Gu leòr de bhrosnachadh Molaimbic Dopamine Neuron airson adhartas gu tràilleachd (2015)

Ro-ràdh

Tha tràilleachd na ghalar a tha a ’fàs ann an grunn cheumannan (Everitt et al., 2008, George et al., 2014). Tha am breithneachadh air a dhèanamh nuair a thig cleachdadh cur-seachad èigneachail, a ’leantainn a dh’ aindeoin droch bhuaidhean. Ged a tha prìomh bheachd-bharail tràilleachd ag ràdh gu bheil drogaichean mì-ghnàthachaidh ag adhbhrachadh a ’ghalair leis gu bheil iad a’ meudachadh cus dùmhlachd dopamine (DA) san eanchainn, chan eil e soilleir a bheil brosnachadh an t-siostam seo gu leòr gus na h-eadar-ghluasadan bho chleachdadh cur-seachad gu tràilleachd (Di Chiara agus Bassareo, 2007, Volkow and Morales, 2015). Tha an fhianais taiceil airson beachd DA airson daingneachadh dhrogaichean air cruinneachadh thar grunn deicheadan agus tha e an urra ri buaidh tùsail dhrogaichean. Mar eisimpleir, bidh drogaichean addictive a ’lughdachadh na stairsnich airson fèin-bhrosnachadh intracranial (ICSS) den bundle forebrain medial, rian fiber anns a bheil, am measg feadhainn eile, teilgeadh DA a’ dìreadh bhon mheanbh-chuileag (Stein, 1964, Crow, 1970, Kornetsky et al., 1979). Chomharraich sgrùdaidhean eòlas-eòlas agus lesion an uairsin an siostam DA mesocorticolimbic mar thùs a ’chuairt seo (Wise and Bozarth, 1982). Aig deireadh na 1980n, dhearbh tomhas dìreach den cho-chruinneachadh DA extracellular le microdialysis gu robh drogaichean addictive a ’roinn seilbh a bhith a’ dùsgadh àrdachadh DA anns an NAc (Di Chiara agus Imperato, 1988). Dh'adhbhraich seo moladh airson seòrsachadh meacanaigeach de dhrogaichean tràilleachd (Lüscher and Ungless, 2006).

Tha fios aig mòran nas lugha air mar a tha na buaidhean tùsail sin air cleachdadh dhrogaichean a ’comasachadh gluasad gu tràilleachd. Chaidh beachdachadh air dòighean DA-neo-eisimeileach oir tha targaidean cungaidh-leigheis eile aig drogaichean addictive. Mar eisimpleir, bidh cocaine, a bharrachd air a bhith a ’cur bacadh air an neach-còmhdhail DA (DAT), cuideachd a’ ceangal ri SERT (neach-còmhdhail serotonin) agus NET (neach-còmhdhail norepinephrine) gus serotonin agus norepinephrine ath-ghabhail a lughdachadh, fa leth, agus mar sin a ’meudachadh dùmhlachd nam prìomh monoamines (Han agus Gu, 2006, Tassin, 2008). Faodaidh draghan co-ionann buntainn ri psychostimulants eile. A bharrachd air an sin, tha tagradh ann gu bheil codlaid, co-dhiù anns a ’chiad ìre, DA neo-eisimeileach (Badiani et al., 2011, Ting-A-Kee agus van der Kooy, 2012). Chaidh dùbhlan a thoirt do bheachd-bharail DA cuideachd stèidhichte air modalan ginteil luch, far an robh, às deidh dhaibh a dhol an sàs san t-siostam DA, cuid de dhòighean giùlan a bha freagarrach airson drogaichean fhathast rim faicinn. Mar eisimpleir, dh ’fhàilnich luchagan bualadh DAT fèin-rianachd cocaine (Rocha et al., 1998), agus cuir às do synthesis DA an dàrna cuid gu cungaidh-leigheis (Pettit et al., 1984) no gu ginteil (Hnasko et al., 2007) nach do chuir iad casg air fèin-rianachd dhrogaichean. no roghainn àite cumhaichte. Ged a tha comharrachadh nas fheàrr air na luchagan transgenic sin agus ginealach de luchd-còmhdhail dùbailte monoamine air cuid de na cùisean sin fhuasgladh (Rocha, 2003, Thomsen et al., 2009), chan eil fios dè cho freagarrach sa tha DA gus feartan cardinal de dh ’fhulangas a bhrosnachadh. Gus faighinn timcheall air cùisean neo-shònraichte, tha sinn mar sin air co-dhùnadh leigeil le luchagan neurons VTA DA a bhrosnachadh gu fèin-obrachail a ’cleachdadh dòigh-obrach optogenetic.

Tha sgrùdaidhean o chionn ghoirid air sealltainn gum faod gnìomhachd DA neurons anns a ’mheanbh-chuileag roghainn àite a bhrosnachadh (Tsai et al., 2009) no giùlan ionnsramaid a dhaingneachadh (Adamantidis et al., 2011, Witten et al., 2011, Kim et al., 2012, Rossi et al., 2013, McDevitt et al., 2014, Ilango et al., 2014). Fhad ‘s a tha an gnìomh roghnach seo de shlighean DA a’ dearbhadh sgrùdaidhean fèin-bhrosnachadh intracranial (ICSS) a chaidh a dhèanamh o chionn còrr is 30 bliadhna ann a bhith a ’mìneachadh an t-siostam dhuais (Fouriezos et al., 1978), tha iad a’ tuiteam goirid a ’nochdadh inntrigeadh giùlan atharrachail aig ìre nach maireann a ’mìneachadh tràilleachd, agus cha do chomharraich iad na h-atharrachaidhean bunaiteach neuronal. An seo chleachd sinn làimhseachadh optogenetic chan ann a-mhàin gus cothrom a thoirt airson sgrùdadh dìreach a dhèanamh air an slat-tomhais freagarrachd airson comharran DA ìre ann a bhith a ’tòiseachadh daingneachadh, ach cuideachd gus deuchainn a dhèanamh airson gluasad gu tràilleachd.

Is e fìor shealladh de na h-ìrean as fhaide den ghalar, eadhon leis na drogaichean as addictive, nach eil ach bloigh de luchd-cleachdaidh a ’faighinn grèim air (Warner et al., 1995, O'Brien, 1997). Leanaidh tràillean daonna a ’caitheamh dhrogaichean a dh’ aindeoin droch bhuaidhean (faic “Mìneachadh air Tràilleachd,” Comann Ameireagaidh airson Leigheas Tràilleachd, DSM5, Comann Eòlas-inntinn Ameireagaidh, 2013), mar as trice co-cheangailte ri buaidh shòisealta agus saidhgeòlach a tha gu tric air an dàil ann an ùine. San aon dòigh, ann an creimich tha timcheall air aon a-mach à còig bheathaichean a bhios a ’faighinn fèin-rianachd de chocaine air an seòrsachadh mar chur-ris (Deroche-Gamonet et al., 2004, Kasanetz et al., 2010; ach faic George et al., 2014). Faodar seasmhachd bho bhith a ’toirt a-steach drogaichean a dh’ aindeoin droch bhuaidhean a bhith air a mhodaladh ann an creimich le bhith a ’toirt a-steach brosnachadh sìmplidh gluasadach don chlàr caitheamh. Fhad ‘s a tha an galar daonna nas iom-fhillte, tha a bhith a’ ceangal peanas le caitheamh mar mhodal dìreach de phrìomh phàirt de chur-ris.

An seo, chleachd sinn clisgeadh coise socair gus measadh a dhèanamh air a ’bhuaidh a bh’ aige air fèin-rianachd cocaine, sucrose, agus fèin-bhrosnachadh optogenetic. Bidh sinn a ’dèanamh tuilleadh sgrùdaidh an urrainn dha fèin-bhrosnachadh DA neuron dà ghiùlan co-cheangailte ri addictive a bhrosnachadh - sireadh duais co-cheangailte ri cue agus èigneachadh co-cheangailte ri caitheamh a dh’ aindeoin droch bhuaidhean - agus a ’comharrachadh an plastachd neural a tha co-cheangailte ris na giùlan sin.

toraidhean

Gus smachd a chumail air gnìomhachd DA neuron, chuir sinn a-steach bhìoras co-cheangailte ri adeno Cre-inducible (AAV) le frèam leughaidh fosgailte inverted dà-fhlùraichean (DIO) anns a bheil Chr2 air an ceangal ri pròtain flùraiseach buidhe leasaichte (eYFP) (Atasoy et al., 2008, Brown et al., 2010) a-steach don VTA de luchagan DAT-Cre. A bharrachd air an sin, chaidh fiber optic a chuir gus cuimseachadh air an VTA (Chr2, faic Modhan-obrach Deuchainneach). Sònrachas an Chr2 chaidh abairt a dhearbhadh le co-ionadachadh eYFP le Tyrosine Hydroxylase (TH), enzyme a dh ’fheumar airson synthesis DA (Figear 1A). 

An toiseach, gus am protocol brosnachaidh laser a stèidheachadh, chaidh luchagan a chuir ann am bogsa obrachaidh far am b ’urrainn dhaibh luamhan gnìomhach a bhrùthadh, a bhrosnaich grunn bhrosnachaidhean laser a bha eadar-dhealaichte (1, 2, 8, 32, 60, no 120 spreadhadh) gach dà sheisean. Gus aithris a dhèanamh air pàtran losgadh ìre (Hyland et al., 2002, Mameli-Engvall et al., 2006, Zhang et al., 2009) mar as trice air a bhrosnachadh le duais nàdurrach (Schultz, 1998), chleachd sinn brosnachadh burst. Bha aon spreadhadh air a dhèanamh suas de chòig buillean laser de 4 ms, aig 20 Hz, agus chaidh a-rithist dà uair san diog. Fhuair sinn a-mach gun do dh ’atharraich luchagan an giùlan luamhanach mar ghnìomh spreadhaidhean airson brosnachadh laser, agus mar sin a’ cumail smachd air an àireamh iomlan de spreadhaidhean a fhuaireadh (Figear 1B). Bha an giùlan seo coltach ri fèin-rianachd de dhrogaichean addictive, nuair a bha an dòs gach infusion eadar-dhealaichte (Piazza et al., 2000). Airson na deuchainnean às deidh sin, roghnaich sinn rianachd a dhèanamh air 30 spreadhadh gach preas luamhan, a ’toirt a-mach àireamh leth-as àirde de spreadhaidhean (Figear 1B). Gus aithris a dhèanamh air an dàil ann an àrdachadh DA a chithear mar as trice nuair a thèid drogaichean a thoirt a-steach tro bhroinn (Aragona et al., 2008), chuir sinn dàil air brosnachadh laser le 5 s agus chuir sinn solas cue frasach airson 10 s (Figear 1C).

Rè 12 latha às deidh a chèile, bha cead aig luchagan fèin-bhrosnachadh 80 uair aig a ’char as àirde ann an 2 hr. Dh ’àrdaich luchainn gu luath ìre brosnachaidh laser, a’ ruighinn 80 brosnachadh laser (LS) ro dheireadh a ’chiad uair de sheisean (Figearan 1D agus 1E). Chaidh an eadar-dhealachadh eadar an luamhan gnìomhach agus neo-ghnìomhach fhaighinn gu luath agus mheudaich an àireamh de phreasaichean luamhan gnìomhach a rèir sin le clàran co-mheas stèidhichte (FR1, 2, 3) a ’sìor fhàs (Figearan 1F agus 1G). Ann an deuchainnean smachd a ’cleachdadh luchagan no luchainn DAT-Cre− a chuir an cèill ChR2 ann an neurons γ-aminobutyric acid (GABA) (luchagan GAD-Cre +, gus cuimseachadh air neurons inhibitory an VTA), bha ìrean fèin-bhrosnachaidh ìosal agus a’ dol sìos gu leantainneach thar seiseanan. Bha seo cuideachd a ’buntainn ri dà bheathach Cre + far an robh dearbhadh post hoc a’ sealltainn nach robh an VTA gabhaltach le ChR2-eYFP (cha deach a shealltainn). A bharrachd air an sin, cha deach leth-bhreith sam bith eadar an luamhan gnìomhach agus neo-ghnìomhach a lorg (Figearan S1A agus S1B).

Chunnaic sinn gu robh luchagan DAT-Cre + a ’brùthadh nas trice air a’ luamhan gnìomhach na bha riatanach airson brosnachadh laser. Gu dearbh bha a leithid de phreasaichean gnìomhach “futile” a ’dèanamh suas còrr air 30% de na meadhanan gnìomhach airson luamhan ((Figear S2A) agus thachair e - mar a chaidh seiseanan air adhart - mar as trice eadar tòiseachadh cue agus laser ((Figearan S2B agus S2C). Leasaich an giùlan singilte seo aig àm togail agus is dòcha gu bheil e a ’nochdadh freagairtean brosnachail.

Air an toirt còmhla, tha gnìomhachd burst ann an neurons VTA DA a ’daingneachadh gu làidir freagairt luamhan.

Às-dùnadh fèin-bhrosnachadh VTA DA Neuron le cocaine

Gus deuchainn a dhèanamh a bheil fèin-bhrosnachadh VTA DA neuron a ’lùbadh air na h-aon chuairtean eanchainn a tha air an cuimseachadh le drogaichean addictive gus giùlan a dhaingneachadh, chuir sinn a-steach cocaine gu intraperitoneally (ip) dìreach ro sheiseanan fèin-bhrosnachaidh (ruigsinneachd an-asgaidh air laser airson 45 min, Figear 2A). Aig a ’bhun-loidhne, bhrùth beathaichean le deagh thrèanadh timcheall air 400 uair gus 85 LS fhaighinn ann an 45 min fo chlàr FR3. Às deidh in-stealladh cocaine, lùghdaich an coileanadh gu mòr ann am fasan a bha an urra ri dòsan gu timcheall air 30 LS airson 100 preas luamhan leis an dòs as àirde (Figear 2B). Bha an occlusion seo nas nochdte sa chiad 30 min den t-seisean, a ’nochdadh cungaidh-leigheis an druga (Figear 2C). Tha an deuchainn seo a ’sealltainn gu bheil daingneachadh le fèin-bhrosnachadh optogenetic agus daingneachadh le cocaine a’ roinn chuairtean neòil.

Gus tuilleadh coimeas a dhèanamh eadar fèin-bhrosnachadh optogenetic gu drogaichean addictive, dh ’fhaighnich sinn an ath rud am biodh luchagan a’ dol air ais gu fèin-bhrosnachadh neurons VTA DA às deidh grunn sheachdainean de tharraing air ais. Leis gu bheil sireadh dhrogaichean co-cheangailte ri cue mar mhodal stèidhichte de ath-chraoladh (Epstein et al., 2006, Soria et al., 2008, Bossert et al., 2013), chuir sinn luchagan air ais don t-seòmar obrachaidh 30 latha às deidh an fhèin-obair mu dheireadh seisean brosnachaidh, far an do bhrosnaich luamhan gnìomhach a-nis an solas cue gun brosnachadh laser (Figear 3A). Cha robh giùlan làidir co-cheangailte ri cue, air a nochdadh le ìre àrd de phreasaichean luamhan gnìomhach, ri fhaicinn ach ann an luchagan le faireachdainn de eYFP-Chr2 ann an neurons VTA DA (DAT-Cre + ach chan e luchagan DAT-Cre−, Figear 3B).

Tha sgrùdaidhean roimhe air sealltainn gu bheil an ceangal adhbharach eadar ath-sgaoileadh co-cheangailte ri cue agus plastachd synaptic air a dhùsgadh le cocaine ann am fo-sheòrsa de neurons NAc a ’cur an cèill an DA D1R (Pascoli, Terrier et al., 2014). Mar sin, gus measadh a dhèanamh air an plastachd synaptic seo, ghineadh sinn luchagan DAT-Cre air an deach tarsainn Drd1a-tdTomata luchagan gus an subtype neuron spìosrach meadhanach (MSNs) a chomharrachadh anns an NAc. An àite an deuchainn a bha a ’sireadh, chaidh sliseagan den NAc ullachadh far an robh D1R-MSNs dearg, an coimeas ri snàithleanan uaine bho neurons VTA DA air an robh flox-ChR2-eYFP (Figear 3C). Nochd clàraidhean clag-clamp làn-cealla ex vivo dàimh ceartachaidh bholtachd gnàthach airson sruthan postynaptic AMPAR-evoked (AMPAR-EPSCs) agus co-mheas AMPAR / NMDAR nas motha (Figearan 3D agus 3E), anns na D1R-MSNs ach chan ann anns na D2R-MSNs. Chaidh toraidhean co-ionann a fhuaireadh roimhe às deidh tarraing a-mach à fèin-rianachd cocaine a nochdadh a ’sealltainn gun deach cuir a-steach GluA2 le dìth agus GluA2 anns a bheil AMPARs, aig cuir-a-steach fa leth air D1R-MSNs (Pascoli, Terrier et al., 2014).

Fèin-bhrosnachadh a dh ’aindeoin peanas

Tha cleachdadh stuthan a dh ’aindeoin droch bhuaidhean na fheart mìneachaidh deatamach a bharrachd (faic mìneachadh DSM5, Comann Eòlas-inntinn Ameireagaidh, 2013). Chaidh modalan radan a stèidheachadh (Deroche-Gamonet et al., 2004, Pelloux et al., 2007, Pelloux et al., 2015, Chen et al., 2013) far a bheil clisgeadh dealain a chaidh a thoirt a-steach sa chlàr fèin-rianachd cocaine a ’cuir stad air cocaine. caitheamh ann an cuid de bheathaichean. Às deidh 12 latha de chiad fhoillseachadh (togail), chaidh cead a thoirt dha luchagan trì seiseanan a bharrachd a bhith aca aig FR3 ach le gearradh nas lugha de sheisean (60 min no 40 duais as àirde). Bha na trì seiseanan sin mar bhun-loidhne airson na ceithir seiseanan às deidh sin, far an deach a h-uile treas brosnachadh laser a pharadh le clisgeadh coise (500 ms; 0.2 mA) air a ro-innse le sealladh nobhail (Figear 4A). Chaidh dian agus fad clisgeadh na coise atharrachadh gus an luamhan a chuir air falbh gu tur a ’brùthadh airson duais sucrose (faic cuideachd dàta gu h-ìosal). Lean an clàr peanas gu dà fhreagairt giùlan mu choinneamh (Figear 4B). Sguir cuid de luchainn gu luath nuair a chaidh am peanas a thoirt a-steach (ris an canar “mothachail”), ach chùm cuid eile orra a ’faighinn a’ faighinn an àireamh as motha de bhrosnachadh laser agus faodar a mheas mar “resistant” ri peanas. Nochd an dà bhuidheann de bheathaichean aig deireadh nan ceithir seiseanan peanas (Figear 4C). Chùm “luchagan dìonach” an àireamh de bhrosnachadh laser (lughdachadh nas lugha na 20%) fhad ‘s a bha“ luchainn mothachail ”a’ lughdachadh fèin-bhrosnachadh le barrachd air 80%. Leis na slatan-tomhais seo, cha b ’urrainnear ach aon bheathach (dotagan glasa) a shònrachadh. Tha an amharc seo a ’sealltainn gu bheil gnìomhachd spreadhaidh èiginneach air a dhùsgadh le fèin-bhrosnachadh de neurons VTA DA gu leòr gus buanachadh caitheamh a bhrosnachadh a dh’ aindeoin droch bhuaidhean ann am bloigh de luchainn. Mar smachd, ann am buidheann neo-eisimeileach de luchainn a bha air seasamh an aghaidh no cugallachd ris a ’pheanas a bha co-cheangailte ri fèin-bhrosnachadh, chaidh nociception a mheasadh a’ cleachdadh an assay earball-flick. Cha do lorgar eadar-dhealachadh sam bith ann an latency gus an earball a chaidh a bhogadh ann an uisge teth eadar mothachail agus resistant a tharraing air ais (Figear S3).

An uairsin dh ’fhaighnich sinn, post hoc, an robh feart sònraichte sam bith aig ìre togail fèin-bhrosnachaidh air ro-innse a dhèanamh an aghaidh peanas. Rinn luchagan cugallach agus dìonach an aon àireamh de phreasaichean luamhan gnìomhach agus neo-ghnìomhach rè seiseanan bun-loidhne, agus ràinig na luchagan 80 LS aig a ’char as àirde (Figearan S4A agus S4B), ann an ùine co-ionann (Figearan S4A agus S4C). Ged nach robh a ’chuibhreann de phreas luamhan gnìomhach futile a-rithist eadar-dhealaichte anns an dà fho-shluagh (Figearan 4D agus S4D), thàinig an àireamh de phreasaichean luamhan futile mus do thòisich an spreagadh laser gu math nas àirde ann an luchagan dìonach ro dheireadh nan seiseanan togail (Figearan 4E agus S4E). Mar a leasaich an giùlan seo aig àm togail, dh ’fhaodadh e cur ris, còmhla ri neo-ghnìomhachd dhùthchasach (Economidou et al., 2009, Broos et al., 2012, Jentsch et al., 2014), ann a bhith a’ stèidheachadh an aghaidh peanas. A bharrachd air an sin, chaidh deuchainn co-mheas adhartach a dhèanamh aig latha 11 gus tomhas a dhèanamh air an spreagadh airson brosnachadh optogenetic (Richardson and Roberts, 1996). Bha luchainn làidir a ’taisbeanadh àite nach robh eadar-dhealaichte gu staitistigeil ri luchainn mothachail (Figear S4F).

A ’cur an aghaidh peanas airson cocaine ach chan ann airson sucrose

Gus faighinn a-mach am b ’urrainn don phàtran caitheamh a dh’ aindeoin toraidhean cronail còmhla ri brùthadh luamhan impulse ro-innse ro-innse èiginneach de dhroga addictive, chaidh buidheann ùr de luchainn fo 12 latha de fhèin-rianachd cocaine. Chaidh paramadairean deuchainneach airson togail fèin-rianachd cocaine a shuidheachadh gu 80 dòrtadh de chocaine taobh a-staigh 4 hr aig àm togail agus gu 40 infusions taobh a-staigh 2 hr rè nan trì seiseanan bun-loidhne ro na ceithir seiseanan peanasachaidh (Figearan 5A agus S5A). A-rithist, nochd dà bhuidheann às deidh dhaibh duais cocaine a chàradh le buillean dealain. Gu dearbh, bha 5 a-mach à 22 luchainn air an seòrsachadh mar resistant (nas lugha na 20% lùghdachadh bhon bhun-loidhne), fhad ‘s a bha 17 airidh air a bhith mothachail (lùghdachadh nas motha na 80%) agus thuit aon bheathach eadar (13 infusions air latha 19) (Figear 5B). Choimhead sinn an uairsin airson ro-innsearan giùlain an aghaidh peanas. Eadar an dà bhuidheann, cha robh an àireamh de in-ghabhaidhean, ìre an in-fhilleadh, agus an àireamh de phreasaichean luamhan gnìomhach no neo-ghnìomhach eadar-dhealaichte (Figearan S5B - S5D), agus bha na puingean briseadh coltach (Figear S5E). B ’e an diofar a bh’ ann mean-fhàs an t-sgaoilidh ann an ùine nam preasaichean futile air a ’luamhan gnìomhach. Anns a ’chiad ceithir seiseanan, bha brùthaidhean luamhan futile a’ lughdachadh gu cunbhalach rè na h-amannan ùine a-mach ann an luchagan dùbhlanach agus mothachail, agus aig deireadh an togail, cha robh ach luchagan mothachail a ’cumail suas a’ ghiùlan seo (Figearan 5C agus 5D agus S5F). An coimeas ri sin, bha luchainn resistant buailteach a bhith a ’meudachadh an àireamh iomlan de phreasaichean luamhan futile (Figearan 5C agus S5D), gu sònraichte anns a ’cheathramh mu dheireadh den ùine-ùine (Figear 5D). Ged a tha e coltach gu càileachdail ris an amharc a chaidh a dhèanamh roimhe le brosnachadh optogenetic de neurons DA (faic gu h-àrd), cha robhas a ’cruinneachadh nam preas futile anns an ùine thràth-ùine le cocaine, is coltaiche mar thoradh air na cineòlasan as slaodaiche leis an robh an droga ìrean DA nas àirde. Ach a dh ’aindeoin sin, dh’ fhaodadh co-dhùnaidhean coltach a bhith stèidhichte air an mean-fhàs singilte seo de sgaoileadh preas luamhan futile anns an ùine ghoirid ro “lorg a-staigh an t-àrdachadh DA.” Tha na beachdan againn mar sin a ’moladh gu bheil sgaoileadh nam preasan gnìomhach futile a’ ro-innse cleachdadh dhrogaichean. a dh ’aindeoin droch bhuaidhean.

Mu dheireadh rinn sinn a-rithist an deuchainn le luchagan le biadh ad libitum a dh ’fhaodadh a bhith a’ brùthadh airson duais sucrose. Aon uair ‘s gun deach peanas a thoirt a-steach, stad na luchagan gu fèin-rianachd an sucrose (Figear 5E), a ’sealltainn gun do chuir an clàr-ama seo às do dhuais nàdarra neo-riatanach, ach leig e le bhith a’ lorg in-ghabhail èiginneach de dhroga addictive no brosnachadh làidir DA neuron.

Air an toirt còmhla, tha na toraidhean sin a ’sealltainn gu bheil fèin-bhrosnachadh VTA DA gu leòr gus èigneachadh a bhrosnachadh, mar a chithear leis an aghaidh peanas ann am fo-sheata de luchainn (68%). San aon dòigh, às deidh SA cocaine, dh ’fhàs cuid de luchagan an aghaidh peanas (23%), rud nach robh a-riamh fìor às deidh SA sucrose ((Figear 5F).

Gus an raon eanchainn a dh ’fhaodadh a bhith a’ cumail smachd air a ’cho-dhùnadh a bhith a’ leantainn ann am fèin-rianachd a dh ’aindeoin droch bhuilean, rinn sinn sgrùdadh an toiseach air“ gnìomhachd neuronal ”coitcheann le bhith a’ cunntadh an àireamh de neurons anns an do bhrosnaich an seisean peanasachaidh a bhith a ’cur an cèill na ginean tràth cFos sa bhad ann an 15 diofar roinnean. Chaidh luchagan an toirt a-steach gu intracardially le PFA 90 min às deidh deireadh an t-seisein peanas mu dheireadh. Bha na buidhnean smachd a ’toirt a-steach beathaichean naive, a bharrachd air luchagan air an ceangal ri luchagan mothachail no dìonach gus smachd a chumail air a’ bhuaidh a dh ’fhaodadh a bhith aig an àireamh de bhuillean a fhuaireadh.

Fhad ‘s a bha iad anns a’ mhòr-chuid de na roinnean a chaidh a thaghadh, bha an àireamh de neurons cFos-positive aig an ìre as àirde ann an sliseagan bho luchainn resistant an taca ri sliseagan luchainn naive, nochd dà sheòrsa freagairt, agus tha an cortex prelimbic (PL) agus an OFC fadalach nan eisimpleirean. Anns an PL lorg sinn àrdachadh co-ionann de cheallan cFos-positive ann an luchagan dìonach agus na smachdan cuingichte aca, agus anns an OFC cha robh an àrdachadh seo ri fhaicinn ach anns na luchagan dìonach agus chan ann anns na luchagan cuing co-fhreagarrach (Figearan 6A agus 6B). Gus an eadar-dhealachadh seo a thomhas, chaidh a h-uile dàta a dhèanamh àbhaisteach gu ìrean faireachdainn ann am beathaichean naive. An uairsin, chaidh a ’cho-mheas a thomhas eadar an resistant thairis air mothachail air a roinn leis an yoked gu resistant over yoked to mothachail (Co-mheas_cfos = (R / S) / (YR / YS), Figear 6B). Chomharraich am modh-obrach seo an cortex cingulate, an OFC, agus VTA mar na roinnean a tha air an cur an sàs ann an dìon ach nach eil ann an luchagan mothachail agus far nach robh mòran eadar-dhealachaidh anns an dà bhuidheann de smachdan yoked (neurons cFos-positive ìosal coltach ri yoked, gu dearbh) . Chan eil a bhith a ’lorg an VTA na iongnadh, oir is e an roinn de neurons a tha air an spreagadh le laser. Tha seo a rèir aithisg roimhe a ’sealltainn gu bheil brosnachadh ChR2 a’ piobrachadh gnìomhachadh cFos (Lobo et al., 2010, Van den Oever et al., 2013). Co-mheas ìosal_cfos chaidh a lorg ann an roinnean far an robh an gnìomhachadh coltach ri chèile ann an cugallachd agus dìon (leithid CeA agus PAG). An co-mheas_cfos bha e cuideachd ìosal nuair a chaidh an gnìomhachadh a cho-thaobhadh le eadar-dhealachadh àrd anns na smachdan cuing (leithid an PL, Figear 6C airson geàrr-chunntas co-mheas_cfos dàta). Mar sin bha e coltach gun robh abairt cFos coltach ri luchagan dìonach agus dìonach air a stiùireadh leis an àireamh de ghluasadan coise agus cha robh mòran aca ri dhèanamh an aghaidh peanas. Air an toirt còmhla, an co-mheas àrd_cfos anns an OFC a ’moladh gu bheil gnìomhachd neòil san roinn seo co-cheangailte ri bhith a’ cur an aghaidh peanas agus mar sin dh ’fhaodadh e a bhith fàbharach an gluasad gu tràilleachd.

Gus substrate na gnìomhachd neuronal nas motha a chomharrachadh anns an OFC anns na luchagan a ’seasamh an aghaidh peanas, dh’ ullaich sinn sliseagan den PL agus L-OFC 24 hr às deidh an seisean peanas mu dheireadh gus deuchainn a dhèanamh airson excitability gnèitheach. Chaidh an dà roinn a thaghadh air sgàth am pàtran sònraichte de dhòigh-labhairt c-Fos anns na deuchainnean roimhe. Chaidh an excitability neuronal a thomhas le bhith a ’cunntadh an àireamh de chomas gnìomh (APs) a chaidh fhaighinn le in-stealladh meudan sruth a bha a’ sìor fhàs (bho 0 gu 600 pA) ann an clàran làn-cealla. Nochd na clàraidhean sin hypo-excitability leantainneach ann an neurons pioramaideach den PL de luchainn resistant (agus an smachd yoked aca) an coimeas ri luchagan mothachail no naive (Figear 7A). Cha robh comas buill-bodhaig fois (RMP) de neurons clàraichte eadar-dhealaichte eadar na buidhnean deuchainneach (Figear 7B). Tha na co-dhùnaidhean sin a ’moladh gu làidir gu bheil excitability neurons anns an PL a’ buntainn gu dìreach ris an àireamh de shiocan a fhuaireadh, agus is dòcha nach ann leis a ’cho-dhùnadh seasamh an aghaidh peanas. Tha seo dualtach a bhith a ’nochdadh atharrachadh fios-air-ais àicheil air a phiobrachadh le excitation neuronal a chaidh fhaighinn le buillean na coise an latha roimhe. An coimeas ri sin, bha neurons bho L-OFC nas toirmeasgach a-mhàin ann an luchagan dìonach. Cha robh excitability de neurons bho luchainn yoked eadar-dhealaichte na excitability de neurons bho luchagan naive, a ’riaghladh a-mach buaidh clisgeadh na coise fhèin (Figearan 7C agus 7D). Tha coltas ann gu bheil an gnìomhachd nas motha seo de neurons OFC mar bhunait air an abairt cFos agus dh ’fhaodadh e an aghaidh peanas a stiùireadh.

Gus deuchainn a dhèanamh airson adhbharrachadh eadar excitability neuron OFC leasaichte agus strì an aghaidh peanas, chuir sinn an cèill an DREADD bacaidh (gabhadairean dealbhaidh air an cur an gnìomh le drogaichean dealbhaidh a-mhàin: CamKIIα-hM4D) ann an neurons pioramaideach an OFC de luchagan DAT-Cre + (Figear 8A). Ann an sliseagan biorach bhon OFC, dh ’adhbhraich tagradh amar de CNO (clozapine-N-oxide) sruth slaodach a-muigh, is dòcha air a mheadhanachadh le seanalan GIRK, a chaidh a thionndadh air ais le barium (Ba²⁺), neach-bacadh neo-shònraichte de shianalan potasium (Figear 8B). Ghluais an CNO cuideachd an lùb cuir a-steach / toradh air an taobh cheart (Figear 8C). Na luchagan DAT-Cre + air an robh AAV1 / CamKIIα-hM4D-mCherry anns an OFC (Figear 8Fhuair D) paradigm fèin-bhrosnachaidh DA neuron agus an uairsin dà bhloca às deidh a ’chlàr peanas, a’ chiad fhear an làthair CNO agus an dàrna fear às aonais CNO. Chaidh stad a chuir air an dà bhloca le 6 latha gun pheanas (Figear 8E). Aig deireadh a ’chiad bhloc peanas, an làthair CNO, cha robh ach 5 de 16 luchainn a’ seasamh an aghaidh (Figear 8F, pannal clì). An coimeas ri sin, às aonais casg OFC, rè an dàrna ùine peanas, chaidh 14 a-mach à 16 a mheas mar “resistant” (Figearan 8F, pannal ceart, agus 8G). Ann am faclan eile bha am bloigh de luchainn resistant gu math nas ìsle ann an làthaireachd CNO an coimeas ris a ’chiad bhuidheann de 34 luchainn a chaidh a dhearbhadh roimhe seo anns na h-aon chumhachan (coimeas eadar-bhuidheann, Figear 8H) agus thàinig e gu bhith coltach ris a ’chiad bhuidheann às aonais CNO (coimeas taobh a-staigh buidhne). Mu dheireadh, airson na naoi luchagan a dh ’atharraich bho bhith mothachail gu dìonach, cha do rinn CNO atharrachadh air latency earball-flick nuair a chaidh a bhogadh gu uisge teth (Figear 8I).

Air an toirt còmhla, tha an deuchainn seo a ’sealltainn gu bheil gnìomhachd neurons pioramaideach an OFC a’ stiùireadh a ’cho-dhùnadh leantainn air adhart le fèin-bhrosnachadh a dh’ aindeoin droch bhuaidhean a tha a ’riochdachadh prìomh fheart den ghluasad gu tràilleachd ann an creimich.

Deasbaireachd 

Tha modail tràilleachd a chaidh a mholadh o chionn ghoirid a ’dèanamh eadar-dhealachadh air trì ceumannan ann an adhartas a’ ghalair: cleachdadh dhrogaichean cur-seachad sporadic, air a leantainn le cleachdadh dhrogaichean dian, seasmhach, àrdachadh, agus mu dheireadh cleachdadh èigneachail co-cheangailte ri call smachd (Piazza and Deroche-Gamonet, 2013; ach faic George et al., 2014). Tha an sgrùdadh againn a ’sealltainn gu bheil brosnachadh neurons VTA DA gu leòr gus an adhartas seo a stiùireadh le cùrsa ùine gu math luath.

Le bhith a ’dèanamh atharrais air pàtran losgadh-spreadhaidh a tha a’ tachairt gu nàdarra, tha sgaoileadh èifeachdach de DA air a dhùsgadh ann an roinnean targaid den VTA, leithid an NAc (Bass et al., 2010). Mar sin tha e coltach gum bi ìrean DA anns an NAc a ’riaghladh fèin-bhrosnachadh, dìreach mar a bhios creimich ag fèin-rianachd an ath fhilleadh de chocaine no heroin aon uair‘ s gu bheil an dùmhlachd DA a ’tuiteam fon stairsneach (Wise et al., 1995). Tha seo cuideachd a ’faighinn taic bhon amharc againn gum faod cocaine, stealladh ip, fèin-bhrosnachadh a thoirt a-mach. Mar sin, tha fèin-bhrosnachadh DA neuron gu math coltach ri fèin-rianachd dhrogaichean, eadhon ged a tha an cineòlas aige gu cinnteach nas luaithe na susbaint cungaidh-leigheis sam bith, a ’toirt a-steach cocaine, mar a chaidh a mholadh leis an ìre eadar-dhealaichte de fhreagairtean a chaidh a choimhead san sgrùdadh seo.

Fhad ‘s a bha sinn a’ cuimseachadh gu roghnach air neurons DA den VTA, is dòcha gu bheil am fèin-bhrosnachadh optogenetic air buidhnean de cheallan a chuir an gnìomh le diofar dhleastanasan eòlas-inntinn. Mar eisimpleir, chaidh a mholadh o chionn ghoirid gu bheil cuid de chòd DA neurons airson brosnachaidhean casgach (Lammel et al., 2012, Gunaydin et al., 2014). Bidh na ceallan sin a ’pròiseict gu mPFC, fhad‘ s a bhios neurons VTA DA a tha a ’stobadh a-mach gu slige NAc fadalach a’ tomhas daingneachadh adhartach (Lammel et al., 2012). Bhiodh e inntinneach measadh a dhèanamh air fèin-bhrosnachadh agus adhartas le cuimseachadh roghnach (Gunaydin et al., 2014). Leis gu robh an làimhseachadh againn a ’gnìomhachadh a h-uile neuron VTA DA, dìreach mar a bhios cocaine ag obair air a h-uile neuron a tha a’ cur an cèill DAT, tha e comasach gum biodh cuid de neurons DA a ’stiùireadh ionnsachadh ath-neartachaidh fhad‘ s a bhiodh neurons DA eile a ’stiùireadh ionnsachadh aimhreit. Bhiodh a ’bhuaidh lom fhathast na dhaingneachadh air a’ ghiùlan; ge-tà, dh ’fhaodadh na“ aversion neurons ”cur ri inntrigeadh pròiseas an aghaidh (Koob, 2013, Wise and Koob, 2014).

Às deidh staonadh èiginneach, ath-nochdadh chun cho-theacsa brosnaichte a ’sireadh fèin-bhrosnachadh, modail creimich stèidhichte de ath-bhualadh dhrogaichean. Gu h-iongantach, tha an plastachd neural bunaiteach eadar-dhealaichte bhon fhear a chaidh a choimhead às deidh tarraing a-mach à fèin-rianachd cocaine (Pascoli, Terrier et al., 2014). Tha seo a ’cur ri sgrùdadh a dh’ innis roimhe seo plastachd synaptic co-ionann ann an neurons VTA DA air a dhùsgadh le aon seisean de bhrosnachadh optigeach no a ’chiad in-stealladh de dhroga addictive (Brown et al., 2010). Tha pàtran de dh ’atharrachaidhean synaptic a’ nochdadh gu bheil c giùlan atharrachail a tha cumanta do gach druga addictive.

Is e feart sònraichte den sgrùdadh againn an dichotomy mar fhreagairt do bhrosnachadh brosnachail a tha làidir gu leòr gus casg a chuir air caitheamh duais nàdarra neo-riatanach anns a h-uile beathach. Anns an t-suidheachadh againn, cha do sheall luchagan dùbhlanach brosnachadh mòran nas àirde airson fèin-lìbhrigeadh duais, a tha an coimeas ri sgrùdadh le cocaine ann am radain (Pelloux et al., 2007). Bha an ro-innseadair giùlain airson a bhith an aghaidh peanas ann an luchagan, ge-tà, na luamhan futile a ’brùthadh anns na 5 s mus do thòisich an spreagadh DA neuron. Mar sin faodar an neo-chomas feitheamh gus an tèid duais a thoirt seachad fhaicinn mar chomharradh air impulsivity (Dalley et al., 2011, Olmstead, 2006, Everitt et al., 2008, Winstanley, 2011, Leyton agus Vezina, 2014). Bha sinn air ar beò-ghlacadh leis an amharc nach do leasaich gabhail èiginneach ach às deidh grunn sheiseanan de fèin-bhrosnachadh. Tha seo a ’togail a’ chothruim gur dòcha nach bi strì an aghaidh peanas (agus le bhith a ’leudachadh so-leònteachd ri tràilleachd) gu tur inneach, ach bidh e a’ leasachadh aig na h-ìrean tùsail a dh ’ionnsaigh tràilleachd. Mas e seo a ’chùis, is dòcha nach bi an dichotomy a chunnaic sinn agus feadhainn eile (Deroche-Gamonet et al., 2004) air a dhearbhadh a-mhàin le factaran ginteil. Mhìnicheadh ​​seo cuideachd gum bi bloigh den aon seòrsa de dhaoine a ’faighinn grèim air gathan luch a tha an ìre mhath aon-ghnèitheach agus gu cinnteach, àireamhan daonna nas eadar-mheasgte.

Ma tha strì an aghaidh peanas a ’nochdadh so-leòntachd fa leth airson tràilleachd, a thathas a’ meas aig mullach 20% ann an daoine eadhon le cocaine (Warner et al., 1995, O'Brien, 1997, George et al., 2014), is ann an sin a bhios a ’chuibhreann mòran nas àirde a gheibhear an seo dh'fhaodadh seo a bhith a ’nochdadh cumhachd brosnachaidh DA neuron dìreach agus roghnach. Ann am faclan eile, is dòcha gum bi brosnachadh DA DA neuron tòrr nas addictive na droga sam bith. Faodar seo a mhìneachadh leis a ’ghnìomh neo-roghnach de stuthan cungaidh-leigheis. A thaobh cocaine, mar eisimpleir, faodaidh monoamines a bharrachd air DA dàil a chuir air inntrigeadh tràilleachd. Gu dearbh, faodaidh serotonin a dhol an aghaidh giùlan atharrachail a tha an urra ri DA mar a bhith a ’freagairt airson duais le cumhachan, fèin-bhrosnachadh, agus roghainn àite cumhaichte (Wang et al., 1995, Fletcher agus Korth, 1999, Fletcher et al., 2002) le bhith a’ comasachadh a ’chomainn. de chogaidhean gu brosnachaidhean casgach (Bauer, 2015, Hindi Attar et al., 2012). Air an làimh eile, is dòcha gum bi an eadar-dhealachadh a ’fuireach anns an eadar-dhealachadh cineatachd eadar fèin-bhrosnachadh optogenetic agus inntrigeadh pharmacologach de àrdachadh DA extracellular. Dh ’fhaodadh a leithid de dh’ eadar-dhealachadh addictive-potency a bhith ann am measg diofar dhrogaichean mì-ghnàthachaidh (George et al., 2014).

Ged nach urrainn dhuinn gu foirmeil casg a chuir air eadar-dhealachaidhean ann an sgaoileadh DA agus / no comharran dàimheach gus cur ri bhith a ’stèidheachadh strì an aghaidh peanas, tha an suidheachadh seo eu-coltach oir sheall dearbhadh histological air galair bheathaichean a chaidh a ghabhail a-steach san sgrùdadh eYFP-ChR2 faireachdainn anns an VTA gu lèir. A bharrachd air an sin, dh ’adhbhraich am protocol brosnachaidh optogenetic a chaidh a dhealbhadh gus saturation DA a leigeil ma sgaoil gu fèin-bhrosnachadh a thàinig gu crìch le luachan air an cuairteachadh gu neo-ghluasadach airson a’ phuing briseadh, a ’nochdadh an spreagadh brosnachaidh.

Is e toradh iongantach eile gu bheil an àireamh de ghluasadan coise dealain ceangailte ri excitability nan neurons anns an PL. Thathas air a bhith a ’faicinn excitability nas lugha de neurons pioramaideach agus barrachd co-mheas AMPAR / NMDAR ann an neurons pioramaideach de na h-aon cheallan ann an“ radain addicted, ”ach cha robh smachd aig na sgrùdaidhean sin air buaidh buillean dealain per se (Kasanetz et al., 2010, Kasanetz et al., 2013, Chen et al., 2013). Mar sin is dòcha gu bheil an neo-sgaradh air a mhìneachadh le dreuchd dùbailte mPFC anns gach cuid pròiseasan co-dhùnaidh agus eagal amalachadh (Peters et al., 2009). Airson a ’chaochladh, tha atharrachadh ann an excitability de neurons pioramaideach anns an cortex infralimbic a’ buntainn ri buillean coise (Santini et al., 2008). Chan eil an fhianais seo a ’dùnadh a-mach comas gu bheil àite follaiseach aig mPFC airson a bhith a’ co-dhùnadh a bhith a ’sireadh in-ghabhail. Ach, tha ar mion-sgrùdadh cFos agus ar beachdan air excitability gnèitheach a ’comharrachadh an OFC agus cortex cingulate. A bharrachd air an sin, chuir casg air excitability neuronal anns an OFC le DREADD casg air peanas. Tha an ceangal adhbharach seo a ’riochdachadh ceum chudromach ann a bhith a’ tuigsinn nan uidheaman cealla a tha an urra ri bhith a ’gluasad gu tràilleachd. Bidh feum air sgrùdaidhean san àm ri teachd gus faighinn a-mach a bheil seo cuideachd a ’buntainn ris an raon iomlan de dhrogaichean addictive.

Tha na co-dhùnaidhean againn a rèir beachdan gum faod easbhaidh den OFC buaidh a thoirt air co-dhùnaidhean cosgais is buannachd (Seo agus Lee, 2010, Walton et al., 2010, Fellows, 2011) agus dh ’fhaodadh iad giùlan èiginneach a stiùireadh (Burguière et al., 2013 ). Ann an daoine, tha ana-cleachdadh dhrugaichean air a bhith ceangailte ri droch cho-dhùnaidhean agus gnìomh OFC atharrachadh (Lucantonio et al., 2012, Gowin et al., 2013). Air an toirt còmhla, tha gnìomhachd neurons OFC a ’nochdadh mar phrìomh dhearbhadh airson a bhith a’ gluasad gu cleachdadh dhrogaichean èiginneach (Everitt et al., 2007). Chan eil seo a ’cur bacadh air àite airson plastachd a tha air a bhrosnachadh le drogaichean aig luchd-dàimh excitatory air MSNn a chaidh a choimhead an seo agus ann an sgrùdaidhean eile (Kasanetz et al., 2010). Bidh e inntinneach a bhith a ’measadh a bheil làimhseachadh a tha ag amas air smachd a chumail air excitability an OFC a’ toirt buaidh air brosnachadh ann an luchd-cuiridh.

An seo tha sinn a ’moladh fèin-bhrosnachadh DA neuron mar mhodal cumhachdach gus sgrùdadh a dhèanamh air na h-ìrean a tha a’ leantainn gu tràilleachd. Bidh sinn ag ath-riochdachadh prìomh phàirtean de dhrogaichean, leithid ath-sgaoileadh, plastachd synaptic, agus buanachadh caitheamh a dh ’aindeoin droch bhuaidhean. Ged nach eil am modail gu cinnteach freagarrach airson sgrùdadh a dhèanamh air buaidhean sònraichte airson droga sònraichte (me, dèan coimeas eadar opioid ri psychostimulants), tha grunn bhuannachdan ann. Tha e a ’ceadachadh smachd ùineail mionaideach a thoirt air lìbhrigeadh duais, tha e gu sònraichte a’ gnìomhachadh dìreach na neurons VTA DA, agus mu dheireadh ach chan e as ìsle, tha e a ’toirt cothrom sgrùdadh a dhèanamh air luchagan airson ùine fada nas fhaide na le fèin-rianachd dhrogaichean. Le bhith a ’cuimseachadh air mìneachadh a dhèanamh air cho cumanta sa tha drogaichean addictive, is e an dòchas a bhith a’ fuasgladh na h-uidheaman neòil a tha mar bhunait cuideachd de chruthan tràilleachd nach eil an urra ri susbaint (Alavi et al., 2012, Robbins and Clark, 2015) agus mar sin a ’cur ri teòiridh coitcheann de an galair. Mar sin bidh modalan galair optogenetic a ’ceadachadh ceum cinnteach airson tuigse mhionaideach fhaighinn air an eas-òrdugh neuronal a tha an sàs ann an ìrean fadalach de chur-ris agus bheir iad stiùireadh do leigheasan reusanta, reusanta airson galar a tha an-dràsta gun leigheas.

Rinn VP, JT, agus AH na deuchainnean giùlain fhad ‘s a rinn VP na clàran electrophysiologic agus cho-òrdanaich iad an anailis. Chaidh an sgrùdadh a dhealbhadh agus a sgrìobhadh leis na h-ùghdaran uile.

Fhuair an obair taic bho thabhartasan bho Stèidheachd Nàiseanta na h-Eilbheis agus tabhartas adhartach ERC (MeSSI), Carigest SA, Comann Acadaimigeach Geneva, agus an Fondation Privée des Hopitaux Universitaires de Genève. Tha JT na oileanach MD-PhD air a phàigheadh ​​le Caidreachas na h-Eilbheis.

Sgrìobhainn S1. Modhan agus Figearan Deuchainneach Leasachail S1 - S6

Clàr S1. Mion-sgrùdaidhean Staitistigeil