Dünaamilised neurupiirkonnad, mis kontrollivad kompulsiivset sahharoosi otsimist (2015) (BINGE MECHANISM)

Selleks, et teha kindlaks LH neuronid, mis pakuvad VTA-le monosünaptilist sisendit in vivo ja jälgida nende aktiivsust vabalt liikuva käitumise ajal, kasutasime kahekordse viiruse strateegiat, et selektiivselt avaldada kanali rodopsin-2 (ChR2) LH neuronites, mis pakuvad VTA-le monosünaptilist sisenditArvud 1A ja S1). Me süstisime adeno-seotud viirusvektori (AAV)₅), mis kannab ChR2-eYFP Cre-rekombinaasist sõltuvas topelt-ümberpööratud avatud lugemisraami (DIO) konstruktis LH-sse, et nakatada kohalikke somaate, ja süstis Creetrecombinase'i kandvat retrograadselt liikuvat herpes simplex-viirust (HSV) VTA-sse. Järgnev rekombinatsioon võimaldas opsiini ja fluorofoori ekspresseerimist selektiivselt LH neuronites, pakkudes VTA-le monosünaptilist sisendit. Meie lähenemise kinnitamiseks tegime ex vivo täisrakkude plaastri-klambri salvestusi horisontaalsetes aju viiludes, mis sisaldasid LH-d ja registreeriti ChR2-eYFP-d ekspresseerivatelt neuronitelt, aga ka naabruses asuvatelt LH-neuronitelt, mis olid ChR2-eYFP-negatiivsed (Joonis 1B). Valguse poolt esile kutsutud piigi latentsused, mõõdetuna valgusimpulsi tekkimisest kuni tegevuspotentsiaali tipuni, jäid vahemikku 3–8 ms (Joonis 1C). Samuti leidsime, et ühelgi registreerimata mitteekspresseerival (ChR2-negatiivsel) rakul ei olnud fotostimulatsioonile ergastavat vastust (n = 14; Joonis 1C) hoolimata nende lähedusest ChR2-i ekspresseerivatele rakkudele.

Optogeneetiliselt vahendatud fotoidentifitseerimise teostamiseks in vivo implanteeriti LH-sse optrood, et registreerida sahharoosiotsingu ajal neuronite aktiivsus. Samal salvestusseansil pakkusime mitu fotostimulatsiooni mustrit, et tuvastada ChR2-d ekspresseerivad LH-VTA neuronid (Arvud 1D ja S1). Uurisime ergastavate fotoreaktentsuse latentsuste jaotumist kõigis LH neuronites, mis näitasid valgustuse tõttu ajastatud muutust põlemiskiiruses ja täheldasid bimodaalset jaotust (Joonis 1E). In vivo salvestuste käigus täheldasime neuronite populatsiooni latentsusajaga vahemikus 3–8 ms. See oli identne latentsusvahemikuga, mis leiti ChR2-d ekspresseerivates LH-VTA neuronites, kui registreerisime ex vivo. Nimetasime neid üksusi 1. tüübi üksusteks (Arvud 1C, 1E ja 1F). Lisaks oli selgelt eristatav ~ 100 ms fotoreaktsiooni latentsusega rakkude populatsioon (Arvud 1E ja 1G), ja me nimetasime neid "Type 2" ühikuteks. Me täheldasime ka neuroneid, mis olid inhibeeritud vastuseks LH-VTA neuronite fotostimuleerimisele (Joonis S2) ja me nimetasime neid "Type 3" üksusi. Võrreldi toimepotentsiaali kestust (mõõdetuna tipust kuni künaeni) ja 1i ja 2-i tüpide ning nende fotode arvu, mis ei näidanud fotoresponsiooni (Joonis 1H). 1i tüübipotentsiaali kestuste jaotus (Joonis 1I) ja tüüp 2 (Joonis 1J) ühikud näitavad, et enamikul 1. tüüpi seadmetest on aktsioonipotentsiaali kestus väiksem kui 500 μs (84%; n = 16/19, binoomjaotus, p = 0.002).

Kuigi 1. tüübi ühikud vastavad standardkriteeriumidele, et neid saaks klassifitseerida ChR2 ekspresseerivateks (Cohen et al., 2012, Zhang et al., 2013), ei olnud selge, kas 2. tüübi ühikute pikem latentsusega fotoreaktsioon viitas ChR2 ekspresseerivatele neuronitele, mis reageerisid aeglasemalt fotostimulatsioonini või kas see mõju oli tingitud võrgu aktiivsusest. Arvestades, et ChR2 ekspresseerivad (tüüp 1) LH neuronid projitseerivad otse VTA-le, oli üks võimalus, et II tüübi neuronid said VTA-lt tagasisidet (Joonis 1K). Teine võimalus oli, et 2 tüüpi neuronid aktiveeriti 1-i tüüpi neuronite aksonite tagatiste abil (Joonis 1L). Nende kahe võimaliku ahelamudeli eristamiseks me inhibeerisime VTA-d koos fotoidentifitseerimisega LH-s.

Meie ahelamudelite põhjal eeldame, et distaalne inhibeerimine ei mõjuta ChR2-i ekspresseerivate LH-neuronite fotoreaktsioone. Siiski, kui fotoreaktiivsed, kuid mitte ekspresseerivad LH neuronid tuginesid VTA-lt saadud tagasisidele, et tekitada valgustuse ajaline lukustus (Joonis 1K), ootame nende neuronite valguse nõrgenemist VTA inhibeerimisel. Me ekspresseerisime ChR2i LH-VTA rakkudes nagu ülalpool, kuid seekord avaldasime VTA-s ka parendatud halorodopsiini 3.0i (NpHR) ja implanteeriti VTA-s lisaks optilisele kiule LH-s (Joonis 2A). Me andsime LH-s samad sinise valguse valguse mustrid kõigi kolme epohhi jaoks, kuid ka fotointegreeriti VTA-d teise epohhiga kollase valgusega (Joonis 2A).

VTA-i fotoinhibitsioon ei mõjutanud 1-i tüüpide fotoreaktsioone sinise valguse valgusele LH-s, mis on kooskõlas XRUMNUMX-i ekspressiooniga 2-i tüüpi LH-VTA neuronites (Joonis 2B). Seevastu enamus 2. tüüpi ühikutest (87%; n = 13/15, binoomjaotus, p = 0.004) näitasid fotoresponsioonide olulist nõrgenemist VTA neuronite fotoinhibeerimisel LH-s edastatud sinise valguse impulsside suhtes. 1. ja 2. tüübi reaktsioonid VTA fotoinhibitsiooni ajal olid oluliselt erinevad (chi-ruut = 7.64, p = 0.0057; Arvud 2B ja 2C). Neid erinevusi võib näha ka maksimaalsetes Z-punktides üksikute epohhide ajal (Joonis 2D) ja kollase-ON epohhiga, mis on normaliseeritud kollase-OFF-ajaga (Joonis 2E). Need andmed viitavad sellele, et 2 LH neuronite neuronid saavad VTA-lt (kas otseselt või kaudselt) sisendit (Joonis 1K) asemel kohalike axon tagatiste (Joonis 1L).

Olles tuvastanud need kaks erinevat LH neuronite tüüpi LH-VTA silmus, tahtsime uurida looduslikult esinevat närviaktiivsust sahharoosi eneseanalüüsi ülesande ajal (Joonis 3A). Hiiri koolitati sahharoosi kohaletoimetamise ennustamiseks kõrvutiasuvas sadamas ninakõrvalreaktsioonidele (nagu Tye et al., 2008). Selleks, et meil oleks võimalik eristada närvivastuseid ninapulga ja kii vastu, toimetati kiik ja sahharoos osalise tugevdamise skeemi järgi, kusjuures 50% ninapulgadest olid seotud kii ja sahharoosi manustamisega.

Tüüp 1-i ühikutel oli tüüpiline 1-tüüpi üksus (vt.Joonis 3B), samuti kõigi 1-tüüpi seadmete populatsiooniandmed (Joonis 3C). Tüüp 2 üksuste faasilised vastused peegeldasid aga peamiselt vastuseid tasu-ennustava kii (Arvud 3D ja 3E). Kõigi ülesandekomponentide jaoks kuvatakse kõigi registreeritud neuronite (n = 198, jaotatud 1., 2., 3. ja mittetundlikuks üksusteks) normaliseeritud laskemustrid: ninapulgad paardiga paardiga, ninapulgad märguande puudumisel ja sahharoosipordi kanne (Joonis 3F). Kõik 1. tüübi üksused, mis näitasid ülesandega seotud olulisi aktiivsuse muutusi (74%; n = 14/19), olid kas faasiliselt ergastatud või pärsitud sahharoosipordi sisenemisega, vähesel arvul ka faasiline pärssimine tasu ennustava märguande suhtes (Arvud 3B, 3C ja 3G). Seevastu 2-tüüpi ühikud olid heterogeensemad, kusjuures ülesannete suhtes reageerivad neuronid kodeerisid kii selektiivselt (35%), sahharoosipordi sisestus selektiivselt (26%) või nii kii ja pordi sisestus (12%; Arvud 3D, 3E ja 3H). Tüüp 1 ja Type 2 vastuste tugevuse näitamiseks ülesannetega seotud sündmuste puhul joonistasime iga lahtri kolmemõõtmelisele graafikule vastavalt Z skoorile (Joonis 3I). Et näidata faasiliste muutuste jaotumist põletamisel mitmetele ülesannetega seotud sündmustele kvalitatiivsel tasandil, koostasime iga fotoreagendi tüübi lahtrite arvu, mis langesid teatud kategooriasse (Joonis 3J).

Arvestades VTA täpselt määratletud rolli preemia ennustamise veas (nt DA neuroni tulistamise faasiline vähendamine vastusena tasu ootamatule väljajätmisele ja faasiline ergastus vastuseks ootamatule tasu üleandmisele) (Schultz et al., 1997) uurisime, kas LH neuronid kodeerivad sahharoosipreemia ootamatut väljajätmist. Selleks registreerisime fotosponeerivate neuronite närviaktiivsuse sama väljaõppe saanud loomade sama kii-tasu-ülesande ajal, kuid jätsime juhuslikult välja 30% sahharoosi väljastamisest pärast märguannet (Joonis 4A).

Enamik 1. tüüpi ühikutest (88%; n = 15/17, binoomjaotus, p = 0.001) ei olnud preemia tegematajätmise suhtes tundlikud (Arvud 4B ja 4D), samas kui 2. tüüpi ühikute suur alamhulk (67%; n = 12/18) näitas preemiaga esitatud ja preemiast välja jäetud katsetele oluliselt erinevat vastust (Arvud 4C ja 4D). Me järeldasime, et LH-VTA (tüüp 1) neuronid kodeerisid sadamasse sisenemise toiminguid, kuna need sadama sisenemise vastused olid püsivad isegi tasu tegematajätmise korral (Joonis 4D), erinevalt 2. tüübi ühikutest (chi-ruut = 10.9804, p = 0.0009).

Et määrata, kas 1-i tüübi vastused sadamasse sisenesid tegelikult kodeerivad konditsioneeritud vastust (CR), vastandina üldisele tasu otsimisele või uurimuslikule käitumisele, me salvestasime treenimata hiirtele, kes ei olnud veel ülesannet omandanud. Tegutsemata hiirtel toimetasime sahharoosi sadamasse ilma ennustava kii (ettearvamatu tasu saamine) ja leidsime, et 1-i tüübid ei näidanud faasilisi vastuseid sadama sisestusele (Arvud 4E, 4F ja 4I), mis on kooskõlas mudeliga, mille tüüp 1 neuronid kodeerivad CR-d (Joonis 4J).

Järgmiseks, et määrata kindlaks, kas 2-i tüpiüksuse aktiivsus on kooskõlas tasu-ennustuse veaga reageerimisprofiiliga, salvestasime need neuronid ka hästi koolitatud loomadesse ettearvamatu tasu saamise ajal (Joonis 4G). Leidsime, et 2. tüüpi ühikute alamhulk reageeris sahharoosi ettearvamatutele tarnetele (50%; Arvud 4G – 4I). Kokkuvõttes on 2-tüüpi üksuste alamhulgad tundlikud ootamatu tasu tegematajätmise suhtes (Arvud 4C ja 4D) ja ettearvamatu tasu andmine (Arvud 4G – 4I), mis on kooskõlas tasu-ennustuse veaga vastuse profiiliga.

Nagu eespool näidatud, esindavad tüüp 1 üksused CR-i neuraalset korrelaati. Oluline on see, et süütamise määra suurenemine algab enne CR-d, mis tõuseb kuni CR lõpuni (Arvud 3B, 3C ja 4B). Et kindlaks teha, kas LH-VTA raja aktiveerimine võib CR-d edendada, soovisime testida negatiivse tagajärje korral LH-VTA aktiveerimise võimet sõidu ajal CR. Metsik-tüüpi hiirtel ekspresseerisime LH-rakkude kehades üksi ChR2-eYFP-d või eYFP-d ja implanteeriti VTA-le optiline kiud (Arvud 5A ja S4). Ja vastupidi, et testida LH-VTA raja rolli CR-i või toitumisega seotud käitumise vahendamisel, ekspresseerisime kahepoolselt LH-rakkudes ainult NpHR-eYFP või eYFP-d ja implanteerisime optilise kiudu VTA kohale (Arvud 5A ja S4).

Kavandasime Pavloviani konditsioneerimisülesande, kus toiduainetest ilma jäetud hiirtel pidi sahharoosipreemia leidmiseks läbima šokkvõrgu (Joonis 5B). Esimesel „baasjoone” ajastul (kui šokivõrk oli välja lülitatud), kontrollisime, et iga hiir oli omandanud Pavlovi tingimusliku lähenemise ülesande. Teisel (“Šokk”) ajastul tekitas šokivõrgustik iga sekund kergeid jalalööke. Lõpuks jätkasime kolmandal ajastul („Shock + Light”) jalgade lööke, kuid valgustasime VR-is ka LH-klemme sinise valgusega (10 Hz) hiirtel, kes ekspresseerisid ChR2 ja sobivad eYFP juhtnupud ning kollast valgust (konstant) NpHR-i ja nende eYFP-kontrolli ekspresseerivad hiired (Joonis 5B).

Me täheldasime šoki ajal oluliselt suuremat arvu sadamakirjeldusi kihi kohta ja ChR2 hiirtel võrreldes eYFP hiirtega oluliselt suuremat erinevust (Shock + Light epoch - Shock-only epoch).Joonis 5C ja Film S1). Seevastu LH-VTA raja fotoinhibitsiooni tulemusel vähenes oluliselt NpHR-i hiirte pordi sisestuste ja kihtide arvu erinevus eYFP hiirte suhtes (Joonis 5D ja Film S2). Seansi väljalangemise katsed, mille käigus ei järgitud kihtide esitlemist sahharoosiga, näitasid sarnaseid suundumusi (Joonis S4).

Tähtis on see, et soovisime kindlaks teha, kas meie saadud sahharoosi otsingu muutused olid tingitud muutustest söötmisega seotud käitumises või valutundlikkuses. Me täheldasime, et LH-VTA projektori fotoaktivatsioon suurendas oluliselt ChR2i rühmas hästi toidetud hiirte söötmise aega (Joonis 5E). Siiski ei vähendanud LH-VTA raja fotoinhibeerimine oluliselt sööta (Joonis 5F), kuigi need loomad olid ilma toiduta jäetud, et suurendada meie võimet tuvastada algväärtuse vähenemist võrreldes võrdlusperioodiga Joonis 5E). Ei ChR2is (Joonis 5G) ega NpHR rühma (Joonis 5H) kas täheldasime latentsuse erinevust saba kuumast veest eemaldumisel (Ben-Bassat et al., 1959, Grotto ja Sulman, 1967), mis näitab, et LH-VTA projektsiooniga manipuleerimine ei muuda analgeesiat.

Et uurida neid efekte esile kutsunud LH-sisendite VH kiirete ülekandekomponentide koostist, sooritasime VTA neuronite kogu raku plaastri-klambri salvestusi ägeda viilu preparaadis, aktiveerides samal ajal optiliselt ChR2-eYFP-d ekspresseerivaid LH-sisendeid (Arvud 6A ja S5). Arvestades, et VTA-s on väljakujunenud heterogeensus, sealhulgas ~ 65% DA neuroneid, ~ 30% GABA neuroneid ja ~ 5% glutamaadi neuroneid (Margolis et al., 2006, Nair-Roberts et al., 2008, Yamaguchi et al., 2007), täitsime rakud registreerimise ajal biotsütiiniga, et võimaldada rakutüübi tuvastamist, kasutades post-hoc immunohistokeemiat türosiinhüdroksülaasi (TH; Joonis 6B) lisaks hüperpolarisatsiooni aktiveeritud katioonvoolu salvestamisele (I_h) ja lahtri asukoha kaardistamine (Arvud 6B ja S5).

Esmalt salvestasime ChR2-i ekspresseerivate LH sisendite fotostimuleerimise ajal voolu-klambrisse ja täheldas, et 23i neuronite 27 näitas LH sisendite fotostimulatsiooni suhtes aeg-lukustatud vastust (Joonis 6C). Suurem osa VTA-s proovidest võetud DA-neuronitest sai LH-st (56%) neto-erutatavat sisendit, samas kui teine ​​alamhulk näitas neto-inhibitsiooni (30%; Joonis 6C). Nende DA-neuronite ruumiline jaotus kaardistatakse VTA-d sisaldavate horisontaalsete viilude atlasele.Joonis 6D).

LH sisendite monosünaptilise panuse kindlakstegemiseks VTA DA neuronitesse kasutasime ChR2 abiga vooluringi kaardistamist, kus pinge-klambrisalvestused tehti tetrodotoksiini (TTX) ja 4-aminopüridiini (4AP; Petreanu jt, 2007) manulusel. . Kooskõlas praeguste klambrisalvestuste põhjal tehtud tähelepanekutega täheldasime, et enamik registreeritud VTA DA neuroneid said LH-st eranditult monosünaptilist sisendit (67%), võrreldes VTA DA neuronitega, mis said ainult inhibeerivat monosünaptilist sisendit (11%) või mõlemad (22%; Arvud 6E ja S6).

Tuvastasime VTA GABA neuronid, süstides Cre-sõltuvat fluorofoori (AAV₅-DIO-mCherry) VGAT :: Cre hiirte VTA-sse ja kasutas mCherry ekspressiooni VTA GABA neuronite (n = 24; Joonis 6F). Nelikümmend kuus protsenti VTA GABA neuronitest reageerisid neto-ergutusega, samas kui 54% reageeris netosüsteemi inhibeerimisele, ChR2-i ekspresseerivate LH sisendite fotostimuleerimisele (Joonis 6G). Nende rakkude ruumiline jaotus on näidatud Joonis 6H. LH-i monosünaptilise sisendi uurimisel (nagu ülalpool kirjeldatud) leiti, et 18% proovidest võetud GABA neuronitest said ainult ergastavat sisendit ja 9% sai ainult inhibeerivat sisendit (Joonis 6I). Kuid võrreldes VTA DA neuronitega leidsime, et rohkem VTA GABA neuroneid said nii ergutavat AMPAR-i vahendavat kui ka inhibeerivat GABA-d_AR-vahendatud monosünaptiline sisend LH-lt (73%; hi-ruut = 5.0505, p = 0.0246; Arvud 6mina ja S6).

Arvestades, et meie ex vivo salvestused pakkusid tõendeid, mis toetasid nii GABAergiliste kui ka glutamatergiliste LH-projektsioonide tugevat sisendit VTA-le, proovisime järgnevalt iga komponendi rolli iseseisvalt. Selleks kasutasime transgeenseid hiire liine, mis ekspresseerisid Cre-rekombinaasi neuronites, mis ekspresseerisid kas vesikulaarset glutamaadi transporterit 2 (VGLUT2) või vesikulaarset GABA transporterit (VGAT). Süstisime AAV-i₅-DIO-ChR2-eYFP või AAV₅-DIO-eYFP VGLUT2 :: Cre ja VGAT :: Cre hiirte LH-sse ja implanteeriti optiline kiud üle VTA (Joonis S7). Neid loomi töödeldi seejärel igas käitumiskatses, mis on näidatud Joonis 5.

Me ei täheldanud mingeid tuvastatavaid erinevusi sadamakirjete arvu kohta, mis on tehtud ühe kihi kohta ChR2i või eYFP-d ekspresseerivate hiirte vahel LH-s^glut-VTA projektsioon (Joonis 7A) või LH-s^GABA-VTA projektsioon (Joonis 7B). Kuid video analüüsimisel täheldasime LH-s hälbivat käitumist^GABA-VTA: ChR2 grupp sinise valguse valguses (vt Filmid S3 ja S4). LH-s^glut-VTA hiired, kuigi ChR2i rühmas oli eRFNUMX-grupis võrreldes fotodimuleerimisega vähenenud söötmine, ei olnud see statistiliselt oluline (Joonis 7C). Seevastu täheldati LH-s valgustatud valguses hiirte toitmisele kulunud aja tugevat kasvu^GABA-VTA: ChR2 grupp võrreldes kontrollidega (Joonis 7D ja Film S3). Kummaski loomade rühmas ei esinenud valguse stimuleerimist sabade eemaldamise testis (Arvud 7E ja 7F).

Söötmise ajal, nagu me tegime sahharoositaotluse ajal, täheldasime jälle ebanormaalseid toitumisega seotud mootori järjestusi, mis ei olnud suunatud toidule. Me filmisime LH-s esindava hiire^GABA-VTA: ChR2 rühm tühjas läbipaistvas kambris ja 20 Hz fotostimulatsiooni korral täheldasime ebatavalisi isu tekitavaid motoorseid järjestusi, nagu põranda või tühja ruumi lakkumine ja närimine (Film S4). Me arvutasime need „närimiskäitumised“ metsik-tüüpi LH-VTA söötmise ajal (Joonis 7G), LH^glut-VTA (Joonis 7H) ja LH^GABA-VTA (Joonis 7I) rühmad ja näitasid, et LH^GABA-VTA: ChR2 hiired hiivasid rohkem kui metsiktüüpi või LH^glut-VTA: ChR2 hiired, kui nad olid fotostimuleeritud, võrreldes nende vastavate eYFP rühmadega (Joonis 7J). Me kaalusime, kas ebanormaalset söötmisega seotud käitumist võib eraldada sobivalt suunatud toitmisest madalamatel sagedustel. Siiski, kui me katsetasime LH-d^GABA-VTA: ChR2 rühm 5 Hz ja 10 Hz sinise valguse rongidega, täheldasime proportsionaalset suhet stimulatsiooni sageduse ning nii toitmise kui ka närimise vahel (Joonis 7K).

LH projektsiooni VTA-le on uuritud elektrilise stimulatsiooni kokkupõrkeuuringutega (Bielajew ja Shizgal, 1986) ning seda on juba ammu oletatud mängima tasu töötlemisel (Hoebel ja Teitelbaum, 1962, Margules ja Olds, 1962). roll on olnud väljakutse. Siin pakume üksikasjalikku jaotust selle kohta, kuidas LH-VTA silmus üksikud komponendid töötlevad palgaga seotud ülesande erinevaid aspekte.

Optogeneetiliselt vahendatud fototagastamise abil (Joonis 1), oleme tuvastanud kaks LH neuronite erinevat populatsiooni: rakud, mis saadavad VTA-le (tüüp 1) ja VTA-lt tagasisidet saanud rakkudele (tüüp 2; Joonis 2) - kuigi need populatsioonid ei pea üksteist välistama, sest on võimalik, et LH neuronid võivad nii sisendit kui ka VTA-sse sisendeid saata ja vastu võtta. Huvitaval kombel leidsime, et suhteliselt vähesed fotoreaktiivsed neuronid jäid väljapoole bimodaalset jaotust, mis kapseldab neid kahte populatsiooni (Joonised S2B ja 1E). Seda arvesse võttes koos 2. tüüpi fotoreaktsioonide pika latentsusviivitusega (~ 100 ms) oletame, et 2. tüüpi neuronite aktiivsusele võib kaasa aidata üks domineeriv rada. Kuna DA seob G-valguga seotud retseptoreid, on kineetika aeglasem kui enamikus glutamatergilistes sünapsides (Girault ja Greengard, 2004) ja võib seletada seda 100 ms latentsusega fotoresponsiivsete üksuste klastrit. Samuti on võimalik, et VTA võib anda kaudset tagasisidet teiste distaalsete piirkondade kaudu, ergastavate vahepiirkondade kaudu, nagu amygdala, või koos desinhibitsiooniga accumens nucleus accumbens (NAc) või stria terminalis (BNST) põhituuma kaudu.

Huvitav on see, et kui 1. tüübi ühikute fotostimulatsioon kutsub esile 2. tüübi üksustes ergastavaid reaktsioone, siis 1. ja 2. tüüpi üksustel on erinevad käitumuslikud kodeerimisomadused. Näiteks on 1. tüüpi ja 2. tüüpi üksuste arv, mis kodeerivad valikuliselt tasu ennustavat märget, oluliselt erinevad (n = 0/19 1. tüüp versus n = 12/34 2. tüüp, chi-ruut = 8.67, p = 0.003) . See paradoksaalne reaktsioonimuster võib olla tingitud arvutusprotsessidest vahepealse vooluahela elemendis, näiteks VTA-s, mis võib käitumisharjumuse ajal mängida aktiivset rolli, kuid fotosildimise ajal passiivne. Lisaks võib looma käitumine mõjutada nende andmete töötlemist.

Meie tasustamata jätmise katsed võimaldasid meil eristada CR-i LH-neuraalset kodeeringut ja tingimusteta stiimuli (USA) tarbimist. Nendes katsetes vastas tüübi 2 üksuste alamhulk tasu-ennustavale kihis (CS) ja USA-le ning näitas ka süütamise kiiruse vähenemist, kui oodatud hüved jäeti välja. Veelgi enam, 2-tüüpi üksuste alamhulk näitab ka ootamatute tasu saamise faasilist ergutust (Arvud 4G ja 4H). Need andmed meenutavad viisi, kuidas DA neuronid VTA-s kodeerivad preemia-ennustusviga (Cohen et al., 2012, Schultz et al., 1997). Me spekuleerime, et VTA neuronid võivad edastada tasu ennustamise veasignaale LH neuronite alamhulgale, millel on hea positsioon nende signaalide integreerimiseks sobiva käitumusliku väljundi määramiseks. Täpsemalt, LH on tugevalt seotud paljude teiste ajupiirkondadega (Berthoud ja Münzberg, 2011) ning on olnud põhjuslikult seotud homöostaatiliste seisunditega nagu uni / erutus ja nälg / küllastatus (Carter jt, 2009, Jennings jt. , 2013).

Sunniviisilist tasu otsivat käitumist on arutatud peamiselt narkomaania kontekstis, kus klassikaline narkomaania otsimise paradigma on olnud uurida, mil määral narkootikume otsiv käitumine püsib negatiivsete tagajärgede, näiteks jalašoki korral. (Belin jt, 2008, Pelloux jt, 2007, Vanderschuren ja Everitt, 2004). Selle ülesande kohandasime sahharoosi jaoks, et saaksime uurida, kas LH-VTA raja aktiveerimine oli piisav sahharoosi kompulsiivse otsimise soodustamiseks. Arvestades, et uimasti ja loomuliku tasu erinev erinevus seisneb selles, et ravimite tasustamine pole ellujäämiseks vajalik, on vaieldav selle üle, milline käitumine kujutaks endast sunnitud sahharoosi või toidu otsimist. Meie andmete alternatiivne tõlgendus on see, et LH-VTA raja aktiveerimine suurendab lihtsalt motivatsioonijõudu või soovi otsida isuäratavaid tugevdajaid. Kuna rasvumise määr on viimastel aastakümnetel suurenenud (Mietus-Snyder ja Lustig, 2008), on sundliialdamine ja suhkrusõltuvus levinud seisundid, mis kujutavad endast suurt ohtu inimeste tervisele (Avena, 2007). Pärast LH-VTA raja aktiveerimist söödetud käitumine söödetud (täielikult toidetud) hiirtel meenutab söömiskäitumist inimestel, kellel on diagnoositud kompulsiivne ülesöömishäire (või liigsöömishäire) (DSM-V).

On tehtud ettepanek, et korduvad tegevused toovad kaasa harjumuste kujunemise, mis ise viivad sõltuvust iseloomustava kompulsiivse tasuotsingu poole (Everitt ja Robbins, 2005). Meie järeldus, et LH-VTA neuronid kodeerivad ainult pärast sisenemist sadama sisenemist, viitab sellele, et see rada kodeerib valikuliselt konditsioneeritud vastust, mitte ainult motiveeritud tegevust. See on kooskõlas meie tähelepanekutega, et selle prognoosi optiliselt aktiveerimine võib soodustada kompulsiivset tasu, mis otsib negatiivset tagajärge (Joonis 5C), samuti vajaduse puudumisel (nagu näha hiirtel, \ t Joonis 5E). Seda tõlgendust kinnitab ka meie järeldus, et LH-VTA raja fotoinhibeerimine vähendab valikuliselt kompulsiivset sahharoosi otsimist (Joonis 5D), kuid ei vähenda toitumist piiratud toiduga hiirtel (Joonis 5F). Üheks suurimaks väljakutseks kompulsiivse ülekuumenemise või liigsöömishäirete ravimisel on oht toitumise käitumise kahjustamiseks üldiselt. Tõlgendamise seisukohast võisime olla tuvastanud spetsiifilise närvipiirkonna kui potentsiaalse sihtmärgi terapeutiliste sekkumiste väljatöötamiseks kompulsiivse ülekuumenemise või suhkru sõltuvuse jaoks ilma loomuliku toitumiskäitumise ohverdamata.

Näitame, et lisaks glutamatergilisele LH-VTA komponendile (Kempadoo et al., 2013) on projektsioonis ka märkimisväärne GABAergiline komponent (Leinninger et al., 2009) ning et LH neuronid sünapsid otse DA-le ja GABA neuronid VTA-s (Joonis 6). Siiski esineb erinevus ergastava / inhibeeriva sisendi tasakaalu suhtes VTA DA ja GABA neuronitele.

Kuigi kasutasime immunohistokeemilist töötlemist VTA neuronite identiteedi kontrollimiseks, mõõdeti ka I_h, hüperpolarisatsiooniga aktiveeritud sissepoole parandav mittespetsiifiline katioonivool (Lacey et al., 1989, Ungless and Grace, 2012). Selle voolu olemasolu on elektrofüsioloogilistes uuringutes laialdaselt kasutatud DA neuronite tuvastamiseks, kuid on näidatud, et see esineb ainult DA neuronite alampopulatsioonides, mille piiritleb projektsioonisiht (Lammel et al., 2011). Kuigi Fieldsi ja tema kolleegide ülevaates on varem välja pakutud, et „LH neuronid sünkroonivad PFC-le VTA projektsioonidesse, kuid mitte NAc-le projitseeruvad” (Fields et al., 2007), soovitavad meie andmed selle vaidluse uuesti avada edasiseks uurimiseks. Isegi kui me vaatasime DA neuronite alamhulka, mis said LH-lt ergastust ja millel oli väga väike I_h (kooskõlas mPFC- või NAc-mediaalse koorega projitseerivate DA-neuronitega), täheldasime ka DA-neuronite alamhulka, mis said neto-erutavat sisendit ja näitasid suurt I_h (kooskõlas DA-i külgsuunas väljaulatuvate DA-neuronite omadustega; Joonis S5; Lammel jt, 2011). Seevastu VTA DA neuronid, mis said neto inhibeeriva sisendi, näitasid väga väikest I-d_h või puudus see vool, mis on kooskõlas arvamusega, et LH saadab peamiselt inhibeerivat sisendit VTA DA neuronitele, mis ulatuvad välja mPFC-le või NAc mediaalsele kestale. Samuti näitame, et LH sisendeid võib täheldada nii mediaalses kui ka külgmises VTA-s, mis viitab sellele, et LH annab sisendeid erinevate projektsioonisihtmärkidega VTA neuronitele, kuna on teada, et VTA projektsioonisiht vastab mõnevõrra ruumilisele asukohale piki mediaal-lateraalset telge ( Lammel jt, 2008).

LH-VTA raja rolli tasustamise edendamisel on varem omistatud glutamatergilisele ülekandele VTA-s (Kempadoo et al., 2013), kuna arvatakse, et CaMKIIα promootor on sageli ergutav projektsioonneuronite suhtes selektiivne. Kuid meie andmed näitavad selgelt, et ChR2 ekspresseerimine CaMKIIα promootori kontrolli all on suunatud ka LH GABAergiliste projektsioonide neuronitele (Joonis 6).

LH fotostimulatsiooni poolt esile kutsutud käitumine^GABA-VTA rada oli hirmunud, valesti juhitud ja ebakindel (Film S4). Üks tõlgendus on see, et LH aktiveerimine^GABA-VTA rada saadab hiirele signaali, mis põhjustab isuäratava tugevdaja tunnustuse. Alternatiivne tõlgendus on see, et LH^GABA-VTA rada võib juhtida stiimulit või intensiivset soovi, mis on tingitud konditsioneeritud lähenemise signaalist, kuid mittefüsioloogilisel tasemel, mis tekitab selle ebanormaalse toitumisega seotud käitumise (Berridge ja Robinson, 2003). Sellega kooskõlas on võimalik, et LH aktiveerub^GABA-VTA projektsioon tekitab tõepoolest intensiivseid iha tundeid või nõuab söömist. Kuid meie katsed näitavad, et LH aktiveerimine^GABA-VTA ei põhjusta kompulsiivse sahharoosi otsimise suurenemist, kuid see on tõenäoliselt tingitud liigsest närbumisest ja ebanormaalsest isuäratavast käitumisest, mis on keskendunud mitte-toidu objektidele katsekambris. Kuigi selle manipuleerimise ajal on hiire kogemust raske kindlaks määrata, on selge, et nõuetekohaselt suunatud toitumisega seotud käitumised nõuavad LH-VTA raja GABAergiliste ja glutamatergiliste komponentide koordineeritud aktiveerimist.

Optogeneetilised ja farmakogeneetilised manipulatsioonid on võimsad vahendid põhjuslike seoste kindlakstegemiseks, kuid nad ei kajasta närviringi elementide endogeenseid, füsioloogilisi omadusi. Meie uuring ühendab informatsiooni sünaptilise ühenduvuse, looduslikult esineva endogeense funktsiooni ja LH-VTA raja põhjusliku rolli kohta, pakkudes uut taset selle kohta, kuidas teave selles ahelas integreeritakse. Need tulemused näitavad, et lisaks geneetilistele markeritele on oluline uurida neuronite funktsionaalset rolli ühenduvuse kaudu. LH-VTA neuronid kodeerisid selektiivselt tasu otsimise toiminguid, kuid ei kodeerinud keskkonnaalaseid stiimuleid, samas kui premeerivad stiimulid ja tasu-ennustavad näpunäited kodeerisid VTA-st allavoolu paiknevate LH neuronite diskreetne populatsioon. Lisaks oleme tuvastanud spetsiifilise projektsiooni, mis on põhjuslikult seostatud sahharoosi otsimise ja toitmise käitumisega. LH-VTA projektsiooni heterogeensus on vajalik selleks, et saavutada kohandav tasakaal sõidu motivatsiooni ja reguleeritud isuäratava käitumise reguleerimise vahel. Need leiud annavad ülevaate patoloogiliste seisundite kohta, nagu kompulsiivne ülekuumenemise häire, suhkru sõltuvus ja rasvumine