La dopamine stimule la recherche de récompense en favorisant l'excitation évoquée dans le noyau accumbens (2014)

Introduction

La projection de la dopamine de la région tegmentale ventrale (VTA) vers le NAc est un composant essentiel du circuit neural qui favorise le comportement de recherche de récompense (Nicola, 2007). Si la fonction dopaminergique est réduite expérimentalement, les animaux sont moins susceptibles de faire des efforts pour obtenir une récompense (Salamone et Correa, 2012) et échouent souvent à répondre aux signaux prédictifs de récompense (Di Ciano et al., 2001; Yun et al., 2004; Nicola, 2007, 2010; Saunders et Robinson, 2012). Ces déficits sont dus à la dégradation d’un élément spécifique de la recherche de récompense: la latence pour initier un comportement d’approche est accrue, alors que la rapidité d’approche, la capacité de trouver le but et d’exécuter le comportement nécessaire pour gagner une récompense, et la capacité de consommer les récompenses ne sont pas affectés (Nicola, 2010). La dopamine doit promouvoir l'approche en influençant l'activité des neurones NAc, mais la nature de cette influence reste incertaine. De grandes proportions de neurones NAc sont excitées ou inhibées par des signaux prédictifs de récompense (Nicola et al., 2004a; Roitman et al., 2005; Ambroggi et al., 2008, 2011; McGinty et al., 2013), et les excitations commencent avant l’apparition du comportement d’approche induite et prédisent le temps de latence pour initier la locomotion (McGinty et al., 2013). Par conséquent, cette activité présente les caractéristiques requises d’un signal dépendant de la dopamine qui favorise une approche ciblée, mais on ignore si elle le fait.

Neurones dans deux structures qui envoient des afférences glutamatergiques à la NAc, à la BLA et au PFC médial dorsal (Brog et al., 1993), sont excités par les signaux prédictifs de récompense (Schoenbaum et al., 1998; Ambroggi et al., 2008), et l'inactivation réversible de l'une ou l'autre de ces structures (Ambroggi et al., 2008; Ishikawa et al., 2008) ou de la VTA (Yun et al., 2004) réduit l’ampleur des excitations évoquées dans le NAc. Ces observations suggèrent que les excitations évoquées par NAc sont induites par des entrées glutamatergiques, mais sans dopamine, ces fortes entrées excitatrices ne suffisent pas pour entraîner une augmentation de la décharge évoquée. Cependant, cette conclusion est ténue. De nombreux neurones NAc sont inhibés par des signaux (Nicola et al., 2004a; Ambroggi et al., 2011) et on ignore si les excitations ou les inhibitions sont plus importantes pour activer le comportement d’approche. En outre, l'inactivation de la VTA pourrait réduire les excitations évoquées par un stimulus discriminant (DS) par plusieurs mécanismes indépendants de la dopamine: codage réduit du signal dans la BLA et le PFC, qui reçoivent des projections de la VTA (Swanson, 1982) mise à feu réduite de neurones GABAergiques de la VTA qui se projettent vers le NAc (Van Bockstaele et Pickel, 1995) ou diminution de la libération de glutamate par les neurones dopaminergiques (Stuber et al., 2010). Enfin, étant donné que l’inactivation de la VTA réduit non seulement le tir provoqué par DS évoqué par NAc, mais également le comportement d’approche évoquée par DS (Yun et al., 2004), L’excitation DS pourrait être une condition secondaire plutôt que nécessaire du mouvement dirigé vers un objectif.

Pour tester directement le rôle de la dopamine NAc dans la cuisson évoquée, nous avons mis au point une nouvelle sonde à utiliser chez les rongeurs obèses: un réseau d'électrodes circulaires entourant une canule d'injection centrale, permettant l'enregistrement simultané de l'activité de tir unitaire et la perfusion d'antagonistes des récepteurs de la dopamine dans l'espace extracellulaire entourant les neurones enregistrés (du Hoffmann et al., 2011). Cette disposition nous permet d’établir des liens entre l’activation des récepteurs de la dopamine, l’activation neuronale de NAc et le comportement de recherche de récompense: si le blocage des récepteurs de la dopamine de NAc inhibe les signaux évoqués et le lancement de l’approche, cela fournirait une preuve solide que la réponse neuronale dépend dopamine endogène et que ce signal est nécessaire au comportement d’approche.

Matériels et méthodes

Animaux.

Quinze rats mâles Long – Evan (275 – 300 g à leur arrivée) ont été obtenus de Charles River et ont été hébergés séparément. Une semaine après leur arrivée, les rats ont été manipulés pendant plusieurs minutes par jour pour 3 d afin de les habituer à l'expérimentateur. Après l'habituation, les rats ont été soumis à un régime restreint de 13, en grammes de nourriture pour rat par jour. Ad libitum de la nourriture a été fournie pour 7 d après la chirurgie, après quoi les animaux ont été remis au régime restreint. Les procédures chez les animaux étaient conformes au Guide pour le soin et l'utilisation des animaux de laboratoire des National Institutes of Health et ont été approuvées par le Comité de protection et d'utilisation des animaux en établissement du Collège de médecine Albert Einstein.

Chambres opérantes.

Toutes les expériences comportementales et l'entraînement comportemental ont eu lieu dans des chambres de plexiglas faites sur mesure (40 cm carré, 60 cm haut). Celles-ci étaient situées à l'intérieur d'armoires métalliques servant de cages à Faraday; Les enceintes ont été doublées de mousse acoustique et des bruits blancs ont été diffusés en continu via un haut-parleur dédié afin de minimiser l'audibilité des bruits externes à l'intérieur de la chambre. Les chambres des opérateurs étaient équipées d’un réceptacle de récompense placé sur un mur et de leviers rétractables de chaque côté. Un photobeam sur l’avant du réceptacle a été utilisé pour mesurer les temps d’entrée et de sortie du réceptacle. La résolution temporelle du système de contrôle comportemental (Med Associates) était de 1 ms.

Tâche DS.

Les animaux ont été entraînés à la tâche DS en suivant des procédures similaires à celles utilisées précédemment (Nicola et al., 2004a,b; Ambroggi et al., 2008, 2011; Nicola, 2010; McGinty et al., 2013). Deux signaux ont été présentés un à la fois, soit un DS prédictif de récompense ou un stimulus neutre (NS). Les signaux auditifs consistaient en une tonalité de sirène (dont la fréquence passait de 4 à 8 kHz sur 400 ms) et une tonalité intermittente (tonalité de 6 kHz activée pendant 40 ms, désactivée pendant 50 ms); l'attribution d'un ton particulier au DS ou au NS a été randomisée chez les rats. Les intervalles inter-essais (ITI) ont été sélectionnés au hasard à partir d'une distribution exponentielle tronquée avec une moyenne de 30 s et un maximum de 150 s. Le NS était toujours présenté pendant 10 s; les pressions sur les leviers pendant la NS ont été enregistrées mais n'ont eu aucune conséquence programmée. Les leviers «actifs» et «inactifs» ont été assignés au hasard aux leviers gauche et droit pour chaque rat au début de la formation et n'ont pas varié par la suite. Une réponse de levier sur le levier actif pendant le DS a mis fin au signal, et la première entrée de réceptacle suivante a provoqué la distribution de 10% de récompense de saccharose dans un puits situé dans le réceptacle. Les présentations DS pendant lesquelles l'animal n'a pas répondu ont été interrompues après 10 s. Les réponses pendant l'ITI (entre les présentations de signaux) et les réponses sur le levier inactif ont été enregistrées mais n'ont pas abouti à la remise de récompenses. Les animaux ont été entraînés à la tâche DS jusqu'à ce qu'ils répondent à> 80% des DS et <20% des NS en sessions de formation de 2 h.

Réseaux de microélectrodes canulées.

Après la formation initiale, on a implanté sur des rats des microréseaux canulés composés de huit électrodes à microfil de tungstène entourant une canule de guidage de microinjection centrale. Celles-ci ont été construites et montées dans des microdrives sur mesure, comme décrit précédemment (du Hoffmann et al., 2011). Un tour complet dans le sens des aiguilles d'une montre a déplacé les électrodes et la canule comme une unité ventrale de 300 µm (sans rotation des sondes), ce qui nous permet d'enregistrer plusieurs populations uniques de neurones d'un même animal.

Pour implanter les réseaux cannulés, les rats ont été préparés pour la chirurgie et placés dans un instrument stéréotaxique comme décrit précédemment (du Hoffmann et al., 2011; McGinty et al., 2013). L'anesthésie a été induite et maintenue avec de l'isoflurane (0.5 – 3%). Les animaux ont reçu un antibiotique (Baytril) immédiatement avant la chirurgie et 24 h après la chirurgie. Des réseaux de canules ont été implantés bilatéralement dans le noyau dorsal de NAc (1.4 mm antérieur et 1.5 mm latéral du bregma et 6.5 mm ventral du crâne). Des électrodes et des microdrives ont été fixées au crâne avec des vis à os et de l'acrylique dentaire, et des obturateurs à fil ont été insérés dans la canule de guidage de manière à ce que les extrémités des obturateurs affleurent les extrémités de la canule. Après la chirurgie, le cuir chevelu a été traité avec Neo-Predef pour prévenir l’infection et les animaux ont été autorisés à récupérer 1 une semaine avant de procéder aux expériences. Pour l'analgésie postopératoire, les animaux ont reçu 10 en mg / kg du kétoprofène, un anti-inflammatoire non stéroïdien.

Drogues.

SCH23390 et le raclopride ont été achetés chez Sigma. Les jours d’essai, les médicaments étaient fraîchement préparés en les dissolvant dans une solution saline stérile 0.9%. Les médicaments ont été administrés à des doses de 1.1 μg SCH233390 dans 0.55 μl de solution saline par côté et 6.4 μg de raclopride dans 0.8 μl de solution saline par côté. SCH233390 et le raclopride ont été perfusés sur 12 et 17.5 min, respectivement. Des expériences pilotes ont montré que des perfusions bilatérales de raclopride de 12 min avaient des effets significatifs mais transitoires sur le taux de réponse à la DS. Ainsi, pour prolonger l’effet, nous avons augmenté la durée de la perfusion de raclopride, de sorte que le profil temporel de ses effets pharmacologiques était similaire à celui de SCH23390. Une seule injection bilatérale ou unilatérale a été effectuée par session d’enregistrement (une session par jour). Tous les animaux ont reçu au moins une injection bilatérale unique d'un antagoniste et une (ou plusieurs) injections d'antagoniste unilatérale. Au cours de certaines expériences antagonistes unilatérales, nous avons simultanément perfusé une solution saline en tant que véhicule témoin contralatéral à l'hémisphère recevant l'antagoniste.

Procédure de microinjection et d'enregistrement.

L’appareil de microinjection et d’enregistrement simultanés a été décrit précédemment (du Hoffmann et al., 2011). Le câble d'enregistrement menant de l'étage de tête se terminait par un commutateur électrique à 24 canaux avec un trou de forage central (Moog), qui transmettait les signaux au système d'enregistrement électrophysiologique. Deux seringues ont été montées dans une seule pompe à seringue située à l'extérieur de la chambre; les conduites de fluide des seringues conduisaient à un pivot de fluide à double canal (Instech Laboratories) monté au-dessus du collecteur. Les conduites de fluide descendaient du pivot à travers le trou de forage du collecteur, couraient le long du câble d'enregistrement et se terminaient à deux micro-injecteurs de calibre 33.

Avant la session d'enregistrement, les micro-injecteurs ont été remplis de solution médicamenteuse puis insérés dans les canules de guidage de l'animal. Les pointes du micro-injecteur s'étendent de 0.5 mm au-delà des canules de guidage de sorte que la pointe du micro-injecteur se trouve sous les pointes d'électrode et à -670 µm du centre de chaque électrode. Avant le remplissage avec le médicament, les conduites de fluide et les micro-injecteurs ont été remplis d'huile minérale et le niveau de l'interface huile-aqueuse a été marqué pour faciliter post hoc confirmation que le médicament a été injecté. Enfin, le plateau principal était connecté à l'animal et les lignes de fluide étaient solidement fixées au câble d'enregistrement afin de maintenir les micro-injecteurs en place pendant toute la durée de l'expérience. Les animaux ainsi préparés ont été autorisés à effectuer la tâche DS pendant une période de base d’au moins 45 min, au cours de laquelle l’activité neurale a été enregistrée; ensuite, la pompe à seringue a été activée à distance pour injecter les médicaments dans le cerveau. L'injection ne nécessitait ni manipulation de l'animal ni ouverture de la porte de la chambre, et la séance comportementale s'est poursuivie sans interruption pendant les périodes de référence, de perfusion et de postinfusion.

Les signaux de tension neuronale ont été enregistrés avec un amplificateur à étage principal (gain unitaire), les temps amplifiés 10,000 et numérisés à l'aide de matériel et de logiciels commerciaux (Plexon). Nous avons enregistré à partir de neurones 379 lors de sessions d’injection / enregistrement 38 chez le rat 15. Parmi les séances 38, 7 ont été écartés en raison d’un mauvais comportement au cours de la période de base préinjection ou parce qu’aucun neurone n’a pu être isolé de manière fiable. Ainsi, notre analyse neuronale s'est concentrée sur les sessions d'enregistrement / injection 31 au cours desquelles nous avons enregistré à partir de neurones 322 bien isolés chez des rats 12. Après chaque session d’enregistrement / injection, le microdrive portant les ensembles d’électrodes avançait de 150 μm (un demi-tour de la vis du microdrive) pour déplacer les électrodes de manière ventrale afin d’enregistrer une nouvelle population de neurones. Si peu (ou pas) de neurones étaient observés, la matrice était avancée tous les deux jours jusqu'à ce que les neurones soient détectés.

Analyse.

Les données ont été divisées en périodes de préinjection, postinjection et récupération, définies respectivement comme 45 min avant la perfusion des antagonistes, 40 min commençant à la fin de l’injection et le dernier 33 min (2000 s) de chaque session (qui a duré au total 2 – 3 h). La période de postinjection correspond au temps pendant lequel les drogues ont leurs effets comportementaux les plus importants lorsqu'elles sont injectées bilatéralement (Fig. 1C).

 

Figure 1.

Effets des antagonistes des récepteurs de la dopamine sur le comportement à l’approche de la DS. ASchéma de la tâche DS. B, Médian (point) et quartiles moyens (lignes verticales) des taux de réponse DS (orange) et NS (bleu) pendant la période de préinjection pour toutes les séances comportementales ...

L'isolement des unités individuelles a été effectué hors ligne avec le trieur hors ligne (Plexon) en utilisant l'analyse des composants principaux. Seules les unités avec des formes d'onde bien définies (> 100 μV) clairement distinctes des niveaux de bruit (<20 à 50 μV) ont été incluses dans les analyses ultérieures. Des distributions d'intervalle interspike et des corrélogrammes croisés ont été utilisés pour s'assurer que les unités individuelles étaient bien isolées les unes des autres et du bruit de fond (logiciel Neural Explorer; Nex-Tech). Les horodatages des pics vérifiés ont été analysés avec des routines personnalisées dans l'environnement logiciel R. Des histogrammes de temps péristimulus construits autour du DS et du NS, dans des intervalles de temps de 50 ms, ont été utilisés pour quantifier et détecter les excitations évoquées Chiffres 2A, , 3,3, , 4,4, , 55A, , 66A, , 77A, , 88Aet Et1010A – C. Pour déterminer si un neurone présentait une excitation significative évoquée par DS, la fonction de distribution de probabilité de Poisson a été calculée pour la période de base de 10 avant chaque repère. Un neurone était considéré comme excité par le DS s'il présentait un nombre de pointes moyen supérieur à l'intervalle de confiance 99 supérieur de la distribution des vitesses de décharge de base dans un ou plusieurs segments 50 ms entre 50 et 200 ms après le début du signal. Pour les neurones avec des excitations significatives évoquées par le DS dans la période de base de préinjection, le taux de déclenchement moyen en intervalles de 50 ms, au temps DS et au début NS, a été obtenu pour chaque période de chaque session, ainsi que la moyenne et la médiane (Les figs. 2C – E, , 55A, , 66A, , 77A, , 88A, , 1010B,C) les taux de déclenchement à travers les neurones ont été comparés. Parce que les neurones avec une excitation NS détectable statistiquement étaient presque toujours excités également par la DS [non montrée, mais rapportée précédemment (Ambroggi et al., 2011)], nous avons analysé les réponses NS pour tous les neurones avec une réponse DS significative. Sauf indication contraire, toutes les comparaisons statistiques utilisées dans les tests de somme-rang Wilcoxon à neurone.

 

Figure 2.

Les excitations évoquées par DS prédisent un comportement ultérieur de recherche de récompense et encodent la proximité du levier. A, Histogrammes de temps moyen de pré-injection pré-injection alignés sur le début de la DS (trace orange) ou de la NS (trace bleue) pour les neurones 145 présentant une excitation significative ...

 

Figure 3.

Des exemples de neurones montrent que les antagonistes de D1 et D2 réduisent l'excitation évoquée par la DS. Les rasters et les histogrammes correspondants montrent le déclenchement de quatre neurones différents excités par la DS et alignés sur le début de la DS. Les données proviennent des derniers essais 40 précédant immédiatement le début. ...

 

Figure 4.

Les effets de l'injection d'antagonistes dopaminergiques bilatéraux sur l'excitation provoquée par une réplique prédisent les effets comportementaux essai par essai. A, C, Analyse essai par essai du codage neuronal de la latence du rat pour atteindre le levier des mêmes neurones représentés ...

 

Figure 5.

L'activation du récepteur D1 est requise pour l'excitation évoquée par la DS. AHistogrammes temporels de péri-événement alignés sur le début de la DS pour des neurones avec une excitation significative évoquée par la DS pendant la période de préinjection. Les traces et les nuages ​​indiquent le taux de déclenchement moyen ± SEM ...

 

Figure 6.

L'activation du récepteur D2 est nécessaire pour l'excitation évoquée par la DS. AHistogrammes temporels de péri-événement alignés sur l’apparition de la DS pour des neurones présentant une excitation significative évoquée par la DS dans la période précédant l’injection de raclopride. Les excitations évoquées par la DS ont été réduites par des ...

 

Figure 7.

L'activation du récepteur D1 n'est pas requise pour l'excitation évoquée par la NS. A, Histogrammes temporels de péri-événement alignés sur le début NS pour les neurones avec une excitation significative évoquée par DS pendant la période de préinjection. Ces populations se chevauchent entièrement, donc les mêmes neurones ...

 

Figure 8.

L'activation du récepteur D2 est nécessaire pour l'excitation évoquée par la NS. A, Histogrammes temporels de péri-événement alignés sur le début NS pour les neurones avec une excitation significative évoquée par DS pendant la période de préinjection. L'excitation NS a été réduite dans les conditions bilatérales et ipsilatérales ...

 

Figure 10.

La perfusion de solution saline n’affecte pas l’excitation évoquée par DS ou NS et l’activation des récepteurs D1 ou D2 n’est pas nécessaire pour le maintien de la cadence de déclenchement. ANeurone excité par DS unique enregistré pendant la perfusion de solution saline. Les conventions sont identiques à celles ...

Pour Figure 4, nous avons déterminé si les effets de l'injection bilatérale d'antagoniste sur la latence pour atteindre le levier étaient corrélés avec les effets des antagonistes sur l'ampleur de l'excitation évoquée par DS sur une base d'essai par essai. Tout d'abord, nous avons calculé le taux de déclenchement moyen de 100 à 400 ms après le début de la DS dans chaque essai pour tous les neurones enregistrés qui présentaient une excitation significative de la DS avant la perfusion bilatérale des antagonistes. Ensuite, pour chaque neurone, nous avons calculé le coefficient de corrélation de rang de Spearman en comparant la magnitude essai par essai de l'excitation évoquée par DS et la latence du rat pour atteindre le levier des essais correspondants. Ces corrélations ont été tracées dans des histogrammes en Figure 4B,D. Tous les essais DS ont été inclus dans cette analyse; si l’animal n’appuyait pas sur le levier, une latence de 10 (la longueur maximale de la présentation de la réplique) était affectée à cet essai. Nous avons calculé ces coefficients de corrélation pour la période de préinjection telle que définie ci-dessus; nous avons prolongé la période de post-injection de 1000 afin d’obtenir un échantillon plus large des latences lors d’essais dans lesquels les animaux ont répondu après une perfusion bilatérale. Pour évaluer l’importance des corrélations individuelles, nous avons utilisé une méthode asymptotique bilatérale. t-proximité parce qu'un exact p la valeur ne peut pas être calculée lorsque des liens sont présents dans les données de classement. Nous avons ensuite utilisé des tests de Wilcoxon couplés pour comparer les médianes des distributions de coefficients de corrélation avant et après la perfusion d'antagoniste.

Comme les neurones NAc ont des taux de déclenchement bas, avec des limites inférieures de l'intervalle de confiance s'étendant très souvent sur zéro, les inhibitions sont beaucoup plus difficiles à détecter et à quantifier que les excitations. Ainsi, en plus de la procédure décrite ci-dessus, qui a été utilisée pour détecter une excitation, nous avons également utilisé une analyse des caractéristiques de fonctionnement du récepteur (ROC), une méthode plus sensible, pour quantifier la probabilité que la cadence de déclenchement dans les intervalles de temps successifs de 50 ms après le début du signal était différent de la cadence de tir dans la base de référence du 10. Cette analyse a été réalisée séparément pour les périodes de préinjection et de postinjection. Pour chaque groupe, nous avons calculé l'aire sous la courbe ROC (AUC); Les valeurs AUC de 0.5 n'indiquent aucune différence par rapport au déclenchement de précision, alors que les valeurs plus proches de 0 ou de 1 indiquent une probabilité plus grande que le neurone soit inhibé ou excité, respectivement. Pour représenter de manière non biaisée l'activité neuronale post-sauvetage sur l'ensemble de la population de neurones enregistrés, les vitesses d'activation et les valeurs de l'ASC ont été calculées pour les cellules 50 ms; pour lisser les données, les bacs ont été avancés de 10 ms pour les calculs d’ASC successifs. Les valeurs de l’ASC lissées ont ensuite été tracées sous forme de cartes thermiques avec une résolution de 10 en ms (chaque valeur représentant l’ASC dans les prochaines ms en 50). Chiffres 5B, , 66B, , 77B, , 88Bet Et1010D,E.

Ensuite, nous avons quantifié si les valeurs AUC, calculées dans des bacs de 50 ms sans chevauchement, reflétaient une différence significative de tir. Pour chaque bac, nous avons d'abord généré 10,000 valeurs AUC bootstrap à partir de mélanges aléatoires du taux de tir de base et du taux de tir dans le bac post-sauvetage correspondant. Nous avons ensuite déterminé la probabilité bilatérale que la valeur AUC réelle soit tirée de la distribution des valeurs bootstrap; si la probabilité était <0.05, nous avons considéré que le tir dans la poubelle était significativement différent de la ligne de base précédente. Enfin, nous avons compté le nombre de neurones dont le taux de déclenchement dans chaque bac était significativement supérieur ou inférieur au déclenchement de référence précédent, et avons tracé ces valeurs sous forme de fractions de la population totale (Les figs. 5C, , 66C, , 77C, , 88C, , 99B,D, , 1010F,G).

 

Figure 9.

L'activité neuronale alignée pour récompenser l'entrée du réceptacle n'est pas affectée par l'injection d'antagoniste ipsilatéral ou controlatéral D1 ou D2. A, C, Les valeurs ROC AUC sont calculées et affichées comme décrit dans Figure 5B, sauf que les intervalles de temps sont plus longs (200 ms) et alignés ...

Pour comparer les proportions de neurones excités ou inhibés dans les périodes de préinjection et de postinjection, nous avons utilisé une approche de réduction des données. Premièrement, nous avons calculé la fraction des segments 50 ms entre 0 et 1 après le déclenchement des signaux dans lesquels chaque neurone présentait une excitation ou une inhibition significative. Ensuite, nous avons comparé ces fractions dans les périodes de préinjection et de postinjection avec un test de Wilcoxon apparié. Les neurones qui n’ont présenté de modulation significative dans aucune des cornes pendant les périodes de préinjection et de postinjection ont été exclus de cette analyse et n’ont pas été inclus dans les tracés indiquant la fraction médiane des tranches significatives (tracés de points et de moustaches à droite de chaque partie). Les figs. 5C, , 66C, , 77C, , 88C, , 1010F,G). Cette procédure a éliminé l'influence de l'importante population de neurones sans différence d'activité entre la fenêtre post-DS et la ligne de base antérieure à DS; cette population présente peu d’intérêt, mais elle contribue à un grand nombre de valeurs nulles qui biaisent le nombre médian de casiers significatifs vers 0 et masquent à la fois les diminutions et les augmentations de la fraction des casiers significatifs après la perfusion.

Des analyses similaires ont été effectuées pour les tirs liés à la consommation survenant après l'entrée dans le récipient de récompense. Les animaux avaient tendance à rester dans le récipient pendant> 5 s; par conséquent, pour capturer ces intervalles de temps relativement longs, nous montrons les résultats en utilisant des bins de 200 ms (Fig. 9). La fenêtre temporelle pour comparer les proportions de neurones excités pendant les périodes de préinjection et de postinjection allait de 0 à 1.5, alors qu’elle était de 0 à 5 pour les inhibitions; une fenêtre d'analyse plus courte était utilisée pour les excitations car elles avaient tendance à être plus transitoires. Les analyses ROC ont été effectuées sur le cluster de calcul haute performance du collège de médecine Albert Einstein à l’aide du progiciel pROC pour R.

Pour comparer les cadences de déclenchement «de base» survenant en dehors des tâches, nous avons comparé la cadence de déclenchement moyenne dans les groupes 10 avant chaque préinjection et postinjection de DS des antagonistes. Cette procédure est fonctionnellement équivalente à l’échantillonnage aléatoire des taux d’allumage de base, car les DS sont présentés avec une probabilité presque égale à tout moment au cours d’une session comportementale. Les neurones ont été classés comme présentant une excitation significative évoquée par la DS (avant la perfusion de médicament) ou non, puis les vitesses de décharge de base dans les périodes de préinjection et de postinjection ont été comparées dans ces groupes avec un test de Wilcoxon apparié (Fig. 10H,I). Nous avons également effectué un ajustement linéaire pour les neurones excités par la DS et comparé la pente de cette ligne à la ligne unitaire (pente de 1).

Si plusieurs comparaisons ont été effectuées sur des sous-ensembles de données provenant du même sujet (Les figs. 2C – E, , 55A,C, , 66A,C, , 77A,C, , 88A,C, , 99B,D, , 1010B,C,F,G), p les valeurs ont été corrigées par Bonferroni; c'est à dire p la valeur a été multipliée par le nombre de comparaisons effectuées. Corrigée p les valeurs étaient considérées comme significatives si p <0.05. Toutes les corrections ont été apportées avec un facteur de 3 sauf pour Figure 2C – E, dans lequel le facteur était 2.

Suivi vidéo.

Dans un sous-ensemble d'expériences, la position du rat a été mesurée à l'aide d'une caméra aérienne (30 images / s) et d'un système de suivi informatisé (Cineplex; Plexon). Le système a suivi le x ainsi que y positions de deux diodes de couleurs différentes fixées à l’étage de la tête d’enregistrement. Comme décrit précédemment (McGinty et al., 2013), nous avons calculé un centroïde qui décrit le point central entre les positions des LED pour chaque image vidéo. Les points de données manquants jusqu'à 10 images successives ont été remplis par interpolation linéaire; dans les rares cas où> 10 images manquaient, les données ont été rejetées. Pour chaque image vidéo, nous avons calculé la SD des distances entre la position du centroïde dans cette image et dans une fenêtre de temps ± 200 ms. Ces mesures SD constituent l'indice locomoteur (LI) pour cette image de la vidéo. Les LIs transformés en log étaient distribués bimodalement, avec un pic inférieur représentant des époques de peu ou pas de mouvement et un pic supérieur représentant la locomotion (Drai et al., 2000). Nous avons ensuite ajusté deux fonctions gaussiennes à la distribution des LI et déterminé le seuil de mouvement comme étant le point où ces fonctions se chevauchaient le moins.

Les mouvements ont été définis comme au moins huit trames consécutives avec des LI supérieurs au seuil locomoteur. Pour déterminer l’heure du début du mouvement, nous avons limité l’analyse aux essais DS dans lesquels l’animal était encore au début du signal, puis nous avons calculé le temps de latence entre le début du signal et la première image dans laquelle le LI a dépassé le seuil de mouvement (Les figs. 1D – F, , 22B,D). Si aucun mouvement perceptible n'a été mesuré sur un essai, la latence sur cet essai a été définie comme> 10 s (la durée de la présentation du signal, Fig. 1D). Des résultats similaires ont été obtenus lorsque ces essais ont été omis de l'analyse (données non présentées). Les distributions de latence des mouvements marquées par DS ont ensuite été regroupées sur des rats et les médianes ont été comparées à un test de Wilcoxon. Pour quantifier le temps de latence à la vitesse maximale et à la vitesse moyenne des mouvements dirigés par le levier associés à DS, nous avons utilisé tous les essais aboutissant à une presse à levier, même si le rat se déplaçait au début de DS (Fig. 1E,F).

Histologie.

Les animaux ont été profondément anesthésiés avec de l’uthasol et perfusés par voie intracardique avec une solution saline et du 4% formaline. Le courant continu (15 μA) a été passé à travers chacune des électrodes dans les matrices pour que les ∼30 puissent générer des lésions. Les cerveaux ont été prélevés et stockés dans du formol jusqu'à leur traitement. Avant de découper avec un cryostat, les cerveaux étaient cryoprotégés par immersion dans 30% saccharose pendant plusieurs jours. Des sections (50 μm) ont été colorées pour la substance Nissl afin de visualiser les traces et les lésions des canules et des électrodes (Fig. 11).

 

Figure 11.

Reconstruction histologique des sites d’injection d’antagonistes. La figure représente deux sections coronales du cerveau de rat qui englobent la majorité de l'étendue antéro-postérieure de la NAc (0.8 mm – 2.8 mm antérieur de bregma). Les points noirs représentent ...

Résultats

Nous avons présenté à des rats deux stimuli auditifs à intervalles variables faisant la moyenne de 30: une DS prédictive de récompense et une NS (Fig. 1A; Nicola et al., 2004a,b; Ambroggi et al., 2008, 2011; McGinty et al., 2013). Une pression à levier au cours de la DS a mis fin à la queue, et une gouttelette de saccharose a été livrée lors de son entrée dans le réceptacle de récompense; si les animaux ne répondaient pas dans 10, la queue était interrompue sans remise de récompense et l'intervalle intertrial commençait. Les réponses pendant cet intervalle et pendant le NS n'avaient aucune conséquence programmée. Les NS étaient toujours des 10. Animaux dressés, qui ont répondu à la plupart des DS mais à peu de NS (Fig. 1B), ont été implantés avec des réseaux de canules ciblant le noyau NAc. Au cours des expériences, les animaux ont d'abord effectué la tâche pendant une période de préinjection 45 min, au cours de laquelle l'activité neuronale NAc a été enregistrée. Ensuite, l'antagoniste du récepteur D1 SCH23390 ou le raclopride antagoniste de D2 / 3 a été perfusé de manière bilatérale ou unilatérale dans le NAc; les animaux sont restés dans la chambre avec des contingences de tâches en vigueur pendant toute la perfusion et pendant au moins 75 min après.

Conforme aux études précédentes (Yun et al., 2004; Nicola, 2010), des perfusions bilatérales de l'un ou l'autre antagoniste dans le cœur de l'ANc ont considérablement réduit la proportion de DS à laquelle l'animal a répondu (Fig. 1C, traces gris foncé) et une latence accrue pour initier la locomotion, mesurée par le suivi vidéo dans un sous-ensemble de sessions (Fig. 1Dtraces grises en pointillés). En revanche, les perfusions unilatérales des mêmes doses n’ont pas d’effet sur le taux de réponse DS (Fig. 1C, traces gris clair), latence pour initier le mouvement après l’apparition de la DS (Fig. 1Dtirets orange clair), et la latence nécessaire pour atteindre le levier ou la vitesse de déplacement lors des approches du levier (Fig. 1E,F). Ces données comportementales démontrent que la dopamine NAc dans un seul hémisphère est suffisante pour maintenir le comportement, même si le blocage des récepteurs D1 ou D2 / 3 dans les deux hémisphères nuit gravement à la réponse. Cette dissociation offre un avantage expérimental essentiel, car elle nous permet de tester les effets des antagonistes de la dopamine sur l'activité neuronale lorsque le comportement est altéré (injection bilatérale) et quand il ne l'est pas (injection unilatérale), ce qui exclut toute possibilité de confusion quant aux modifications observées. dans l'activité neuronale après la perfusion d'antagoniste sont secondaires aux changements de comportement.

Nous avons enregistré à partir de neurones 322 NAc lors de sessions d’injection / enregistrement 31 chez le rat 12. Environ 45% des neurones enregistrés ont été excités de manière significative par la présentation de DS. Ces excitations présentaient des propriétés similaires à celles rapportées précédemment (Yun et al., 2004; Nicola et al., 2004a; Ambroggi et al., 2011; McGinty et al., 2013; Morrison et Nicola, 2014): ils étaient plus grands que ceux évoqués par les NS (Fig. 2A) ils ont commencé à une latence courte après le début du signal (∼120 ms) et se sont produits avant le début du mouvement dirigé par le levier (Fig. 2B) et leur amplitude était corrélée à la probabilité d'une réponse comportementale, à la latence d'initiation du mouvement et à la proximité du levier (McGinty et al., 2013; Fig. 2C – E).

La perfusion bilatérale de l'un ou l'autre des antagonistes D1or D2 / D3 a entraîné une forte réduction de l'amplitude de l'excitation évoquée par la DS. Comme le montrent deux exemples de neurones (Fig. 3A,C), cet effet a été le plus prononcé dans les minutes qui ont immédiatement suivi la perfusion, correspondant à la réduction maximale du comportement d'approche évoquée provoquée par les injections provoquée par les injections (Fig. 3A,C, rasters et histogrammes bleus). Lorsque l'effet comportemental s'est rétabli, la réaction au tir a également été rétablie (Fig. 3A,C, rasters et histogrammes noirs). Ce schéma de résultats était cohérent pour tous les neurones excitésLes figs. 5A, , 66A, Histogrammes bilatéraux et graphiques de moustaches). Soutenant l'hypothèse que ces excitations définissent la vigueur du mouvement d'approche du levier, la magnitude de l'excitation évoquée pendant la période de préinjection a prédit la latence de l'animal pour atteindre le levier (Fig. 4A,C, la gauche). Après l’injection bilatérale d’antagonistes D1 ou D2, ces latences ont été nettement décalées vers des valeurs plus élevées, souvent si élevées qu’il n’ya pas eu de réponse du tout dans la présentation des mémoires du 10 (Fig. 4A,C, distributions de latence gauche et droite). De façon frappante, même si les antagonistes ont réduit le tir provoqué par des signaux, il a continué de prédire la vigueur de la réponse comportementale pendant les périodes de postinjection et de récupération (Fig. 4A,Ctracés matriciels à droite). Cette observation indique que les effets comportementaux et neuronaux du médicament étaient corrélés au cas par cas: plus le nombre de tirs provoqués par un antagoniste de la dopamine diminuait, plus le temps de latence nécessaire pour atteindre le levier était important et plus la probabilité que le animal a atteint le levier du tout.

Pour évaluer la cohérence de cette corrélation, essai par essai, nous avons calculé, pour chaque neurone excité par la réplique, la corrélation de rang de Spearman entre l'amplitude de l'excitation et la latence nécessaire pour appuyer sur le levier. Nous avons attribué une latence de 10 à des essais sans réponse; la latence dans ces essais était donc liée au plus haut rang. (Des résultats similaires ont été obtenus si les essais sans réponse induite par le DS ont été omis de l'analyse; les données ne sont pas présentées.) Lorsque nous avons comparé les coefficients de corrélation dans la période de préinjection avec ceux de la période combinée postinjection / récupération, nous avons constaté que des coefficients étaient négatifs dans les deux périodes. De plus, les antagonistes n’ont pas eu d’effet significatif sur le coefficient médian ou ont déplacé la distribution vers des valeurs encore plus négatives (Fig. 4B,D). Par conséquent, non seulement la population de neurones excités par les signaux prédisent de manière fiable la latence de la réponse comportementale, mais l'augmentation de la latence de la réponse causée par un antagoniste dans un essai donné est prédite de manière robuste par les effets de l'antagoniste sur l'excitation évoquée par les signaux dans cet essai. Ces résultats fournissent des preuves solides d'un rôle causal de la dopamine endogène dans l'établissement de la vigueur de la réponse de recherche de récompense au signal: la dopamine augmente l'excitation évoquée par le signal des neurones NAc, ce qui à son tour provoque une approche à courte latence du levier.

Une autre interprétation de ces résultats est qu'une excitation réduite évoquée par un signal est une conséquence d'une réponse comportementale réduite - peut-être parce que l'excitation ne fait que suivre (ou anticiper) la réponse comportementale mais n'en est pas la cause. Si tel était le cas, l'application des antagonistes de manière à ne pas influencer le comportement ne devrait pas entraîner une réduction de l'excitation évoquée. Cependant, comme démontré dans deux exemples de neurones (Fig. 3B,D), l'injection unilatérale d'un des antagonistes D1or D2 / D3 a considérablement réduit l'amplitude de l'excitation évoquée, même si les injections unilatérales n'ont pas altéré les performances comportementales. Des résultats similaires ont été obtenus en calculant la moyenne des excitations évoquées enregistrées dans le NAc injecté (Les figs. 5A, , 66A, Histogrammes ipilatéraux); de plus, les données moyennes montrent que les excitations évoquées dans les neurones enregistrées dans la NAc controlatérale à l’injection n’ont pas été affectées (Les figs. 5A, , 66A, Histogrammes controlatéraux). Pour exclure la possibilité que la réduction de l'excitation provoquée par des signaux ipsilatéraux aux injections soit due à de petites différences dans la probabilité de réponse comportementale, nous avons répété l'analyse après avoir exclu tous les essais dans lesquels l'animal n'avait pas répondu à la pression; des résultats similaires ont été obtenus (données non présentées; p <0.05 pour les antagonistes D1 et D2, Wilcoxon). Ces résultats indiquent que la réduction induite par l'antagoniste de l'excitation évoquée par les signaux est peu susceptible d'être une conséquence d'une performance comportementale altérée.

Bien que les propriétés temporelles de l’excitation évoquée soient assez similaires d’un neurone à l’autre, les inhibitions après l’apparition de la réplique sont plus diverses et présentent généralement une évolution temporelle plus tardive et moins stéréotypée que les excitations (Les figs. 5B, , 66B). Les analyses d'inhibitions (et, dans une certaine mesure, d'excitations) qui se concentrent sur une seule fenêtre temporelle peuvent donc manquer une partie importante du signal. En outre, les méthodes de détection statistiques standard ne permettent pas d'identifier de manière cohérente les diminutions dues à des taux de déclenchement basaux très bas, y compris celui de nombreux neurones NAc. Pour contourner ces problèmes, nous avons adopté une approche plus inclusive dans laquelle nous avons quantifié, pour chaque groupe de neurones enregistrés, les intervalles 50 ms post-time, la ROC AUC représentant la différence entre le tir dans le bac et la ligne de base de la précision. Cartes thermiques des valeurs de l'ASC dans les tranches de temps alignées sur l'apparition de la DS (Les figs. 5B, , 66B) démontrent que la réduction de l'excitation évoquée par la DS après des injections bilatérales et ipsilatérales (mais non contralatérales) d'antagonistes de D1 et de D2 était prononcée dans presque tous les neurones excités par un signal et se produisait pendant toute la durée de l'excitation. En revanche, les inhibitions après l'apparition de la maladie de Parkinson n'étaient pas réduites. Pour quantifier ces effets, nous avons déterminé si chaque valeur de l'ASC indiquait une différence significative par rapport à la valeur de référence en calculant une valeur p amorcée représentant la probabilité que l'ASC ait été échantillonnée à partir de la distribution des AUC générées à partir des taux de décharge de base et de bacs post-sauvetage brassés de manière aléatoire (voir Matériels et Méthodes). Méthodes). Comme le montrent les graphiques de la proportion de neurones présentant une valeur significative (p <0.05) excitation ou inhibition dans chaque bac aligné sur le début du DS (Les figs. 5C, , 66C, gauche dans chaque colonne), la fraction des excitations, mais non des inhibitions, a été réduite par des injections bilatérales et ipsilatérales des antagonistes. Cette interprétation a été confirmée statistiquement en comparant les proportions de bacs significativement excités et inhibés dans l’ensemble de la fenêtre post-DS de 1 (Les figs. 5C, , 66C, graphiques en points). Ainsi, les excitations après l'apparition de la DS ont été réduites par l'injection d'antagoniste de D1 et de D2, mais les inhibitions ne l'ont pas été.

En effet, le nombre de neurones présentant une inhibition significative a augmenté après certains types d’injections (Les figs. 5B,C, , 66B,C). Il est peu probable que ces inhibitions émergentes aient contribué aux effets sur le comportement des perfusions d'antagonistes bilatéraux, car elles n'étaient pas cohérentes (par exemple, elles sont survenues après une injection d'antagoniste bilatéral et controlatéral, mais non ipsilatéral et après une injection antagoniste ipsilatérale, mais non bilatérale) et donc ils n'expliquent pas les effets comportementaux des antagonistes. De plus, ces inhibitions tardives étaient les plus importantes après le début de la DS, après l’apparition de la DS, moment où, dans les conditions de contrôle, 1% des comportements d’approche dirigée vers un objectif avaient déjà été initiés (Fig. 2B). Par conséquent, il est peu probable que les inhibitions émergentes aient contribué à l'augmentation de la latence d'initiation de l'approche ou à la réduction de la probabilité de réponse induite par l'antagoniste. Curieusement, la grande majorité des inhibitions émergentes se sont produites dans les neurones excités par la DS, généralement vers la fin de l'excitation (antagoniste bilatéral D1: neurones 14 / 17, 82%; antagoniste ipsilatéral D2: neurones 11 / 16, 69%; Les figs. 5B,C, , 66B,C), ce qui concorde avec la possibilité qu’ils aient été démasqués par la réduction de la réponse excitatrice induite par les antagonistes et étaye l’hypothèse selon laquelle le déclenchement de neurones excités par la DS est la cause du déclenchement du comportement d’approche.

Présentations NS, qui ont rarement suscité des réactions de presse à levier ((Fig. 1B), évoquait une excitation faible mais constante dans les mêmes neurones excités par la DS (Fig. 2A). De manière surprenante, les excitations évoquées par la NS n’ont pas été réduites non plus par l’antagoniste de D1 (ni par leur magnitude) (Fig. 7A) ou en nombre de neurones excités (Fig. 7B,C). En revanche, l’injection d’antagoniste de D2 a réduit à la fois la magnitude et le nombre d’excitations évoquées par la NS (Fig. 8). Les inhibitions évoquées par la NS n’ont été réduites ni par les antagonistes (Les figs. 7B,C, , 88B,C). Par conséquent, dans ces conditions, l’activation du récepteur D1 est nécessaire pour que les neurones NAc produisent des excitations de grande ampleur en réponse à un stimuli prédictif de récompense saillant, alors que l’activation du récepteur D2 est requise pour une réponse à un stimulus neutre et à une prédiction de récompense.

Nous avons envisagé la possibilité que la réduction du comportement de recherche de récompense après des injections bilatérales soit imputable à l'interruption d'un processus neural lié au renforcement ou au traitement hédonique de la récompense. Ces processus peuvent impliquer les sous-populations de neurones NAc inhibés ou excités lors de la consommation de saccharose (Nicola et al., 2004b; Roitman et al., 2005; Taha et les champs, 2005). Parce que les animaux ont continué à gagner des récompenses après une perfusion unilatérale d'antagoniste, nous avons pu déterminer si l'activité neuronale liée à la consommation de récompense dépendait de l'activation des récepteurs de la dopamine. Nous avons examiné le tir pendant les 5 s après l'entrée de l'animal dans le réceptacle de récompense, la période pendant laquelle la consommation de récompense se produit généralement (Nicola, 2010). En utilisant l'analyse ROC, nous avons comparé les déclenchements dans les groupes 200 ms de cette fenêtre avec la ligne de base de la déclaration 10; Les cartes thermiques des valeurs de l'ASC résultantes montrent que l'effet de l'injection d'antagoniste est faible, que ce soit de manière homolatérale ou controlatérale par rapport à l'injection (Fig. 9A,C). Les antagonistes n’ont pas modifié les proportions de neurones excités et inhibés (Fig. 9B,D), suggérant fortement que les excitations et les inhibitions liées à la consommation ne dépendent pas de la dopamine. Des résultats similaires ont été obtenus lorsque nous avons effectué la même analyse en utilisant 50 ms bins (données non présentées).

Pour exclure la possibilité que les résultats observés soient dus à un facteur autre que l'antagoniste (par exemple, une perturbation physique causée par l'injection ou un composant du véhicule médicamenteux), nous avons injecté du sérum physiologique dans certaines expériences. Comme le montre un exemple de neurone (Fig. 10A) et par l'excitation moyenne à travers les neurones excités (Cue)Fig. 10B), Les excitations évoquées par la DS n’ont pas été modifiées par injection de solution saline; Les excitations évoquées par la NS n'ont pas non plus été affectées (Fig. 10C). De plus, l’injection de solution saline n’influence pas les proportions de neurones présentant une excitation et une inhibition significatives après l’apparition de DS ou de NS (Fig. 10D – G).

Enfin, nous avons demandé si l’activation des récepteurs de la dopamine pouvait être permissive pour un comportement en approche ciblée en contribuant aux taux de déclenchement de référence des neurones NAc. En contradiction avec cette hypothèse, l’antagoniste D1 ou D2 n’a pas eu d’effet significatif sur les vitesses de déclenchement de base des neurones excités par la DS ou autres neurones NAc (Fig. 10H,I).

a lieu

Ces résultats suggèrent un mécanisme par lequel la dopamine NAc favorise un comportement de recherche de récompense induit par des stimuli environnementaux: l'activation des récepteurs de la dopamine facilite les excitations évoquées, ce qui favorise l'initiation à courte latence de l'approche des objets associés à la récompense. Cette conclusion est fortement corroborée par l'observation selon laquelle l'injection d'antagoniste bilatéral de la dopamine augmentait la latence d'initiation du mouvement (Fig. 1D) et réduit la magnitude des excitations évoquées (Les figs. 33 -6). La réduction de l’excitation évoquée par le signal n’a pas pu être une conséquence d’un comportement altéré, car les injections unilatérales n’ont pas modifié le comportement induit par le DS (Fig. 1C – F), mais profondément réduit l’excitation évoquée par la DS dans le tissu injecté (Les figs. 3B,D, , 5,5, , 6) .6). Ces excitations constituaient une réponse neuronale prédominante dans la NAc (survenant chez 45% des neurones enregistrés) et elles ont précédé l’apparition du mouvement (Fig. 2B) et prédit la latence d’initiation du mouvement avec un tir plus important dans les essais avec une latence plus courte (Fig. 2D) (McGinty et al., 2013; Morrison et Nicola, 2014). Par conséquent, l'excitation évoquée dépend à la fois de la dopamine et est nécessaire à la recherche de récompenses vigoureuses.

Nos résultats démontrent que l’excitation évoquée par le signal et aucune autre forme d’activité neuronale dans le NAc est probablement un signal critique dans le circuit neural qui définit la latence des mouvements dirigés vers un objectif. Cette conclusion découle de l'observation selon laquelle les antagonistes ont diminué l'excitation évoquée sans repère, sans réduire les inhibitions évoquées, ni récompenser les tirs associés à la consommation ou les taux de mise à feu de base. En outre, les essais dans lesquels les injections bilatérales des antagonistes étaient les plus efficaces pour réduire l'excitation étaient ceux dans lesquels ils provoquaient la plus grande déficience comportementale (Fig. 4), argumentant fermement contre la possibilité qu'un autre changement non détecté du codage neuronal soit responsable des effets comportementaux. Par conséquent, nos données lient fermement l'activation des récepteurs de la dopamine dans le NAc, l'ampleur de l'excitation évoquée par le signal et la latence de l'animal pour initier la recherche de récompense.

Des travaux antérieurs ont montré que l'inactivation de la VTA qui réduit les excitations et les inhibitions évoquées par le signal de NAc empêchait également les animaux de présenter un comportement d'approche en trompe l'œil (Yun et al., 2004). Cependant, cette étude n’élimine pas la possibilité que ces changements soient un effet de circuit indirect. Ici, nous démontrons que les récepteurs de la dopamine locaux aux neurones enregistrés sont nécessaires pour une excitation évoquée, éliminant ainsi la possibilité que les effets antagonistes soient dus à une action de la dopamine en amont de la NAc. En revanche, même si les inhibitions évoquées ont été réduites par l’inactivation de la VTA (Yun et al., 2004), ils n’ont pas été réduits par une injection locale d’antagoniste de la dopamine et il est donc peu probable que ces inhibitions soient le résultat d’une action directe de la dopamine dans l’ANc.

Les effets des antagonistes D1 et D2 sur le comportement d'approche évoquée par DS et sur le tir évoqué par DS étaient remarquablement similaires. Ces observations sont cohérentes avec une longue série d’expériences de microinjection d’AcN dans lesquelles les antagonistes de D1 et de D2 ont produit des effets comportementaux presque indiscernables à des doses similaires aux nôtres (Hiroi et White, 1991; Ozer et al., 1997; Koch et al., 2000; Eiler et al., 2006; Pezze et al., 2007; Lex et Hauber, 2008; Liao, 2008; Nicola, 2010; Shin et al., 2010; Haghparast et al., 2012). Ces résultats, ainsi que le contraste entre la concentration d'antagoniste dans le produit injecté nécessaire pour observer les effets (mm) et l'affinité des médicaments pour leurs cibles (nm), soulèvent la question de savoir si les effets du médicament sont spécifiques. Bien que la concentration efficace au niveau du récepteur soit probablement considérablement inférieure à la concentration injectée en raison de la diffusion, du métabolisme et de l’oxydation des médicaments, l’efficacité et la durée combinées de ces processus ne sont pas connues. Par conséquent, une possibilité formelle est que les effets comportementaux et électrophysiologiques de SCH23390 et du raclopride résultent de la liaison entre un médicament et un ou plusieurs récepteurs non liés à la dopamine. Plusieurs facteurs plaident contre cette possibilité. Le comportement à l'approche évoquée est bloqué non seulement par SCH23390 et le raclopride, mais également par injection du flupenthixol, un antagoniste des récepteurs de la dopamine à large spectre, dans le NAc (Di Ciano et al., 2001; Saunders et Robinson, 2012), par inactivation de la VTA (Yun et al., 2004) et par lésion du NAc avec 6-hydroxydopamine (Parkinson et al., 2002), qui tue sélectivement les fibres catécholaminergiques. De plus, l’injection dans l’acide NAc d’un bloqueur de la recapture de la dopamine, d’un agoniste des récepteurs D1 ou D2 ou de l’amphétamine libérant de la dopamine augmente la probabilité d’approche en trompe-l'œil (Wyvell et Berridge, 2000; Nicola et al., 2005; du Hoffmann et Nicola, 2013). Enfin, l'auto-stimulation optogénétique des neurones dopaminergiques VTA (comportement maintenu sans aucun doute par l'activation des neurones dopaminergiques) est atténuée par l'injection de SCH23390 ou de raclopride dans le NAc à des doses similaires à celles utilisées ici (Steinberg et al., 2014). Il est difficile de concevoir un mécanisme simple pouvant rendre compte de chacun de ces résultats sans postuler que SCH23390 et la raclopride bloquent l'approche en bloquant les effets de la dopamine endogène.

Une autre possibilité est que les antagonistes se lient non seulement à leurs récepteurs cibles, mais également à leurs récepteurs dopaminergiques. À des concentrations de 10 μm ou inférieures, le raclopride ne se lie pas aux récepteurs de type D1 (Hall et al., 1986) des concentrations plus élevées n'ont pas été testées. Par conséquent, le raclopride pourrait être spécifique aux récepteurs D2 / D3, même aux concentrations en injectat de mm utilisées par nous et par d'autres, en particulier après la prise en compte de la diffusion, du métabolisme et de l'oxydation. Les estimations de la constante de liaison de SCH23390 aux récepteurs de type D2 vont de 1 à 5 μm (Bourne, 2001; Mottola et al., 2002) Bien que ces valeurs suggèrent que SCH23390 se lie aux récepteurs D2 / D3 aux concentrations injectées, l'efficacité fonctionnelle de SCH23390 en bloquant l'activation des récepteurs de type D2 par la dopamine est inconnue. Notre observation selon laquelle le raclopride réduit l'excitation évoquée par la NS alors que SCH23390 ne soutient pas l'idée que les médicaments agissent sur différents récepteurs, mais ne démontre pas définitivement leur spécificité. Néanmoins, même si l'un des médicaments ou les deux bloquaient les deux types de récepteurs afin de réduire l'excitation évoquée par la DS, cela serait tout à fait compatible avec notre conclusion selon laquelle l'activation d'au moins une forme de récepteur de la dopamine est nécessaire pour l'excitation évoquée par la DS. Ainsi, bien que la question de la spécificité des médicaments reste sans réponse, cette question affaiblit seulement de manière marginale notre principale conclusion selon laquelle la dopamine facilite l'approche ciblée en augmentant l'excitation provoquée par un signal.

Si, en réalité, les médicaments agissaient de manière spécifique, nos résultats selon lesquels les antagonistes de D1 et de D2 / D3 réduisaient chacun le tir provoqué par des signaux dans la majorité des neurones excités par des signaux suggèrent que l’activation de ces récepteurs conduit de manière synergique à une excitation dans les mêmes neurones. Considérant que les récepteurs D1 et D2 se trouvent dans des populations de neurones largement ségrégées de la NAc (Albin et al., 1989; Gerfen et al., 1990), des proportions substantielles de neurones du noyau et de la coque de NAc exprimant les récepteurs D1 contiennent également de l'ARNm pour les récepteurs D3 (Le Moine et Bloch, 1996), qui sont bloqués par les antagonistes de D2, y compris le raclopride. La coexpression des récepteurs D1 et D3 offre un mécanisme potentiel selon lequel la dopamine pourrait favoriser l’excitation des neurones NAc par un effet synergique qui serait bloqué par les antagonistes D1 ou D2 / 3 (Schwartz et al., 1998). Alternativement (ou en plus), l’interaction entre les récepteurs D1 et D2 (et / ou D3) peut se produire au niveau du circuit local (Goto et Grace, 2005; Gerfen et Surmeier, 2011). Par exemple, la dopamine agit au niveau des récepteurs D1 pour réduire la libération de GABA dans les neurones NAc (Nicola et Malenka, 1997; Hjelmstad, 2004), un effet qui pourrait favoriser l'excitation de concert avec l'activation des récepteurs D2 / D3 sur les neurones épineux (Hopf et al., 2003). Ces mécanismes supposent notamment que la dopamine n’excite pas directement les neurones NAc, mais augmente plutôt leur excitabilité en réponse à un apport glutamatergique; ainsi, ils pourraient expliquer pourquoi les excitations évoquées sont bloquées non seulement par les antagonistes de la dopamine, mais également par l’inactivation de l’amygdale basolatérale et du cortex préfrontal (Ambroggi et al., 2008; Ishikawa et al., 2008), qui envoient tous deux des projections glutamatergiques à l'ANc (Brog et al., 1993).

Les similitudes et les différences entre les effets de SCH23390 et du raclopride peuvent être le résultat de deux mécanismes neuronaux opposés, impliquant la dopamine phasique et tonique. Parce que les antagonistes D1 et D2 / D3 ont tous deux réduit l’excitation évoquée par la DS, mais que l’excitation plus petite évoquée par la NS dans les mêmes neurones n’a été réduite que par l’antagoniste D2 / D3 (Les figs. 8, , 9), 9), il semble que la dopamine favorise l’encodage de la valeur du stimulus via l’activation des récepteurs D1, mais facilite les réponses de déclenchement à tous les signaux (qu’ils soient associés ou non à un résultat précieux) via les récepteurs D2 / D3. Cela pourrait être dû aux transitoires dopaminergiques phasiques plus importants induits dans la NAc par des signaux prédictifs de récompense plus que neutres (Phillips et al., 2003; Roitman et al., 2004). Les récepteurs D2 / 3 ayant une affinité plus élevée pour la dopamine que les récepteurs D1, de petits transitoires dopaminergiques évoqués par la NS peuvent être suffisants pour activer uniquement les récepteurs D2 / 3, tandis que les DS prédictifs de récompense peuvent élever la concentration de dopamine à des niveaux suffisamment élevés pour activer les récepteurs D1. (Grace, 1991).

Alternativement, l'amplitude de l'excitation évoquée pourrait être régulée par la tonique plutôt que par la dopamine phasique. Les niveaux toniques de dopamine peuvent refléter le coût d'opportunité de l'inaction (Niv et al., 2007), fixant ainsi la vigueur des performances opérantes. Ainsi, si des taux de dopamine toniques suffisamment élevés sont atteints, un nombre suffisant de récepteurs de la dopamine pourrait être activé pour faciliter l'excitation évoquée et pour diminuer la latence de l'approche par recherche de récompense. Un mécanisme similaire peut également sous-tendre la contribution bien connue de la dopamine NAc à la réalisation de tâches non citées nécessitant beaucoup d’efforts (Salamone et Correa, 2012), dans laquelle la perturbation par la dopamine augmente les latences pour s'approcher de l'opérande (Nicola, 2010). Des indices externes implicites (par exemple, la vue du levier) ou internes (par exemple, dus au timing ou à la faim) pourraient déclencher une approche en stimulant davantage les neurones NAc lorsque les coûts d'opportunité et les niveaux de dopamine sont élevés.

En résumé, quel que soit le mécanisme pharmacologique spécifique, nos résultats démontrent que la dopamine NAc favorise le comportement de recherche de récompense en élevant l'excitation des neurones NAc en stimuli environnementaux saillants. L'ampleur de cette excitation définit le temps d'attente du sujet pour initier une réponse d'approche. À travers ce mécanisme, la dopamine régule à la fois la vigueur et la probabilité de rechercher une récompense.

Notes

Bibliographie