Edward H. Nieh2 Gillian A. Matthews2 Stephen A. Allsop2 Kara N. Presbrey Christopher A. Leppla Romy Wichmann Rachael Neve Craig P. Wildes Kay M. Tye
2Ko-premye otè
En
- • newòn LH-VTA kodifye aksyon k ap chèche rekonpans apre yo fin tranzisyon nan abitid
- • Yon ti gwoup nan newòn LH en nan tann VTA rekonpanse
- • Pwojeksyon LH-VTA bay kontwòl bidirèksyonèl sou k ap chèche konpoze
- • Aktive projections LH-VTA GABAergic ogmante konpòtman maladaditif ron yo
Rezime
Pwojeksyon ipotalamik lateral (LH) nan zòn ventral tegmantal (VTA) te lye nan pwosesis rekonpans, men kalkil ki nan bouk LH-VTA ki bay monte aspè espesifik nan konpòtman yo te difisil pou izole. Nou montre ke newòn LH-VTA kode aksyon an aprann nan chèche yon rekonpans, endepandan de disponiblite rekonpans. Nan contrast, newòn LH en nan VTA kode siyal rekonpans-prediksyon ak omisyon rekonpans inatandi. Nou montre ke anpeche chemen an LH-VTA diminye "konpulsif" sikwoz k ap chèche men se pa konsomasyon manje nan sourit yo grangou. Nou revele ke LH a voye eksitasyon ak inhibition opinyon sou VTA dopamine (DA) ak newòn GABA, e ke pwojeksyon nan GABAergic kondui manje ki gen rapò ak konpòtman. Etid nou an superpositions enfòmasyon sou kalite a, fonksyon, ak koneksyon nan newòn LH ak idantifye yon kous neral ki oaza kontwole konsomasyon sik konsomasyon, san yo pa anpeche manje ki nesesè pou siviv, bay yon sib potansyèl pou entèvansyon ka geri pou konpulsif-suralim.
entwodiksyon
Etewojeneite fòmidab egziste atravè newòn ipotalamik lateral (LH) an tèm de fonksyon ak koneksyon, e sa ka obsève pa varyete konpòtman ki gen rapò ak rekonpans, motivasyon, ak manje lye avèk rejyon sa a. Sepandan, ti kras li te ye sou ki jan LH a kalkile aspè espesifik nan pwosesis rekonpans ak ki jan enfòmasyon sa a transmèt nan objektif en. Eksitasyon elektrik nan LH a pwodwi entrakranyen pwòp tèt ou-eksitasyon (ICSS) (Olds ak Milner, 1954), osi byen ke goumin, seksyèl, ak konpòtman gnawing (Singh et al., 1996). LH newòn kode stimuli sansoryèl (Norgren, 1970, Yamamoto et al., 1989), ki gen ladan siyal rekonpans ki asosye (Nakamura et al., 1987). LH newòn tou dife pandan tou de manje (Burton et al., 1976, Schwartzbaum, 1988) ak bwè (Tabuchi et al., 2002). Sepandan, fè sans nan etewojènite a remakab fonksyonèl obsève nan LH la te yon gwo defi nan jaden an.
Malgre ke LH a konekte ak anpil rejyon subcortical, nou gen yon konpreyansyon pòv sou ki jan etewojènite fonksyonèl ak selilè nan LH a transpoze sou koneksyon sa yo anatomik. Yon sèl sib pwojeksyon LH nan enterè se zòn nan ventral tegmental (VTA), yon eleman kritik nan pwosesis rekonpans (Wise, 2004). Pwojeksyon LH-VTA te eksplore nan etid bonè ki te itilize anrejistreman elektwofizyolojik konbine avèk eksitasyon antidromik (Bielajew ak Shizgal, 1986, Gratton ak Wise, 1988). Li te depi te konfime, lè l sèvi avèk yon raby-viris-medyatè apwòch trase, ke gen opinyon monosynaptic soti nan newòn LH sou dopamine (DA) newòn nan VTA a (Watabe-Uchida et al., 2012). VTA a tou voye pwojeksyon resipwòk tounen nan LH a, tou de dirèkteman ak endirèkteman atravè lòt rejyon tankou nwayo accumbens, amigdala, ipokanp, ak ventral pallidum (Barone et al., 1981, Beckstead et al., 1979, Simon et al. , 1979).
Malgre ke tou de elektrik (Bielajew ak Shizgal, 1986) ak optik (Kempadoo et al., 2013) eksitasyon te etabli yon wòl kozatif pou pwojeksyon LH nan VTA a nan ICSS, plizyè kesyon rete yo dwe reponn. Premyèman, ki sa ki repons lan neral nan newòn LH-VTA nan diferan aspè nan konpòtman ki gen rapò ak rekonpans? Dezyèmman, ki wòl pwojeksyon LH-VTA nan rekonpans k ap chèche anba enprevi ranfòsman diferan? Twazyèmman, ki sa ki konpozisyon an jeneral nan transmisyon vit medyatè pa LH entrain VTA a, e ki selil VTA resevwa opinyon eksitasyon / inhibition? Finalman, ki sa eleman yo eksitan ak inhibition nan chemen an LH-VTA chak kontribye nan direksyon orchestration pouswit la nan rekonpans apeti?
Pou adrese kesyon sa yo, nou anrejistre soti nan newòn LH nan sourit lib deplase ak itilize optogenetik-medyatè foto idantifikasyon pou kouvri enfòmasyon sou kalkil neral ki rive natirèlman pandan pwosesis rekonpans sou enfòmasyon sou koneksyon nan newòn LH. Anplis de sa, nou itilize ansyen vivo patch-kranpon eksperyans yo eksplore konpozisyon sa a nan entrain GABAergic ak glutamatergic LH sou tou de DA ak GABA newòn nan VTA la. Bati sou rezilta nou yo soti nan eksperyans yo anrejistreman, nou itilize travay konpòtman etabli relasyon kozatif ant aspè nan tou de rekonpans k ap chèche ak manje ak deklanchman an nan ansanm diferan nan pwojeksyon LH-VTA. Ansanm, done sa yo ede nou etabli yon modèl pou ki jan eleman ki nan bouk la LH-VTA travay ansanm nan pwosesis rekonpans ak ki jan manipile eleman endividyèl ka gen efè pwofon sou konpòtman.
rezilta
Photoidentification of Distinct Components nan Distri LH-VTA
Yo nan lòd yo idantifye newòn LH ki bay opinyon monosinaptik nan VTA a nan vivo ak obsève aktivite yo pandan konpòtman lib deplase, nou itilize yon estrateji doub-viris yo eksprime selektiv channelrhodopsin-2 (ChR2) nan newòn LH bay opinyon monosinaptik nan VTA lafigi 1A ak S1). Nou enjekte yon vektè adeno ki asosye ak viral (AAV5) pote ChR2-eYFP nan yon Cre-recombinase-depandan doub-Envèse louvri lekti ankadreman (DIO) konstwi nan LH a enfekte somata lokal yo ak sou fòm piki yon retrogradely vwayaje èpès viris senp (HSV) pote Cre-recombinase nan VTA la. Rekombinasyon ki vin apre pèmèt ekspresyon opsin ak fluorofò oaza nan newòn LH ki bay opinyon monosinaptik nan VTA a. Pou konfime apwòch nou an, nou fè ansyen vivo antye-selil patch-kranpon anrejistreman nan tranch sèvo orizontal ki gen LH la ak anrejistre soti nan newòn eksprime ChR2-eYFP, osi byen ke vwazen LH newòn ki te ChR2-eYFP negatif (Figi 1B). Limyè-evoke latans Spike, mezire soti nan limyè-batman aparisyon nan pikwa nan potansyèl la aksyon, alan soti nan 3-8 ms (Figi 1C). Nou menm tou nou te jwenn ke okenn nan selil ki pa eksprime (ChR2-negatif) anrejistre te montre repons eksitasyon nan fotostimilasyon (n = 14; Figi 1C), malgre pwoksimite yo nan ChR2-eksprime selil yo.
Yo nan lòd yo fè foto idantifikasyon optogenetikman medyatè nan vivo, yo te yon optrod anjandre nan LH a nan dosye aktivite nerono pandan yon travay sikwoz-k ap chèche. Nan sesyon an anrejistreman menm, nou bay modèl plizyè nan fotostimilasyon yo idantifye ChR2-eksprime newòn LH-VTA (figi 1D ak S1). Nou egzamine distribisyon fotans repons fotokopi yo atravè tout newòn LH ki montre yon chanjman tan ki fèmen nan pousantaj revokasyon an repons a ekleraj ak obsève yon distribisyon bimod (Figi 1E). Nou obsève yon popilasyon newòn pandan anrejistreman vivo ak latansi nan yon seri de 3-8 ms. Sa a te idantik ak seri a latansi yo te jwenn nan ChR2-eksprime newòn LH-VTA lè nou anrejistre ex vivo. Nou rele inite sa yo "Kalite 1" inite (figi 1C, 1E, ak 1F). Anplis de sa, te gen yon popilasyon distenk nan selil ki gen ∼100 latansi photoresponse ms (figi 1E ak 1G), epi nou rele sa yo "Kalite 2" inite. Nou menm tou nou obsève newòn ki te inibe an repons a fotostimulation nan LH-VTA newòn (Figi S2), epi nou rele sa yo "Kalite 3" inite. Nou te konpare tan aksyon potansyèl la (jan yo mezire soti nan somè a depresyon) ak vle di pousantaj tire nan Kalite 1 ak Kalite inite 2 kòm byen ke moun ki pa t 'montre yon photoresponse (Figi 1H). Distribisyon nan aksyon dure potansyèl de Kalite 1 (Figi 1Mwen) ak Kalite 2 (Figi 1J) inite yo montre ke majorite tip 1 inite yo gen yon dire potansyèl aksyon mwens pase 500 μs (84%; n = 16/19, distribisyon binomial, p = 0.002).
Malgre ke inite Kalite 1 anfòm kritè estanda yo dwe klase kòm ChR2 eksprime (Cohen et al., 2012, Zhang et al., 2013), li te klè si wi ou non fotorespozisyon an latansi ki pi long nan tip 2 inite yo te endike nan ChR2-eksprime newòn ki reponn pi dousman photostimulation, oswa si efè sa a te akòz aktivite rezo a. Etandone ke ChR2-eksprime (Kalite 1) newòn LH pwojè dirèkteman nan VTA a, yon posibilite te ke Kalite 2 newòn yo te resevwa fidbak nan VTA (Figi 1K). Yon lòt posibilite te ke newòn Kalite 2 yo te aktive pa axalon kolateral soti nan Kalite 1 newòn (Figi 1L). Pou distenksyon ant de modèl sikwi sa yo posib, nou inibe VTA a ansanm ak fotoidentifikasyon nan LH la.
Photoresponses Long Latency nan LH neroloji yo medyatè pa Feedback soti nan VTA la
Ki baze sou modèl sikwi nou yo, nou ta atann inhibition distal pa gen okenn efè sou photoresponses yo nan ChR2-eksprime newòn LH. Sepandan, si fotoresponsif, men ki pa eksprime, newòn LH konte sou fidbak soti nan VTA a provoke yon repons tan-fèmen nan ekleraj (Figi 1K), nou ta espere yon diminisyon photoresponses nan newòn sa yo sou anpèchman VTA. Nou eksprime ChR2 nan selil LH-VTA kòm pi wo a, men fwa sa a te eksprime ranfòse halorhodopsin 3.0 (NpHR) nan VTA a ak anjandre yon fib optique nan VTA a nan adisyon a optrode la nan LH (Figi 2A). Nou te delivre menm modèl ekleraj ble-limyè nan LH a pou tout twa epòk men tou fotoinhibited VTA la ak limyè jòn nan dezyèm epòk laFigi 2A).
Photoresponses yo nan inite Kalite 1 ak ble-limyè ekleraj nan LH la te afekte pa fotoinhibition nan VTA a, ki se ki konsistan avèk ekspresyon ChR2 nan Kalite 1 LH-VTA newòn (Figi 2B). Nan contrast, majorite nan inite Kalite 2 (87%; n = 13/15, distribisyon binomial, p = 0.004) te montre yon atenuasyon siyifikatif nan fotorespons nan pulsasyon ble-limyè delivre nan LH a sou photoinhibition nan newòn VTA. Repons yo nan inite Kalite 1 ak Kalite 2 pandan fotoinhibisyon VTA yo te siyifikativman diferan (chi-kare = 7.64, p = 0.0057; figi 2B ak 2C). Diferans sa yo kapab tou wè nan max a Z nòt pandan epòk endividyèlFigi 2D) epi avèk epòk jòn-ON la nòmalize nan epòk jòn-OFF la.Figi 2E). Done sa yo sijere ke newòn Kalite 2 LH resevwa D '(swa dirèkteman oswa endirèkteman) soti nan VTA a (Figi 1K) olye ke atravè garanti axon lokal yo (Figi 1L).
Pwopriyete kodaj distenk LH newòn swa en oswa en nan VTA la
Èske w gen idantifye de kalite distenk sa yo nan newòn LH nan bouk la LH-VTA, nou te vle egzaminen ki fèt natirèlman aktivite neural pandan yon travay sucrose tèt-administrasyon (Figi 3A). Sourit yo te resevwa fòmasyon pou fè repons nosepoke pou yon siy predi livrezon sikwoz nan yon pò adjasan (tankou nan Tye et al., 2008). Pou pèmèt nou diferansye repons neral nan nosepoke la ak Replik la, Replik la ak sikwoz yo te delivre sou yon orè ranfòsman pasyèl, kote 50% nan nosepokes yo te pè ak yon Replik ak livrezon sikwoz.
Kalite inite 1 te montre repons fazikal nan antre pò pò plato, tankou yon reprezantan inite Tip 1 (Figi 3B), osi byen ke done yo popilasyon pou tout kalite inite 1 (Figi 3C). Repons yo faz la nan inite Kalite 2, sepandan, sitou reflete repons a bay repons lan-bay repons ((...)figi 3D ak 3E). Modèl yo tire nòmalize nan tout newòn anrejistre (n = 198, divize an Kalite 1, 2, 3, ak inite ki pa reponn) yo parèt pou chak eleman travay: nosepokes pè ak Replik la, nosepokes nan absans replik la, ak pò sikwoz antre (Figi 3F). Tout inite Kalite 1 ki te montre chanjman ki gen rapò ak travay fazik nan aktivite (74%; n = 14/19) te swa pwogresivman eksite oswa inibit pa antre nan sikwoz pò, ak yon ti kantite ki montre tou anpèchman fazik Replik la rekonpans-prediksyon (figi 3B, 3C, ak 3G). Nan contrast, Kalite inite 2 yo te plis heterogeneous, ak travay-repons newòn kodaj silans la (35%), pò pòtay la sikwoz oaza (26%), oswa toude Replik la ak pò antre (12%; figi 3D, 3E, ak 3H). Pou ilistre fòs repons tip inite 1 ak Type 2 pou aktivite ki gen rapò ak evènman yo, nou trase chak selil sou yon konplo ki genyen twa dimansyon selon Z nòt (Figi 3Mwen). Pou montre distribisyon an nan chanjman faz nan tire sou plizyè evènman ki gen rapò ak travay sou yon nivo kalitatif, nou trase ki kantite selil nan chak kalite photoresponse ki te tonbe nan yon kategori bay yo (Figi 3J).
Eleman diferan nan sikwi a LH-VTA ki reprezante diferan aspè nan konpòtman ki gen rapò ak rekonpans
Etandone wòl byen defini nan VTA a nan erè rekonpans-prediksyon (egzanp, rediksyon fazik nan DA newòn tire an repons a omisyon inatandi nan yon rekonpans ak eksitasyon an fazik an repons a livrezon rekonpans inatandi) (Schultz et al., 1997), nou envestige si wi ou non LH newòn ta kode omisyon inatandi nan yon rekonpans sikwoz. Pou fè sa, nou anrejistre aktivite a neral nan newòn fotoresponsif pandan menm travay la Replik-rekonpans nan bèt ki byen antrene, men owaza omisyon 30% nan livrezon sikwoz swiv Replik la (Figi 4A).
Majorite inite tip 1 (88%; n = 15/17, distribisyon binomial, p = 0.001) te sansib pou rekonpanse omisyon (figi 4B ak 4D), tandiske yon gwo gwoup nan inite tip 2 (67%; n = 12/18) te montre yon repons siyifikativman diferan nan esè rekonpans-prezante ak rekonpans-omisyon (figi 4C ak 4D). Nou konkli ke newòn LH-VTA (Kalite 1) kode aksyon an nan k ap antre nan pò a, menm jan sa yo repons pò-antre yo te pèsistan menm sou omisyon rekonpans (Figi 4D), nan Kontrèman a Tip 2 inite (chi-kare = 10.9804, p = 0.0009).
Pou detèmine si Kalite repons 1 nan pò antre yo te vrèman kodaj repons la kondisyone (CR), kòm opoze a jeneral rekonpans k ap chèche oswa konpòtman eksploratwa, nou anrejistre nan sourit yo te antrene ki pa t 'ankò akeri travay la. Nan sourit travay-nayif, nou remèt sikwoz nan pò a nan absans yon replik prediksyon (livrezon rekonpans san pwoteksyon) e te jwenn ke Kalite inite 1 pa t 'montre repons sou faz ki antre nan pò (figi 4E, 4F, ak 4I), ki konsistan avèk modèl la ki Tip newòn 1 kodè CR la (Figi 4J).
Next, detèmine si Kalite aktivite inite 2 se ki konsistan avèk yon rekonpans-prediksyon tankou repons pwofil repons, nou menm tou nou anrejistre newòn sa yo nan ki byen antrene bèt pandan livrezon rekonpans san preskripsyon (Figi 4G). Nou te jwenn ke yon sou-gwoup nan inite tip 2 reponn a livrezon sikwoz sanzatann (50%; figi 4G – 4I). Ansanm, souch yo nan inite Kalite 2 yo sansib a omisyon rekonpans inatandi (figi 4C ak 4D) ak livrezon rekonpans san pwovens (figi 4G – 4I), ki konsistan avèk yon pwofil repons ki tankou yon repons ki bay rekonpans.
Photostimulation nan chemen an LH-VTA ankouraje Sikwoz kap chèche fè fas a yon konsekans negatif
Kòm nou te montre pi wo a, Kalite inite 1 reprezante yon korne nè nan CR. Importantly, ogmantasyon nan pousantaj revokasyon kòmanse anvan CR, ramping jiska CR a ki te konplete (figi 3B, 3C, ak 4B). Pou detèmine si deklanchman chemen LH-VTA te kapab ankouraje CR, nou te vle teste kapasite aktivasyon LH-VTA nan kondwi CR nan figi yon konsekans negatif. Nan sourit kalite sovaj, nou eksprime ChR2-eYFP oswa eYFP pou kont li nan kò selil LH ak anjandre yon fib optik sou VTA a (figi 5A ak S4). Kontrèman, pou teste wòl chemen LH-VTA nan medyatè CR oswa konpòtman ki gen rapò ak manje, nou bilateralman eksprime NpHR-eYFP oswa eYFP pou kont li nan selil LH yo ak anjandre yon fib optik pi wo a VTA a (figi 5A ak S4).
Nou fèt yon trezò Pavlovyen nan travay ki manje-prive sourit te oblije travèse yon chema kadriyaj rekipere yon rekonpans sikwoz (Figi 5B). Nan premye "debaz" epòk la (ak kadriyaj la chòk koupe), nou verifye ke chak sourit te akeri Pavlovian kondisyone travay la apwòch. Nan dezyèm ("Chòk") epòk la, kadriyaj la chòk lage chòk pye twò grav chak dezyèm fwa. Finalman, nan twazyèm epòk la ("Chòk + Limyè"), nou kontinye delivre chòk pye, men tou eklere tèminal LH nan VTA a ak limyè ble (10 Hz) nan sourit eksprime ChR2 ak matche kontwòl eYFP ak limyè jòn (konstan) pou sourit eksprime NpHR ak kontwòl eYFP yo (Figi 5B).
Nou obsève yon kantite siyifikativman pi wo nan antre pò pou chak Replik pandan chòk la + epòk limyè ak yon nòt diferans siyifikativman pi wo (chòk + epòk limyè - chòk-sèlman epòk) nan sourit ChR2 relatif nan sourit eYFP (Figi 5C ak Fim S1). Kontrèman, fotoinhibition nan chemen an LH-VTA a nan yon rediksyon enpòtan nan pò antre pou chak Replik ak nòt diferans nan sourit yo NpHR ki gen rapò ak sourit eYFP (...Figi 5D ak Fim S2). Nan-sesyon eksperyans disparisyon pandan ki prezantasyon Replik pa te swiv pa livrezon sikwoz te montre tandans menm jan an efè (Figi S4).
Enpòtan, nou te vle detèmine si wi ou non chanjman ki fèt nan sikwoz k ap chèche nou te jwenn yo te ki te koze pa chanjman ki fèt nan manje ki gen rapò ak konpòtman oswa sansiblite nan doulè. Nou obsève ke fotoaktivasyon pwojeksyon LH-VTA a te ogmante siyifikativman tan ki pase manje nan sourit yo byen manje nan gwoup la ChR2 (Figi 5E). Sepandan, fotoinhibition nan chemen an LH-VTA pa t 'diminye siyifikativman manje (Figi 5F), menm si bèt sa yo yo te manje prive yo amelyore kapasite nou yo detekte yon rediksyon ki gen rapò ak epòk la debaz (konpare ak bèt repran nan Figi 5E). Nan ni ChR2 la (Figi 5G) ni NpHR gwoup (Figi 5H) èske nou te obsève yon diferans nan latansi pou retrè ke nan dlo cho (Ben-Bassat et al., 1959, Grotto ak Sulman, 1967), ki endike ke manipilasyon pwojeksyon LH-VTA a pa te chanje analgesi.
LH bay tou de Glutamatergic ak GABAergic Antre sou VTA DA ak GABA newòn.
Pou etidye konpozisyon sa a nan eleman yo transmisyon vit nan entrain LH nan VTA a ki te provoke efè sa yo, nou fè antye-selil patch-kranpon anrejistreman soti nan newòn VTA nan yon preparasyon tranch egi pandan y ap optik aktive entrain LH eksprime ChR2-eYFP (figi 6A ak S5). Etandone ke gen etewojèn etabli nan VTA a, ki gen ladan ∼65% DA newòn, ∼30% GABA newòn, ak ∼5% glutamate newòn (Margolis et al., 2006, Nair-Roberts et al., 2008, Yamaguchi et. al., 2007), nou ranpli selil yo ak byositin pandan nap anrejistre pou pèmèt idantifikasyon kalite selil lè l sèvi avèk imunoistokimik pòs-hoc pou tirozin idroksilaz (TH; Figi 6B), nan adisyon a anrejistre ipèrpolarizasyon-aktive aktyèl la katyon (mwenh) ak kote selil kat (figi 6B ak S5).
Premyèman, nou anrejistre nan aktyèl-kranpon pandan fotostimulation nan ChR2-eksprime entrain LH ak obsève ke 23 nan newòn XNUMS te montre yon repons tan-fèmen nan fotostimulation nan entrain LH (Figi 6C). Majorite a nan newòn DA pran echantiyon nan VTA a te resevwa yon opinyon nèt ègzajere soti nan LH a (% N), tandiske yon lòt souch te montre anpèchman nèt (X%); Figi 6C). Se distribisyon an espasyal nan newòn DA sa a trase sou yon Atlas pou tranch orizontal ki gen VTA a (Figi 6D).
Pou etabli kontribisyon monosynaptik nan entrain LH nan newòn VTA DA, nou te itilize ChR2 ki ede kat sikwi, kote anrejistreman vòltaj-kranpon yo te fèt nan prezans tetrodotoksin (TTX) ak 4-aminopiridin (4AP; Petreanu et al., 2007) . Ki konsistan avèk obsèvasyon nou yo soti nan anrejistreman aktyèl-kranpon, nou obsève ke majorite nan anrejistre newòn VTA DA sèlman resevwa opinyon eksitasyon monosinaptik soti nan LH a (67%), konpare ak newòn VTA DA ki te sèlman resevwa inhibition opinyon monosinaptik (11%), oswa tou de (22%; figi 6E ak S6).
Nou idantifye newòn VTA GABA pa enjekte yon fluorofò ki depann de Cre (AAV5-DIO-mCherry) nan VTA nan VGAT :: sourit Cre ak itilize ekspresyon mCherry dirije anrejistreman an nan newòn VTA GABA (n = 24; Figi 6F). Karant-sis pousan nan neuronas VTA GABA reponn ak eksitasyon nèt, tandiske 54% reponn ak anpèchman nèt, nan fotostimulation nan entru LH ChR2-eksprime (Figi 6G). Se distribisyon an espasyal nan selil sa yo montre nan Figi 6H. Lè yo fin fè egzamen an nan opinyon an monosynaptic soti nan LH a (jan sa dekri anwo a), nou te jwenn ke 18% nan echantiyon newòn GABA te resevwa sèlman eksitasyon opinyon ak 9% te resevwa sèlman inhibition opinyon.Figi 6Mwen). Sepandan, relatif nan newòn VTA DA, nou te jwenn ke plis newòn VTA GABA te resevwa tou de eksitan AMPAR-medyatè ak inhibition GABAAR-medyatè opinyon monosinaptik soti nan LH la (73%; chi-kare = 5.0505, p = 0.0246; figi 6Mwen epi S6).
Wòl diferan de Glutamatergic ak GABAergic konpozan nan chemen LH-VTA nan konpòtman
Etandone ke anrejistreman ansyen vivo nou yo bay prèv ki sipòte opinyon gaya nan tou de GABAergic ak glutamatergic pwojeksyon LH nan VTA a, nou pwochen sonde wòl nan chak eleman poukont li. Pou fè sa, nou te itilize liy sourit transjenik ki eksprime Cre-recombinase nan newòn ki eksprime swa vesikulèr glutamat transpò 2 (VGLUT2) oswa vesikulèr GABA transpò (VGAT). Nou enjekte AAV5-DIO-ChR2-eYFP oswa AAV5-DIO-eYFP nan LH VGLUT2 :: Cre ak VGAT :: Cre sourit ak implant yon fib optik sou VTA a (Figi S7). Bèt sa yo te Lè sa a, kouri sou chak nan analiz yo konpòtman yo montre nan Figi 5.
Nou pa t 'obsève nenpòt diferans detekte nan kantite antre nan pò ki te fè pou chak Replik ant sourit yo eksprime ChR2 oswa eYFP nan LH la.rassisi-VTA pwojeksyon (Figi 7A) oswa nan LH laGABA-VTA pwojeksyon (Figi 7B). Sepandan, nan analiz videyo, nou remake konpòtman ralye aberale nan LH laGABA-VTA: ChR2 gwoup sou ekleraj ble-limyè (gade Sinema S3 ak S4). Nan LHrassisiSourit-VTA, byenke te gen yon tandans nan direksyon yon rediksyon nan manje sou fotostimulation nan gwoup la ChR2 konpare ak gwoup la eYFP, sa a pa te estatistik enpòtan (Figi 7C). Nan contrast, nou obsève yon ogmantasyon gaya nan tan ki pase manje nan sourit rale sou ekleraj nan LH laGABA-VTA: ChR2 gwoup ki gen rapò ak kontwòl (Figi 7D ak Fim S3). Nan ni gwoup nan bèt yo te genyen yon efè eksitasyon limyè nan esè ke retrè a (figi 7E ak 7F).
Pandan travay la manje, menm jan nou te fè pandan travay la chèche sikwoz, nou ankò remake aberante manje ki gen rapò ak sekans motè ki pa te dirije nan manje. Nou filme yon sourit reprezantan nan LH laGABA-VTA: ChR2 gwoup nan yon chanm vid transparan, ak sou fotostimulasyon 20 Hz, nou obsève sekans etranj apetitif motè tankou LICKING ak ronche etaj la oswa espas vid (Fim S4). Nou chiffre konpòtman sa yo "ronje" pandan travay la manje nan bwa-di ki kalite LH-VTA a (Figi 7G), LHrassisi-VTA (Figi 7H), ak LHGABA-VTA (Figi 7Mwen) gwoup yo ak te montre ke LHGABA-VTA: sourit ChR2 ronje plis pase sovaj-tip oswa LHrassisi-VTA: sourit ChR2 lè fotokopi, kòm konpare ak gwoup eYFP respektif yo (Figi 7J). Nou konsidere si wi ou non ke yo ka separe de abiman ki gen rapò ak konpòtman ki gen rapò ak manje ap separe kòrèkteman bay manje nan pi ba frekans. Sepandan, lè nou teste LH laGABA-VTA: ChR2 gwoup ak 5 Hz ak 10 Hz tren nan limyè ble, nou obsève yon relasyon pwopòsyonèl ant frekans eksitasyon ak tou de manje ak gnawing (Figi 7K).
Diskisyon
Eleman Fonksyonèl nan LH-VTA Loop la
Te pwojeksyon nan LH VTA a te eksplore ak etid kolizyon eksitasyon elektrik (Bielajew ak Shizgal, 1986) e ki depi lontan te ipotèz yo jwe yon wòl nan pwosesis rekonpans (Hoebel ak Teitelbaum, 1962, Margules ak Olds, 1962), ankò pinpointing sa a. wòl te yon defi. Isit la, nou ap bay yon deteksyon detaye sou ki jan eleman endividyèl nan bouk la LH-VTA pwosesis diferan aspè nan yon travay rekonpans ki gen rapò ak.
Atravè itilizasyon fotogenaj optogenetik medyatèFigi 1), Nou te idantifye de popilasyon separe nan newòn LH: selil ki voye projections nan VTA a (Kalite 1) ak selil ki resevwa fidbak soti nan VTA a (Kalite 2; Figi 2) Menm si popilasyon sa yo pa bezwen mityèlman eksklizif, paske li posib ke newòn LH yo ka tou de voye ak resevwa entrain nan ak soti nan VTA la. Enteresan, nou te jwenn ke relativman kèk neurones fotorespondan tonbe deyò distribisyon an bimodal ankapsulasyon de popilasyon sa yo (Figi S2B ak 1E). Etandone sa a, nan konbinezon ak reta nan latansi long nan tip 2 repons (∼100 ms), nou espekile ke ka gen yon sèl chemen dominan kontribye nan aktivite a nan tip 2 newòn. Anplis de sa, paske DA mare reseptè G-pwoteyin makonnen, sinetik yo se pi dousman pase pifò sinaps glutamaterjik (Girault ak Greengard, 2004) epi yo ka eksplike sa a grap nan 100 ms latansi inite fotorespondan. Li posib tou ke VTA a ka bay fidbak endirèk nan lòt rejyon distal, atravè rejyon entèmedyè eksitasyon tankou amigdala a, oswa avèk dezinhibisyon atravè nwayo accumbens (NAc) oswa nwayo kabann nan stria terminalis la (BNST).
Enteresan, Lè nou konsidere ke fotostimilasyon nan inite Kalite 1 suscite repons eksitan nan inite Kalite 2, inite Kalite 1 ak 2 montre pwopriyete kodaj konpòtman distenk. Pou egzanp, nimewo yo nan inite Kalite 1 ak Kalite 2 ki oaza kode Replik-prediksyon siyifikativman diferan (n = 0/19 Kalite 1 kont n = 12/34 Kalite 2, chi-kare = 8.67, p = 0.003) . Modèl repons paradoks sa a ta ka akòz pwosesis enfòmatik nan yon eleman sikwi entèmedyè, tankou VTA a, ki ka jwe yon wòl aktif pandan travay konpòtman an men inaktif pandan fototagaj. Anplis de sa, eta konpòtman bèt la kapab enfliyanse fason done sa yo trete.
Dekodaj konpozan Awondisman nan Processing rekonpans
Eksperyans omisyon rekonpans nou an pèmèt nou yo fè distenksyon ant ant LH ankod neral nan CR a ak konsomasyon nan estimilis la san kondisyon (US). Nan eksperyans sa yo, yon sou nan kalite inite 2 reponn a bay repons-predi Replik (CS) ak US la ak tou te montre yon diminisyon nan pousantaj revokasyon lè rekonpans espere yo te omisyon. Anplis de sa, yon sou nan kalite inite 2 tou montre faz eksitasyon sou livrezon inatandi rekonpans (figi 4G ak 4H). Done sa yo okoumansman de fason DA newòn yo nan VTA kode rekonpans-prediksyon erè a (Cohen et al., 2012, Schultz et al., 1997). Nou espekile ke newòn VTA yo ka transmèt siyal erè rekonpans-prediksyon nan yon gwoup nan newòn LH, ki byen pozisyone pou entegre siyal sa yo pou detèminasyon yon pwodiksyon konpòtman apwopriye. Espesyalman, LH a solidman konekte ak yon foul moun nan lòt zòn nan sèvo (Berthoud ak Münzberg, 2011) e li te kozalman lye nan eta omeyostatik tankou dòmi / eksitasyon ak grangou / sasyete (Carter et al., 2009, Jennings et al. , 2013).
Yon wòl kozif pou chemen LH-VTA a nan Obsesyon pou Sikwozye Sikwoz?
Konpulsif konpòtman kap chèche rekonpans prensipalman te diskite nan kontèks la nan dejwe dwòg, kote yon paradigm klasik pou konpulsif chèche dwòg te egzaminen degre nan ki konpòtman dwòg-ap chèche pèsiste nan fè fas a yon konsekans negatif, tankou yon chòk pye (Belin et al., 2008, Pelloux et al., 2007, Vanderschuren ak Everitt, 2004). Nou adapte travay sa a pou sikwoz k ap chèche pèmèt nou mennen ankèt sou si wi ou non deklanchman nan chemen an LH-VTA te ase ankouraje konpulsif k ap chèche sikwoz. Etandone ke yon diferans diferan ant dwòg ak rekonpans natirèl se ke rekonpans dwòg yo pa nesesè pou yo siviv, gen konfli sou sa ki konpòtman ta konstitye konpulsif sikwoz- oswa konpòtman k ap chèche manje. Yon entèpretasyon altènatif nan done nou an se ke deklanchman nan chemen an LH-VTA tou senpleman ogmante motivasyonèl kondwi oswa ankouraje a chache ranfòsman apeti. Kòm pousantaj yo nan obezite yo te ogmante nan deseni ki sot pase (Mietus-Snyder ak Lustig, 2008), twòp konpulsif ak dejwe sik yo se kondisyon dominan ki se yon gwo menas a sante moun (Avena, 2007). Konpòtman an manje nan sourit sated (konplètman manje) apre deklanchman nan chemen an LH-VTA se okoumansman de konpòtman manje wè nan imen dyagnostike ak twoub konpulsif twòp (oswa twoub manje repa egzajere) (DSM-V).
Li te pwopoze ke aksyon repete mennen nan fòmasyon nan abitid, ki tèt yo mennen nan rekonpans la konpulsif k ap chèche ki karakterize dejwe (Everitt ak Robbins, 2005). Nou jwenn ke newòn LH-VTA sèlman kod antre nan apre kondisyone sijere ke sa a se chemen oaza kodaj yon repons kondisyone, pa sèlman yon aksyon motive. Sa a konsistan avèk obsèvasyon nou yo ki optikman aktive pwojeksyon sa a ka ankouraje konpulsif rekonpanse k ap chèche nan fè fas a yon konsekans negatif (Figi 5C), osi byen ke nan absans bezwen (tankou wè nan sourit yo, Figi 5E). Sa a entèpretasyon plis pwouve pa pa jwenn nou an ki foto-inhibition nan chemen an LH-VTA oaza diminye sibtilize konpulsif k ap chècheFigi 5D) men li pa redwi manje nan sourit ki gen restriksyon sou manje (Figi 5F). Youn nan pi gwo defi nan trete konpulsif twòp manje oswa repa egzajere-manje maladi se risk pou yo afebli konpòtman manje an jeneral. Soti nan yon pèspektiv translasyonèl, nou ka idantifye yon sikwi nè espesifik kòm yon sib potansyèl pou devlopman nan entèvansyon ka geri pou twòp konpulsif oswa depandans sik san sakrifye konpòtman manje natirèl.
Konpozisyon nan LH Antre nan VTA la
Nou montre ke nan adisyon a yon eleman glutamaterjik LH-VTA (Kempadoo et al., 2013), gen tou yon eleman enpòtan GABAergic nan pwojeksyon an (Leinninger et al., 2009), e ke LH newòn sinaps dirèkteman sou tou de DA ak GABA newòn nan VTA a (Figi 6). Sepandan, gen yon diferans nan balans lan nan eksitasyon an / inhibition opinyon sou VTA DA ak GABA newòn.
Pandan ke nou te itilize pwosesis immunohistochemical pou verifye idantite a nan newòn VTA, nou menm tou nou mezire mwenh, Yon hyperpolarization-aktive anndan korije ki pa espesifik aktyèl cation (Lacey et al., 1989, Ungless and Grace, 2012). Prezans aktyèl sa a te lajman itilize nan etid elèktrofizyolojik pou idantifye newòn DA, men li te montre yo dwe prezan sèlman nan subpopilasyon DA newòn, delimite pa pwojeksyon sib (Lammel et al., 2011). Malgre ke li te deja pwopoze nan yon revizyon pa Fields ak kòlèg li ke "newòn LH sinaps sou projections VTA nan PFC a, men se pa moun ki pwojte nan NAc la" (Fields et al., 2007), done nou yo sijere ke konfli sa a dwe relouvri. pou plis ankèt. Menm si nou te obsève yon sou nan newòn DA ki te resevwa eksitasyon nèt nan LH a ak posede yon I piti anpilh (ki konsistan avèk mPFC- oswa NAc medial koki-prevwa newòn), nou menm tou nou obsève yon sou nan DA newòn ki te resevwa nèt eksitasyon opinyon ak te montre yon gwo Ih (ki konsistan avèk karakteristik nan newòn DA previzyon sou kokiy lan lateral nan NAc a; Figi S5; Lammel et al., 2011). Kontrèman, VTA DA newòn ki te resevwa yon opinyon inhibition nèt te montre yon I piti anpilh oswa manke aktyèl sa a, ki se ki konsistan avèk nosyon a ki LH a voye opinyon majorite anpèchman sou VTA DA newòn pwojte mPFC la oswa kokiy medyal nan NAc la. Nou montre tou ke entrain LH yo ka obsève nan tou de medya ak lateral VTA, sijere ke LH a bay entrain sou newòn VTA ak sib pwojeksyon divès, kòm li te ye ke sib pwojeksyon VTA koresponn yon ti jan ak kote espasyal sou yon aks medyal-lateral ( Lammel et al., 2008).
Balans eksitasyon / anpèchman nan chemen LH-VTA
Wòl chemen LH-VTA a nan pwomosyon rekonpans te deja atribiye nan transmisyon glutamaterjik nan VTA a (Kempadoo et al., 2013), kòm pwomotè CaMKIIα a souvan te panse yo dwe selektif pou newòn pwojeksyon eksitan. Sepandan, done nou yo montre klèman ke eksprime ChR2 anba kontwòl pwomotè CaMKIIα a tou vize newòn pwojeksyon GABAergic nan LH la (Figi 6).
Konpòtman an te paret pa fotostimilasyon LH laGABA-VTA chemen te foli, mis-dirije, ak maladaptive (Fim S4). Yon entèpretasyon se ke deklanchman nan LH laGABA-VTA chemen voye yon siyal sourit la ki lakòz rekonesans an nan yon ranfòse apeti. Yon entèpretasyon altènatif se ke LH laGABA-VTA chemen ta ka kondwi savanitans ankourajman oswa yon entans "vle," ki konsistan avèk yon siyal kache kondisyon apwòch, men nan yon nivo ki pa fizyolojik ki pwodui aberans sa a manje ki gen rapò ak konpòtman (Berridge ak Robinson, 2003). Ki konsistan avèk sa a, li posib ke deklanchman nan LH laGABA-VTA pwojeksyon aktyèlman pwodui sansasyon entans nan bzwen, oswa ankouraje ba l manje. Sepandan, eksperyans nou yo montre ke deklanchman LHGABA-VTA pa pwodwi yon ogmantasyon nan k ap dekonpoze k ap chèche sikwozze, men sa a se chans akòz ron yo twòp ak aberante konpòtman apeti konsantre sou objè ki pa manje nan chanm lan tès la. Malgre ke li difisil a detèmine eksperyans nan sourit la pandan manipilasyon sa a, li klè ke yon fason ki apwopriye ki dirije manje ki gen rapò ak konpòtman mande pou aktivasyon an kowòdone nan tou de eleman yo GABAergic ak glutamatergic nan chemen an LH-VTA.
konklizyon
Manipilasyon oktogenetik ak pharmacogenetic yo se zouti pwisan pou etabli relasyon kozatif, men yo pa revele andojèn, pwopriyete yo fizyolojik nan eleman sikwi neral. Etid nou an inifye enfòmasyon sou koneksyon an sinaptik, ki rive natirèlman fonksyon an andojèn, ak wòl nan kozatif nan chemen an LH-VTA, bay yon nivo nouvo nan insight nan direksyon pou ki jan enfòmasyon ki entegre nan kous sa a. Rezilta sa yo mete aksan sou enpòtans ki genyen nan ekzamine wòl nan fonksyonèl nan newòn pa koneksyon, nan adisyon a mak jenetik. Newòn LH-VTA oaza kode aksyon an nan rekonpans k ap chèche men pa t 'kod stimuli anviwònman an, tandiske stimuli rekonpanse ak siyal rekonpans-prediksyon yo te kode pa yon popilasyon disrè nan newòn LH en nan VTA la. Anplis de sa, nou te idantifye yon pwojeksyon espesifik ki kozitivman lye nan konpulsif sibokar-ap chèche ak manje konpòtman. Etewojènite a nan pwojeksyon LH-VTA nesesè pou bay yon balans adaptasyon ant motivasyon pou kondwi ak regilasyon konpòtman ki fèt kòmsadwa pa bon. Jwenn sa yo bay Sur ki gen rapò ak kondisyon pathologie tankou konpulsif twòp suralimantasyon, dejwe sik, ak obezite
Pwolonje Diskisyon
Otè Kontribisyon
EHN ak GAM fè anrejistreman elektwofizyolojik ak analiz pou eksperyans vivo ak ansyen vivo, respektivman. SAA, EHN, KNP, ak CAL fè eksperyans konpòtman. RW, KNP, CAL, ak EHN fè verifikasyon istolojik. RN bay viris HSV. KMT ak CPW sipèvize eksperyans ak eksperimantal ki resevwa fòmasyon. EHN, GAM, SAA, ak KMT ki fèt eksperyans. EHN ak KMT te ekri maniskri a; tout otè kontribye nan koreksyon ak revizyon maniskri.
Remèsiman
Nou remèsye N. Golan, R. Thomas, M. Anahtar, G. Glober, ak A. Beyeler pou asistans yo ak imunohistochimik. Nou ta renmen remèsye tou C. Seo, ak S. Kim pou kontribisyon yo pandan tout pwojè a ak M. Wilson ak P. Shizgal pou diskisyon itil. KMT se yon New York Stem Cell Foundation - Robertson Envestigatè e rekonèt finansman nan men JPB Foundation, PIIF, PNDRF, Whitehall Foundation, Klingenstein Foundation, NARSAD Young Investigator Award, Alfred P. Sloan Foundation, Whitehead Career Development Chair, NIH R01-MH102441- 01 (NIMH), ak Nouvo Prim Envestigatè Direktè NIH DP2-DK-102256-01 (NIDDK). EHN te sipòte pa NSF gradye Rechèch Fellowship, Sistèm entegrasyon nerolojik Fellowship, ak Pwogram Fòmasyon nan nerobyoloji Aprantisaj ak memwa. GAM te sipòte pa Sant Simons pou Fellowship Postdoctoral nan Sèvo Sosyal. SAA te sipòte pa Jeffrey ak Nancy Halis Fellowship kòm byen ke Henry E. Singleton Fon an. CAL te sipòte pa Sistèm entegral neronal Fellowship ak James R. Killian Fellowship. RW te sipòte pa Oganizasyon Netherlands pou Rechèch Syantifik (NWO) RUBICON pwogram di Bondye mèsi.
Enfòmasyon siplemantè
;