Décodage de circuits neuronaux contrôlant la recherche compulsive du saccharose (2015) (MECANISME BINGE)

Afin d'identifier les neurones LH qui fournissent une entrée monosynaptique au VTA in vivo et d'observer leur activité lors de comportements en mouvement libre, nous avons utilisé une stratégie à double virus pour exprimer sélectivement channelrhodopsin-2 (ChR2) dans les neurones LH fournissant une entrée monosynaptique au VTA (Chiffres 1Un et S1). Nous avons injecté un vecteur viral adéno-associé (AAV₅) portant ChR2-eYFP dans une construction de cadre de lecture ouvert (DIO) double inversé dépendant de Cre-recombinase dans la LH pour infecter les somata locaux et injecté un virus herpès simplex (HSV) à déplacement rétrograde transportant Cre-recombinase dans le VTA. Une recombinaison ultérieure a permis l'expression sélective de l'opsine et du fluorophore dans les neurones LH fournissant une entrée monosynaptique au VTA. Pour confirmer notre approche, nous avons effectué des enregistrements de patch-clamp de cellules entières ex vivo dans des tranches de cerveau horizontales contenant la LH et enregistrées à partir de neurones exprimant ChR2-eYFP, ainsi que de neurones LH voisins qui étaient ChR2-eYFP négatifs (Figure 1B). Les latences des pics évoqués par la lumière, mesurées du début de l'impulsion lumineuse au pic du potentiel d'action, variaient de 3 à 8 ms (Figure 1C). Nous avons également constaté qu'aucune des cellules non exprimant (ChR2-négatif) enregistrées n'a montré de réponses excitatrices à la photostimulation (n = 14; Figure 1C), malgré leur proximité avec les cellules exprimant ChR2.

Afin d'effectuer une photo-identification à médiation optogénétique in vivo, un optrode a été implanté dans la LH pour enregistrer l'activité neuronale pendant une tâche de recherche de saccharose. Dans la même session d'enregistrement, nous avons fourni plusieurs modèles de photostimulation pour identifier les neurones LH-VTA exprimant ChR2 (Chiffres 1D et S1). Nous avons examiné la distribution des latences de la photoréponse excitatrice dans tous les neurones LH, montrant un changement de cadence d'allumage verrouillé dans le temps en réponse à l'éclairage et avons observé une distribution bimodale (Figure 1E). Nous avons observé une population de neurones lors d'enregistrements in vivo avec des latences comprises entre 3 et 8 ms. C'était identique à la plage de latence trouvée dans les neurones LH-VTA exprimant ChR2 lorsque nous avons enregistré ex vivo. Nous avons appelé ces unités unités de «Type 1» (Chiffres 1C, 1E et 1F). De plus, il y avait une population distincte de cellules avec des latences de photoresponse de ∼100 ms (Chiffres 1E et 1G), et nous avons appelé ces unités de «type 2». Nous avons également observé des neurones inhibés en réponse à la photostimulation des neurones LH-VTA (Figure S2), et nous avons appelé ces unités de «type 3». Nous avons comparé la durée du potentiel d’action (mesurée du pic au creux) et les vitesses de décharge moyennes des unités de type 1 et de type 2, ainsi que de celles ne présentant pas de photo-réponse (Figure 1H). La distribution des durées de potentiel d’action du type 1 (Figure 1I) et Type 2 (Figure 1J) montre que la majorité des unités de type 1 ont une durée de potentiel d'action inférieure à 500 μs (84%; n = 16/19, distribution binomiale, p = 0.002).

Bien que les unités de type 1 répondent aux critères standard pour être classées comme exprimant ChR2 (Cohen et al., 2012, Zhang et al., 2013), il n'était pas clair si la photoréponse à latence plus longue des unités de type 2 était indicative des neurones exprimant ChR2 qui ont répondu plus lentement à la photostimulation, ou si cet effet était dû à l'activité du réseau. Étant donné que les neurones LH exprimant ChR2 (type 1) se projettent directement vers le VTA, une possibilité était que les neurones de type 2 recevaient des commentaires du VTA (Figure 1K). Une autre possibilité était que les neurones de type 2 soient activés par des collatérales d’axones provenant de neurones de type 1 (Figure 1L). Pour différencier ces deux modèles de circuit possibles, nous avons inhibé le VTA en conjonction avec la photo-identification dans la LH.

Sur la base de nos modèles de circuits, nous nous attendons à ce que l'inhibition distale n'ait aucun effet sur les photoréponses des neurones LH exprimant ChR2. Cependant, s'ils sont photoréactifs, mais non exprimés, les neurones LH s'appuient sur le retour d'information de la VTA pour déclencher une réponse à l'éclairage bloquée dans le temps (Figure 1K), on s’attendrait à une atténuation des photoréponses dans ces neurones lors de l’inhibition de la VTA. Nous avons exprimé ChR2 dans les cellules LH-VTA comme ci-dessus, mais cette fois-ci, nous avons également exprimé une augmentation de l'halorhodopsine 3.0 (NpHR) accrue dans la VTA et avons implanté une fibre optique dans la VTA en plus de l'optrode dans la LH (Figure 2UNE). Nous avons fourni les mêmes modèles d’éclairage à la lumière bleue dans la gauche pour les trois époques, mais nous avons également photo-inhibé la VTA avec une lumière jaune à la deuxième époque (Figure 2UNE).

Les photoréponses des unités de type 1 à l’éclairage à la lumière bleue dans la LH ne sont pas affectées par la photo-inhibition de la VTA, ce qui est cohérent avec l’expression de ChR2 dans les neurones de type 1 LH-VTA (Figure 2B). En revanche, la majorité des unités de type 2 (87%; n = 13/15, distribution binomiale, p = 0.004) ont montré une atténuation significative des photoresponses aux impulsions de lumière bleue délivrées dans la LH lors de la photoinhibition des neurones VTA. Les réponses des unités de type 1 et de type 2 pendant la photoinhibition VTA étaient significativement différentes (chi carré = 7.64, p = 0.0057; Chiffres 2B et 2C). Ces différences peuvent également être observées dans les scores Z maximaux au cours des époques (Figure 2D) et avec l’époque ON-ON normalisée à l’époque Yellow-OFF (Figure 2E). Ces données suggèrent que les neurones de type 2 LH reçoivent une entrée (directement ou indirectement) du VTA (Figure 1K) plutôt que via des collatéraux axonaux locaux (Figure 1L).

Après avoir identifié ces deux types distincts de neurones LH dans la boucle LH-VTA, nous avons voulu examiner l’activité neuronale naturelle au cours d’une tâche d’auto-administration de saccharose (Figure 3UNE). Les souris ont été entraînées à effectuer des réponses nasales pour un signal prédisant la délivrance de saccharose à un port adjacent (comme dans Tye et al., 2008). Pour nous permettre de différencier les réponses neuronales au nez et à la queue, la queue et le saccharose ont été délivrés selon un programme de renforcement partiel, dans lequel 50% des coups de nez ont été associés à une queue et à la délivrance de saccharose.

Les unités de type 1 ont montré une réponse phasique à l’entrée du port de saccharose, comme le montre une unité de type 1 représentative (Figure 3B), ainsi que les données de population pour toutes les unités de type 1 (Figure 3C) Les réponses en phase des unités de type 2, cependant, reflétaient principalement les réponses au signal prédictif de récompense (Chiffres 3D et 3E). Les schémas de déclenchement normalisés de tous les neurones enregistrés (n = 198, divisés en unités de type 1, 2, 3 et non réactifs) sont affichés pour chaque composant de la tâche: les coups de nez associés à la queue, les coups de nez en l'absence de la queue, et entrée du port de saccharose (Figure 3F). Toutes les unités de type 1 qui ont montré des changements d'activité phasiques pertinents pour la tâche (74%; n = 14/19) étaient soit excitées ou inhibées par l'entrée du port de saccharose, un petit nombre montrant également une inhibition phasique du signal prédictif de la récompense (Chiffres 3B, 3C et 3G). En revanche, les unités de type 2 étaient plus hétérogènes, les neurones sensibles aux tâches codant sélectivement le signal (35%), l’entrée de port de saccharose sélectivement (26%) ou à la fois le repère et l’entrée de port (12%; Chiffres 3D, 3E et 3H). Pour illustrer la force des réponses des unités de type 1 et de type 2 aux événements liés aux tâches, nous avons tracé chaque cellule sur un tracé tridimensionnel selon le score Z (Figure 3JE). Pour montrer la distribution des changements de phase du déclenchement à plusieurs événements liés à une tâche sur un plan qualitatif, nous avons tracé le nombre de cellules de chaque type de photoréponse appartenant à une catégorie donnée (Figure 3J).

Compte tenu du rôle bien défini du VTA dans l'erreur de prédiction de récompense (par exemple, la réduction phasique du déclenchement des neurones DA en réponse à l'omission inattendue d'une récompense et l'excitation phasique en réponse à une délivrance de récompense inattendue) (Schultz et al., 1997), nous avons cherché à savoir si les neurones LH coderaient pour l'omission inattendue d'une récompense de saccharose. Pour ce faire, nous avons enregistré l'activité neuronale des neurones photoréactifs au cours de la même tâche cue-récompense chez des animaux bien entraînés, mais avons omis au hasard 30% des livraisons de saccharose suivant l'indication (Figure 4UNE).

La majorité des unités de type 1 (88%; n = 15/17, distribution binomiale, p = 0.001) étaient insensibles à l'omission de récompense (Chiffres 4(Chiffres 4C et 4D). Nous avons conclu que les neurones LH-VTA (type 1) codaient l’action d’entrée dans le port, car ces réponses étaient persistantes même après l’omission de la récompense (Figure 4D), contrairement aux unités de type 2 (chi carré = 10.9804, p = 0.0009).

Pour déterminer si les réponses de type 1 à l'entrée du port codaient réellement la réponse conditionnée (CR), par opposition à un comportement général de recherche de récompense ou d'exploration, nous avons enregistré chez des souris non entraînées qui n'avaient pas encore acquis la tâche. Chez des souris naïves à la tâche, nous avons livré du saccharose au port en l’absence de signal prédictif (remise imprévue de récompenses) et nous avons constaté que les unités de type 1 ne montraient pas de réponses phasiques à l’entrée du port (Chiffres 4E, 4F et 4I), cohérent avec le modèle selon lequel les neurones de type 1 codent le CR (Figure 4J).

Ensuite, pour déterminer si l’activité unitaire de type 2 est compatible avec un profil de réponse du type erreur de prédiction de récompense, nous avons également enregistré ces neurones chez des animaux bien entraînés au cours d’une délivrance de récompense non prédite (Figure 4G). Nous avons constaté qu'un sous-ensemble d'unités de type 2 répondait à des livraisons imprévues de saccharose (50%; Chiffres 4G – 4I). Pris ensemble, les sous-ensembles d’unités de type 2 sont sensibles à l’omission inattendue de récompenses (Chiffres 4C et 4D) et la distribution de récompense imprévue (Chiffres 4G – 4I), compatible avec un profil de réponse du type erreur de prédiction de récompense.

Comme nous l'avons montré ci-dessus, les unités de type 1 représentent un corrélat neuronal de la CR. Il est important de noter que l’augmentation de la cadence de tir commence avant le CR, jusqu’à ce que le CR soit terminé (Chiffres 3B, 3C et 4B) Pour déterminer si l'activation de la voie LH-VTA pourrait favoriser la RC, nous avons voulu tester la capacité de l'activation de la LH-VTA dans la conduite de la RC face à une conséquence négative. Chez des souris de type sauvage, nous avons exprimé ChR2-eYFP ou eYFP seul dans des corps cellulaires de LH et avons implanté une fibre optique sur la VTA (Chiffres 5Un et S4). Inversement, pour tester le rôle de la voie LH-VTA dans la médiation de la RC ou des comportements liés à l'alimentation, nous avons exprimé bilatéralement NpHR-eYFP ou eYFP seul dans les cellules LH et implanté une fibre optique au-dessus du VTA (Chiffres 5Un et S4).

Nous avons conçu une tâche de préparation pavlovienne dans laquelle des souris privées de nourriture devaient traverser une grille de choc pour récupérer une récompense de saccharose (Figure 5B). Dans la première époque «de base» (avec la grille de choc désactivée), nous avons vérifié que chaque souris avait acquis la tâche d'approche conditionnée pavlovienne. Dans la seconde période («Shock»), la grille de choc délivrait des chocs légers au pied toutes les secondes. Enfin, à la troisième époque («Shock + Light»), nous avons continué à délivrer des chocs au pied mais aussi à éclairer les bornes LH du VTA avec une lumière bleue (10 Hz) chez des souris exprimant ChR2 et des contrôles eYFP correspondants et une lumière jaune (constante) pour souris exprimant NpHR et leurs contrôles eYFP (Figure 5B).

Nous avons observé un nombre significativement plus élevé d'entrées de ports par signal pendant la période Shock + Light et un score de différence significativement plus élevé (Shock + Light - époque Chock-only) chez les souris ChR2 par rapport aux souris eYFP (Figure 5C et Film S1). En revanche, la photoinhibition de la voie LH-VTA a entraîné une réduction significative du nombre d'entrées de ports par repère et de scores de différence chez les souris NpHR par rapport aux souris eYFP (Figure 5D et Film S2). Des expériences d'extinction intra-session au cours desquelles les présentations de repères n'étaient pas suivies par des livraisons de saccharose ont montré des tendances d'effet similaires (Figure S4).

Il est important de noter que nous voulions déterminer si les changements dans la recherche de saccharose que nous avions obtenus étaient causés par des changements dans le comportement lié à l'alimentation ou par la sensibilité à la douleur. Nous avons observé que la photoactivation de la projection LH-VTA augmentait considérablement le temps consacré à l'alimentation de souris bien nourries du groupe ChR2 (Figure 5E). Cependant, la photo-inhibition de la voie LH-VTA n’a pas réduit de manière significative l’alimentation (Figure 5F), même si ces animaux étaient privés de nourriture pour améliorer notre capacité à détecter une réduction par rapport à l’époque de base (à comparer aux animaux rassasiés chez Figure 5E). Dans ni le ChR2 (Figure 5G) ni le groupe NpHR (Figure 5H) avons-nous observé une différence de latence au retrait de la queue de l'eau chaude (Ben-Bassat et al., 1959, Grotto et Sulman, 1967), indiquant que la manipulation de la projection LH-VTA ne modifiait pas l'analgésie.

Pour étudier la composition des composants de transmission rapide des entrées LH vers le VTA qui provoquaient ces effets, nous avons effectué des enregistrements patch-clamp de cellules entières à partir de neurones VTA dans une préparation de tranche aiguë tout en activant optiquement les entrées LH exprimant ChR2-eYFP (Chiffres 6Un et S5). Étant donné qu'il existe une hétérogénéité bien établie au sein de la VTA, y compris ∼65% de neurones DA, ∼30% de neurones GABA et ∼5% de neurones glutamate (Margolis et al., 2006, Nair-Roberts et al., 2008, Yamaguchi et al., 2007), nous avons rempli des cellules avec de la biocytine pendant l'enregistrement pour permettre l'identification du type de cellule en utilisant l'immunohistochimie post-hoc pour la tyrosine hydroxylase (TH; Figure 6B), en plus de l’enregistrement du courant de cation activé par l’hyperpolarisation (I_h) et la localisation de la cellule de cartographie (Chiffres 6B: et S5).

Tout d’abord, nous avons enregistré la fixation de courant pendant la photostimulation des entrées LH exprimant ChR2 et avons observé que 23 des neurones 27 présentait une réponse bloquée dans le temps à la photostimulation des entrées LH (Figure 6C) La majorité des neurones DA échantillonnés dans la VTA ont reçu une entrée excitatrice nette de la LH (56%), tandis qu'un autre sous - ensemble a présenté une inhibition nette (30%; Figure 6C) La distribution spatiale de ces neurones DA est cartographiée sur un atlas pour les tranches horizontales contenant la VTA (Figure 6RÉ).

Pour établir la contribution monosynaptique des entrées LH aux neurones VTA DA, nous avons utilisé la cartographie de circuit assistée par ChR2, où des enregistrements de tension-clamp ont été effectués en présence de tétrodotoxine (TTX) et de 4-aminopyridine (4AP; Petreanu et al., 2007) . Conformément à nos observations à partir des enregistrements à pince de courant, nous avons observé que la majorité des neurones VTA DA enregistrés recevaient exclusivement une entrée monosynaptique excitatrice de la LH (67%), par rapport aux neurones VTA DA qui recevaient exclusivement une entrée monosynaptique inhibitrice (11%), ou les deux (22%; Chiffres 6E et S6).

Nous avons identifié les neurones VTA GABA en injectant un fluorophore dépendant de Cre (AAV₅-DIO-mCherry) dans le VTA de souris VGAT :: Cre et a utilisé l'expression de mCherry pour diriger l'enregistrement des neurones VTA GABA (n = 24; Figure 6F). Quarante-six pour cent des neurones VTA-GABA ont réagi avec une excitation nette, alors que 54% ont répondu avec une inhibition nette, à la photostimulation des entrées de LH exprimant ChR2 (Figure 6G). La distribution spatiale de ces cellules est montrée dans Figure 6H. En examinant l’entrée monosynaptique de la LH (comme décrit ci-dessus), nous avons constaté que 18% des neurones GABA échantillonnés recevaient une entrée exclusivement excitatrice et 9% recevait une entrée exclusivement inhibitrice (Figure 6JE). Cependant, par rapport aux neurones VTA DA, nous avons constaté que plus de neurones VTA GABA recevaient à la fois du GABA excitateur médié par AMPAR et inhibiteur._AEntrée monosynaptique médiée par R de la LH (73%; chi carré = 5.0505, p = 0.0246; Chiffres 6I et S6).

Étant donné que nos enregistrements ex vivo ont fourni des preuves soutenant une contribution solide des projections de LH GABAergiques et glutamatergiques à la VTA, nous avons ensuite sondé le rôle de chaque composant indépendamment. Pour ce faire, nous avons utilisé des lignées de souris transgéniques exprimant la Cre-recombinase dans les neurones qui exprimaient soit le transporteur vésiculaire du glutamate 2 (VGLUT2) ou le transporteur vésiculaire GABA (VGAT). Nous avons injecté AAV₅-DIO-ChR2-eYFP ou AAV₅-DIO-eYFP dans le côté gauche de VGLUT2 :: Cre et VGAT :: Cre et a implanté une fibre optique sur le VTA (Figure S7). Ces animaux ont ensuite été soumis à chacun des tests comportementaux présentés dans Figure 5.

Nous n'avons pas observé de différences détectables dans le nombre d'entrées de port effectuées par mémoire entre les souris exprimant ChR2 ou eYFP dans la partie gauche.^surabondanceProjection -VTA (Figure 7A) ou dans le LH^GABAProjection -VTA (Figure 7B) Cependant, lors de l’analyse vidéo, nous avons remarqué des comportements aberrants de rongement chez le LH^GABA-VTA: groupe ChR2 sous éclairage bleu (voir Films S3 et S4). À gauche^surabondanceSouris -VTA, bien que la photostimulation ait tendance à être réduite dans le groupe ChR2 par rapport au groupe eYFP, ce n’était pas statistiquement significatif (Figure 7C) En revanche, nous avons observé une augmentation robuste du temps consacré à l’alimentation des souris saturées lors de l’éclairage dans la partie gauche.^GABA-VTA: groupe ChR2 relatif aux contrôles (Figure 7D et Film S3). Dans aucun des deux groupes d’animaux, la stimulation par la lumière n’a eu d’effet dans l’essai de retrait de la queue (Chiffres 7E et 7F).

Pendant la tâche d'alimentation, comme nous l'avons fait pendant la tâche de recherche de saccharose, nous avons encore remarqué des séquences motrices aberrantes liées à l'alimentation qui n'étaient pas dirigées vers la nourriture. Nous avons filmé une souris représentative dans la gauche^GABA-VTA: groupe ChR2 dans une chambre transparente vide, et sur photostimulation à 20 Hz, nous avons observé des séquences motrices appétitives inhabituelles telles que lécher et ronger le sol ou l'espace vide (Film S4). Nous avons quantifié ces comportements de «rongement» au cours de la tâche d’alimentation dans la LH-VTA de type sauvage (Figure 7G), LH^surabondance-VTA (Figure 7H) et LH^GABA-VTA (Figure 7I) groupes et a montré que LH^GABA-VTA: les souris ChR2 ont rongé plus que le type sauvage ou LH^surabondance-VTA: les souris ChR2, lorsqu'elles sont photostimulées, par rapport à leurs groupes eYFP respectifs (Figure 7J). Nous avons examiné si les comportements aberrants liés à l'alimentation pouvaient être séparés de l'alimentation dirigée de manière appropriée à des fréquences plus basses. Cependant, lorsque nous avons testé le LH^GABA-VTA: groupe ChR2 avec des trains de lumière bleue de 5 Hz et 10 Hz, nous avons observé une relation proportionnelle entre la fréquence de stimulation et à la fois l'alimentation et le rongement (Figure 7K).

La projection de LH sur la VTA a été explorée dans le cadre d'études de collision par stimulation électrique (Bielajew et Shizgal, 1986) et on a longtemps supposé qu'elle jouerait un rôle dans le traitement des récompenses (Hoebel et Teitelbaum, 1962, Margules et Olds, 1962) le rôle a été un défi. Nous présentons ici une analyse détaillée de la façon dont les composants individuels de la boucle LH-VTA traitent les différents aspects d’une tâche liée aux récompenses.

Grâce à l’utilisation de la photocoagulation à médiation optogénétique (Figure 1), nous avons identifié deux populations distinctes de neurones LH: les cellules qui envoient des projections à la VTA (type 1) et les cellules qui reçoivent un retour d’information de la VTA (type 2; Figure 2) - bien que ces populations n’aient pas besoin de s’exclure mutuellement, car il est possible que les neurones de gauche puissent envoyer et recevoir des entrées vers et à partir de la VTA. Fait intéressant, nous avons constaté que relativement peu de neurones photoréactifs se situaient en dehors de la distribution bimodale encapsulant ces deux populations (Figures S2B: et 1E). Compte tenu de cela, en combinaison avec le long délai de latence dans les photoresponses de type 2 (~ 100 ms), nous supposons qu'il peut y avoir une voie dominante contribuant à l'activité des neurones de type 2. De plus, comme DA se lie aux récepteurs couplés aux protéines G, la cinétique est plus lente que la plupart des synapses glutamatergiques (Girault et Greengard, 2004) et peut expliquer ce groupe d'unités photoréactives à latence de 100 ms. Il est également possible que le VTA puisse fournir une rétroaction indirecte à travers d'autres régions distales, via des régions intermédiaires excitatrices telles que l'amygdale, ou avec une désinhibition via le noyau accumbens (NAc) ou le noyau du lit de la strie terminale (BNST).

Fait intéressant, alors que la photostimulation des unités de type 1 évoque des réponses excitatrices dans les unités de type 2, les unités de type 1 et 2 présentent des propriétés de codage comportementales distinctes. Par exemple, les nombres d'unités de type 1 et de type 2 qui codent sélectivement le signal prédictif de récompense sont significativement différents (n = 0/19 type 1 versus n = 12/34 type 2, chi carré = 8.67, p = 0.003) . Ce modèle de réponse paradoxal pourrait être dû à des processus de calcul au niveau d'un élément de circuit intermédiaire, tel que le VTA, qui peut jouer un rôle actif pendant la tâche comportementale mais inactif pendant la photomarquage. De plus, l'état comportemental de l'animal pourrait influencer la manière dont ces données sont traitées.

Nos expériences d’omission de récompenses nous ont permis de distinguer le codage neuronal LH de la CR et la consommation du stimulus non conditionné (US). Dans ces expériences, un sous-ensemble d’unités de type 2 a réagi aux signaux prédictifs de récompense (CS) et américain, ainsi qu’à une diminution du taux de déclenchement lorsque les récompenses attendues ont été omises. En outre, un sous-ensemble d’unités de type 2 présente également une excitation phasique lors de la remise inattendue de récompenses (Chiffres 4G et 4H). Ces données rappellent la façon dont les neurones DA dans le VTA codent l'erreur de prédiction de récompense (Cohen et al., 2012, Schultz et al., 1997). Nous supposons que les neurones VTA peuvent transmettre des signaux d'erreur de prédiction de récompense à un sous-ensemble de neurones LH, qui sont bien positionnés pour intégrer ces signaux pour la détermination d'une sortie comportementale appropriée. Plus précisément, la LH est solidement interconnectée avec une multitude d'autres zones cérébrales (Berthoud et Münzberg, 2011) et a été causalement liée à des états homéostatiques tels que le sommeil / l'excitation et la faim / la satiété (Carter et al., 2009, Jennings et al. , 2013).

Le comportement compulsif de recherche de récompense a été principalement discuté dans le contexte de la toxicomanie, où un paradigme classique de la recherche compulsive de drogue a été d'examiner le degré auquel le comportement de recherche de drogue persiste face à une conséquence négative, comme un choc au pied. (Belin et al., 2008, Pelloux et al., 2007, Vanderschuren et Everitt, 2004). Nous avons adapté cette tâche pour le saccharose cherchant à nous permettre d'étudier si l'activation de la voie LH-VTA était suffisante pour favoriser la recherche compulsive de saccharose. Étant donné qu'une différence distincte entre la drogue et la récompense naturelle est que les récompenses de drogue ne sont pas nécessaires à la survie, il existe une controverse quant aux comportements qui constitueraient un comportement compulsif de recherche de saccharose ou de nourriture. Une autre interprétation de nos données est que l'activation de la voie LH-VTA augmente simplement la motivation ou l'envie de rechercher des renforçateurs d'appétit. Comme les taux d'obésité ont augmenté au cours des dernières décennies (Mietus-Snyder et Lustig, 2008), la suralimentation compulsive et la dépendance au sucre sont des conditions courantes qui constituent une menace majeure pour la santé humaine (Avena, 2007). Le comportement alimentaire chez les souris rassasiées (complètement nourries) après l'activation de la voie LH-VTA rappelle les comportements alimentaires observés chez les humains diagnostiqués avec un trouble de suralimentation compulsif (ou trouble de l'hyperphagie boulimique) (DSM-V).

Il a été suggéré que des actions répétées conduisent à la formation d'habitudes, qui mènent elles-mêmes à la recherche compulsive de récompenses qui caractérise la dépendance (Everitt et Robbins, 2005). Notre découverte selon laquelle les neurones LH-VTA encodent uniquement l'entrée de port après le conditionnement suggère que cette voie code de manière sélective pour coder une réponse conditionnée, et pas seulement une action motivée. Ceci est cohérent avec nos observations selon lesquelles l'activation optique de cette projection peut favoriser la recherche compulsive de récompense face à une conséquence négative (Figure 5C), ainsi qu'en l'absence de besoin (comme chez les souris rassasiées, Figure 5E). Cette interprétation est en outre corroborée par notre constatation selon laquelle la photoinhibition de la voie LH-VTA réduit sélectivement la recherche compulsive de saccharose (Figure 5D) mais ne réduit pas l'alimentation des souris soumises à une restriction alimentaire (Figure 5F). L'un des plus grands défis dans le traitement des troubles de la suralimentation compulsive ou de l'hyperphagie boulimique est le risque d'altérer les comportements alimentaires en général. Du point de vue de la traduction, nous avons peut-être identifié un circuit neuronal spécifique comme cible potentielle pour la mise au point d'interventions thérapeutiques en cas de suralimentation compulsive ou de dépendance au sucre sans sacrifier les comportements alimentaires naturels.

Nous montrons qu'en plus d'un composant glutamatergique LH-VTA (Kempadoo et al., 2013), il y a également un composant GABAergique significatif dans la projection (Leinninger et al., 2009), et que les neurones LH se synapse directement sur DA et Neurones GABA dans le VTA (Figure 6). Cependant, il existe une différence d'équilibre entre l'entrée excitatrice / inhibitrice sur les neurones VTA DA et GABA.

Alors que nous avons utilisé un traitement immunohistochimique pour vérifier l’identité des neurones VTA, nous avons également mesuré I_h, un courant cationique non spécifique rectifiant vers l'intérieur activé par l'hyperpolarisation (Lacey et al., 1989, Ungless et Grace, 2012). La présence de ce courant a été largement utilisée dans les études électrophysiologiques pour identifier les neurones DA, mais il a été démontré qu'elle n'est présente que dans les sous-populations de neurones DA, délimitées par cible de projection (Lammel et al., 2011). Bien qu'il ait déjà été proposé dans une revue par Fields et ses collègues que «les neurones LH se synchronisent sur les projections VTA vers le PFC, mais pas ceux qui se projettent vers le NAc» (Fields et al., 2007), nos données suggèrent que cette controverse soit rouverte pour une enquête plus approfondie. Même si nous avons observé un sous-ensemble de neurones DA qui ont reçu une excitation nette de la LH et possédaient un très petit I_h (en accord avec les neurones DA projetant la coquille médiale de mPFC ou de NAc), nous avons également observé un sous-ensemble de neurones DA qui ont reçu une entrée excitatrice nette et ont montré une grande I_h (compatible avec les caractéristiques des neurones DA qui se projettent sur la coque latérale de la NAc; Figure S5; Lammel et al., 2011). Inversement, les neurones VTA DA qui ont reçu une entrée inhibitrice nette ont montré un très petit I_h ou manquait de ce courant, ce qui est cohérent avec la notion selon laquelle la LH envoie principalement une entrée inhibitrice sur les neurones VTA DA se projetant vers le mPFC ou la coque médiale du NAc. Nous montrons également que les entrées LH peuvent être observées dans les VTA médiale et latérale, ce qui suggère que la LH fournit des entrées sur les neurones VTA avec diverses cibles de projection, car il est connu que la cible de projection VTA correspond quelque peu à l'emplacement spatial le long d'un axe médial-latéral ( Lammel et al., 2008).

Le rôle de la voie LH-VTA dans la promotion de la récompense a déjà été attribué à la transmission glutamatergique dans le VTA (Kempadoo et al., 2013), car le promoteur CaMKIIα est souvent considéré comme sélectif pour les neurones de projection excitateurs. Cependant, nos données montrent clairement que l'expression de ChR2 sous le contrôle du promoteur CaMKIIα cible également les neurones de projection GABAergiques dans la LH (Figure 6).

Le comportement provoqué par la photostimulation de la LH^GABA-VTA voie était frénétique, mal dirigé, et mésadapté (Film S4). Une interprétation est que l'activation de la gauche^GABA-La voie VTA envoie un signal à la souris qui provoque la reconnaissance d'un renforçateur appétitif. Une interprétation alternative est que le LH^GABA- La voie de l'ATV peut générer une incitation ou un «manque» intense, cohérent avec une approche conditionnée sous-jacente du signal, mais à un niveau non physiologique qui produit ce comportement anormal lié à l'alimentation (Berridge et Robinson, 2003). En accord avec cela, il est possible que l’activation de la gauche^GABA-La projection par AVT produit en réalité des sensations intenses de soif ou d’envie de se nourrir. Cependant, nos expériences montrent que l'activation de LH^GABA-Le VTA n'entraîne pas une augmentation de la recherche compulsive de saccharose, mais cela est probablement dû au comportement excessif de rongement et d'appétit aberrant axé sur des objets non alimentaires dans la chambre de test. Bien qu'il soit difficile de déterminer l'expérience de la souris au cours de cette manipulation, il est clair que des comportements liés à l'alimentation correctement dirigés nécessitent l'activation coordonnée des composants GABAergique et glutamatergique de la voie LH-VTA.

Les manipulations optogénétiques et pharmacogénétiques sont des outils puissants pour établir des relations de cause à effet, mais elles ne révèlent pas les propriétés physiologiques endogènes des éléments des circuits neuronaux. Notre étude rassemble des informations sur la connectivité synaptique, la fonction endogène naturelle et le rôle causal de la voie LH-VTA, offrant ainsi un nouveau niveau de compréhension de la manière dont les informations sont intégrées dans ce circuit. Ces résultats soulignent l'importance d'examiner le rôle fonctionnel des neurones par la connectivité, en plus des marqueurs génétiques. Les neurones LH-VTA codaient sélectivement l'action de recherche de récompense mais ne codaient pas les stimuli environnementaux, alors que les stimuli récompensants et les signaux prédictifs de récompense étaient codés par une population discrète de neurones LH en aval de la VTA. De plus, nous avons identifié une projection spécifique liée de manière causale à la recherche compulsive de saccharose et à un comportement alimentaire. L'hétérogénéité de la projection LH-VTA est nécessaire pour assurer un équilibre adaptatif entre la motivation de conduite et la régulation des comportements appétitifs correctement dirigés. Ces découvertes fournissent des informations pertinentes sur des conditions pathologiques telles que le trouble de la surconsommation compulsive, la dépendance au sucre et l'obésité.