Dinimic dopamine so-ghluasadach airson ionnsachadh agus togradh (2019)

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1235-y

Abstract

Tha an ro-mheasadh dopamine bho sgìre teasach ventral (VTA) gu niuclas accumbens (NAc) deatamach airson brosnachadh a bhith ag obair airson duaisean agus ionnsachadh stèidhichte air duais. Chan eil e soilleir ciamar a tha dopamine a ’toirt taic don dà ghnìomh. Faodaidh spìceadh cealla dopamine mearachdan ro-innse a chòdachadh, a tha nan comharran ionnsachaidh deatamach ann an teòiridhean coimpiutaireachd mu ghiùlan atharrachail. An coimeas ri sin, bidh dopamine a ’leigeil ma sgaoil rampaichean mar a bhios beathaichean a’ tighinn faisg air duaisean, a ’nochdadh dùil duais. Dh ’fhaodadh gum biodh an mì-chothromachadh seo a’ nochdadh eadar-dhealachaidhean ann an gnìomhan giùlain, atharrachaidhean nas slaodaiche ann an spìc cealla dopamine no modaladh spike-eisimeileach de sgaoileadh dopamine. An seo bidh sinn a ’dèanamh coimeas eadar spìcadh de cheallan dopamine VTA a chaidh an comharrachadh le NAc dopamine release san aon ghnìomh co-dhùnaidh. Mheudaich cuisean a tha a ’comharrachadh duais a tha ri thighinn an dà chuid spìc agus leigeil ma sgaoil. Ach, bha sgaoileadh dopamine cridhe NAc cuideachd a ’co-chòrdadh ri dùilean duais a tha a’ fàs gu fiùghantach, às aonais atharrachaidhean co-fhreagarrach ann an spìonadh cealla dopamine VTA. Tha na toraidhean againn a ’moladh eadar-dhealachadh bunaiteach a thaobh mar a tha sgaoileadh dopamine air a riaghladh gus gnìomhan sònraichte a choileanadh: bidh comharran spreadhaidh craolaidh a’ brosnachadh ionnsachadh, ach tha smachd ionadail a ’stiùireadh togradh.

prìomh

Tha dopamine ainmeil ann an dàimh ri ‘duais’ - ach dè dìreach? Tha aon ghnìomh a ’toirt a-steach ionnsachadh bho dhuaisean ris nach robh dùil. Àrdachaidhean goirid ann an losgadh cealla dopamine a ’còdachadh mhearachdan ro-innse duais (RPEs)1,2,3- a ’faighinn eòlas air comharran airson a bhith a’ dèanamh deagh bhrosnachadh airson giùlan san àm ri teachd. Faodaidh làimhseachadh dopamine buaidh a thoirt air ionnsachadh mar gum biodh iad ag atharrachadh RPE4,5,6, ach bidh iad cuideachd a ’toirt buaidh air giùlan brosnachail sa bhad, mar gum biodh dopamine a’ comharrachadh duais (luach)5. A bharrachd air an sin, bidh NAc dopamine a ’meudachadh rè dòigh-obrach brosnachail, co-chòrdail ri luach còdaidh dopamine7,8,9,10,11.

Le glè bheag de eisgeachdan2,12,13, chaidh losgadh dopamine midbrain a sgrùdadh rè suidheachadh clasaigeach ann am beathaichean stèidhichte air ceann3,14, eu-coltach ri sgaoileadh dopamine forebrain. Mar sin rinn sinn coimeas eadar losgadh agus leigeil ma sgaoil fo na h-aon chumhachan. Chomharraich sinn neurons dopamine VTA a ’cleachdadh tagadh optogenetic3,13. Gus sgaoileadh NAamine dopamine a thomhas, chleachd sinn trì dòighean neo-eisimeileach - microdialysis, voltammetry agus an sensor optigeach dLight15- le toraidhean co-ghnèitheach. Is e ar prìomh cho-dhùnadh, ged a tha spreadhaidhean spike dopamine VTA aig sgèile RPE a ’toirt seachad atharrachaidhean obann ann an sgaoileadh dopamine a tha iomchaidh airson ionnsachadh, tha caochlaidhean dopamine NAc air leth co-cheangailte ri brosnachadh ag èirigh gu neo-eisimeileach bho losgadh cealla dopamine VTA.

Bidh Dopamine a ’cumail sùil air brosnachadh ann am prìomh loci

Rinn sinn trèanadh air radain ann an gnìomh 'bandit'5 (Fig. 1a, b). Air gach cùis-lagha, bhrosnaich soillseachadh port poke sròin (‘Light-on’) dòigh-obrach agus inntrigeadh (‘Center-in’). Às deidh ùine gleidhidh caochlaideach (0.5–1.5 s), thug fuaim geal (‘Go cue’) air an radan tarraing air ais (‘Center-out’) agus puirt port faisg air làimh (‘Taobh a-staigh’). Air deuchainnean le duais, thàinig cliog hop-bìdh còmhla ris an tachartas Taobh-a-steach seo a thug air an radan a dhol gu port bìdh (‘Food-port-in’) gus cruinneag siùcair a chruinneachadh. Chaidh gach roghainn clì is deas a dhuaiseachadh le coltasan neo-eisimeileach, a bhiodh uaireannan ag atharrachadh gun rabhadh. Nuair a bha radain nas dualtaiche duaisean fhaighinn, bha iad air am brosnachadh gus an obair a choileanadh. Bha seo ri fhaicinn anns an ‘latency’ aca - an ùine eadar Light-on agus Center-in-a bha mothachail air toradh nam beagan dheuchainnean roimhe (Dàta Leudaichte Fig. 1) agus leis an sin sgèile gu h-obann le ìre duais (Fig. 1b).

Fig. 1: Covaries sgaoilidh dopamine le ìre duais gu sònraichte ann an cridhe NAc agus cortex prelimbic ventral.
figear1

a, Tachartasan gnìomh Bandit. b, Eisimpleir seisean. Sreath gu h-àrd, duaisean coltachd anns gach bloc (clì: deas); sreath a dhà, tha tiogaidean a ’comharrachadh toradh gach deuchainn (àrd, le duais; goirid, gun luach); sreath a trì, tuairmse leaky-integrator air ìre duais (dubh) agus cuibheasachd ruith latency (cyan; sgèile log inverted); sreath bun, dopamine cridhe NAc san aon seisean (samples 1-min). DA, dopamine. c, Top, àiteachan microdialysis ann an cortex front medial agus striatum (faic cuideachd Dàta Leudaichte Fig. 1). n = 51 àite dearbhaidh bho 12 radan, gach fear le 2 sgrùdadh microdialysis a chaidh ìsleachadh eadar seiseanan. Tha dath bàr a ’comharrachadh co-dhàimh eadar dopamine agus ìre duais. ACC, cortex cingulate anterior; dPL, cortex prelimbic dorsal; vPL, cortex prelimbic ventral; IL, cortex infralimbic; DMS, striatum dorsal-medial. Tar-cheartachadh meadhanach, cuibheasach eadar dopamine agus ìre duais. Tha bàraichean dearga a ’comharrachadh eadar-ama misneachd 99% bho shreath ùine shuffled. Bun, dàimhean eadar neurochemicals agus ìre duais (ioma-ais-tharraing). NA, noradrenaline; 5-HT, serotonin; ACh, acetylcholine; GABA, searbhag γ-aminobutyric; Glu, glutamate; NM, normetadrenaline; DOPAC, searbhag 3,4-dihydroxyphenylacetic; 3-MT, 3-methoxytyramine; HVA, searbhag homovanillic; 5-HIAA, searbhag 5-hydroxyindoleacetic. d, Buaidh eadar-ghluasadan bloc air ìre duais (clì), latency (meadhan) agus dopamine cridhe NAc (deas). Bha eadar-ghluasadan air an seòrsachadh a rèir an robh an ìre duais eòlach a ’dol suas (n = 25) no air a lughdachadh (n = 33). Tha dàta ann bho na 14 seiseanan anns an deach dopamine NAc bunaiteach a thomhas (aon gach radan, a ’cothlamadh dàta bho fheadhainn ùra agus a chaidh aithris roimhe5 beathaichean), agus air an dealbhadh mar mheadhan ± sem e, Mapaichean measgaichte de chàirdeas eadar dopamine agus ìre duais (n = 19 radain, 33 seisean, 58 greisean dearbhaidh). Chaidh geàrr-chunntasan atlas san fhigear seo ath-riochdachadh le cead bho Paxinos agus Watson, 200551.

Dh ’aithris sinn roimhe5 co-dhàimh eadar sgaoileadh dopamine NAc agus ìre duais, co-chòrdail ri dreuchd brosnachaidh dopamine mesolimbic16. An seo, bha sinn an toiseach ag amas air faighinn a-mach a bheil an dàimh seo air a choimhead tro thargaidean forebrain, co-chòrdail ri comharran dopamine 'air a chraoladh air feadh na cruinne'17, no air a chuingealachadh ri fo-roinnean sònraichte. Rinn sinn tuilleadh beachd-smuain gum biodh na daineamaigs dopamine sin eadar-dhealaichte eadar striatum agus cortex, leis gu bheil cineatachd gabhail dopamine-truaillidh sònraichte aig na structaran sin18 agus faodaidh iad dopamine a chleachdadh airson gnìomhan sònraichte19,20.

A ’cleachdadh microdialysis le cromatagrafaidheachd liùlach àrd-choileanadh - tomad spectrometry (HPLC - MS), rinn sinn sgrùdadh air cortex front medial agus striatum (Fig. 1c, Dàta Leudaichte Fig. 1). Aig an aon àm rinn sinn assayed 21 neurotransmitters agus metabolites le rùn ùine 1-min, agus chleachd sinn ais-tharraing gus coimeas a dhèanamh eadar sreathan ùine ceimigeach le caochladairean giùlain (Dàta Leudaichte Fig. 2).

Rinn sinn ath-riochdachadh den cho-dhàimh eadar ìre duais agus NAc dopamine - an coimeas ri neurotransmitters eile (Fig. 1c, d). Ach, bha an dàimh seo air a h-ionadail gu cridhe NAc, agus cha robh e ann an slige NAc no striatum dorsal-medial. An aghaidh ar beachd-bharail, chunnaic sinn pàtran spàsail coltach ris anns an cortex aghaidh: sgaoileadh dopamine ceangailte ri ìre duais ann an cortex prelimbic ventral, ach chan ann ann am barrachd subregions dorsal no ventral (Fig. 1c, e). Ged nach robh dùil ris, tha na ‘hotspots’ càraid sin de sgaoileadh dopamine co-cheangailte ri luach co-shìnte inntinneach ann an neuroimaging daonna: tha comharra a tha an urra ri ìre ocsaidean fala a ’ceangal ri luach suimeil, gu sònraichte ann an NAc agus cortex prefrontal ventral-medial21.

Chan eil losgadh VTA co-cheangailte ri brosnachadh

Thug sinn aghaidh a-rithist a bheil an dopamine forebrain co-cheangailte ri brosnachadh seo ag èirigh bho losgadh caochlaideach de cheallan dopamine midbrain. Bidh cridhe NAc a ’faighinn cur-a-steach dopamine bho phàirtean taobhach de VTA (VTA-l)6,22,23. Ann an luchagan stèidhichte air ceann, tha e air aithris gu bheil freagairtean VTA-l dopamine ann an èideadh, coltach ri RPE ri brosnachaidhean cumhaichte3. Gus ceallan dopamine VTA-l a chlàradh, chuir sinn an VTA an sàs le bhìoras co-cheangailte ri adeno (AAV) airson abairt Cre-eisimeil de channelrhodopsin (AAV-DIO-ChR2) ann am radain a tha a ’cur an cèill Cre recombinase fo neach-adhartachaidh tyrosine hydroxylase (TH) (faic Dòighean-obrach). Optrodes (Fig. 2a, b) chlàraich freagairtean aon-aonad gu buillean goirid gorm-laser (Fig. 2c, Figs dàta leudaichte. 3, 4, Figear Leasachail 1). Lorg sinn ceallan VTA-l iomallach 27 le spìcean geàrr-latency earbsach, agus dh ’ainmich sinn iad mar neurons dopamine.

Fig. 2: Chan eil gnìomhachd neurons dopamine VTA aithnichte ag atharrachadh le ìre duais.
figear2

a, Clì, sgeama optrode le 16 tetrodes timcheall air fiber optic 200-µm-trast-thomhas. Gu ceart, eisimpleir de shuidheachadh optrode taobh a-staigh VTA fadalach. Bàr sgèile, 1 mm. Dearg, comharra cealla dopamine tyrosine hydroxylase; uaine, ChR2 - EYFP; buidhe, for-tharraing. Airson a h-uile suidheachadh, faic Fig Leudaichte Fig. 3. b, Spìcean cealla dopamine VTA. Tha bàraichean dearga a ’comharrachadh spreadhaidhean a lorgar agus an àireamh de spìcean anns gach spreadhadh (faic Dòighean-obrach). Sgèile, 0.5 s, 0.5 mV. c, Eisimpleir freagairt neuron do bhuillean laser a tha a ’sìor fhàs. d, Ìre losgaidh air feadh an t-seisein an aghaidh leud spike (aig leth-ìre as àirde) airson gach cealla VTA. Ceallan dopamine gorm, tagged; purpaidh, cruinneachadh sònraichte de neurons neo-dopamine a tha air am meas. Insets, eisimpleirean de tonnan cuibheasach (bholtadh àicheil suas). e, Ìre losgaidh (gorm; bionaichean 1-min) de neuron dopamine VTA rè gnìomh meirleach. Covaries Latency (cyan) le ìre duais, ach chan eil an ìre losgaidh. f, Ìre losgaidh airson a h-uile neuron VTA (gorm, dopamine; purpaidh, neo-dopamine; liath, neo-sheòrsaichte) ann am blocaichean ìre duais ìosal an aghaidh ìre àrd. Cha robh gin a ’sealltainn eadar-dhealachaidhean mòra (deuchainn inbhe soidhnichte Wilcoxon a’ cleachdadh bionaichean 1-min, uile P > 0.05 às deidh ceartachadh airson ioma-choimeas). g, Chan eil tar-cheangal cuibheasach eadar losgadh cealla dopamine agus ìre duais a ’sealltainn dàimh chudromach sam bith. h, Mion-sgrùdadh air ìre losgaidh dopamine aig eadar-ghluasadan bloc (an aon chruth ri Fig. 1d). n = 95 duais a ’meudachadh, 76 a’ lùghdachadh. i. Chan eil sgaoilidhean de amannan eadar-spike (ISIs, clì) agus spike bursts (deas) gun atharrachadh eadar blocaichean ìre duais nas àirde agus nas ìsle (staitistig Kolmogorov - Smirnov: ISIs, 0.138, P = 0.92; bursts, 0.165, P = 0.63).

Bha a h-uile neuron dopamine gnìomhach gu tonally, le ìrean losgaidh gu math ìosal (cuibheasach 7.7 Hz, raon 3.7–12.9 Hz; an coimeas ris a h-uile neuron VTA-l a chaidh a chlàradh còmhla ri ceallan dopamine, P <0.001 deuchainn Mann - Whitney aon-earbaill. Bha tonnan spìc nas fhaide aca cuideachd (P <5 × 10-6, deuchainn Mann-Whitney aon-earbaill), ged a bha eisgeachdan ann (Fig. 2d), a tha a ’dearbhadh nach eil fad cruth tonn mar chomharradh gu leòr de cheallan dopamine ann an vivo3,24. Buidheann sònraichte de neurons VTA-l (n = 38, bho na h-aon seiseanan) le tonnan goirid agus ìrean losgaidh nas àirde (> 20 Hz; cuibheasach 41.3 Hz, raon 20.1–97.1 Hz) a ’toirt a-steach nach robh ceallan dopamine tagged. Tha sinn a ’gabhail ris gu bheil na ceallan sin a tha a’ losgadh nas luaithe GABAergic agus / no glutamatergic3,25, agus thoir iomradh orra mar ‘neo-dopamine’ gu h-ìosal.

Chlàr sinn na h-aon cheallan dopamine thar iomadh gnìomh giùlain. Fhreagair ceallan dopamine VTA-l gu làidir ri cliogan hopair bìdh air thuaiream, agus mean air mhean cha robh iad cho làidir nuair a chaidh na cliogan sin a dhèanamh nas ro-innsiche le glaodh roimhe (Dàta Leudaichte Fig. 5). Tha seo co-chòrdail ri còdadh coltach ri RPE canonical le ceallan dopamine ann an gnìomhan Pavlovian2,3,26.

Air bunait fianais bho bheathaichean anaesthetized, chaidh a ràdh roimhe seo gu bheil ìrean dopamine atharraichte air an tomhas le microdialysis ag èirigh bho atharrachaidhean anns an ìre losgaidh tonic de cheallan dopamine27 agus / no a ’chuibhreann de neurons dopamine gnìomhach an aghaidh neo-ghnìomhach28. Ach, anns a ’ghnìomh bandit, bha losgadh cealla dopamine tonic anns gach bloc de dheuchainnean neo-chomasach air ìre duais (Fig. 2e, g). Cha robh atharrachadh mòr sam bith ann an ìrean losgaidh cheallan dopamine fa leth, no ìrean neurons VTA-l sam bith eile, eadar blocaichean le duais nas àirde agus nas ìsle (Fig. 2f, h; faic cuideachd ref. 29 airson toraidhean co-chòrdail ann an luchagan stèidhichte air ceann). Cha robh atharrachadh iomlan ann cuideachd anns an ìre aig am bi ceallan dopamine a ’spreadhadh spìcean (Fig. 2i). A bharrachd air an sin, cha do choimhead sinn ceallan dopamine sam bith ag atharrachadh eadar stàitean gnìomhach agus neo-ghnìomhach. Bha a ’chuibhreann de ùine a bha ceallan dopamine a’ caitheamh neo-ghnìomhach (amannan fada eadar spìc) gu math ìosal, agus cha do dh’atharraich iad eadar blocaichean le duais nas àirde agus nas ìsle (Fig. 2i).

Chaidh sgrùdadh dian a dhèanamh air anatomy an ro-mheasadh dopamine VTA-NAc6,22,23, ach - leis a ’mhì-chothromachadh gnìomh seo eadar losgadh is leigeil ma sgaoil - dhaingnich sinn a-rithist gu robh sinn a’ clàradh bhon chuibhreann cheart den VTA. Le bhith a ’toirt a-steach ionnsaighean beaga den rianadair retrograde cholera toxin B (CTb) a-steach do chridhe NAc thàinig bileagan tiugh de TH+ neurons taobh a-staigh an aon sgìre VTA-l ris na clàraidhean optrode againn (Dàta Leudaichte Fig. 3). Taobh a-staigh an sòn clàraidh tuairmseach, 21% de TH+ bha ceallan cuideachd CTb+, agus tha e coltach gu bheil seo na thuairmse den chuibhreann de cheallan dopamine VTA-l cridhe-phròiseict NAc, leis nach do lìon na h-in-steallaidhean againn cridhe NAc gu tur. Mar sin, tha an sampall againn de n = Tha 27 cealla dopamine VTA tagged (a bharrachd air mòran a bharrachd de cheallan gun sgrùdadh) cha mhòr gu cinnteach a ’toirt a-steach neurons pròiseict bunaiteach NAc. Mu dheireadh, ann an radan a bharrachd chlàraich sinn dà chealla dopamine VTA-l tagged às deidh a bhith a ’toirt a-steach AAV gu roghnach a-steach do chridhe NAc (Dàta Leudaichte Fig. 3). Bha pàtrain losgaidh aig gach cealla le galar ath-dhealbhaichte a bha glè choltach ris na ceallan dopamine tagged eile anns a h-uile dòigh, a ’toirt a-steach dìth atharrachaidhean losgaidh tonic le ìre duais eadar-dhealaichte (Leasachail Fig. 1). Tha sinn a ’co-dhùnadh nach eil atharrachaidhean ann an losgadh cealla dopamine VTA-l tonic an urra ri atharrachaidhean co-cheangailte ri brosnachadh ann an sgaoileadh dopamine forebrain.

A ’cumail sùil air sgaoileadh air iomadh raon-ama

A bheil NAc dopamine a ’leigeil ma sgaoil ìre duais per se, mar a chaidh a mholadh ann an cuid de theòiridhean30, no a bheil an co-dhàimh seo air a stiùireadh le caochlaidhean fiùghantach ann an sgaoileadh dopamine a tha ro luath airson fuasgladh le microdialysis? Rinn sinn argamaid airson an comas mu dheireadh seo air bunait dàta voltammetry5, ach dh ’iarr e dearbhadh a’ cleachdadh tomhas neo-eisimeileach de sgaoileadh dopamine a dh ’fhaodas a bhith a’ dol thairis air raointean-ama eadar-dhealaichte. Chaidh an sreath dLight1 de chomharran dopamine optigeach a chaidh a chòdachadh gu ginteil a innleachadh le bhith a ’cuir a-steach GFP le cuairteachadh cruinn ann an gabhadairean dopamine D115. Tha ceangal dopamine ag adhbhrachadh àrdachadh gu math sònraichte ann an fluorescence (Fig. 3a). Chuir sinn AAV a-steach do NAc gus an dàrna cuid dLight1.1 (ceithir greisean gnìomhachais NAc dearbhte bho thrì radain) no an caochladh nas soilleire dLight1.3b (sia greisean gnìomhachais NAc bho cheithir radain) a sgrùdadh agus sùil a chumail air fluorescence le fotometry fiber. Chunnaic sinn freagairtean soilleir dopamine NAc air glaodhan ro-innse duais Pavlovian, coltach ri losgadh cealla dopamine VTA (Dàta Leudaichte Fig. 5).

Fig. 3: Clàran-ama drochaid de thomhas dopamine.
figear3

a, Freagairt fluorescence dLight1.3b. Inset, titrations de dopamine (n = 15 roinnean de dh ’ùidh (ROI)) agus noradrenaline (n = 9). Prìomh fhigear, neurotransmitters a tha air an cur an sàs ann an amar (uile n = 12 ROI). His, histamine. b, Eisimpleir de sheisean bandit a ’toirt a-steach comharra NAc dLight1.3b àbhaisteach (bionaichean 1-min). c, Bidh comharra dLight ag atharrachadh le eadar-ghluasad bloc. n = 35 àrdachadh ìre duais, 45 a ’lùghdachadh. d, Tar-cheangal eadar dLight agus ìre duais. e, Sealladh nas dlùithe den chuibhreann dubhar de b. Saigheadan: dubh, Ionad-sròin a-steach; dearg aotrom, Taobh-a-steach (duais); gorm aotrom, Taobh a-staigh (gun luach); dorcha dearg, Food-port-in (duais); dorcha gorm, Food-port-in (gun luach). Na h-ath shreathan: tuairmse leaky-integrator den ìre duais; dLight aig rùn ìosal (1 min); dLight aig àrd-rùn (50 Hz, uaine; meadhan-sìoladh còig puing, dubh); luachan stàite modail (cyan); agus RPEs (magenta). Às deidh grunn deuchainnean gun sgrùdadh, tha luachan stàite tràth anns an deuchainn ìosal, an uairsin tha lìbhrigeadh duais a ’nochdadh RPE adhartach agus a’ dol còmhla ri àrdachadh geur ann an dopamine. Bidh deuchainnean duais soirbheachail a ’lughdachadh RPEn, ach a’ meudachadh luachan stàite, an cois rampadh dopamine. f, Tha tar-cheanglaichean ùine ghoirid a ’nochdadh dlùth dhàimh eadar dLight agus luach, agus dàimh nas lugha ri RPE. g, Càirdeas taobh a-staigh deuchainn eadar caochladairean modail agus dLight le diofar lagan; tha an dàimh ris an dà luach agus RPE as làidire gu dLight mu 0.3 s nas fhaide air adhart. h, Anns a h-uile seisean, bha an co-dhàimh as motha airson luach na bha e airson RPE no ìre duais.

Airson a ’ghnìomh bandit, rinn sinn sgrùdadh an toiseach air a’ chomharra dLight ann am bionaichean 1-min (Fig. 3b) airson coimeas ri microdialysis. Chunnaic sinn a-rithist dàimh shoilleir eadar sgaoileadh dopamine agus duais NAc, an dà chuid ann an tar-cheangal agus mion-sgrùdadh air eadar-ghluasadan bloc (Fig. 3c, d). An uairsin rinn sinn sgrùdadh nas mionaidiche air mar a tha an dàimh seo ag èirigh. An àite a bhith ag atharrachadh gu slaodach air raon-ama de mhionaidean, sheall an comharra dLight caochlaidhean fìor fiùghantach taobh a-staigh agus eadar gach deuchainn (Fig. 3e). Rinn sinn coimeas eadar na caochlaidhean sin agus luachan stàite sa bhad agus RPEan a chaidh a mheasadh bho mhodail ionnsachaidh ath-neartachaidh (pròiseas co-dhùnaidh leth-Markov5). Mar a chaidh aithris roimhe seo a ’cleachdadh voltammetry5, mionaid-air-mionaid sheall NAc dopamine co-dhàimh làidir le luachan stàite (Fig. 3f), ri fhaicinn mar rampadh suas taobh a-staigh deuchainnean nuair a bha dùil ri duaisean (Fig. 3e). Chunnaic sinn cuideachd àrdachaidhean thar-ghluasadach le liubhairt dhuaisean ris nach robh dùil, a rèir RPE (air a sgrùdadh gu h-ìosal). Anns a h-uile seisean dLight, sheall dopamine co-dhàimh nas làidire le luachan na an dàrna cuid RPEs no ìre duais (Fig. 3h, Dàta Leudaichte Fig. 6). Bha co-dhàimh le luachan stàite agus RPE aig a ’char as àirde a thaobh a’ chomharra dLight ~ 0.3 s nas fhaide air adhart, co-chòrdail ri lag ghoirid air adhbhrachadh le giollachd neural de chuisean agus ùine freagairt sensor (Fig. 3g; le voltammetry, thug sinn cunntas air lag de 0.4–0.5 s)5.

Chan eil losgadh dopamine a ’mìneachadh leigeil ma sgaoil

An uairsin rinn sinn coimeas eadar losgadh cealla dopamine agus a leigeil ma sgaoil timcheall air tachartasan bandit-task. Bhrosnaich brosnachaidhean taobh a-muigh aig Light-on, Go cue agus duais taobh-a-steach (cliog biadh-hopair) àrdachadh losgaidh luath (Fig. 4a). Chaidh na freagairtean sin a choimhead anns a ’mhòr-chuid de cheallan dopamine (Fig. 4c), ged a bha meudachd nan freagairtean do chogaidhean eadar-dhealaichte bho chealla gu cealla (Figear Leasachail 1). Bha an comharra NAc dLight cuideachd a ’freagairt gu luath agus gu earbsach ri gach aon de na glaisean falaichte sin (Fig. 4b, c), co-chòrdail ri losgadh burst de cheallan dopamine a ’draibheadh ​​sgaoileadh dopamine.

Fig. 4: Chan eil losgadh dopamine PTA Phasic a ’toirt cunntas air daineamaigs dopamine NAc.
figear4

a, Gnìomhachd co-cheangailte ri tachartas de cheallan dopamine VTA-l. Top, rasters spike airson aon chill riochdachail; bun, ìre spike cuibheasach (n = 29). Anns a h-uile panal, tha bannan mearachd a ’comharrachadh ± sem b, NAc dLight stèidhichte air tachartas. Top, seisean riochdachail; bun, cuibheasach (n = 10), air a dhèanamh àbhaisteach gu freagairt duais taobh a-staigh duais. Tron fhigear seo, tha comharran dLight air an sealltainn an coimeas ri epoch ‘bun-loidhne’ 2-s a ’crìochnachadh 1 s ron Ionad a-steach. Thoir fa-near àrdachadh (saigheadan) goirid mus cuir thu a-steach Ionad agus Biadh a-steach. c, Sgaoilidhean tionalach den ùine a chaidh a thoirt airson ceallan dopamine (solid; n = 29), dLight (dashed; n = 10), gus àrdachadh às deidh taisbeanaidhean cue (deuchainn shuffle an coimeas ris a ’bhun-loidhne, 10,000 shuffles, P <0.01, ioma-choimeasan air an ceartachadh). Airson Solas-air, cha robh ach latencies <1 s air an toirt a-steach; airson deuchainnean taobh-a-mhàin le duais. Latencies meadhanach (bho sigmoid fit): Solas-air, a ’losgadh 152 ms, dLight 266 ms; Rach cue, a ’losgadh 67 ms, dLight 212 ms; Taobh-a-steach, a ’losgadh 85 ms, dLight 129 ms. Mar as trice bha ceallan neo-dopamine neo-chomasach air cue onsets (Dàta Leudaichte Fig. 8). d, Sgaoileadh dopamine air leth cue-evoked, co-cheangailte ri dòigh-obrach. Top, losgadh cealla dopamine cuibheasach (n = 29); meadhan, dLight cuibheasach (n = 10); bun, voltammetry (n = 6), air a dhèanamh àbhaisteach gu ìre aotrom geàrr-ùine Freagairt aotrom. Pannalan clì, latencies <1 s, deas, latencies> 2 s. Tha dàta air an aon rèir ri Light-on (solid) no Center-in (dotted); loidhne dashed dearg, meadhan meadhan latency. Airson latencies nas fhaide chan eil àrdachadh ann a bhith a ’losgadh faisg air Center-in, ach tha àrdachadh mòr ann an dLight agus voltammetry. e, Cuilbheart sgapaidh a ’dèanamh coimeas eadar comharran stùc co-thaobhach air Light-on (y axis) no Ionad a-steach (x axis). Airson gach cealla, tha loidhnichean ceangailte seisean a ’comharrachadh dàta airson raointean latency sònraichte (<1 s,> 2 s). Tha losgadh dopamine (gu h-àrd) gu cunbhalach a ’sealltainn freagairt aotrom airson deuchainnean geàrr-ùine (mion-sgrùdadh dà-thaobh caochlaideachd (ANOVA), co-thaobhadh × eadar-obrachadh latency, F = 7.47, P = 0.0008). Tha comharran dLight (meadhan), voltammetry (bun) gu cunbhalach air an co-thaobhadh nas fheàrr ri Center-in (ANOVA dà-shligheach airson dLight: co-thaobhadh × eadar-obrachadh latency, F = 9.28, P = 0.0043). f, Bidh dopamine ag àrdachadh rè dòigh-obrach, air a thomhas mar ceàrn rampa (faic Dòighean-obrach). Bidh cearcallan a ’comharrachadh cheallan dopamine fa leth (n = 29), seiseanan dLight (n = 10).

Chunnaic sinn cuideachd àrdachadh soilleir ann an sgaoileadh dopamine NAc mar a bha radain a ’tighinn faisg air a’ phort tòiseachaidh (dìreach mus deach an Ionad a-steach) agus am port bìdh (dìreach mus deach am biadh a-steach). Tha seo a ’dol gu math leis an litreachas foltammetry farsaing a’ sealltainn gu bheil giùlan dòigh-obrach brosnachail an cois àrdachadh luath ann an dopamine NAc bunaiteach5,7,8,9,10,11. Ach, cha do sheall àireamh-sluaigh cealla VTA-l dopamine àrdachadh co-ionann ann an losgadh aig na h-amannan sin (Fig. 4a; faic Dàta Leudaichte Fig. 7 airson coimeasan a bharrachd, a ’toirt a-steach do cheallan neo-dopamine).

Gus gnìomhachd dopamine cue-evoked, agus co-cheangailte ri dòigh-obrach a sgaradh nas fheàrr, dhealaich sinn deuchainnean le latencies goirid (<1 s) agus fada (> 2 s) (Fig. 4d, e). Bha àrdachadh ann an losgadh cealla dopamine gu cunbhalach air a ghlasadh chun an t-sealladh aig Light-on, mar as fheàrr airson deuchainnean geàrr-ùine. Bha a h-uile cealla dopamine 25 le àrdachadh mòr ann an ìre losgadh às deidh Light-on a cho-thaobhadh nas fheàrr ri Light-on na Center-in (Fig. 4e). An coimeas ri sin, bha àrdachadh ann an sgaoileadh dopamine NAc ro Center-in air leth bho sgaoileadh dopamine cue-evoked (Fig. 4d, e). mheudaich comharran dLight gu cunbhalach ro Center-in air deuchainnean latency fada (deich a-mach à deich seiseanan) agus mus deach biadh a-steach (naoi a-mach à deich seiseanan), às aonais àrdachadh co-fhreagarrach ann an losgadh dopamine (Fig. 4f).

Mu dheireadh, bheachdaich sinn air mar a tha comharran dopamine co-cheangailte ri tachartas an urra ri eachdraidh duais o chionn ghoirid. Tràth anns gach deuchainn, cha robh losgadh cealla dopamine an urra ri ìre duais (Fig. 5a), a dh ’aindeoin buaidh ìre duais air brosnachadh (Fig. 5b). Às deidh sin, bha an fhreagairt mean air mhean don chnap duais aig Taobh a-staigh gu earbsach nas làidire nuair a bha an ìre duais nas ìsle (Fig. 5a), co-chòrdail ri còdachadh RPE adhartach. Nuair a chaidh an sealladh duais seo fhàgail air falbh, stad ceallan dopamine a ’losgadh, ged a bha còdachadh RPE àicheil mòran nas laige no às-làthair, ge bith an deach a sgrùdadh aig ìre an t-sluaigh (Fig. 5a, b) no mar cheallan fa leth (Dàta Leudaichte Fig. 8). Chaidh a mholadh roimhe seo gum bi RPEan àicheil air an còdachadh fhad ‘s a bhios stadan dopamine ann31, ach chaidh seo a choimhead ann an dìreach 2 a-mach à 29 neurons fa leth. Fhuaireadh toraidhean co-ionann ma chaidh dùil duais a mheas ann an dòighean eile, a ’toirt a-steach modalan ionnsachaidh ath-neartachaidh stèidhichte air deuchainn (cleasaiche-càineadh agus Q-ionnsachadh) no dìreach le bhith a’ cunntadh dhuaisean o chionn ghoirid (Dàta Leudaichte Fig. 8).

Fig. 5: Tha eachdraidh duais a ’toirt buaidh eadar losgadh cealla dopamine VTA agus leigeil às dopamine NAc gu eadar-dhealaichte.
figear5

a, Ìrean losgaidh cuibheasach, cuibheasach de cheallan dopamine (n = 29) co-thaobhach ri Taobh a-staigh, air a bhriseadh sìos a rèir ìre duais (terciles, air a thomhas air leth airson gach cealla). Mus cuir thu taobh a-steach, chan eil gnìomhachd an urra ri dùil duais. Às deidh deuchainnean duais taobh a-staigh (dearg) agus neo-leasaichte (gorm) air an sealltainn air leth. Tha freagairt cliog-bìdh nas làidire nuair a tha ìre duais ìosal, co-chòrdail ri còdachadh RPEan adhartach. Gu h-ìosal, bloigh de cheallan dopamine fa leth le ìre losgaidh a tha ag atharrachadh gu mòr le ìre duais aig gach mionaid (deuchainn shuffle, P <0.01, ceartachadh ioma-choimeas). Tha comharran diog aig a ’mhullach a’ comharrachadh amannan nuair a bha am bloigh seo gu math nas àirde na an cothrom (binomial, P <0.01). Às deidh Taobh-a-steach, cha tèid ach co-dhàimh àicheil a dhearbhadh - is e sin, còdadh RPE a dh’fhaodadh a bhith ann. b, Plocan toirt air ais airson seiseanan le ceallan dopamine clàraichte, a ’sealltainn buaidh eachdraidh duais o chionn ghoirid air latency (log-) (mullach) agus spìc dopamine. Tha rionnagan a ’comharrachadh cuideaman mòra a thaobh toirt air ais (tas gile, P <0.05). Rè na 0.5 s ro Go cue (fhad ‘s a dh’ fheumas radan pòc sròin seasmhach a chumail airson deuchainn a dhol air adhart) chan eil eachdraidh duais (meadhan) a ’toirt buaidh air spìonadh dopamine. Bidh seo ag atharrachadh aon uair ‘s gu bheil an toradh air fhoillseachadh (bonn; a’ measadh stùc no cas gnìomhachd anns na 0.5 s às deidh Taobh-a-steach), ach dìreach airson deuchainnean le duais. c, d, Dìreach mar gu h-àrd, ach a-mhàin dLight (àbhaisteach gu freagairt taobh-ri-taobh). Bidh dopamine a ’leigeil ma sgaoil gu earbsach le ìrean duais eadhon mus cuir thu a-steach taobh.

Sheall sgaoileadh dopamine aig Side-in cuideachd còdachadh soilleir, neo-ghluasadach de RPEan adhartach, ach chan ann de RPEan àicheil (Fig. 5c, d). Chaidh beagan dàil a chuir air an fhreagairt dLight seo agus fada an coimeas ri losgadh, a rèir na h-ùine a chaidh a thoirt airson a leigeil ma sgaoil agus ath-ghabhail32, ach dh ’fhan e na iongantas subsecond. Eu-coltach ri losgadh, ge-tà, bha comharran dLight tràth anns gach deuchainn nas motha nuair a chaidh deuchainnean o chionn ghoirid a dhuaiseachadh (Fig. 5c), co-chòrdail ri còdadh luach. Chunnaic sinn an eisimeileachd seo air eachdraidh dhuais eadhon nuair nach robh an radan a ’gluasad gu gnìomhach, ach a’ cumail suas pòc sròin ann am port an ionaid fhad ‘s a bha sinn a’ feitheamh ris an cue Go (Fig. 5d). Gu h-iomlan, tha sinn a ’co-dhùnadh gu bheil sgaoileadh dopamine NAc a’ nochdadh an dà chuid freagairtean cue-dhùil agus dùil duais, agus nach urrainn ach an fheadhainn a bh ’ann roimhe a bhith air an deagh aithris le losgadh cealla dopamine VTA-l.

Deasbaireachd

Tha VTA-l a ’toirt seachad a’ phrìomh stòr dopamine gu cridhe NAc6,23,24. Bidh ceallan dopamine VTA-l, a ’toirt a-steach an fheadhainn a tha a’ pròiseict gu cridhe NAc, a ’taisbeanadh spreadhaidhean còdachadh RPE gu cunbhalach3,12. Thathas den bheachd gu bheil spreadhaidhean VTA gu sònraichte cudromach airson a bhith a ’draibheadh ​​NAc dopamine32, agus gu dearbh fhuair sinn a-mach gun robh spreadhaidhean VTA cue-evoked air am maidseadh le sgaoileadh NAc. Ach, lorg sinn cuideachd pàtrain co-cheangailte ri luach de sgaoileadh dopamine NAc nach deach a chruthachadh le bhith a ’losgadh cheallan dopamine VTA-l, an dàrna cuid air raointean-ama fada (tonic) no goirid (mean air mhean). Faodaidh comharran sònraichte a bhith aig subpopulations dopamine eile13,33,34, agus chan urrainn dhuinn a bhith a ’diùltadh a’ chomais gu bheil losgadh fo-fhònaichean cealla dopamine nach deach a chlàradh bho seo a ’toirt a-mach dopamine co-cheangailte ri luach ann an cridhe NAc. Ach, cha deach aithris air losgadh co-cheangailte ri luach a-riamh airson ceallan dopamine sam bith, thar raon farsaing de sgrùdaidhean. Tha na toraidhean againn a ’moladh gu bheil smachd air daineamaigs dopamine NAc ann an diofar dhòighean, aig amannan eadar-dhealaichte agus airson diofar dhleastanasan, agus gu bheil clàradh cheallan dopamine cudromach ach nach eil gu leòr airson comharran dopamine a thuigsinn35.

Tha buaidh làidir aig sgaoileadh bho ionadan dopamine le innealan ionadail, nach eil a ’snìomh36,37,38,39,40. Mar eisimpleir, tha sgaoileadh dopamine NAc air a mhodaladh leis an amygdala basolateral eadhon nuair a thèid spìc VTA a thoirt a-steach gu cungaidh-leigheis41,42. Chaidh a thoirt fa-near airson deicheadan gum faodadh smachd ionadail air sgaoileadh dopamine gnìomhan a choileanadh a tha eadar-dhealaichte bho obair spìc cealla dopamine36,43, ach cha deach seo a thoirt a-steach do bheachdan teòiridheach air dopamine. Bidh fo-roinnean striatal air leth a ’cur ri diofar sheòrsaichean de cho-dhùnaidhean, agus faodaidh iad buaidh a thoirt air an sgaoileadh dopamine aca fhèin a rèir feum44. Tha e fhathast ri dhearbhadh dìreach dè cho ionadail ‘s as urrainn don smachd seo air sgaoileadh dopamine a bhith. Is e aon chuingealachadh a chaidh a cho-roinn leis na 3 dòighean anns an do thomhais sinn sgaoileadh dopamine gu bheil iad uile a ’samplachadh aig sgèile farsaingeachd de 100 µm co-dhiù, ach tha microscopaidh in vivo a’ moladh gum faodadh sgaoileadh dopamine a bhith ioma-ghnèitheach aig lannan gu math nas lugha15.

Chan eil na toraidhean againn a ’toirt taic do bhith ann an comharra dopamine tonic air leth a dh’ fhaodadh buaidh brosnachaidh dopamine a mheadhain. An àite sin, bidh gluasadan dopamine a tha a ’nochdadh slaodach ma thèid an tomhas gu slaodach (le microdialysis) a’ fuasgladh ann an caochlaidhean luath ma thèid an tomhas gu luath (le voltammetry no dLight). A bharrachd air an sin, clàraidhean de cheallan dopamine VTA aithnichte leinn fhìn agus le daoine eile30 thoir seachad fianais làidir an aghaidh a ’bheachd29 gu bheil atharrachaidhean ann an losgadh cealla dopamine tonic ag atharrachadh atharrachaidhean tonic ann an leigeil a-mach dopamine. Ged a dh ’fhaodadh losgadh tonic atharrachadh le leòntan no làimhseachadh dhrogaichean28, chan eil sinn mothachail air atharrachaidhean seasmhach ann an ìre losgaidh ann an gnìomh giùlain sam bith. Faodaidh losgadh rampadh sìos air raon-ama de mu 1 s nuair a thathar an dùil tachartasan buntainneach a bhrosnachadh45,46. Ach, tha an crìonadh seo an aghaidh na dh ’fheumar gus sgaoileadh dopamine a bhrosnachadh le dùil duais, agus an àite sin tha e nas coltaiche ri sreath de mhearachdan ro-innse àicheil neo-ghluasadach47. Ged a dh ’fhaodadh comharran seasmhach a tha a’ còdachadh ìre duais leantainneach a bhith feumail gu coimpiutaireach30, tha dopamine an àite sin a ’toirt seachad comharran mearachd agus luach a tha ag atharrachadh gu luath. Tha e fhathast comasach gum bi comharran seasmhach air an tomhas aig ceum às deidh sin, le slighean comharran intracellular sìos an abhainn de gabhadairean dopamine.

Tha mòran bhuidhnean air amharc air sgaoileadh dopamine ramping mar radain a ’tighinn faisg air duaisean5,7,8,9,10,11, co-chòrdail ri còdachadh a ’meudachadh dùil duais. Tha cuid air a bhith ag argamaid gu bheil na rampaichean dopamine sin dìreach a ’nochdadh RPEn, le bhith den bheachd gu bheil radain an dàrna cuid a’ dìochuimhneachadh luachan gu luath48 no gu bheil seata blàth de riochdachaidhean stàite aca49. Chan eil am beachd mu dheireadh seo a ’faighinn taic bhon amharc againn gu bheil rampadh air a mhodaladh gu sgiobalta bho dheuchainn gu deuchainn air bunait dùilean duais ùraichte, a’ fàs nas làidire taobh a-staigh sreath ghoirid de dhuaisean leantainneach fhad ‘s a bhios freagairtean coltach ri RPE ri cuisean a’ fàs nas laige (Fig. 3e). San fharsaingeachd, chan urrainn do theòiridh sam bith far a bheil dopamine a ’toirt a-steach RPEs a-mhàin (comharran ionnsachaidh) cunntas a thoirt air a’ cheangal fìor stèidhichte eadar dopamine mesolimbic leantainneach agus brosnachadh16. Chan eil feum air cridhe NAc airson freagairtean àrd-thrèanadh gu brosnachaidhean cumhaichte, ach tha e gu sònraichte cudromach nuair a tha thu a ’co-dhùnadh obair ùine a dhèanamh gus duaisean fhaighinn50. Tha e coltach gu bheil dopamine NAc bunaiteach a ’toirt seachad comharra fiùghantach riatanach air cho luachmhor‘ s a tha e ùine agus oidhirp a riarachadh airson obair5,44, eadhon ged nach eil an comharra seo an làthair ann an losgadh cealla dopamine VTA.

Dòighean-obrach

Animals

Chaidh a h-uile modh beathach aontachadh le Comataidhean Institiùd Oilthigh Michigan no Oilthigh California San Francisco air Cleachdadh agus Cùram Bheathaichean. Radain fhireann (300–500 g, an dara cuid seòrsa fiadhaich Long-Evans no TH-Cre+ le cùl-fhiosrachadh Long-Evans52) air an cumail suas air cùl 12: solas 12: cearcall dorcha agus air an deuchainn tron ​​ìre dhorcha. Bha radain gann de bhiadh, a ’faighinn 15 g de radan obair-lann àbhaisteach gach latha a bharrachd air duaisean bìdh a chaidh a chosnadh tro choileanadh gnìomh. Cha deach ro-thomhas meud sampall a dhèanamh. Cha deach an luchd-sgrùdaidh dall a riarachadh rè deuchainnean agus measadh builean.


Giùlan

Chaidh ro-thrèanadh agus deuchainn a dhèanamh ann an seòmraichean obrachaidh Med Associates fo smachd coimpiutair (25 cm × 30 cm aig a ’phuing as leatha) le gach fear le balla còig-toll-sròin, mar a chaidh a mhìneachadh roimhe5. Chleachd seiseanan gnìomh meirleach na paramadairean a leanas: bha faid bloc mar dheuchainnean 35-45, air an taghadh air thuaiream airson gach bloc; ùine a chumail mus deach Go cue 500 - 1,500 ms (cuairteachadh èideadh); bha coltasan duais clì-deas mar 10, 50 agus 90% (airson electrophysiology, photometry, voltammetry agus radain microdialysis a chaidh aithris roimhe5) no 20, 50 agus 80% (radain microdialysis a chaidh aithris às ùr).

Chaidh an ìre duais gnàthach a thomhas a ’cleachdadh inneal-cruinneachaidh integrator stèidhichte air ùine53. Chaidh ìre duais àrdachadh gach uair a fhuaireadh duais, agus chrìon e gu h-obann aig ìre a rèir paramadair τ (an ùine ann an s airson an ìre duais a dhol sìos le ~ 63%, is e sin, 1 - 1 / e). Airson a h-uile mion-sgrùdadh, τ chaidh a thaghadh a rèir giùlan an radan, a ’meudachadh an dàimh (àicheil) eadar ìre duais agus log (latency) anns gach seisean. Cha robh na co-dhàimh eadar dopamine forebrain agus ìre duais gu math mothachail don roghainn seo de τ (Dàta Leudaichte Fig. 1).

Gus eadar-ghluasadan bloca a sheòrsachadh mar ‘a’ meudachadh ’no‘ a ’lughdachadh’ ann an ìre duais, rinn sinn coimeas eadar an ìre duais cuibheasach leaky-integrator anns a ’mhionaid 5 mu dheireadh de bhloc ris an ìre duais cuibheasach anns a’ chiad 8 min den bhloc às deidh sin.

Rinn radain a chaidh a chleachdadh airson electrophysiology agus photometry cuideachd gnìomh dòigh-obrach Pavlovian, anns an aon seòmar obrachaidh le sealladh an taighe air feadh an t-seisein. Bha trì glainnean sgrùdaidh (2 kHz, 5 kHz agus 9 kHz) co-cheangailte ri coltachdan eadar-dhealaichte de lìbhrigeadh bìdh (air an ath-chothromachadh thar radain). Chaidh cuisean a chluich mar thrèana de phìoban tòna (100 ms air, 50 ms dheth) airson fad iomlan de 2.6 s agus an uairsin ùine dàil de 500 ms. Chaidh cuisean agus liubhairt dhuaisean gun dùil a lìbhrigeadh ann an òrdugh pseudorandom le eadar-ama caochlaideach eadar-deuchainn (15-30 s, sgaoileadh èideadh).


Microdialysis

-lann

Chaidh radain a chuir a-steach gu dà-thaobhach le cannulae treòrachaidh (CMA, 830 9024) anns an cortex agus striatum. Aon bhuidheann (n Fhuair = 8) aon stiùireadh cannula a ’cuimseachadh air cortex prelimbic agus infralimbic (anteroposterior (AP) +3.2 mm, mediolateral (ML) 0.6 mm an coimeas ri bregma; agus dorsoventral (DV) 1.4 mm fo uachdar na h-eanchainn) agus fear eile a’ cuimseachadh striatum dorsomedial agus niuclas accumbens anns an leth-chruinne mu choinneimh (AP +1.3, ML 1.9 agus DV 3.4). Bha an dà implant a-steach aig ceàrn 5 ìrean air falbh bho chèile air a ’phlèana rostral-caudal. Dàrna buidheann (n Fhuair = 4) aon cannula iùil a bha ag amas air cortex cingulate anterior (AP +1.6, ML 0.8 agus DV 0.8) agus fear eile a ’cuimseachadh air accumbens (cridhe / slige anns an leth-chruinne mu choinneimh aig AP +1.6, ML 1.4 agus DV 5.5 (n = 2) no AP +1.6, ML 1.9 agus DV 5.7 (n = 2). Bha taobhan implant air an ath-chothromachadh thar radain. Bha cead aig beathaichean faighinn seachad air seachdain mus ath-thrèanadh iad.

Chemicals

Bha uisge, methanol, agus acetonitrile airson ìrean gluasadach aig ìre Burdick & Jackson HPLC, air an ceannach bho VWR (Radnor). Chaidh na ceimigean eile gu lèir a cheannach bho Sigma Aldrich mura h-eilear ag ràdh a chaochladh. Bha lionn cerebrospinal fuadain (aCSF) a ’toirt a-steach NaCl 145 mM, 2.68 mM KCl, 1.40 mM CaCl2, 1.01 mM MgSO4, 1.55 mM Na2HPO4 agus 0.45 mM NaH2PO4, atharrachadh pH gu 7.4 le NaOH. Chaidh searbhag ascorbic (dùmhlachd deireannach 250 nM) a chur ris gus lughdachadh de mhion-sgrùdaidhean a lughdachadh.

Cruinneachadh sampall agus HPLC-MS

Air latha an deuchainn, chaidh beathaichean a chuir anns an t-seòmar obrachaidh le sùil an taighe. Chaidh probes microdialysis membran polyacrylonitrile concentric a chaidh a dhèanamh gu sònraichte (1-mm dialysing AN69 membrane; Hospal) a chuir a-steach gu dà-thaobhach a-steach do cannula treòrachaidh agus air a bhrùthadh gu leantainneach (Chemyx, Fusion 400) le aCSF aig 2 µl / min airson 90 min gus cothromachadh a cheadachadh. Às deidh cruinneachadh bun-loidhne 5-min chaidh cuir às do fhradharc an taighe, a ’ciùradh a’ bheathaich gu cothrom bandit-task. Lean cruinneachadh sampaill aig amannan 1-min agus chaidh sampaill a thoirt a-mach sa bhad54 le sodium carbonate 1.5 µl, 100 mM; 1.5 µl clorid benzoyl (2% (v / v) clorid benzoyl ann an acetonitrile); agus 1.5 µl measgachadh àbhaisteach a-staigh le bileagan isotopically caolaichte ann an 50% (v / v) acetonitrile anns a bheil 1% (v / v) searbhag sulfuric, agus air a spionadh le ACh deuterated agus choline (isotopan C / D / N) gu dùmhlachd deireannach de 20 nM. Cruinneachadh de shampall cruinneachadh eadar an dà probes aig amannan 30-s anns gach aon de 26 seisean, ach a-mhàin aon seisean anns an robh ball briste a ’leantainn gu dìreach aon shreath (51 sreath sampall gu h-iomlan). Chaidh sampaill a sgrùdadh le bhith a ’cleachdadh siostaman Thermo Scientific UHPLC (Accela, no Vanquish Horizon eadar-cheangailte ri speactramair meud ceithir-cheàrnach Quantum Ultra triple air a uidheamachadh le probe HESI II ESI), ag obair ann an sgrùdadh ioma-fhreagairt. Chaidh sampallan còig-microlitre a thoirt a-steach do cholbh Phenomenex biphenyl Kinetex HPLC (2.1 mm × 100 mm). B ’e ìre gluasadach A 10 cruth ammonium 0.15 mM le searbhag formach 450%, agus b’ e acetonitrile ìre gluasadach B. Chaidh an ìre gluasadach a thoirt seachad caisead elution aig 0 µl / min mar a leanas: tùsail, 0.01% B; 19 min, 1% B; 26 min, 1.5% B; 75 min, 2.5% B; 100 min, 3% B; 100 min, 3.1% B; 5 min, 3.5% B; agus 5 min, 100,000% B. Chaidh Thermo Xcalibur QuanBrowser (Thermo Fisher Scientific) a chleachdadh gus stùcan a phròiseasadh agus amalachadh gu fèin-ghluasadach. Chaidh gach aon de na> XNUMX binnean a sgrùdadh gu fa leth gus dèanamh cinnteach à amalachadh ceart.

Mion-sgrùdadh

Chaidh a h-uile dàta dùmhlachd neurochemical a ghluasad le cuibheasachd gluasadach trì puingean (y′ = [0.25 × (y−1) + 0.5y + 0.25 × (y+ 1)]) agus z-scòr air a dhèanamh àbhaisteach taobh a-staigh gach seisean gus coimeasan eadar seiseanan a dhèanamh comasach. Airson gach sgìre targaid, chaidh tar-cheartachadh a chruthachadh airson gach seisean agus chaidh cuibheasachd nan seiseanan a dhealbhadh. Chaidh crìochan misneachd aon sa cheud a chruthachadh airson gach subplot le bhith a ’gluasad aon sreath ùine 100,000 uair agus a’ gineadh cuairteachadh co-èifeachdan co-dhàimh airson gach seisean. Chaidh grunn mhodalan ath-tharraing a chruthachadh a ’cleachdadh a’ ghnìomh ath-tharraing ann am MATLAB, leis an neurochemical mar an toradh caochlaideach agus tomhasan giùlain mar ro-innsearan. Chaidh co-èifeachdan toirt air ais a dhearbhadh gu mòr aig trì ìrean alpha (0.05, 0.0005 agus 0.000005), às deidh Bonferroni-cheartachadh airson ioma-choimeas (alpha / (21 ceimigean × 7 roinnean × 9 regressors giùlain)). Airson mion-sgrùdadh air eadar-ghluasadan bloc chaidh dàta a bhinn a-steach do epochs 3-min, a ’tilgeil air falbh an sampall a bha a’ toirt a-steach an ùine gluasaid.


Eòlas-eòlas

Rats (n Chaidh = 25) a chuir a-steach le optrodes drivable a chaidh a dhealbhadh gu sònraichte, gach fear air a dhèanamh suas de 16 tetrodes (air an togail bho uèir nichrome 12.5-µm, Sandvik) air an glaodhadh air taobh snàithleach optic 200-µm agus a ’sìneadh suas gu 500 µm fon mhullach fiber. Rè an aon lannsaireachd, chuir sinn a-steach 1 µl AAV2 / 5-EF1a-DIO-ChR2 (H134R) -EYFP a-steach don VTA lateral (AP 5.6, ML 0.8, DV 7.5) no cridhe NAc (AP 1.6, ML 1.6, DV 6.4) . Chaidh comharran eanchainn bann leathann (1–9,000 Hz) a shamplachadh (30,000 sampall gach s) a ’cleachdadh cinn didseatach Intan. Chaidh optrodes ìsleachadh co-dhiù 80 µm aig deireadh gach seisean clàraidh. Chaidh aonadan fa leth a thoirt leotha fhèin far-loidhne le bhith a ’cleachdadh buileachadh MATLAB de MountainSort55 air a leantainn le sgrùdadh làimhe faiceallach.

Seòrsachadh

Gus faighinn a-mach an robh aonad VTA-l iomallach dopaminergic (TH+), chleachd sinn an deuchainn latency co-cheangailte ri brosnachadh56. Gu h-aithghearr, aig deireadh gach seisean deuchainneach, cheangail sinn an optrode gu diode laser agus lìbhrig sinn trèanaichean cuisle aotrom de dhiofar leudan agus triceadan. Airson aonad a bhith air a chomharrachadh mar bhuidheann a tha mothachail air solas, dh'fheumadh e ìre brìgh na P <0.001 airson trèanaichean cuisle 5-ms agus 10-ms. Rinn sinn coimeas cuideachd eadar na tonnan aotrom a chaidh a dhùsgadh (taobh a-staigh 10 ms bho bhith a ’toirt a-mach laser laser) gu cuibheasachd thar seisean; bha co-èifeachd co-dhàimh Pearson de> 0.9 aig gach aonad aotrom. Chaidh neurons dopamine a chlàradh gu soirbheachail bho cheithir radain le in-ghabhail VTA-l AAV (IM657, 1 aonad; IM1002, 3 aonadan; IM1003, 15 aonad; IM1037, 9 aonadan) agus aon radan le NAc cridhe AAV (IM-1078, 2 aonad) . Chaidh leud stùc a mhìneachadh mar an làn-leud-aig-leth-ìre as àirde den phàirt àicheil as soilleire den chruth tonn spike cuibheasach, co-thaobhach. Chaidh neurons VTA neo-tagged le ìre losgaidh seisean farsaing> 20 Hz agus leud stùc <200 µs a sheòrsachadh mar cheallan neo-dopamine. Gus dèanamh cinnteach gu robh sinn a ’dèanamh coimeas eadar ceallan dopamine agus neo-dopamine taobh a-staigh na h-aon fho-roinnean, cha do rinn sinn sgrùdadh ach air ceallan neo-dopamine a chaidh a chlàradh ann an seiseanan le co-dhiù aon chealla dopamine le tagaichean optigeach.

Mion-sgrùdadh

Chaidh spreadhaidhean spike a lorg leis an dòigh àbhaisteach 'teamplaid 80 / 160'57: gach uair a thachras eadar-spike-eadar 80 ms no nas lugha, thathas a ’meas gu bheil na spìcean sin agus an dèidh sin mar phàirt de spreadhadh gus am bi eadar-ama de 160 ms no barrachd. Airson coimeas a dhèanamh eadar losgadh ‘tonic’ gu ìre duais, chaidh spìcean dopamine a chunntadh ann am bionaichean 1-min. Gus sgrùdadh a dhèanamh air atharrachaidhean nas luaithe, chaidh gnìomhan dùmhlachd spike a thogail le bhith a ’dearbhadh trèanaichean spike le kernel Gaussianach le eadar-dhealachadh 20 ms. Gus faighinn a-mach dè cho luath ‘s a fhreagair neuron ri cue a chaidh a thoirt seachad, chleachd sinn bionaichean 40-ms (a’ sleamhnachadh ann an ceumannan 20 ms) agus chleachd sinn deuchainn shuffle (10,000 shuffles) airson gach biona ùine a ’dèanamh coimeas eadar an ìre losgaidh às deidh cue tòiseachadh gu ìre losgaidh a-steach an 250 ms dìreach ron chiw. A ’chiad bhine aig an robh ìre losgaidh post-cue gu mòr (P Bha <0.01, a ’ceartachadh airson ioma-choimeas) nas motha na losgadh bun-loidhne air a mheas mar an ùine airson freagairt cue.

Chaidh an ìre losgaidh as àirde a thomhas mar an ìre losgaidh as àirde (smùid Gaussach) de gach deuchainn ann an uinneag 250-ms às deidh taobh a-staigh airson deuchainnean le duais, agus chaidh an gleann a thomhas mar an ìre losgaidh as ìsle ann an uinneag 2-s, a ’tòiseachadh. aon diog às deidh taobh a-staigh airson deuchainnean gun sgrùdadh.

Gus ceàrn rampa obrachadh a-mach rè giùlan dòigh-làimhseachaidh, rinn sinn smachd air ìrean losgaidh cuibheasach le kernel Gaussach 50-ms, lorg sinn an ìre as àirde / as ìsle den t-siognal a thàinig às a sin ann an uinneag 0.5-s ro gach tachartas (ionad a-steach no biadh a-steach ) agus thomhais e an ceàrn soidhnichte a ’ceangal an dà extrema. Gus coimeas a dhèanamh eadar ìrean losgaidh ann am blocaichean duais ‘àrd’ agus ‘ìosal’, airson gach seisean rinn sinn sgaradh meadhanach de ìre duais cuibheasach leaky-integrator anns gach bloc.


Voltammetry agus modail coimpiutaireachd

Bidh toraidhean foltammetry cearcallach luath-scan a chithear an seo ag ath-aithris dàta a chaidh a thaisbeanadh gu mionaideach roimhe seo5. Chaidh tuairmsean taobh a-staigh deuchainn de luach stàite agus mearachdan ro-innse duais a thomhas a ’cleachdadh modal ionnsachaidh ath-neartachadh pròiseas co-dhùnaidh leth-Markov, dìreach mar a chaidh a mhìneachadh roimhe5.


Photometry

Chleachd sinn dòigh viral gus an dLight sensor dopamine optigeach a chaidh a chòdachadh gu ginteil a chuir an cèill15. Fo anesthesia isoflurane, 1 μl de AAV9-CAG-dLight (1 × 1012 genomes viral gach ml; Chaidh cridhe vectar UC Davis) a thoirt a-steach gu slaodach (100 nl / min) (Nanoject III, Drummond) tro mhicropipette glainne 30-µm ann an striatum ventral gu dà-thaobhach (AP: 1.7 mm, ML: 1.7 mm, DV: −7.0 mm). Rè an aon lannsaireachd chaidh snàithleach optigeach (cridhe 400-µm, trast-thomhas iomlan 430-µm) ceangailte ri ferrule meatailt (Doric) a chuir a-steach (doimhneachd targaid 200 µm nas àirde na AAV) agus saimeant nan àite. Chaidh dàta a chruinneachadh> trì seachdainean às deidh sin, gus leigeil le faireachdainn dLight.

Airson dLight excitation gorm (470 nm) agus violet (405 nm; smachd) chaidh LEDan atharrachadh gu sinusoidally aig triceadan sònraichte (211 Hz agus 531 Hz, fa leth58). Chaidh an dà chuid comharran excitation agus sgaoilidhean tro shìoltachain minicube (Doric) agus chaidh fluorescence mòr a thomhas le lorgaire femtowatt (Newport, Model 2151) a ’samplachadh aig 10 kHz. Bha demodulation a ’toirt a-mach comharran 470 nm (dopamine) agus 405 nm (smachd) air leth, a chaidh an uairsin ath-chuairteachadh gu chèile tro uidheamachadh ceàrnagach as lugha58. Comharra fluorescence bloighteach (dF/F) an uairsin air a mhìneachadh mar (470–405_fit) / 405_fit. Airson a h-uile mion-sgrùdadh chaidh an comharra seo sìos gu 50 Hz agus chaidh a ghluasad le sìoltachan meadhanach còig puingean. Airson taisbeanadh de chomharran 470 nm agus 405 nm air leth, faic Dàta Leudaichte Fig. 7.

Chaidh dàta bho shuidheachadh fiber optic a thoirt a-steach do mhion-sgrùdaidhean ma bha an tip fiber ann an NAc, agus bha an fhreagairt fluorescence gu co-dhiù aon cue gnìomh a z-score de> 1. Bha na slatan-tomhais seo a ’dùnadh a-mach aon radan, agus thug iad a-mach trì radain / ceithir greisean gnìomhachais (IM1065-chlì, IM1066-dà-thaobhach, IM1089-deas) airson dLight1.1, agus ceithir radain / sia greisean gnìomhachais (IM1088-dà-thaobhach, IM1105-deas, IM1106-dà-thaobhach, IM1107-deas) airson dLight1.3b. Chaidh toraidhean co-ionann fhaighinn airson dLight1.1 agus dLight1.3 (Dàta Leudaichte Fig. 7), mar sin chaidh dàta a chur còmhla.

Gus ceàrn rampa obrachadh a-mach rè giùlan dòigh-làimhseachaidh, lorg sinn an ìre as àirde / as ìsle den t-siognal a thàinig às an sin ann an uinneag 0.5-s ro gach tachartas (meadhan a-steach no biadh a-steach) agus thomhais sinn an ceàrn soidhnichte a ’ceangal an dà cheann-uidhe.


Dàimh agus sònrachas moileciuil de dLight1.3b

Chaidh tomhas in vitro a dhèanamh mar a chaidh a mhìneachadh roimhe15. Gu h-aithghearr, chaidh ceallan HEK293T (ATCC CRL # 1573) a chultar agus a thar-chuir le plasmids a ’còdachadh dlight1.3b air a stiùireadh le neach-adhartachaidh CMV, agus air a nighe le HBSS (Life Technologies) le Ca2+ (4mM) agus Mg2+ (2 mM) mus dèan thu ìomhaighean. Chaidh ìomhaighean a dhèanamh a ’cleachdadh amas 40 × stèidhichte air ola air miocroscop confocal Zeiss Observer LSN710 le tonnan 488 nm / 513 nm (excitation / sgaoileadh). Airson a bhith a ’dèanamh deuchainn air freagairtean fluorescence an sensor, chaidh neurotransmitters a chuir gu dìreach ris an amar rè ìomhaighean tìm, ann an co-dhiù dà dheuchainn neo-eisimeileach. Chaidh tiotalan de dopamine agus noradrenaline fhaighinn le bhith a ’coileanadh dilidhean sreathach deich uiread gus ochd co-chruinneachaidhean eadar-dhealaichte a choileanadh. Chaidh a h-uile neurotransmitters eile a dhearbhadh aig trì co-chruinneachaidhean sreath (100 nM, 1 µM agus 10 µM). Chaidh a h-uile dùmhlachd neurotransmitter fhaighinn le lagachadh bho chruinneachadh stoc 1 mM ann an HBSS, air ullachadh às ùr. Chaidh dian fluorescence amh bho ìomhaighean lapse ùine a thomhas air Fiji; chaidh gach ROI a tharraing le làimh air buill-bodhaig cheallan fa leth. Atharrachadh fillte fluorescent (ΔF/F) air a thomhas mar F stùc (cuibheasachd fluorescence ceithir frèamaichean) - F basal (dian fluorescence cuibheasach de cheithir frèamaichean mus cuir thu ligands) /F basal. Chaidh grafaichean agus mion-sgrùdadh staitistigeil a dhèanamh a ’cleachdadh GraphPad Prism 6. Chaidh mion-sgrùdadh a dhèanamh air puingean dàta le lùb sònraichte aon-làrach freagarrach airson faighinn Kd luachan. Ann am plotaichean bogsa-is-whisker, tha am bogsa a ’còmhdach an raon 25% gu 75% agus bidh ciabhagan a’ leudachadh bho na luachan as ìsle chun na luachan as àirde.


Geàrr-chunntas aithris

Tha tuilleadh fiosrachaidh mu dhealbhadh rannsachaidh ri fhaighinn anns an Geàrr-chunntas aithris rannsachadh nàdur ceangailte ris a ’phàipear seo.

Cothrom air dàta

Chaidh a ’bhìoras AAV.Synapsin.dLight1.3b a chaidh a chleachdadh san sgrùdadh seo a thasgadh le Addgene (àireamh. 125560; http://www.addgene.org). Bidh an dàta gu lèir ri fhaighinn tron ​​làrach-lìn Rannsachadh Co-obrachail ann an Neuroscience Coimpiutaireachd (https://doi.org/110.6080/K0VQ30V9).

Còd ri fhaighinn

Gheibhear còd Custom MATLAB le iarrtas bho JDB

Tha fiosrachadh a bharrachd

Nota foillsichear: Tha Springer fhathast a 'neadachadh nàdar a thaobh tagraidhean uachdarail ann am mapaichean foillsichte agus ceanglaichean institiùideach.

iomraidhean

  1. 1.

    Schultz, W., Dayan, P. & Montague, PR substrate neural de ro-innse agus duais. saidheans 275, 1593 – 1599 (1997).

  2. 2.

    Bidh ceallan Pan, WX, Schmidt, R., Wickens, JR & Hyland, BI Dopamine a ’freagairt thachartasan a tha dùil aig àm suidheachadh clasaigeach: fianais airson lorgan ion-roghnachd anns an lìonra ionnsachaidh duais. J. Neurosci. 25, 6235 – 6242 (2005).

  3. 3.

    Cohen, JY, Haesler, S., Vong, L., Lowell, BB & Uchida, N. Comharran sònraichte de sheòrsa Neuron airson duais agus peanas anns an sgìre teasach ventral. Nature 482, 85 – 88 (2012).

  4. 4.

    Steinberg, EE et al. Ceangal adhbharach eadar mearachdan ro-innse, neurons dopamine agus ionnsachadh. Nat. Neurosci. 16, 966 – 973 (2013).

  5. 5.

    Hamid, AA et al. Tha dopamine Mesolimbic a ’comharrachadh luach na h-obrach. Nat. Neurosci. 19, 117 – 126 (2016).

  6. 6.

    Bidh neurons Saunders, BT, Richard, JM, Margolis, EB & Janak, PH Dopamine a ’cruthachadh brosnachaidhean cumhaichte Pavlovian le togalaichean brosnachaidh air an comharrachadh le cuairteachadh. Nat. Neurosci. 21, 1072 – 1083 (2018).

  7. 7.

    Bidh sgaoileadh Phillips, PE, Stuber, GD, Heien, ML, Wightman, RM & Carelli, RM Subsecond dopamine a ’brosnachadh sireadh cocaine. Nature 422, 614 – 618 (2003).

  8. 8.

    Tha Roitman, MF, Stuber, GD, Phillips, PE, Wightman, RM & Carelli, RM Dopamine ag obair mar mhoduladair subsecond airson a bhith a ’sireadh biadh. J. Neurosci. 24, 1265 – 1271 (2004).

  9. 9.

    Bidh Wassum, KM, Ostlund, SB & Maidment, NT Phasic mesolimbic dopamine a ’comharrachadh agus a’ ro-innse coileanadh gnìomh gnìomh gnìomh fèin-thòiseachadh. Biol. Psychiatry 71, 846 – 854 (2012).

  10. 10.

    Tha Howe, MW, Tierney, PL, Sandberg, SG, Phillips, PE & Graybiel, AM Comharradh dopamine fada ann an striatum a ’comharrachadh cho faisg agus a tha luach dhuaisean fad às. Nature 500, 575 – 579 (2013).

  11. 11.

    Syed, EC et al. Bidh tòiseachadh gnìomh a ’cumadh còdachadh dopamine mesolimbic de dhuaisean san àm ri teachd. Nat. Neurosci. 19, 34 – 36 (2016).

  12. 12.

    Tha Morris, G., Nevet, A., Arkadir, D., Vaadia, E. & Bergman, H. Midbrain dopamine neurons a ’còdachadh cho-dhùnaidhean airson gnìomh san àm ri teachd. Nat. Neurosci. 9, 1057 – 1063 (2006).

  13. 13.

    da Silva, JA, Tecuapetla, F., Paixão, V. & Costa, gnìomhachd RM Dopamine neuron mus tòisich geataichean gnìomh agus a ’toirt spionnadh do ghluasadan san àm ri teachd. Nature 554, 244 – 248 (2018).

  14. 14.

    Fiorillo, CD, Tobler, PN & Schultz, W. Còdadh air leth de choltachd duais agus mì-chinnt le neurons dopamine. saidheans 299, 1898 – 1902 (2003).

  15. 15.

    Patriarchi, T., Cho, JR, Merten, K., Howe, MW, et al. Ìomhaigh neuronal ultrafast de dhaineamaigs dopamine le mothachairean ginteil air an dealbhadh. saidheans 360, eaat4422 (2018).

  16. 16.

    Salamone, JD & Correa, M. Dreuchdan brosnachail dìomhair dopamine mesolimbic. Neuron 76, 470 – 485 (2012).

  17. 17.

    Schultz, W. Comharra duais ro-innseach de neurons dopamine. J. Neurophysiol. 80, 1 – 27 (1998).

  18. 18.

    Garris, PA & Wightman, RM Bidh diofar cineòlas a ’riaghladh sgaoileadh dopaminergic anns an amygdala, cortex prefrontal, agus striatum: sgrùdadh in vivo voltammetric. J. Neurosci. 14, 442 – 450 (1994).

  19. 19.

    Frank, MJ, Doll, BB, Oas-Terpstra, J. & Moreno, F. Bidh ginean dopaminergic ro-chòmhnard agus striatal a ’ro-innse eadar-dhealachaidhean fa leth ann an sgrùdadh agus gabhail brath. Nat. Neurosci. 12, 1062 – 1068 (2009).

  20. 20.

    St Onge, JR, Ahn, S., Phillips, AG & Floresco, SB Caochlaidhean dinamic ann an dopamine efflux anns an cortex prefrontal agus niuclas accumbens rè co-dhùnaidhean stèidhichte air cunnart. J. Neurosci. 32, 16880 – 16891 (2012).

  21. 21.

    Bartra, O., McGuire, JT & Kable, JW An siostam luachaidh: meta-anailis stèidhichte air co-òrdanachadh de dheuchainnean BOLD fMRI a ’sgrùdadh co-dhàimhean neòil de luach suimeil. Neuroimage 76, 412 – 427 (2013).

  22. 22.

    Cuairtean duais Ikemoto, S. Dopamine: dà shiostam teilgean bhon mheanbh-chuileag ventral gu iom-fhillte tubercle niuclas accumbens-olfactory. Res Brain. Res Brain. An t-Urr. 56, 27 – 78 (2007).

  23. 23.

    Breatannais, JM et al. Tabhartasan càirdeach agus mapadh sgìre dopamine tegmental ventral agus neurons GABA a rèir targaid ro-mheasadh san radan. J. Comp. Neurol. (2018).

  24. 24.

    Ungless, MA, Magill, PJ & Bolam, JP Toirmeasg aon-fhillte air neurons dopamine anns an sgìre teasach ventral le brosnachaidhean casgach. saidheans 303, 2040 – 2042 (2004).

  25. 25.

    Morales, M. & Margolis, EB Sgìre teascal ventral: heterogeneity cealla, ceangal agus giùlan. Nat. An t-Urr. Neurosci. 18, 73 – 85 (2017).

  26. 26.

    Morris, G., Arkadir, D., Nevet, A., Vaadia, E. & Bergman, H. Coincident ach teachdaireachdan sònraichte de dopamine midbrain agus neurons striatal tonically active. Neuron 43, 133 – 143 (2004).

  27. 27.

    Bidh Floresco, SB, West, AR, Ash, B., Moore, H. & Grace, AA Modaileadh Afferent de losgadh dopamine neuron gu eadar-dhealaichte a ’riaghladh sgaoileadh dopamine tonic agus mean air mhean. Nat. Neurosci. 6, 968 – 973 (2003).

  28. 28.

    Grace, AA Dysregulation den t-siostam dopamine ann am pathophysiology sgitsophrenia agus trom-inntinn. Nat. An t-Urr. Neurosci. 17, 524 – 532 (2016).

  29. 29.

    Cohen, JY, Amoroso, MW & Uchida, N. Tha neurons serotonergic a ’comharrachadh duais agus peanas air iomadh raon-ama. eLife 4, e06346 (2015).

  30. 30.

    Niv, Y., Daw, N. & Dayan, P. Dè cho luath ri bhith ag obair: spionnadh freagairt, brosnachadh agus dopamine tonic. Adv. Inf nàdurrach. Pròiseas. Syst. 18, 1019 (2006).

  31. 31.

    Bayer, HM, Lau, B. & Glimcher, PW Staitistig de thrèanaichean spike neuron dopamine midbrain anns a ’phrìomhaid dùisg. J. Neurophysiol. 98, 1428 – 1439 (2007).

  32. 32.

    Chergui, K., Suaud-Chagny, MF & Gonon, F. Dàimh neo-cheangailte eadar sruthadh impulse, leigeil às dopamine agus cuir às do dopamine san eanchainn radan ann an vivo. Neuroscience 62, 641 – 645 (1994).

  33. 33.

    Parker, NF et al. Tha còdachadh duais agus roghainn ann an crìochnaidhean de neurons dopamine midbrain an urra ri targaid striatal. Nat. Neurosci. 19, 845 – 854 (2016).

  34. 34.

    Menegas, W., Babayan, BM, Uchida, N. & Watabe-Uchida, M. Toiseach tòiseachaidh ri cuisean nobhail ann an comharrachadh dopamine ann an striatum ventral agus posterior ann an luchagan. eLife 6, e21886 (2017).

  35. 35.

    Trulson, ME Clàradh aig an aon àm de neurons substantia nigra agus leigeil a-mach bholtammetric dopamine ann an rabhadh giùlan cait. Res Brain. Tarbh. 15, 221 – 223 (1985).

  36. 36.

    Glowinski, J., Chéramy, A., Romo, R. & Barbeito, L. Riaghladh Presynaptic air sgaoileadh dopaminergic anns an striatum. Cell. Mol. Neurobiol. 8, 7 – 17 (1988).

  37. 37.

    Bidh gnìomhachd Zhou, FM, Liang, Y. & Dani, JA Endogenous nicotinic cholinergic a ’riaghladh leigeil às dopamine san striatum. Nat. Neurosci. 4, 1224 – 1229 (2001).

  38. 38.

    Threlfell, S. et al. Tha sgaoileadh dopamine striatal air a bhrosnachadh le gnìomhachd sioncronaich ann an interneurons cholinergic. Neuron 75, 58 – 64 (2012).

  39. 39.

    Cachope, R. et al. Bidh gnìomhachadh roghnach de interneurons cholinergic a ’neartachadh sgaoileadh dopamine ceumnach accumbal: a’ suidheachadh an tòna airson giullachd dhuaisean. Aithisgean Cell 2, 33 – 41 (2012).

  40. 40.

    Sulzer, D., Cragg, SJ & Rice, ME neurotransmission dopamine striatal: riaghladh sgaoileadh agus gabhail. Basal Ganglia 6, 123 – 148 (2016).

  41. 41.

    Tha brosnachadh Floresco, SB, Yang, CR, Phillips, AG & Blaha, CD Basolateral amygdala a ’nochdadh efflux dopamine glutamate a tha an urra ri gabhadair ann an niuclas accumbens an radan anaesthetized. Eur. J. Neurosci. 10, 1241 – 1251 (1998).

  42. 42.

    Jones, JL et al. Bidh amygdala basolateral ag atharrachadh sgaoileadh dopamine terminal anns na nucleus accumbens agus a ’freagairt suidheachadh. Biol. Psychiatry 67, 737 – 744 (2010).

  43. 43.

    Schultz, W. Freagairtean neurons dopamine midbrain gu brosnachaidhean brosnachaidh giùlain anns a ’mhuncaidh. J. Neurophysiol. 56, 1439 – 1461 (1986).

  44. 44.

    Berke, JD Dè tha dopamine a ’ciallachadh? Nat. Neurosci. 21, 787 – 793 (2018).

  45. 45.

    Bromberg-Martin, ES, Matsumoto, M. & Hikosaka, O. Gnìomhachd ro-shealladh tonic agus ceum air cheum ann an habenula lateral agus dopamine neurons. Neuron 67, 144 – 155 (2010).

  46. 46.

    Bidh neurons Pasquereau, B. & Turner, RS Dopamine a ’còdachadh mhearachdan ann a bhith a’ ro-innse tachartas brosnachaidh gluasaid. J. Neurophysiol. 113, 1110 – 1123 (2015).

  47. 47.

    Fiorillo, CD, Newsome, WT & Schultz, W. Cruinneas ùineail ro-innse duais ann an neurons dopamine. Nat. Neurosci. 11, 966 – 973 (2008).

  48. 48.

    Is dòcha gum bi rampadh Morita, K. & Kato, A. Striatal dopamine a ’nochdadh ionnsachadh ath-neartachaidh sùbailte le bhith a’ dìochuimhneachadh anns na cuairtean ganglia cortico-basal. Cùlaibh. Ciorramaich Neural 8, 36 (2014).

  49. 49.

    Tha rampaichean Gershman, SJ Dopamine mar thoradh air mearachdan ro-innse duais. Comput Neural. 26, 467 – 471 (2014).

  50. 50.

    Nicola, SM An ro-bheachd dòigh-obrach sùbailte: aonachadh oidhirp agus beachd-smuaintean freagairt-freagairt airson àite niuclas accumbens dopamine ann a bhith a ’gnìomhachadh giùlan a tha a’ sireadh dhuaisean. J. Neurosci. 30, 16585 – 16600 (2010).

  51. 51.

    Paxinos, G. & Watson, C. An Rat Brain ann an Co-chomharran Stereotaxic 5th edn (Acadaimigeach Elsevier, 2005).

  52. 52.

    Witten, IB et al. Loidhnichean radan Recombinase-driver: innealan, dòighean, agus tagradh optogenetic gu daingneachadh dopamine-mediated. Neuron 72, 721 – 733 (2011).

  53. 53.

    Sugrue, LP, Corrado, GS & Newsome, WT A ’maidseadh giùlan agus a’ riochdachadh luach anns an cortex parietal. saidheans 304, 1782 – 1787 (2004).

  54. 54.

    Wong, JM et al. Derivatization cloride benzoyl le speactrometry tomad cromatagrafaidh lionn airson metabolomics cuimsichte de neurochemicals ann an sampaill bith-eòlasach. J. Chromatogr. A. 1446, 78 – 90 (2016).

  55. 55.

    Chung, JE et al. Dòigh-obrach làn fèin-ghluasadach airson seòrsachadh spike. Neuron 95, 1381 – 1394 (2017).

  56. 56.

    Kvitsiani, D. et al. Co-dhàimh giùlain is lìonra sònraichte de dhà sheòrsa interneuron anns an cortex prefrontal. Nature 498, 363 – 366 (2013).

  57. 57.

    Grace, AA & Bunney, BS Smachd air pàtran losgaidh ann an neurons dopamine nigral: losgadh spreadhadh. J. Neurosci. 4, 2877 – 2890 (1984).

  58. 58.

    Lerner, TN et al. Bidh mion-sgrùdaidhean eanchainn-eanchainn a ’nochdadh fiosrachadh sònraichte a tha air a ghiùlan le SNc dopamine subcircuits. Cell 162, 635 – 647 (2015).

Luchdaich sìos iomraidhean

Buidheachas

Tha sinn a ’toirt taing do P. Dayan, H. Fields, L. Frank, C. Donaghue agus T. Faust airson na beachdan aca air dreach tràth den làmh-sgrìobhainn, agus V. Hetrick, R. Hashim agus T. Davidson airson taic theicnigeach agus comhairle. Fhuair an obair seo taic bhon Institiud Nàiseanta air Mì-chleachdadh Dhrugaichean, Institiud Nàiseanta Slàinte Inntinn, an Institiud Nàiseanta air Eas-òrdughan Neuro-eòlach agus Stròc, Oilthigh Michigan, Ann Arbor, agus Oilthigh California, San Francisco.

Fiosrachadh ath-sgrùdaiche

Nature taing dha Mairead Rice agus an neach-ath-bhreithneachaidh gun urra eile airson na chuir iad ri ath-bhreithneachadh co-aoisean air an obair seo.

Fiosrachadh ùghdarrais

Rinn AM sgrùdadh agus sgrùdadh air an electrophysiology agus photometry, agus chuir e an sàs am modal coimpiutaireachd. Rinn JRP agus rinn e mion-sgrùdadh air a ’mhicrodialysis le cuideachadh bho J.-MTW agus leasaich stiùireadh le RTKAAH an obair giùlain agus an stèidheachadh photometry tùsail, agus choilean e an voltammetry. Choilean LTV lorg agus sgrùdadh air ais. Leasaich TP agus LT an sensor dLight agus eòlas co-roinnte. Dhealbhaich agus stiùir JDB an sgrùdadh, agus sgrìobh e an làmh-sgrìobhainn.

Gnothaichean co-fharpais

Tha na h-ùghdaran ag innse nach eil com-pàirt sam bith ann.

Litrichean gu Joshua D. Berke.