.66 ± 0.27 Hz; n = 57) või tüüp-2 (4.92 ± 0.49 Hz; n = 12) neuronid (Joonis 3F).

thumbnail

Joonis 3. Põlemismustrid ja farmakoloogia iseloomustus.

(A – C) Kolm näidet tetrode salvestatud oletatavatest dopamiini neuronitest (tüüp 1, tüüp-2 ja tüüp-3) ja nende tüüpilised naastud. PC1 ja PC2 esindavad vastavalt põhikomponendi analüüsi esimest ja teist põhikomponenti. Sinised täpid kujutavad isoleeritud dopamiini neuronite individuaalseid naelu; mustad täpid näitavad individuaalseid naelu teiste sortimata VTA neuronite jaoks. (D) Kolme näite dopamiini neuronite (tüüp-1, tüüp-2 ja tüüp-3) interpektiivsed intervallid. (E) Kolmekordse oletatava dopamiini neuronite purunemise protsent. Veabaarid, sem; ***P<0.001, õpilase oma t-test. (F) Kolme oletatava dopamiini neuroni algtaseme põletamise kiirus. Veabaarid, sem; ***P<0.001, õpilase oma t-test. (G) Dopamiini neuronite (tüüp-1, tüüp-2 ja tüüp-3) näite kumulatiivne spike-aktiivsus vastuseks dopamiini retseptori agonisti apomorfiinile. Märgiti, et tüüp-1 ja tüüp-3 oletatavad dopamiini neuronid registreeriti ühest tetrodist samaaegselt. (H ja I) Võimalike dopamiini (H) ja mitte-dopamiini (I) neuronite algtaseme ja ravimijärgse põletamise kiirused. Hiirtele süstiti dopamiini retseptori agonisti apomorfiini (1 mg / kg, ip) ja põlemiskiirused keskmistati 30 min enne ja 30 min pärast apomorfiini süstimist.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g003

Samuti süstisime hiirtele dopamiini retseptori agonistide apomorfiini (1 mg / kg, ip) ja / või kinpirooli (1 mg / kg, ip), mis on peamiselt näidanud, et inhibeerivad dopamiini neuroni aktiivsust [6], [8], [24], [25]. Dopamiini retseptori agonistidega testiti kokku 77 VTA neuroneid (sealhulgas 33 klassifitseeritud oletatavad dopamiini neuronid ja 44-i mitte-dopamiini neuronid). Meie farmakoloogilised tulemused näitasid, et suurem osa (96%; 23 / 24) tüüp-1 ja tüüp-2 oletatavatest dopamiini neuronitest olid oluliselt maha surutud, kuid üllatuslikult näitasid 3-tüüpi neuronid (n = 9) apomorfiini ergastamist (Joonis 3H). Lisaks testiti 4-i klassifitseeritud oletatavaid dopamiini neuroneid nii apomorfiini kui ka kinpirooliga (erinevatel päevadel). Need 4-i oletatavad dopamiini neuronid avaldasid sarnast vastust apomorfiinile ja kinpiroolile: apomorfiini poolt pärsitud neuronid (n = 2) olid samuti kinopirooli poolt pärsitud; samuti aktiveerisid apomorfiini poolt aktiveeritud neuronid (n = 2) kvinpirooliga. Seevastu näitasid VTA mitte-dopamiini neuronid (n = 44) pärast apomorfiini või kinpirooli süstimist väga vähe või ei muutunud põlemiskiirust.Joonis 3I).

VTA eeldatavate dopamiini neuronite vastused hirmuslike sündmuste erinevatele kestustele ja intensiivsusele

VTA dopamiini neuronite kodeerivate omaduste paremaks mõistmiseks hirmuäratavateks sündmusteks teostasime parameetrilisi katseid. Salvestamiskatsete käigus viidi juhuslike tellimuste käigus läbi erinevad vabalangemise kõrgused (10 ja 30 cm) ja värina eri kestused (0.2, 0.5 ja 1 sec). Leidsime, et VTA dopamiini neuronitel esinesid ajalised dünaamilised aktiivsuse muutused, mis olid proportsionaalsed hirmuliste sündmuste kestusega. Nagu näidatud Joonis 4ATüüp-1 oletatavad dopamiini neuronid näitasid vabalangemise korral kestusest sõltuvat supressiooni (10 cm vs. 30 cm kõrge). Rahvastiku analüüs näitas, et vastuseks 10i ja 30 cm vabadele langustele (Joonis 4B1-i eeldatavate dopamiini neuronite keskmine nihke-ergastamise latentsus (silutud nihke maksimaalse põletamise kiiruse latentsus) oli 293 ± 38 ms (keskmine ± sd, n = 15) ja 398 ± 28 ms (n = 20), vastavalt (P<0.001, õpilase oma t-test). Need tulemused viitavad sellele, et 1-tüüpi oletatavate dopamiini neuronite vastused korreleeruvad kartlike sündmuste kestusega (Joonis 4B, parem paneel). Täheldati, et 30 cm vabalangemise sündmuse (30.9 ± 6.6 Hz; keskmine ± sd) puhul oli nihkega maksimaalse põletamise kiirus veidi kõrgem 10 cm sündmusega (26.3 ± 5.9 Hz).P = 0.04, õpilase oma t-test), mis viitab sellele, et 1-tüüpi VTA dopamiini neuronite negatiivsed vastused võivad vähemal määral peegeldada ka vaba langemise sündmuste intensiivsust.

thumbnail

Joonis 4. VTA-tüüpi 1-i oletatavate dopamiini neuronite vastused hirmuäratavate sündmuste erinevatele kestustele ja intensiivsusele.

(A) Peri-sündmuste rastrid (1 – 20 uuringud) ja ühe näite tüüp 1 neuroni histogrammid vastuseks 10 cm (vasakule) ja 30 cm (paremale) vabale langusele. (B) 1-i neuronite siledad populatsiooni keskmised peri-sündmuse histogrammid (vasakul) ja nihkunud erutus latentsused (paremal) vastusena 10 cm (sinine joon; n = 15) ja 30 cm (punane joon; n = 20) . (C) Ülejäänud 1-i neuroni peri-sündmuste rastrid ja histogrammid vastuseks 0.5 sek (vasakule) ja 1 sec (paremal) korral. (D1 sek (roheline joon; n = 0.2), 13 s (sinine joon; n = 0.5) ja 20 (1 s) (X). sek (punane joon; n = 14) raputab sündmusi. (E) Teise tüüpi 1 neuroni peri-sündmuste rastrid ja histogrammid vastuseks madalale (vasakule) ja suure intensiivsusega (paremale) loksutamisele. (F) 1-tüüpi neuronite siledad populatsiooni keskmised peri-sündmuse histogrammid (vasakul) ja ergastuse tipptulemus (paremal) vastusena madalale (sinine joon; n = 9) ja suure intensiivsusega (punane joon; n = 9) raputage sündmusi. Veabaarid, sd; *P<0.05, ***P<10-8, Õpilase omad t-test.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g004

Samamoodi näitasid need tüüp-1 neuronid löögisündmustele kestusest sõltuvaid vastusomadusi (Joonis 4C ja D). Loksutamise korral, mis kestis 374, 25 ja 13, olid keskmine nihke latentsus 672 ± 52 ms (keskmine ± sd, n = 20), 1169 ± 35 ms (n = 14) ja 0.2 ± 0.5 ms (n = 1). XNUMX sek (vastavaltP<0.001, ühesuunaline ANOVA). Järelmeetmed üliõpilastele t- katsed näitasid iga võrdluse puhul väga olulisi erinevusi (Joonis 4D, parem paneel). Siiski ei esinenud olulisi erinevusi nihkepiirkonna põletamise kiirustes erinevates loksutamise sündmuste kestustes (P> 0.05; ühesuunaline ANOVA). Samuti varieerisime raputussündmuse intensiivsust: 1. tüüpi neuronitel oli kõrge intensiivsusega raputamissündmustega võrreldes pisut kõrgem ergutuspiik kui madala intensiivsusega (Joonis 4E ja F; 29.1 ± 7.7 vs 23.5 ± 9.5 Hz, keskmine ± sd). Need ülaltoodud tulemused viitavad sellele, et VTA-tüüpi 1-i oletatavate dopamiini neuronite vastused korreleeruvad hirmuslike sündmuste kestusega ja vähemal määral hirmuliste sündmuste intensiivsusega.

Veelgi enam, 3-tüüpi dopamiinergiliste neuronite ergastusaeg korreleerub ka hirmuliste sündmuste kestusega. Vastuseks 10i ja 30 cm vabalangemisele (Joonis 5A ja B) olid ergastusajad 251 ± 29 ms (keskmine ± sd, n = 8) ja 345 ± 33 ms (n = 10), vastavalt (P<0.001, õpilase oma t-test). Vastuseks 0.2ile, 0.5ile ja 1 secile raputage sündmusi (Joonis 5C ja D) olid 3-tüüpi neuronite ergastusajad 294 ± 53 ms (n = 10), 573 ± 80 ms (n = 9) ja 1091 ± 23 ms (n = 7) (P<0.001, ühesuunaline ANOVA). Järelmeetmed üliõpilastele t-test näitas iga võrdluse puhul väga olulisi erinevusi (Joonis 5D, parem paneel). Vastuseks erinevatele loksutusjuhtumite intensiivsustele ilmnes tüüp-3 neuronitel kõrgema intensiivsusega raputussündmuste puhul kõrgema ergastusega tipp võrreldes madala intensiivsusega üksusega (Joonis 5E ja F; 24.2 ± 4.6 vs 15.5 ± 1.3 Hz, keskmine ± sd).

thumbnail

Joonis 5. VTA-tüüpi 3-i dopaminegiliste sarnaste neuronite vastused hirmuliste sündmuste erinevatele kestustele ja intensiivsusele.

(A) Peri-sündmuste rastrid (1-20 uuringud) ja histogrammid ühe 3-i neuroni näites vastuseks 10 cm (vasakule) ja 30 cm (paremale) vabale langusele. (B) 3-i neuronite siledad populatsiooni keskmised peri-sündmuse histogrammid (vasakul) ja nihkunud erutus latentsused (paremal) vastusena 10 cm (sinine joon; n = 8) ja 30 cm (punane joon; n = 10) . (C) Sama neuroni peri-sündmuste rastrid ja histogrammid (nagu on näidatud A-s) vastuseks 0.5 sek (vasakule) ja 1 sec (paremal) korral. (D3 sek (roheline joon; n = 0.2), 10 s (sinine joon; n = 0.5) ja 9 (1 s) (X). sek (punane joon; n = 7) raputab sündmusi. (E) Teise tüüpi 3 neuroni peri-sündmuste rastrid ja histogrammid vastuseks madalale (vasakule) ja suure intensiivsusega (paremale) loksutamisele. (F) 3-tüüpi neuronite siledad populatsiooni keskmised peri-sündmuse histogrammid (vasakul) ja ergastuse tipptulemus (paremal) vastusena madalale (sinine joon; n = 5) ja suure intensiivsusega (punane joon; n = 5) raputage sündmusi. Veabaarid, sd; *P<0.05, ***P<10-5, Õpilase omad t-test.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g005

Need tulemused näitavad koos, et VTA eeldatavate dopamiini neuronite põletamise ajalised dünaamilised muutused korreleerusid hästi hirmutavate sündmuste stiimulite kestusega, surudes maha 1-tüüpi ja 2-tüüpi neuronite neuronite põletamist ning suurendades 3-tüüpi neuronite põletamist. Nende süütamise muutused võivad korreleeruda ka hirmuliste sündmuste stiimulite intensiivsusega, kuid palju vähem.

Sündmuste ja kontekstide terviklik kodeerimine

Aju töötleb tavaliselt episoodilisi kogemusi keskkonna kontekstis ning see kehtib ka sõltuvust tekitava käitumise kohta. Kontekstuaalset informatsiooni on soovitatud dopamiini neuronite reageerimisvõime seisukohast, et premeerida ennustavaid vihjeid [26]. Küsisime, kas keskkonnaalane kontekst mängis rolli negatiivsete sündmuste kodeerimisel, ja mis veelgi tähtsam, kuidas VTA dopamiini neuronid reageerivad samale konditsioneeritud kiidule, vaid seostuvad erinevate kontekstidega, mis ennustaksid vastupidist tulemust (nt tasu ja aversiivsed stiimulid) .

Seega viidi läbi teine ​​eksperimentide komplekt, kus hiirtele tehti kahesuunaline konditsioneerimine (nii tasu kui ka aversiivne konditsioneerimine). Me kasutasime üht neutraalset tooni, nagu konditsioneeritud stiimul (CS), et siduda erinevaid tingimusteta stiimuleid (USA, kas suhkrupellet või vabalangus) erinevates keskkondades (Joonis 6A). Me panime hiired Pavloviani konditsioneerimisele ühe nädala jooksul, mille jooksul hiired said ~ 200 CS / US paarid nii tasu kui ka aversiivse konditsioneerimise jaoks (vt Materjalid ja meetodid). Pärast treeningut lähenesid hiired kiirelt, tavaliselt 3 – 10 s (keskmiselt 4.3-s) pärast konditsioneeritud tooni algust, kuid ilma nähtava lähenemiseta kontrolltiile, mis ei saanud suhkru graanuleid, näidates efektiivsust ja assotsiatiivse tasuõppe spetsiifilisus (Joonis 6B, vasak paneel). Teisest küljest, vastuseks konditsioneeritud toonile, mis ennustas vabalangemise sündmust vabalangemise kambris, näitasid hiired konditsioneeritud tooni kuulmisel märkimisväärset suurenenud tahapoole liikumist (Joonis 6B, parem paneel), mis võib kajastada looma vältimist või kaitsekäitumist [27]. Kõrge hirmu ja ärevuse vastused nendes hiirtes ilmnesid ka suurenenud roojamisest ja urineerimisest vabas langemisruumis võrreldes tasu või neutraalsete kambritega (Joonis 6C).

thumbnail

Joonis 6. Positiivsete ja negatiivsete signaalide kahesuunaline kodeerimine sama konditsioneeritud tooni kaudu erinevates kontekstides.

(A) Kahesuunalise konditsioneerimise eksperimentaalse paradigma skeem. Kasutati ühte tooni (5 kHz, 1 sec): see ennustas suhkrupelleti kohaletoimetamist tasustamiskambris (ülemine); see ennustas vaba langemise sündmust vabalangemise kambris (keskel); ja see ei ennustanud midagi neutraalses kambris (põhjas). (B) Vasakul, tassi lähenemise viivitus pärast konditsioneeritud tooni algust, mis ennustas suhkru kohaletoimetamist. Õigus, hiired näitasid olulist suurenenud tahapoole liikumist pärast konditsioneeritud tooni algust, mis ennustas vaba langemise sündmust. (C) Vabanemisvoolukambris tekkis vastupanu sarnane käitumine (sagedane roojamine ja urineerimine) võrreldes tasu või neutraalse kambriga. Veabaarid, sem; n = 10; *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001, õpilase oma t-test. (D, E) Peri-sündmuste rastrid (1 – 20 uuringud) ja histogrammid kahest VTA oletatava dopamiini neuronite näidetest vastuseks samale konditsioneeritud toonile, mis ennustas suhkru graanulite kohaletoimetamist (vasakul), mis ennustas vaba langemise sündmust (keskel) ja mis ei olnud ennustage midagi (paremal), 1 – 2 intervalliga sessioonide vahel. (F) Hirmutatud (tüüp-1 ja 2) oletatavate dopamiini neuronite keskmised peri-sündmuse histogrammid, mis on tingitud samast konditsioneeritud toonist, mis ennustas suhkrupelletti (vasakpoolne paneel; n = 16), mis ennustas vaba langemise sündmust (keskpaneel samad 16 neuronid, nagu on näidatud vasakus paneelis) ja mis ei ennustanud midagi (parem paneel; n = 10). Vaba langus, 30 cm kõrge.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g006

Neuronaalse aktiivsuse salvestused nendes konditsioneeritud hiirtes (pärast 1-nädala koolitust) näitasid, et VTA eeldatavad dopamiini neuronid reageerisid märkimisväärselt konditsioneeritud toonile, mis ennustas suhkrupelletit tasustamiskambris (Joonis 6D, vasak paneel). Huvitav on, et samad VTA neuronid reageerisid usaldusväärselt samale konditsioneeritud toonile, kui ta ennustas vaba kukkumise kambrisse (Joonis 6D, keskmine paneel). Kui sama konditsioneeritud toon saadeti hiirtele neutraalses kambris, mis ei olnud seotud ühegi sündmusega, ei põhjustanud see olulisi muutusi põletamisel (Joonis 6D, parem paneel).

Kokku salvestasime hiirtelt 16i hirmutatud (tüüp-1 ja tüüp-2) dopamiini neuronid, mis allutati kahesuunalisele konditsioneerimisprotokollile. Kõigil nendel neuronitel ilmnes pärast konditsioneeritud tooni algust märkimisväärselt põlemiskiiruste suurenemine, mis ennustas usaldusväärselt suhkrupelletti (Joonis 6D – F, vasakpoolsed paneelid) (P<0.001, Wilcoxoni allkirjastatud test). Vastuseks samale toonile, mis ennustas vabalangemise sündmust, näitasid pooled neuronid (8/16) tulekiiruse olulist langust (Joonis 6D, keskmine paneel) (P<0.05, Wilcoxoni allkirjastatud test), samal ajal kui teisel poolel (8/16) oli lühike kohese aktiveerimise tipp (vähemalt kaks korda suurem kui algväärtus ja z-skoor suurem kui 2), millele järgnes märkimisväärne supressioon (Joonis 6E, keskmine paneel) (P<0.05, Wilcoxoni allkirjastatud test). Vastuseks neutraalses kambris olevale samale toonile toimusid tulistamises väga piiratud muudatused või puudusid need üldse (Joonis 6D – Fparempoolsed paneelid). Need tulemused näitavad, et tüüp 1 ja tüüp-2 VTA eeldatavad dopamiini neuronid võivad kahesuunaliselt kodeerida integreeritud positiivseid ja negatiivseid signaale (konditsioneeritud toon ja kontekstiteave kombineeritult), suurendades ja vähendades nende tuld.

Kontekstide tähtsus erinevate konditsioneeritud reaktsioonide tekitamisel oli samuti ilmne 3-tüüpi dopamiinergilistes neuronites. Näiteks reageeris tüüp-3 neuron märkimisväärselt konditsioneeritud toonile, mis oli seotud suhkrupelletiga tasustamiskambris (Joonis 7A, vasak paneel) või vabalangemine vabalanguskambris (Joonis 7A, keskmine paneel). Teisest küljest ei näidanud see neutraalses kambris tooni esitamisel süütamise kiirust.Joonis 7A, parem paneel). Elanikkonna analüüs kinnitas taas, et need 3-i tüüpi neuronid suurendasid oma tulistamist samale konditsioneeritud toonile tasu ja vabalangemise kambrites (Joonis 7B, vasak- ja keskpaneelid), kuid mitte neutraalses kambris (Joonis 7B, parem paneel) (P <0.05, üliõpilase oma) t-test). Ülaltoodud kontekstuaalsed katsed viitavad sellele, et VTA dopamiini neuronite tasemel esitatud teave on väga töödeldud ja integreeritud, et kodeerida keskkonna kontekstiga seotud positiivsete või negatiivsete motiveerivate sündmuste kogumit.

thumbnail

Joonis 7. Tüüp-3-i dopamiinergiliste neuronite vastused positiivsetele ja negatiivsetele signaalidele sama konditsioneeritud tooni kaudu erinevates kontekstides.

(A) Peri-sündmuste rastrid (1 – 20 uuringud) ja histogrammid tüüp-3 neuronist vastuseks samale konditsioneeritud toonile, mis ennustas suhkru graanulite kohaletoimetamist (vasakul), mis ennustas vaba langemise sündmust (keskel) ja mis ei ennustanud midagi neutraalses kambris (paremal). (B) 3-tüüpi neuronite (n = 6) siledad populatsiooni keskmised peri-sündmuse histogrammid vastuseks samale konditsioneeritud toonile, mis ennustas suhkru pelletite kohaletoimetamist (vasakul), mis ennustas vaba langemise sündmust (keskel) ja mis ei ennustanud midagi ( paremale). Vaba langus, 30 cm kõrge.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g007

VTA dopamiini neuronite reageerimisperioodi latentsus

Järgmisena otsustasime uurida oletatavate dopamiini neuronite vastupanuvõimet nii tasu kui ka hirmuäratavatele sündmustele. 10i ja 30 cm vabade languste sündmuste peri-sündmuste histogrammid ja 0.2i, 0.5i ja 1 sek-sündmuste peri-sündmuste histogrammid kombineeriti individuaalsete dopamiini neuronite jaoks vastuse alguse latentsuse arvutamiseks. Vastuse alguse latentsus määrati, saades kõigepealt 1000i konteineritest (bin = 10 ms) keskmise stimuleerimiskiiruse (keskmine) ja standardhälbe (sd) vahetult enne stimulatsiooni algust. Vastuse latentsus oli aeg, mis vastab vähemalt kolme järjestikuse konteineri Z-skooriga ≥2 esimese prügikasti algusele pärast stiimuli algust. Dopamiini neuroni madala algtaseme põletamise kiiruse tõttu tasandati perisündmuse histogrammid (bin = 10 ms) Gauss-filtriga (filtri laius = 3-konteinerid) vastuse alguse latentsuse arvutamiseks (vastuse algusjärgus latentsus) -1 ja tüüp-2 neuronid vabaks langemiseks, raputamiseks ja vastumeelseks CS-ks).

Meie tulemused näitasid, et tüüp-1 ja tüüp-2 oletatavad dopamiini neuronid näitasid sarnaseid reaktsioonivastuseid latentsuse ja vabanemise korral (90.6 ± 31.3 ms vs. 108.4 ± 48.6 ms; keskmine ± sd).Joonis 8A ja E). Tüüp-3-i dopamiinergilisele neuronile ilmnesid ka sarnased vastuse tekkimise latentsused kahele hirmusele sündmusele (43.5 ± 20.6 ms vs. 46.8 ± 24.2 ms), samuti kahele konditsioneeritud stiimulile (75.7 ± 19.0 ms vs. 62.9 ± 12.5 ms ) (Joonis 8B, D ja F). Teisest küljest, tüüp-1 ja tüüp-2 neuronid avaldasid aversiivsele CS-le palju pikemat vastuse alguse latentsust (supressiooni), võrreldes vastuse algusega (aktiveerimise) latentsusega (181.6 ± 51.9 ms vs. 67.1 ± 19.0 ms) (Joonis 8C ja E). Kokkuvõttes oli vastuse alguse latentsus üldjuhul pikem kui aktiveerimise alguse latentsus mis tahes võrdlemiseks (Joonis 8E ja F).

thumbnail

Joonis 8. VTA eeldatavate dopamiini neuronite reageerimisperioodi latentsus.

(A) Individuaalsete 1 ja 2 dopamiini neuronite vastupanuvõime languse ja raputamise vabastamiseks. (B) Individuaalsete 3-i dopamiini neuronite reageeriv latentsus vabanemise ja raputamise korral. (C) Individuaalsete 1 ja 2 dopamiini neuronite vastupanuvõimalused tasustatavale CS-ile, mis ennustas suhkrupelletti ja aversiivset CS-i, mis ennustas vaba langemist. (D) Individuaalsete 3-i dopamiini neuronite vastupanuvõimalused tasustatavale CS-ile, mis ennustas suhkrupelletti ja aversiivset CS-i, mis ennustas vaba langemist. (E) 1-i ja 2-i dopamiini neuronite populatsiooni keskmine vastuse algus latentsus (samadest andmetest nagu A ja C) ja (F) tüüp-3 neuronid (samadest andmetest nagu näidatud B ja D). Tüüp-1 / 2 neuronite vabanemise, raputamise ja vastumeelsuse CS vastuse algus latentsus vastab supressiooni latentsusele; teised aga vastavad aktiveerimise latentsusele. Veabaarid, sd

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g008

Sünkroonia VTA dopamiini neuronite unikaalsete komplektide seas

Kuna dopamiini tasemed sihtpiirkondades on sageli seotud erinevate kognitiivsete tulemustega, siis on juba ammu oletatud, et dopamiini neuronite sünkroniseeritud põletamine võib kujutada neuraalset mehhanismi selle neuroloogilise keemilise strateegia rakendamiseks. [28], [29]. Seda mõistet toetavad uuringud, mis näitavad, et dopamiini neuronite alamhulga substra nigra pars compacta (SNc) puhul ilmnes spontaanne sünkroniseeritud aktiivsus [24], [30]. Kasutades oma katsetes mitme tetroodiga salvestamist, oli meil võimalus uurida dünaamilisi seoseid VTA-s samaaegselt registreeritud eeldatavate dopamiini neuronite vahel (samaaegselt registreeriti kuni viis oletatavat dopamiini neuroni). Meie analüüsid näitasid, et suurem osa oletatavatest dopamiini neuronitest näitasid spontaanselt sünkroniseeritud tulistamist, olenemata looma une-ärkveloleku tsüklist (Joonis 9). Näiteks on kahe samaaegselt registreeritud 1-tüüpi dopamiini neuronite ristkorrelatsioon väga oluline (Joonis 9A ja B). Ühendatud andmekogumite analüüsist ilmnes, et enamus (83%; 48/58 paari) üheaegselt registreeritud 1. tüüpi neuroneid näitasid olulist sünkroniseerimist (tipp-z-skoor> 11) umbes 100 ms ajaaknas hoolimata sellest, kas hiired käitusid vabalt või magasid (Joonis 9C). Samamoodi toimus samuti märkimisväärne sünkroniseerimine samaaegselt salvestatud 1-tüüpi ja tüüp-2-i oletatavate dopamiini neuronite vahel (Joonis 9D – F). Samaaegselt salvestatud 1-tüüpi ja 2-tüüpi dopamiini neuronite paaridest näitas 75% (6 / 8) olulist sünkroniseerimist, kui hiired olid kas vabalt käituvad või magasid (Joonis 9F).

thumbnail

Joonis 9. Sünkroniseerimine VTA eeldatavate dopamiini neuronite unikaalsete komplektide hulgas.

(A) Peri-sündmuste rastrid (1 – 20 uuringud) ja kahe samaaegselt salvestatud 1-tüüpi neuronite histogrammid vastuseks vabale langusele;B) nende kahe neuroni ristkorrogramm, kui hiir oli vabalt käitunud. (C) Keskmistatud ristkorrelogrammid samaaegselt salvestatud 1-tüüpi neuronite vahel (48-paarid vabalt käitumise ajal ja 35-i paarid une ajal). (D) Kahe samaaegselt salvestatud 1-tüüpi ja 2-tüüpi neuronite peri-sündmuste rastrid ja histogrammid vastuseks vabalangemise sündmusele ja (E) nende kahe neuroni risti korrelatsioon vaba käitumise ajal. (F) Keskmistatud ristkorrelogrammid samaaegselt salvestatud 1-tüüpi ja 2-tüüpi neuronite vahel (6-paarid nii vabalt käituva kui ka magama ajal). (G) Kahe samaaegselt salvestatud 3-tüüpi neuronite peri-sündmuste rastrid ja histogrammid vastuseks vabalangemise sündmusele ja (H) nende kahe neuroni risti korrelatsioon vaba käitumise ajal. (I) Keskmistatud ristkorrelogrammid samaaegselt salvestatud 3-tüüpi neuronite vahel (15-paarid vabalt käitumise ajal ja 12-i paarid une ajal). (J) Kahe tüüpi 1i ja tüüp-3 neuronite peri-sündmuste rastrid ja histogrammid (üheaegselt registreeritud ühest tetrodist) vastuseks vabalangemise sündmusele ja (K) nende kahe neuroni risti korrelatsioon vaba käitumise ajal. (L) Keskmistatud ristkorrelogrammid samaaegselt salvestatud 1-tüüpi ja 3-tüüpi neuronite vahel (12 paarid vabalt käitumise ajal ja 10 paarid une ajal). Vaba langus, 30 cm kõrge.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g009

Lisaks täheldati märkimisväärset sünkroniseerimist ka 3-tüüpi dopamiini neuronite populatsioonis (Joonis 9G – I). Samaaegselt salvestatud 3-tüüpi dopamiini neuronite paaridest näitas 79% (15 / 19) olulist sünkroniseerimist (Joonis 9I). Teisest küljest, kui samaaegselt salvestatud 1-tüüpi ja 3-tüüpi neuronid või 2-tüüpi ja 3-tüüpi dopamiini neuronid (n = 12 paarid) arvutati nende ristkorrelatsioonide jaoks, ei näidanud see olulist sünkroniseerimist (Joonis 9J – L). Üheskoos viitab hirmutatavate oletatavate dopamiini neuronite (tüüp-1 ja tüüp-2) sünkroniseeritud aktiivsus, samuti hirmust põnevate 3-tüüpi neuronite hulgas, et oletatavad dopamiini neuronite erinevad alampopulatsioonid võivad saada eraldi sisendeid eraldi aju piirkondadest ja on integreeritud erinevate võrkudega [25], [31], [32].

Arutelu

Ülaltoodud ansambli salvestused ja analüüsid on andnud tõendeid dopamiini neuronite rolli kohta nii positiivsete kui negatiivsete kogemuste töötlemisel. Leidsime, et VTA dopamiini neuronitel esinesid erinevad vastusomadused ja enamik oletatavatest dopamiini neuronitest reageerivad nii tasuvale kui ka hirmusele stiimulile. See konvergentne kodeerimisstrateegia VTA dopamiini neuronite poolt on huvitav ärkveloomadel tehtud kõrgelt mainitud uuringu valguses, mis näitab, et dopamiini neuronid reageerivad eelistatavalt pigem söögiisu, mitte aversiivse motivatsiooni väärtustele. [33]. Aversiivne stiimul, nagu selles uuringus kasutatav õhupuhver, on üsna kerge stiimul võrreldes kahe meie katsega kasutatud hirmuäratava sündmusega. Mõned uurijad on öelnud, et aversiivne stiimul nagu õhupuhver ei pruugi avaldada negatiivset väärtust, sest ahvidel on võimalik õppida vilgutama või sulgema oma silmi konditsioneeritud stiimuliga, et vältida aversiivset stiimulit [9], [34]. Teisest küljest näitab ärkvelahvides hiljuti läbiviidud uuringud erinevat tüüpi dopamiini neuronite olemasolu materia nigra pars compacta. (SNc) nii positiivsete kui negatiivsete signaalide edastamiseks [5], [9], [19]. Seetõttu võivad nii VTA kui ka SNc dopamiini neuronid järgida ühtset kodeerimisstrateegiat positiivsete ja negatiivsete motivatsioonisignaalide konvergentseks töötlemiseks.

VTA-s on varasem uuring näidanud, et diferentsiaalse hirmu konditsioneerimise abil aktiveeriti või pärsiti VTA eeldatavate dopamiini neuronite erinevaid populatsioone. [35]. Hiljuti teatati, et VTA vatsakujulises osas paiknevad dopamiini neuronid aktiveeriti anesteseeritud rottide jalatsite poolt. [36]. Kuid need kaks uuringut ei uurinud, kuidas samad dopamiini neuronid reageerivad tasu või positiivsetele sündmustele. Kasutades meie salvestus hiirte vabalt käituvaid olusid, esitlesime hiirtele nii positiivseid kui ka negatiivseid stiimuleid ning leidsime, et valdav enamus VTA dopamiini neuronitest reageerivad tasu ja negatiivsetele kogemustele.

Oluline on märkida, et meie praegusel ekstratsellulaarsel salvestusmeetodil ei ole meie eksperimentis võime visualiseerida erinevaid oletatavaid dopamiini neuroneid. Meie hinnangul näib, et meie katses registreeritud tüüp-3 dopamiinergilised sarnased neuronid paiknevad VTA piirkonnas dorsaalselt või eespoolt (Joonis 1A, punased ja lilla ruudud). Siiski täheldati, et vähemalt 12 / 1 ja tüüp-2 neuronite 3 paarid registreeriti üheaegselt ja mitmel juhul ühest tetrodist (nt. Joonis 3G; Joonis 9J). Selle probleemi lahendamiseks võib vaja minna täiendavaid hoolikamaid anatoomilisi eksperimente. Sellegipoolest toetavad meie ärkvel olevate vabalt käituvate hiirte tulemused veelgi arusaama, et kuigi enamikul VTA oletatavatel dopamiini neuronitel on aktiivsus vähenenud, saab negatiivsete või vastumeelsete sündmuste abil aktiveerida väikese rühma dopaminergilistele sarnastele neuronitele. Meie katses registreeritud 3. tüüpi dopamiinergilist tüüpi neuronid jagasid rohkem sarnasust tüüp 1/2 oletatavate dopamiini neuronitega kui mitte-dopamiini neuronitega: kõigil kolmel neuronitüübil oli madal algväärtus (0.5–10 Hz), suhteliselt pikk piikidevaheline intervall (> 4 ms) ja korrapärane laskemuster. Teisest küljest näitasid VTA mitte-dopamiini neuronid enamasti kõrgemat lähtesagedust (> 10 Hz) ja tugevat modulatsiooni liikumise järgi [21]-[23]. Vastuseks kahele kartlikule sündmusele näitas enamus neist mitte-dopamiini neuronitest (> 70%) olulist aktiveerumist ja ajaliste tulekahjude mitmekesisust. Nende mitte-dopamiinneuronite kompleksne baasaktiivsus ja reageerimisomadused kahele hirmuäratavale sündmusele jäävad siin arutelu ulatusest välja.

Meie praegused tulemused annavad ka mitmeid uudseid teadmisi VTA dopamiini neuronite rollist nii positiivses kui ka negatiivses motivatsioonis. Esiteks reageerivad VTA oletatavad dopamiini neuronid erinevatel negatiivsetel stiimulitel sarnastel viisidel ärkveloomadel. See tähendab, et vabalangusele reageerinud neuronid reageerisid alati loksutamisele sarnaselt (tüüp-1 ja tüüp-2 neuronite pärssimine, tüüp-3 neuronite aktiveerimine). Ühe suuna vastused negatiivsetele sündmustele teatud tüüpi VTA dopamiini neuronites on sarnased nende vastustele paljude uudsete ja tasuliste sündmustega [5], [37].

Teine märkimisväärne tunnusjoon on 1-tüüpi dopamiini neuronite tugeva nihkega tagasilöögi erutus vabade kukkumiste või raputamiste lõppemisel. See nihke ergastamine vabalt käituvates loomades võib kodeerida informatsiooni, mis peegeldab mitte ainult leevendust selliste kartlike sündmuste lõpetamisel [38]-[40], kuid võib-olla pakkuda mõningaid motiveerivaid signaale (nt motivatsioon põgeneda). Samuti on võrdselt võimalik, et nihkega-redureeritud erutus võib mängida olulist rolli põnevust otsiva käitumise kaasamisel (nt ekstreemsport, Disney World'i Terroritorn). Tähelepanuväärne on märkida, et VTA dopamiini neuroni tagasilöögi aktivatsioonist teatati ka annekteeritud rottide fotshock-stiimulite lõpetamisel. [36]. Sellest hoolimata on suur huvi dopamiini neuroni funktsionaalse asjakohasuse uurimine mitmesuguste riskikäitumiste korral.

Kolmandaks, VTA oletatavatel dopamiini neuronitel on ajaline dünaamiline aktiivsus, mis korreleerub tihedalt hirmuäratavate sündmuste kestusega. Aegse aktiivsuse muutuse kasutamine hirmuäratava sündmuse kestuse kodeerimiseks tundub olevat mõistlik, sest enamiku dopamiini neuronite madala algtaseme põlemiskiiruse tõttu on supressioon väga piiratud. See on huvitav võrreldes järeldusega, et dopamiini neuronitel on erinevad tasuvastuse tasemed vastavate booluste väärtustele [41]. Arvestades 1-tüüpi ja 2-tüüpi dopamiini neuronite pärssimist mõjutavaid allikaid, viitavad hiljutised uuringud sellele, et külgne habenulaarne tuum (LHb) ja GABAergiline rostromediaalne tegmental tuum (RMTg) mängivad olulist rolli [42]-[45]. Esiteks ilmnevad nendel tuumadel vastandlikud reaktsioonid rahuldust andvatele või vastumeelsetele stiimulitele, võrreldes dopamiini neuroni vastustega samadele stiimulitele [42], [44]. Teiseks, pärast LHb või RMTg aktiveerimist on dopamiini neuronid tugevalt pärsitud [43], [45].

Neljandaks selgitame veel, et VTA dopamiini neuronid võivad konditsioneeritud stiimulil ilmutada täiesti vastupidist muutust, et tähistada kas tasu või hirmuäratavaid sündmusi, mis toimusid erinevates kontekstides (Joonis 6). See viitab tugevalt sellele, et VTA tasemel toimuv neuraalne töötlemine on väga integreeritud ja kontekstuaalne informatsioon on nii positiivse kui ka negatiivse kogemuse kodeerimisprotsessi lahutamatu osa. See leid on kooskõlas anatoomiliste tõendite ja varasemate hüpoteesidega, et VTA neuronid saavad kõrgelt töödeldud informatsiooni eesmise struktuuri, näiteks hipokampuse ja prefrontaalsest ajukoorest. [37], [46]-[48]. See kogemuste ja sündmuste kõrgetasemeline integreerimine VTA neuronaalsesse populatsiooni võib selgitada, miks keskkond mängib harjumuste esilekutsumise või harjumuste tugevdamise puhul sellist domineerivat rolli.

Lõpuks on meie üheaegsed salvestusmeetodid võimaldanud näidata olulist korrelatsiooni tüüp-1 ja tüüp-2 oletatavate dopamiini neuronite, samuti tüüp-3 neuronite vahel. Sellise sünkroniseerimise spetsiifilisus on väga huvitav, arvestades võimalikku VTA võrgukorraldust. See viitab sellele, et VTA oletatavad dopamiini neuronid võivad kasutada kahte väga spetsiifilist sünkroniseeritud strateegiat, et optimeerida ja dopamiini ülekande efektiivsust, ning seeläbi tagada allavoolu struktuuride, nagu näiteks tuuma accumbens, koordineeritud moduleerimine. Tüüp-3 ja tüüp-1 / 2 neuronite vahelise sünkroniseeritud aktiivsuse puudumine on kooskõlas paljude teiste erinevustega, nii elektro-füsioloogiliselt kui ka farmakoloogiliselt (Joonis 3). Eriti erinevalt tüüp-1 ja tüüp-2 oletatavatest dopamiini neuronitest, millest peaaegu kõigil (96%; 23 / 24) on märkimisväärne supressioon, näitavad 3-tüüpi neuronid muidu dopamiini retseptori agonistide ergastamist (Joonis 3H). Märgitakse, et dopamiiniretseptori agonist inhibeeris või ei mõjuta dopamiini neuronite eeldatavat mõju eelnevates uuringutes. Ainult mõned uuringud on teatanud, et dopamiini retseptori agonistid võivad aktiveerida mõned dopamiini neuronid [24], [25]Võib-olla sellepärast, et aktiveeritud neuronid klassifitseeriti eelmistes uuringutes lihtsalt dopamiini neuroniteks. Eelkõige on dopamiiniretseptori agonist aktiveerinud väike arv VTA dopamiini neuroneid, mis on samuti TH-positiivsed. [25]. Tulevased katsed, ehkki kasutades optogeneetikat, on vajalikud, et kinnitada, kas need hirm-aktiveeritud 3-tüüpi neuronid olid dopamiini neuronid. Nende 3-tüüpi neuronite aktsepteerimine dopamiini neuronitena peaks olema seni ettevaatlik.

Kokkuvõttes näitame, et valdav enamus VTA oletatavatest dopamiini neuronitest on võimelised reageerima nii tasu kui ka hirmu tekitavale aversiivsele informatsioonile. Need oletatavad dopamiini neuronid reageerivad erinevatele negatiivsetele sündmustele sarnasel viisil ja mis veelgi olulisem, nende dünaamilise põletamise muutuste ajaline kestus on proportsionaalne hirmuslike sündmuste kestusega. VTA eeldatavad dopamiini neuronid integreerivad ka vihjeid ja kontekstuaalset informatsiooni, et eristada tasu ja hirmusid sündmusi. Kokkuvõttes soovitame, et VTA dopamiini neuronid võivad kasutada nii võrgupopulatsiooni tasandil konvergentset kodeerimisstrateegiat nii positiivsete kui negatiivsete kogemuste töötlemiseks. Selline konvergentne kogemuste kodeerimine on samuti hästi integreeritud märkide ja keskkonna kontekstidega, et veelgi parandada käitumisspetsiifilisust.

Materjalid ja meetodid

Eetika avaldus

Kõik selles uuringus kasutatud loomad olid vastavalt institutsioonilise loomade hooldamise ja kasutamise komitee (Georgia Health Sciences University) poolt heaks kiidetud protseduuridele ning need olid hõlmatud protokollinumbriga BR-07-11-001.

Õppeained

Kokku registreeriti 71i isaseid C57BL / 6J hiiri ja neid hoiti individuaalselt 12-h valguse / 12-h pimedas tsüklis. Praegustes analüüsides kasutati ainult andmeid 24 hiirtelt, millest me salvestasime oletatavad dopamiini neuronid.

Operatsioonid

Ehitati 32-kanaliline (8 tetroodist koosnev kimp) ülikerge (kaal <1 g) liikuv (kruviga käitatav) elektroodide massiiv sarnaselt eelnevalt kirjeldatule [49]. Iga tetrode koosnes neljast 13-µm läbimõõduga Fe-Ni-Cr juhtmest (Stablohm 675, California peenike traat; iga traadi puhul tavaliselt 2 – 4 MΩ impedantsidega) või 17-µm läbimõõduga Platinum traadid (90% Platinum 10% Iridium, California traadi traat, iga traadi puhul tavaliselt 1 – 2 MΩ impedantsidega. Üks nädal enne operatsiooni eemaldati hiired (3 – 6 kuud vanad) standardsest puurist ja majutati kohandatud kodudes (40 × 20 × 25 cm). Operatsiooni päeval tuimastati hiired ketamiini / ksülasiiniga (80 / 12 mg / kg, ip); seejärel implanteeriti elektroodiplokk VTA suunas paremale poolkerale (3.4 mm taga bregma, 0.5 mm külgsuunas ja 3.8 – 4.0 mm aju pinnale ventral) ja kinnitatud hambaproteesiga.

Tetrode salvestamine ja ühikute isoleerimine

Kaks või kolm päeva pärast operatsiooni skriiniti neuroodide aktiivsuse suhtes iga päev elektroode. Kui dopamiini neuroneid ei tuvastatud, oli elektroodide massiiv arenenud 40 ~ 100 µm päevas, kuni võis registreerida eeldatavast dopamiini neuronist. Mitmekanaliline rakuväline salvestus oli sarnane eelnevalt kirjeldatule [49]. Lühidalt, kogu katseprotsessi käigus registreeriti piigid (250-8000 Hz-ga filtritud, digiteeritud 40 kHz-ga), kasutades Plexoni mitmekanalilise omandamise protsessori süsteemi (Plexon Inc.). Hiirte käitumist registreeriti samaaegselt Plexon CinePlex jälgimissüsteemi abil. Salvestatud naastud eraldati Plexon OfflineSorter tarkvara abil: tetrode salvestatud piiklainekujude parimaks eraldamiseks kasutati mitmeid spike sorteerimise parameetreid (nt põhikomponentide analüüs, energiaanalüüs). Ühendades OfflineSorteris saadaval olevate mitme tetrode salvestamise ja mitme üksuse eraldamise meetodite stabiilsuse (nt põhikomponentide analüüs, energiaanalüüs), saab üksikuid VTA neuroneid uurida väga üksikasjalikult, paljudel juhtudel päevadel (Joonis S1).

Hirmlikud sündmused

Kaks kartlikku sündmust, vaba langus (10ist ja 30 cm-st) ja raputamine (0.2, 0.5 ja 1 sek), viidi meie katsetes juhuslikult läbi seansside vahel tavaliselt 1 – 2 tundi. Vabalangemise korral kasutasime ruutu (10 × 10 × 15 cm) või ümmargust kambrit (läbimõõduga 11 cm, kõrgus 15 cm). Me kasutasime ümmargust kambrit (läbimõõduga 12.5 cm, kõrgus 15 cm) raputussündmuste jaoks. Igal vabalangemise või raputamise sündmuse ajal paigutati hiir vabasse kukkumise või raputuskambrisse (hiir võib liikuda vabalt kambrite sees). Pärast 3 min-i harjumist anti 20i uuringutes vabade languste (või loksutamise) sündmuste kohta uuringute vahel 1 – 2 min. Vaba kukkumiskamber tõsteti üles (kas 10 cm või 30 cm kõrgus) ja seotakse solenoidsüsteemiga (magnetsensorite süsteemid, seeria S-20-125) enne iga vaba kukkumise sündmust. Vaba langemise sündmus saadi seejärel solenoidisüsteemi täpse mehaanilise juhtimise (WPI, PulseMaster A300) abil, et vabastada vedruköis. Vaba langemise kamber maandus seejärel pehmele padjale, mis vähendas märkimisväärselt põrgatusi ja takistas salvestamise stabiilsuse võimalikku kahjustamist (Joonised S2 ja S3). Vabalangemise kestus arvutati võrrandiga: T = SQRT (2 × h / g), kus h on vabalangemise kõrgus ja g on maa raskuskiirendus. Arvestades pehmet maandumisviivitust, olid 10 ja 30 cm vaba kukkumise hinnangulised kestused vastavalt 230 ja 340 ms. Raputussündmus viidi läbi keerismasina (Thermolyne Maxi Mix II tüüp 37600 mikser) täpse mehaanilise juhtimisega maksimaalse kiirusega 3000 p / min, välja arvatud madala intensiivsusega, mis oli umbes 1500 p / min.

Me jälgisime alati salvestatud üksuste stabiilsust, uurides piigi lainekuju, algtaseme põletamise staatust ja naasteklassi jaotusi nii enne kui ka pärast sündmusi ning kogu katse ajal. Täiendavate andmete analüüsiks kasutasime ainult neid loomade andmeid, mis vastavad nendele registreerimiskriteeriumidele. Nagu näidatud Joonised S1, S2ja S3käesolevas uuringus loetletud dopamiini neuronid registreeriti stabiilselt ja eraldati hästi nii vabalangemise kui ka raputamise korral, ilma ühiku ajutise kadumiseni või müra / artefakti saastumiseni.

Eriti võtsime me kolm sammu tagamaks, et naelu ei ole saastunud ühegi artefaktiga: 1) Me vähendasime salvestuse häiret kogu katseseadme maandamisega. Me leidsime, et vabalangemise ja raputamise käigus tekkinud elektrilised esemed olid samasugusel tasemel kui liikumis-uurimisel. 2) Me tühistasime veel Plexoni viitamise kliendi ülejäänud artefaktid, mis võimaldasid meil valida kanali, millel ei ole võrdluskanalina nähtavalt head üksused. See kõrvaldas oluliselt taustamüra ja esemeid. 3) Kui mõni võimalik artefakti lainekuju jäi alles, siis eemaldasime need piigi lainekujude eelprotsessi ajal, kasutades Plexon Offline Sorterit, sest artefakti lainekujud olid väga erinevad närvirakkude lainekujudest.

Tasu ja kahesuunaline konditsioneerimine

Hiired olid enne tasuühenduse koolitust veidi piiratud toiduga. Tasu konditsioneerimisel paigutati hiired hüvituskambrisse (45 cm läbimõõduga, 40 cm kõrgusega). Hiirtel koolitati tooni (5 kHz, 1 sec) sidumiseks hilisema suhkrupelleti kohaletoimetamisega vähemalt kaks päeva (40 – 60 uuringud päevas; uuringute vahel 1 – 2 min.). Tooni genereeris A12-33 helisignaali generaator (5-ms kujuline tõus ja langus; umbes 80 dB kambri keskel) (Coulbourn Instruments). Suhkrupellet (14 mg) toimetati toidu jaoturiga (ENV-203-14P, Med. Associates Inc.) ja langes tooni lõppemisel ühte kahest mahutist (12 × 7 × 3 cm). kontrollina kasutati mahutit, kus suhkrupelletit kunagi ei saadud).

Eraldi eksperimentide komplektis koolitati hiiri kahesuunalise konditsioneerimise jaoks (nii tasu kui ka aversiivne konditsioneerimine). Kasutatav konditsioneeritud toon (5 kHz, 1 sec) oli identne, kuid erinevates kontekstides: tasu konditsioneerimise ajal (tasustamiskambris, 45 cm läbimõõduga, 40 cm kõrge), toon oli seotud suhkrupelleti kohaletoimetamisega; aversiivse konditsioneerimise ajal (vabalangemise kambris) oli sama toon seotud vaba langemise sündmusega (30 cm kõrge). Hiiri koolitati ühe nädala või kauem ja neid tasakaalustati: pooled hiirtest said tasustamist 1 ja 2 päevadel, millele järgnes ägeda ravi 3 ja 4 (40 – 60 uuringud iga päev) päevadel; teine ​​pool hiirtest sai 1i ja 2i päevadel aversiivse seisundi, millele järgnes tasu konditsioneerimine päeval 3 ja 4 (40 – 60 uuringud päevas). Päevadel 5 ja hiljem anti iga päev juhuslikus järjekorras kolm seanssi (20 – 30 uuringud seansi kohta), sealhulgas tasu konditsioneerimine, aversiivne konditsioneerimine ja kolmandas neutraalses kambris (55 × 30 × 30 cm, mis oli rikastatud mänguasjadega) ), kus toon ei ennustanud midagi. Istungite vaheline intervall oli 1 – 2 tundi; uuringute vaheline intervall oli 1 – 2 min. Suhkru / kontroll-mahuti lähenemise latentsust pärast konditsioneeritud tooni uurimist uuriti päeval 7. 60 sekundit pikemat latentsust peeti 60 sek; juhul, kui hiir oli konditsioneeritud tooni ajal mahuti sees, ei kasutatud latentsust arvutamisel. Tagantjärele liikumise käitumist (pea ja / või jäsemed liiguvad tahapoole) pärast konditsioneeritud tooni uurimist uuriti ka päeval 7.

Salvestuskoha histoloogiline kontroll

Katsete lõpuleviimisel märgiti lõplik elektroodi asend 10-sec, 20-µA voolu (Stimulus Isolator A365, WPI) läbi kahe elektroodi. Hiired tuimastati ja perfundeeriti 0.9% soolalahusega, millele järgnes 4% paraformaldehüüd. Aju eemaldati ja paraformaldehüüdis fikseeriti vähemalt 24 h jooksul. Ajusid külmutati kiiresti ja viilutati krüostaadil (50-um koronaalsed lõigud) ja värviti kresüülvioletiga. Histoloogilised katsed viidi läbi 21 hiirtel (teises 3 hiirtel ei olnud aju lõigud kahjuks hästi ettevalmistatud). Meie histoloogilised tulemused kinnitasid, et dopamiini neuronid registreeriti VTA piirkonnast 17 hiirtel ja VTA-SNc piirialalt 4 hiirtel (Joonis 1A).

Andmete analüüs

Sorteeritud närvipiike töödeldi ja analüüsiti NeuroExploreris (Nex Technologies) ja Matlabis. Dopamiini neuronid klassifitseeriti kolme järgmise kriteeriumi alusel: 1) madal algväärtus (0.5–10 Hz); 2) suhteliselt pikk piikidevaheline intervall (kõik klassifitseeritud oletatavad dopamiini neuronid on ISI-dega> 4 ms ≥99.8% usaldustaseme piires). Lühim registreeritud ISI oli meie katse mis tahes tingimustes 4.1 ms (lühima ISI arvutamiseks kasutati ainult hästi isoleeritud üksusi amplituudiga ≥0.4 mV). Keskmiselt lühim ISI oli 6.8 ± 2.2 ms (keskmine ± sd; n = 36). Seevastu mitte-dopamiini neuronite ISI võib olla nii lühike kui 1.1 ms; 3) regulaarne laskemuster, kui hiired käitusid vabalt (kõikumine <3 Hz). Siin tähistab kõikumine vallandamissageduse histogrammi riba väärtuste standardhälvet (sd) (salv = 1 sekund; salvestatud vähemalt 600 sekundit). Lisaks märgiti, et valdav enamus (89%; 56/63) testitud klassifitseeritud dopamiini neuronitest näitasid märkimisväärset aktivatsiooni vastusena tasu ennustamisele (Joonis 2E ja F). Samuti täheldati, et enamik testitud dopamiini eeldatavatest neuronitest (70%, 23 / 33; tüüp-1 ja 2) näitasid olulist supressiooni (≤30% algtaseme põletamise kiirus) ja teisi 27% tüüpi 3 neuroneid (n = 9) näitas aktiveerimist (Joonis 3H). Teisest küljest näitasid dopamiiniretseptori agonistid VTA mitte-dopamiini neuronid põlemiskiiruse piiratud või puuduvat muutust (Joonis 3I). Kõrvade lainekujude pool AP laiused mõõdeti kübaradest kuni järgneva toimepotentsiaali piigini (Joonis 1B). Pooleks AP laiuseks, mis oli laiem kui 0.8 ms, loeti 0.8 ms. Dopamiinneuroni plahvatuse tõenäosuse arvutamiseks kasutati algtaseme aktiivsust hiirte vaba käitumise korral vastavalt varem kehtestatud kriteeriumidele (purske algus, ISI ≤80 ms; purske nihe, ISI ≥160 ms) [50].

Neuronaalse aktiivsuse muutusi konditsioneeritud ja tingimusteta stiimulites võrreldi 10-sec kontrollperioodiga enne stimuleerimise algust igas uuringus valitud ajaaknaga (sõltuvalt stiimulite kestusest), kasutades Wilcoxoni allkirjastatud testi. 10 ja 30 cm vaba langemise sündmuste puhul olid ajakavad 100 – 230 ja 100 – 340 ms pärast vabalangemise sündmuse algust; 0.2i, 0.5i ja 1 sek-sündmuste puhul olid ajaaknad 100 – 200, 100 – 500 ja 100 – 1000 ms pärast raputamise algust (täheldati, et mõned 1 / 2-i tüüpi dopamiini neuronid) ~ 10% näitas ka väikest aktiveerimist algse 100 ms ajal kohe pärast vabade languste ja raputamise sündmuste algust). Tasu konditsioneerimise jaoks oli ajaaken 50 – 600 ms pärast konditsioneeritud tooni algust; aversiivse konditsioneerimise jaoks oli ajaaken pärast konditsioneeritud tooni algust 200 – 600 ms.

Peri-sündmuste rasterid (1 – 20 uuringud ülalt alla) ja histogrammid viidi läbi NeuroExplorer (Nex Technologies). Kõik silendused viidi läbi NeuroExploreris, kasutades Gauss-filtrit (filtri laius = 3 konteinerid). Ristkorrelatsioonid viidi läbi samaaegselt salvestatud dopamiini neuronipaaride vahel, kui hiired käitusid vabalt (ilma väliste stiimuliteta) või magamaminekus. Rist-korrelatsiooni piigi väärtuse z-skoori arvutamiseks tasandati ristkorrelatsiooni histogrammid, et saada tippväärtus; keskmised ja standardhälbed saadi segatud (randomiseeritud) naastudelt Matlabis [51]. Tuleb märkida, et sünkroniseeritud üksused kujutavad endast erinevaid dopamiini neuroneid, mitte sama neuroni. Me välistasime võimaluse, et sünkroniseeritud üksused salvestati samast neuronist või saastati sellega (kui see juhtus, oleks ~ 1 ms asemel 100 ms asemel äkiline löögisagedus ~ XNUMX ms asemel Joonis 9).

Tugiteave

Joonis_S1.tif

VTA dopamiini neuronid on stabiilselt salvestatud ja hästi isoleeritud. (A) Näide hästi isoleeritud 1-tüüpi dopamiini neuronist (sinised täpid) 2-dimensiooni põhikomponendi analüüsis ja selle tüüpilistes lainekujudes (salvestatud tetrode abil) päeval 1 (ülemine paneel) ja päeval 2 (alumine paneel) . Spike isolatsioon viidi läbi, kasutades Plexon OfflineSorterit (Plexon Inc. Dallas, TX). PC1 ja PC2 esindavad vastavalt esimest ja teist põhikomponenti. Sinised täpid kujutavad isoleeritud dopamiini neuroni üksikuid naelu; mustad täpid näitavad teiste VTA neuronite individuaalseid naelu. (B) Näide hästi eraldatud 2-tüüpi dopamiini neuronist (sinised täpid) ja selle esinduslikest lainekujudest päeval 1 (ülemine paneel) ja päeval 2 (alumine paneel). (C) Näide hästi eraldatud 3-tüüpi dopamiini neuronist (sinised täpid) ja selle tüüpilistest lainekujudest päeval 1 (ülemine paneel) ja päeval 2 (alumine paneel).

Joonis S1.

VTA dopamiini neuronid on stabiilselt salvestatud ja hästi isoleeritud. (A) Näide hästi isoleeritud 1-tüüpi dopamiini neuronist (sinised täpid) 2-dimensiooni põhikomponendi analüüsis ja selle tüüpilistes lainekujudes (salvestatud tetrode abil) päeval 1 (ülemine paneel) ja päeval 2 (alumine paneel) . Spike isolatsioon viidi läbi, kasutades Plexon OfflineSorterit (Plexon Inc. Dallas, TX). PC1 ja PC2 esindavad vastavalt esimest ja teist põhikomponenti. Sinised täpid kujutavad isoleeritud dopamiini neuroni üksikuid naelu; mustad täpid näitavad teiste VTA neuronite individuaalseid naelu. (B) Näide hästi eraldatud 2-tüüpi dopamiini neuronist (sinised täpid) ja selle esinduslikest lainekujudest päeval 1 (ülemine paneel) ja päeval 2 (alumine paneel). (C) Näide hästi eraldatud 3-tüüpi dopamiini neuronist (sinised täpid) ja selle tüüpilistest lainekujudest päeval 1 (ülemine paneel) ja päeval 2 (alumine paneel).

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.s001

(TIF)

Joonis S2.

Vaba kukkumise ja raputamise ajal ei kaotata ajutiselt üksust. (A) Nelja samaaegselt registreeritud VTA dopamiini ja mitte-dopamiini neuroni vastused vabalangemise sündmuste ajal. Pange tähele, et ühelt tetroodilt salvestatud üksustel võivad olla vastupidised reaktsioonid (nt tetroodi nr 5 ühikud 1 ja 2; tetroodide nr 8 ühikud 1 ja 2), mis viitab sellele, et salvestus oli stabiilne ilma ühikute ajutiste kadudeta. (B) Samade nelja VTA neuroni reaktsioonid raputussündmuste ajal. (C) Samade nelja VTA neuroni esinduslikud lainekujud 1 tund enne vabalangemise ja raputamise seanssi ning 1 tund pärast seda.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.s002

(TIF)

Joonis S3.

Vaba kukkumise ja sündmuste korral ei ole müra / eseme saastumist. (A) Näidustatud dopamiini neuroni (tüüp-1) ja selle lainekujude vastused enne (1 sek), (1 sek) ja pärast (1 sek) vabade languste ja raputamise sündmusi. Pange tähele, et lainekujud ei ilmnenud pärast vabalangemist ja raputamist märkimisväärset muutust, mis viitab sellele, et müra / artefakti ei ole saastunud. (B) Teise oletatava dopamiini neuroni (tüüp-3) ja selle lainekujude vastused enne (1 sek), (1 sek) ja pärast (1 sek) vabade kukkumiste ja raputamise sündmusi.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.s003

(TIF)

Tunnustused

Täname Dr. Rhea-Beth Markowitzi käsikirja ja Kun Xie tehnilise toe eest toimetamise eest.

Autori panused

Kujundanud ja kujundanud eksperimente: DVW JZT. Tehtud katsed: DVW. Analüüsiti andmeid: DVW JZT. Kirjutas raamatu: DVW JZT.

viited

  1. 1. Berridge KC, Robinson TE (1998) Milline on dopamiini roll tasu eest: hedooniline mõju, tasu õppimine või stiimulid? Brain Res Rev 28: 309 – 369.
  2. 2. Ikemoto S, Panksepp J (1999) Tuumade roll dopamiinil motiveeritud käitumises: ühendav tõlgendus, mis viitab eriti tasu otsimisele. Brain Res Rev 31: 6 – 41.
  3. Vaata artiklit
  4. PubMed / NCBI
  5. Google Scholar
  6. Vaata artiklit
  7. PubMed / NCBI
  8. Google Scholar
  9. Vaata artiklit
  10. PubMed / NCBI
  11. Google Scholar
  12. Vaata artiklit
  13. PubMed / NCBI
  14. Google Scholar
  15. Vaata artiklit
  16. PubMed / NCBI
  17. Google Scholar
  18. Vaata artiklit
  19. PubMed / NCBI
  20. Google Scholar
  21. Vaata artiklit
  22. PubMed / NCBI
  23. Google Scholar
  24. Vaata artiklit
  25. PubMed / NCBI
  26. Google Scholar
  27. Vaata artiklit
  28. PubMed / NCBI
  29. Google Scholar
  30. Vaata artiklit
  31. PubMed / NCBI
  32. Google Scholar
  33. Vaata artiklit
  34. PubMed / NCBI
  35. Google Scholar
  36. Vaata artiklit
  37. PubMed / NCBI
  38. Google Scholar
  39. Vaata artiklit
  40. PubMed / NCBI
  41. Google Scholar
  42. Vaata artiklit
  43. PubMed / NCBI
  44. Google Scholar
  45. Vaata artiklit
  46. PubMed / NCBI
  47. Google Scholar
  48. Vaata artiklit
  49. PubMed / NCBI
  50. Google Scholar
  51. Vaata artiklit
  52. PubMed / NCBI
  53. Google Scholar
  54. Vaata artiklit
  55. PubMed / NCBI
  56. Google Scholar
  57. Vaata artiklit
  58. PubMed / NCBI
  59. Google Scholar
  60. Vaata artiklit
  61. PubMed / NCBI
  62. Google Scholar
  63. Vaata artiklit
  64. PubMed / NCBI
  65. Google Scholar
  66. Vaata artiklit
  67. PubMed / NCBI
  68. Google Scholar
  69. Vaata artiklit
  70. PubMed / NCBI
  71. Google Scholar
  72. Vaata artiklit
  73. PubMed / NCBI
  74. Google Scholar
  75. Vaata artiklit
  76. PubMed / NCBI
  77. Google Scholar
  78. Vaata artiklit
  79. PubMed / NCBI
  80. Google Scholar
  81. Vaata artiklit
  82. PubMed / NCBI
  83. Google Scholar
  84. Vaata artiklit
  85. PubMed / NCBI
  86. Google Scholar
  87. Vaata artiklit
  88. PubMed / NCBI
  89. Google Scholar
  90. Vaata artiklit
  91. PubMed / NCBI
  92. Google Scholar
  93. Vaata artiklit
  94. PubMed / NCBI
  95. Google Scholar
  96. Vaata artiklit
  97. PubMed / NCBI
  98. Google Scholar
  99. Vaata artiklit
  100. PubMed / NCBI
  101. Google Scholar
  102. Vaata artiklit
  103. PubMed / NCBI
  104. Google Scholar
  105. Vaata artiklit
  106. PubMed / NCBI
  107. Google Scholar
  108. Vaata artiklit
  109. PubMed / NCBI
  110. Google Scholar
  111. Vaata artiklit
  112. PubMed / NCBI
  113. Google Scholar
  114. Vaata artiklit
  115. PubMed / NCBI
  116. Google Scholar
  117. Vaata artiklit
  118. PubMed / NCBI
  119. Google Scholar
  120. Vaata artiklit
  121. PubMed / NCBI
  122. Google Scholar
  123. Vaata artiklit
  124. PubMed / NCBI
  125. Google Scholar
  126. Vaata artiklit
  127. PubMed / NCBI
  128. Google Scholar
  129. Vaata artiklit
  130. PubMed / NCBI
  131. Google Scholar
  132. Vaata artiklit
  133. PubMed / NCBI
  134. Google Scholar
  135. Vaata artiklit
  136. PubMed / NCBI
  137. Google Scholar
  138. Vaata artiklit
  139. PubMed / NCBI
  140. Google Scholar
  141. Vaata artiklit
  142. PubMed / NCBI
  143. Google Scholar
  144. Vaata artiklit
  145. PubMed / NCBI
  146. Google Scholar
  147. Vaata artiklit
  148. PubMed / NCBI
  149. Google Scholar
  150. Vaata artiklit
  151. PubMed / NCBI
  152. Google Scholar
  153. 3. Arukas RA (2004) Dopamiin, õppimine ja motivatsioon. Nat Rev Neurosci 5: 483 – 494.
  154. 4. Joshua M, Adler A, Bergman H (2009) Dopamiini dünaamika mootori käitumise kontrollimisel. Curr Opinion Neurobiol 19: 615 – 620.
  155. 5. Schultz W (2007) Mitme dopamiini funktsioonid erinevatel aegadel. Annu Rev Neurosci 30: 259 – 288.
  156. 6. Pan WX, Schmidt R, Wickens JR, Hyland BI (2005) Dopamiinirakud reageerivad prognoositud sündmustele klassikalise konditsioneerimise ajal: tõendid abikõlblikkuse jälgede kohta tasulise õppe võrgustikus. J Neurosci 25: 6235 – 6242.
  157. 7. Bayer HM, Glimcher PW (2005) Midbrain dopamiini neuronid kodeerivad kvantitatiivset tasu ennustamisvea signaali. Neuron 47: 129 – 141.
  158. 8. Roesch MR, Calu DJ, Schoenbaum G (2007) Dopamiini neuronid kodeerivad paremat võimalust rottidel, kes otsustavad erinevalt hilinenud või suurusega hüvede vahel. Nat Neurosci 10: 1615 – 1624.
  159. 9. Joshua M, Adler A, Mitelman R, Vaadia E, Bergman H (2008) Midbrain dopamiinergilised neuronid ja striani kolinergilised interneuronid kodeerivad erinevust tõenäosuslike klassikaliste konditsioneerimiskatsete erinevates epohhites esinevate tasu ja aversiivsete sündmuste vahel. J Neurosci 28: 11673 – 11684.
  160. 10. Di Chiara G, Imperato A (1988) Inimestega kuritarvitatud ravim suurendab eelistatavalt sünaptilisi dopamiini kontsentratsioone vabalt liikuvate rottide mesolimbilises süsteemis. Proc Natl Acad Sci USA 85: 5274 – 5278.
  161. 11. Hyman SE, Malenka RC, Nestler EJ (2006) Sõltuvuse neuroloogilised mehhanismid: tasu-alase õppe ja mälu roll. Annu Rev Neurosci 29: 565 – 598.
  162. 12. Everitt BJ, Robbins TW (2005) Narkomaania tugevdamise närvisüsteemid: toimingutest kuni sundini. Nat Neurosci 8: 1481 – 1489.
  163. 13. Roitman MF, Wheeler RA, Wightman RM, Carelli RM (2008) Reaalajalised keemilised reaktsioonid tuuma accumbensis eristavad rahuldavaid ja aversiivseid stiimuleid. Nat Neurosci 11: 1376 – 1377.
  164. 14. Ventura R, Morrone C, Puglisi-Allegra S (2007) Prefrontal / accumbal katekolamiinisüsteem määrab motivatsiooni omastamise nii premeerimis- kui ka vastumeelsusega seotud stiimulitele. Proc Natl Acad Sci USA 104: 5181 – 5186.
  165. 15. Diana M, Pistis M, Carboni S, Gessa GL, Rossetti ZL (1993) Mesolimbilise dopamiinergilise neuronaalse aktiivsuse sügav langus etanooli ärajätmise sündroomi ajal rottidel: elektrofüsioloogilised ja biokeemilised tõendid. Proc Natl Acad Sci USA 90: 7966 – 7969.
  166. 16. Levita L, Dalley JW, Robbins TW (2002) Nucleus accumbens dopamiini ja õppinud hirmu; läbivaatamine ja mõned uued tulemused. Behav Brain Res 137: 115 – 127.
  167. 17. Pezze MA, Feldon J (2004) Mesolimbilised dopamiinergilised teed hirmuärastamisel. Prog Neurobiol 74: 301 – 320.
  168. 18. Cools R, Lewis SJ, Clark L, Barker RA, Robbins TW (2007) L-DOPA häirib Parkinsoni tõve tagasipöördumisel õppimist accumbens'i tuumas. Neuropsühhofarmakoloogia 32: 180–189.
  169. 19. Matsumoto M, Hikosaka O (2009) Kaks tüüpi dopamiini neuronid edastavad selgelt positiivseid ja negatiivseid motivatsioonisignaale. Loodus 459: 837 – 841.
  170. 20. Lin L, Osan R, Shoham S, Jin W, Zuo W, et al. (2005) Võrgutaseme kodeerimisüksuste identifitseerimine episoodiliste kogemuste reaalajas esitamiseks hipokampuses. Proc Natl Acad Sci USA 102: 6125 – 6130.
  171. 21. Miller JD, Farber J, Gatz P, Roffwarg H, saksa DC (1983) Mesenkefaalse dopamiini ja mitte-dopamiini neuronite aktiivsus une ja kõndimise staadiumis rottidel. Brain Res 273: 133 – 41.
  172. 22. Kiyatkin EA, Rebec GV (1998) Ventral tegmental area neuronite heterogeensus: ühekordne salvestamine ja iontoforees ärkvel, piiramata rottidel. Neuroteadus 85: 1285 – 1309.
  173. 23. Lee RS, Steffensen SC, Henriksen SJ (2001) Ventral tegmentaala GABA neuronite tühjendusprofiilid liikumise, anesteesia ja une-äratuse tsükli ajal. J Neurosci 21: 1757 – 1766.
  174. 24. Hyland BI, Reynolds JN, Hay J, Perk CG, Miller R (2002) Keskmise aju dopamiinirakkude põlemisrežiimid vabalt liikuvas rottis. Neuroteadus 114: 475 – 492.
  175. 25. Margolis EB, Mitchell JM, Ishikawa J, Hjelmstad GO, Fields HL (2008) Midbrain dopamiini neuronid: projektsioonieesmärk määrab toimepotentsiaali kestuse ja dopamiini D (2) retseptori inhibeerimise. J Neurosci 28: 8908 – 8913.
  176. 26. Nakahara H, Itoh H, Kawagoe R, Takikawa Y, Hikosaka O (2004) Dopamiini neuronid võivad kujutada kontekstist sõltuvat prognoosiviga. Neuron 41: 269 – 280.
  177. 27. Depaulis A, Keay KA, Bandler R (1992) Kaitsereaktsioonide pikisuunaline neuronite korraldus roti keskjoonel periaqueductal hallil piirkonnas. Exp Brain Res 90: 307 – 318.
  178. 28. Wilson CJ, Callaway CH (2000) Diaamiini neuronite sidestatud ostsillaatormudel. J Neurophsiol 83: 3084 – 3100.
  179. 29. Komendantov AO, Canavier CC (2002) Keskmise aju dopamiini neuronite elektriline ühendus: mõju põletusmustrile ja sünkroniseerimisele. J Neurophysiol 87: 1526 – 1541.
  180. 30. Joshua M, Adler A, Prut Y, Vaadia E, Wickens JR, et al. (2009) Keskmise aju dopamiinergiliste neuronite sünkroniseerimist soodustavad sündmused. Neuron 62: 695 – 704.
  181. 31. Valdkonnad HL, Hjelmstad GO, Margolis EB, Nicola SM (2007) Ventral tegmental area neuronid õppinud isuäratavas käitumises ja positiivne tugevdamine. Annu Rev Neurosci 30: 289 – 316.
  182. 32. Lammel S, Hetzel A, Häckel O, Jones I, Liss B et al. (2008) Mesoprefrontaalsete neuronite unikaalsed omadused kahe mesokortikolimbilise dopamiini süsteemis. Neuron 57: 760 – 773.
  183. 33. Mirenowicz J, Schultz W (1996) Keskmise aju dopamiini neuronite eelistatud aktivatsioon pigem söögiisu kui aversiivsete stiimulite poolt. Loodus 379: 449 – 451.
  184. 34. Frank MJ, Surmeier DJ (2009) Kas diferentseeruvad neuronid neuronid tasu ja karistuse vahel? J Mol Cell Keeda 1: 15 – 16.
  185. 35. Guarraci FA, Kapp BC (1999) Ventral tegmentaala dopaminegiliste neuronite elektrofüsioloogiline iseloomustus diferentseeritud pavalovia hirmu ohustamisel ärkvelises küülikus. Behav Brain Res 99: 169 – 179.
  186. 36. Brischoux F, Chakraborty S, Brierley DI, Ungless MA (2009) Dopamiini neuronite faasiline erutus ventraalses VTA-s mürgiste stiimulite poolt. Proc Natl Acad Sci USA 106: 4894 – 4899.
  187. 37. Lisman JE, Grace AA (2005) Hippokampus-VTA silmus: info sisestamine pikaajalisse mällu. Neuron 46: 703 – 713.
  188. 38. Solomon RL, Corbit JD (1974) Vastase-protsessi motivatsiooni teooria: I. mõju ajaline dünaamika. Psühholoog Rev 81: 119 – 145.
  189. 39. Seymour B, O'Doherty JP, Koltzenburg M, Wiech K, Frackowiak R jt. (2005) Oponendi söögiisu-vastumeelsed närviprotsessid põhinevad valuvaigistuse ennustaval õppimisel. Nat Neurosci 8: 1234–1240.
  190. 40. Baliki MN, Geha PY, väljad HL, Apkarian AV (2010) Valu ja analgeesia ennustav väärtus: tuumakleepub vastus kahjulikele stiimulitele muutused kroonilise valu juuresolekul. Neuron 66: 149 – 160.
  191. 41. Tobler PN, Fiorillo CD, Schultz W (2005) Dopamiini neuronite tasuväärtuse adaptiivne kodeerimine. Teadus 307: 1642 – 1645.
  192. 42. Matsumoto M, Hikosaka O (2007) Külgne habenula kui negatiivsete tasu signaalide allikas dopamiini neuronites. Loodus 447: 1111 – 1115.
  193. 43. Ji H, Shepard PD (2007) Külgne habenula stimuleerimine inhibeerib rottide keskmist aju dopamiini neuroneid GABA (A) retseptori vahendatud mehhanismi kaudu. J Neurosci 27: 6923 – 6930.
  194. 44. Jhou TC, Fields HL, Baxter MG, Saper CB, Holland PC (2009) Rostromediaalne tegmental tuum (RMTg), GABAergiline afiinne keskjoonte dopamiini neuronitele, kodeerib aversiivseid stiimuleid ja pärsib mootori vastuseid. Neuron 61: 786 – 800.
  195. 45. Jhou TC, Geisler S, Marinelli M, Degarmo BA, Zahm DS (2009) Mesopontiini rostromediaalne tegmentaalne tuum: struktuur, mille sihiks on külgne habenula, mis ulatub tsai ja substia nigra compacta ventral tegmentaalsesse piirkonda. J Comp Neurol 513: 566 – 596.
  196. 46. Karreman M, Moghaddam B (1996) prefrontaalne ajukoor reguleerib dopamiini baasvabastust limbilises striatumis: efekti vahendab ventral tegmental ala. J Neurochem 66: 589 – 598.
  197. 47. Carr DB, Sesack SR (2000) Rottide prefrontaalsest ajukoorest prognoosid ventral tegmentaalsesse piirkonda: sihtspetsiifilisus sünaptilistes seostes mesoaccumbensi ja mesokortikaalsete neuronitega. J Neurosci 20: 3864 – 3873.
  198. 48. Berridge KC (2007) Arutelu dopamiini rolli üle preemias. Psühhofarmakoloogia 191: 391–431.
  199. 49. Lin L, Chen G, Xie K, Zaia KA, Zhang S et al. (2006) Suuremahuline neuraalne ansambli salvestamine vabalt käituvate hiirte ajus. J Neurosci meetodid 155: 28 – 38.
  200. 50. Grace AA, Bunney BS (1984) Nigraalsete dopamiini neuronite põletusmustri kontroll: põletamine. J Neurosci 4: 2877 – 2890.
  201. 51. Narayanan NS, Laubach M (2009) Meetodid neuronaalsete populatsioonide funktsionaalsete koostoimete uurimiseks. Meetodid Mol Biol 489: 135 – 165.
  202. 52. Paxinos G, Franklin KBJ (2001) Hiire aju stereotaksilistes koordinaatides, ed. 2. London: Academic Press.