A dopamin fokozza a jutalomkeresést azáltal, hogy előmozdítja a cue-kiváltott gerjesztést a magokban (2014)

Bevezetés

A ventrális tegmentális területről (VTA) a dopamin-vetítés az NAc-hez a neurális áramkör lényeges eleme, amely elősegíti a jutalmat kereső viselkedést (Nicola, 2007). Ha a NAc dopamin funkcióját kísérleti úton csökkenti, az állatok kevésbé valószínű, hogy megtérülést kapnak a jutalom elérése érdekében (Salamone és Correa, 2012) és gyakran nem felelnek meg a jutalom-előrejelző \ tDi Ciano és munkatársai, 2001; Yun és munkatársai, 2004; Nicola, 2007, 2010; Saunders és Robinson, 2012). Ezek a hiányosságok a jutalomkeresés egy adott összetevőjének megrongálódásából adódnak: a megközelítési magatartás megindításának késleltetése nő, míg a megközelítés sebessége, a cél megtalálásának képessége és a jutalom megszerzéséhez szükséges szükséges operatív viselkedés, valamint a képesség, hogy a fogyasztási jutalom nem változik (Nicola, 2010). A dopaminnak támogatnia kell a megközelítést a NAc neuronok aktivitásának befolyásolásával, de ennek a hatásnak a jellege nem tisztázott. A NAc idegsejtek nagy hányadát a jutalom-prediktív jelek izgatják vagy gátolják (Nicola és munkatársai, 2004a; Roitman és munkatársai, 2005; Ambroggi és munkatársai, 2008, 2011; McGinty és munkatársai, 2013), és a gerjesztések a cued megközelítés kezdete előtt kezdődnek, és előrejelzik a mozgás elindításának késleltetését (McGinty és munkatársai, 2013). Ezért ennek a tevékenységnek olyan tulajdonságai vannak, amelyek szükségesek egy dopamin-függő szignálhoz, amely elősegíti a megkötött megközelítést, de nem ismeretes, hogy megteszi-e.

Két struktúrájú neuronok, amelyek glutamáterg afferenseket küldenek a NAc-hez, a BLA-hoz és a hátsó mediális PFC-hez (Brog és munkatársai, 1993), izgalommal járnak a jutalom-előrejelző jelek (Schoenbaum és munkatársai, 1998; Ambroggi és munkatársai, 2008), és ezen struktúrák bármelyikének visszafordítható inaktiválása (Ambroggi és munkatársai, 2008; Ishikawa és munkatársai, 2008) vagy a VTA (Yun és munkatársai, 2004) csökkenti a NAc-ban kiváltott gerjesztések mértékét. Ezek a megfigyelések arra utalnak, hogy a NAc dákó által kiváltott gerjesztéseket a glutamáterg bemenetek hajtják végre, de NAc dopamin nélkül még ezek az erős gerjesztő bemenetek sem elegendőek a dákó által kiváltott égetés növekedéséhez. Ez a következtetés azonban gyenge. Sok NAc idegsejt gátolja a jelek (Nicola és munkatársai, 2004a; Ambroggi és munkatársai, 2011), és nem ismert, hogy a gerjesztések vagy gátlások fontosabbak-e a megközelítési viselkedés aktiválásához. Ezenkívül a VTA inaktiváció csökkentheti a diszkriminatív inger (DS) által kiváltott gerjesztéseket számos dopaminfüggetlen mechanizmus révén: csökkent dákódolás a BLA-ban és a PFC-ben, amelyek a VTA-tól vetítést kapnak (Swanson, 1982); az NAc-be termelő GABAergic VTA idegsejtek csökkent égetése (Van Bockstaele és Pickel, 1995); vagy a glutamát csökkent felszabadulása a dopaminerg neuronokból (Stuber és munkatársai, 2010). Végül, mivel a VTA inaktiváció nemcsak a NAc DS által kiváltott égetést, hanem a DS által kiváltott megközelítési viselkedést is csökkenti (Yun és munkatársai, 2004), A DS gerjesztése inkább másodlagos lehet, mint a célirányú mozgás szükséges feltétele.

Az NAc dopamin szerepének közvetlen kipróbálására a dákó által kiváltott tüzelés során egy új próbát dolgoztunk ki viselkedő rágcsálók számára: egy kör alakú elektróda elrendezést, amely körülveszi a központi injekciós kanült, amely lehetővé teszi az egység égetési aktivitásának és a dopamin receptor antagonisták infúziójának egyidejű rögzítését. a rögzített idegsejteket körülvevő extracelluláris térbe (du Hoffmann és munkatársai, 2011). Ez az elrendezés lehetővé teszi a kapcsolatok létrehozását a dopamin receptor aktiválása, az NAc idegsejtek égetése és a jutalom-kereső viselkedés között: ha az NAc dopamin receptorok blokkolása mind a dákó által kiváltott jeleket, mind a megközelítés megindítását gátolja, ez határozott bizonyítékot szolgáltat arra, hogy a neuronális válasz függ endogén dopamin, és hogy ez a jel szükséges a megközelítési viselkedéshez.

Anyagok és módszerek

Animals.

Tizenöt hím Long – Evan patkányt (érkezéskor 275 – 300 g) kaptunk a Charles River-től, és külön tartottuk őket. Egy héttel érkezésük után a patkányokat napi néhány percig kezeltük az 3 d kezelésére, hogy szokásossá tegyük őket a kísérletbe. A megszokás után a patkányokat korlátozott mennyiségű étrendre helyeztük, napi 13 g patkánytömeggel. Ad libitum táplálékot adtak az 7 d számára műtét után, majd az állatokat visszahelyezték a korlátozott étrendre. Az állati eljárások összhangban álltak a laboratóriumi állatok gondozására és felhasználására vonatkozó Nemzeti Egészségügyi Intézetekkel, és jóváhagyták őket az Albert Einstein Orvostudományi Főiskola Állatorvosi Intézetével.

Üzemeltető kamrák.

Minden viselkedéskísérletet és viselkedéstanulást egyedi gyártású Plexiglas kamrákban végeztünk (40 cm négyzet, 60 cm magas). Ezeket a fémszekrényekben helyezték el, amelyek Faraday ketrecekként szolgáltak; a szekrényeket akusztikus habbal béleltük, és a fehér zajt folyamatosan játszottuk egy külön hangszórón keresztül, hogy minimalizáljuk a külső zaj hallhatóságát a kamrában. A műtéti kamrákat az egyik falon jutalmazó tartóval ellátták, mindkét oldalán behúzható karokkal. A tartály elején lévő fénynyalábot használták a tartály be- és kilépési idejének mérésére. A viselkedés-ellenőrző rendszer (Med Associates) időbeli felbontása 1 ms volt.

DS feladat.

Az állatokat a DS feladat ellátására kiképeztük, a korábban alkalmazott eljárásokhoz hasonló eljárásokkal (Nicola és munkatársai, 2004a,b; Ambroggi és munkatársai, 2008, 2011; Nicola, 2010; McGinty és munkatársai, 2013). Két jelzést adtak be egyenként, vagy jutalom-prediktív DS-t, vagy semleges ingert (NS). A hallási jelek egy szirénahangból álltak (amelynek frekvenciája 4 és 8 kHz között változott 400 ms-on) és egy szakaszos hangból (6 kHz-es hang be van kapcsolva 40 ms-ig, kikapcsolva 50 ms-ig); egy adott tónus hozzárendelését a DS-hez vagy az NS-hez randomizálták patkányokon. Az intertrial intervallumokat (ITI) véletlenszerűen választottuk ki egy csonka exponenciális eloszlásból, 30 és maximum 150 s átlagokkal. Az NS-t mindig 10 másodpercig mutatták be; az NS során a karnyomásokat rögzítették, de programozott következményei nem voltak. Az „aktív” és az „inaktív” karokat véletlenszerűen osztották ki a bal és a jobb karokhoz minden patkánynál az edzés kezdetén, és ezután nem változtak. A DS során az aktív karon fellépő kar válasza megszüntette a jelzést, és az első következő tartályba való belépés 10% -os szacharóz jutalmat okozott a tartályban található kútba. A DS-bemutatásokat, amelyek során az állat nem reagált, 10 másodperc után befejeztük. Az ITI során (a cue-prezentációk között) és az inaktív karon adott válaszokat rögzítettük, de nem eredményezték a jutalom átadását. Az állatokat addig képeztük a DS feladatra, amíg 80 órás edzésen a DS-ek> 20% -ára és <2% NS-re reagáltak.

Kanülített mikroelektród tömbök.

A kezdeti edzés után a patkányokat egy, a központi mikroinjektálási vezető kanül körülvevő nyolc volfrám mikrotávú elektródból álló cannulált mikrotáblákkal implantáltuk. Ezeket az előzőekben leírtak szerint készítették és beépítették a rendelésre készült mikrólemezekbe (du Hoffmann és munkatársai, 2011). A meghajtócsavar teljes óramutató járásával megegyező irányban történő forgatása az elektródokat és a kanülöket egységként ventrálisan 300 μm-rel (a szondák forgása nélkül) mozgatta, lehetővé téve számunkra, hogy ugyanazon állaton több egyedi neuronpopulációból felvegyük az adatokat.

A cannulált tömbök implantálása céljából patkányokat készítettünk műtétre és sztereotaxikus eszközbe helyeztük a korábban leírtak szerint (du Hoffmann és munkatársai, 2011; McGinty és munkatársai, 2013). Anesztéziát indukáltak és fenntartottak izofluránnal (0.5 – 3%). Az állatok antibiotikumot (Baytril) kaptak közvetlenül a műtét előtt és az 24 h műtét után. A cannulált tömböket kétoldali módon implantáltuk a hátsó NAc magba (1.4 mm elülső és 1.5 mm oldalirányban a bregmától, és 6.5 mm ventrálisan a koponyától). Az elektródákat és a mikrohidakat csontcsavarokkal és akril-akril-nal rögzítették a koponyához, és huzal-elhúzókat helyeztek be a vezető kanülökbe oly módon, hogy az obturatok végei egyenesen álljanak a vezető kanülök végeivel. A műtét után a fejbőrt Neo-Predef-fel kezelték a fertőzés megakadályozása céljából, és az állatoknak 1 hetet hagytak a gyógyulási héten, mielőtt folytatnák a kísérleteket. A műtét utáni fájdalomcsillapítás céljából az állatoknak 10 mg / kg nem-szteroid gyulladáscsökkentő gyógyszert adtak a ketoprofénhez.

Drugs.

Az SCH23390-et és a raclopridet a Sigma cégtől vásárolták. A teszt napjain a gyógyszereket frissen állítottuk elő úgy, hogy feloldottuk azokat 0.9% steril sóoldatban. A gyógyszereket 1.1 μg SCH233390 adagokban adták be 0.55 μl sóoldatban oldalanként és 6.4 μg raclopridet 0.8 μl sóoldatban oldalanként. A SCH233390-et és a raclopridet 12 és 17.5 min alatt adagoltuk be. Kísérleti kísérletekben azt találtuk, hogy a racloprid kétoldalú infúziója 12 percig tartó szignifikáns, de átmeneti hatással volt a DS válaszarányra. Így a hatás meghosszabbítása érdekében meghosszabbítottuk a racloprid infúzió időtartamát oly módon, hogy farmakológiai hatásainak időbeli profilja hasonló legyen a SCH23390-hoz. Felvételi munkamenetenként csak egy kétoldalú vagy egyoldalú injekció történt (napi egy ülés). Minden állat legalább egy bilaterális injekciót kapott egy antagonista és egy (vagy több) egyoldalú antagonista injekcióval. Néhány egyoldalú antagonista kísérlet során egyidejűleg infuzáltuk a fiziológiás sóoldatot mint hordozókontrollt, ellentétesen az antagonistát kapott féltekével.

Mikroinjektálási és rögzítési eljárás.

Az egyidejű mikroinjekció és -felvétel készüléket korábban ismertették (du Hoffmann és munkatársai, 2011). A fejfázisból vezetõ rögzítõkábel egy 24 csatornás elektromos kommutátorban kapott helyet egy központi furattal (Moog), amely továbbította a jeleket az elektrofiziológiai rögzítõrendszerhez. Két fecskendőt egyetlen kamrán kívül elhelyezett fecskendőpumpa-ba szereltek; a fecskendőkből származó folyadékvezetékek egy kétcsatornás folyadékcsavarhoz (Instech Laboratories) vezettek a kommutátor fölé szerelve. A folyadékvezetékek leszálltak a forgórészről a kommutátor furatán keresztül, végigfutottak a felvevő kábelen, és két 33-es nyomtatójú mikroinjektornál végződtek.

A felvétel előtt a mikroinjektorokat visszatöltöttük gyógyszeroldattal, majd az állat vezető kanüljébe helyeztük. A mikroinjektor csúcsai 0.5 mm-rel kinyúltak a vezető kanülön túlra, úgy, hogy a mikroinjektor hegye az elektróda csúcsai alatt és ~ 670 μm volt az egyes elektródák közepétől. A gyógyszer feltöltése előtt a folyadékvezetékeket és a mikroinjektorokat ásványolajjal töltötték meg, és megkönnyítették az olaj-vizes határfelület szintjét. post hoc annak megerősítése, hogy a gyógyszert befecskendezték. Végül a fejfázist összekapcsoltuk az állattal, és a folyadékvezetékeket szorosan rögzítettük a rögzítő kábelhez, hogy a mikroinjektorokat a helyükön tartsuk a kísérlet ideje alatt. Az így elkészített állatoknak hagyták a DS feladatot elvégezni legalább 45 perc periódus alatt, amely alatt az idegi aktivitást feljegyezték; ezután a fecskendőszivattyút távolról bekapcsoltuk, hogy a gyógyszereket az agyba infúzzuk. Az injekciózáshoz nem volt szükség az állat kezelésére vagy a kamra ajtajának kinyitására, és a viselkedéses szekció megszakítás nélkül folytatódott a kiindulási, az infúziós és az infúzió utáni időszakokban.

A neurális feszültségjeleket fejfeszültség-erősítővel (egységnyi erősítés) rögzítettük, 10,000-szorozással erősítettük és digitalizáltuk kereskedelmi hardver és szoftver (Plexon) felhasználásával. 379 neuronokból vettük fel 38 felvételi / injektálási szakaszokban 15 patkányokon. Az 38 szekciók közül az 7-et a befecskendezés előtti alapidőszakban bekövetkezett rossz viselkedés miatt vagy azért, mert egyetlen neuront sem lehetett megbízhatóan elkülöníteni, elvetik. Így idegi analízisünk az 31 rögzítési / befecskendezési ülésekre összpontosított, melyeket az 322 jól izolált neuronokból vettünk fel 12 patkányokban. Minden egyes rögzítési / befecskendezési munkamenet után az elektródasorokat hordozó mikrohajtót ri150 μm-rel (a mikrodrive-csavar egyik felével forgatva) továbbfejlesztették, hogy az elektródákat ventrálisan mozgatják, hogy az új neuronpopulációból felvételt nyerjenek. Ha kevés (vagy egyáltalán nem) neuront figyeltünk meg, a sorozatot minden második nap továbbfejlesztettük, amíg az idegsejteket kimutattuk.

Elemzés.

Az adatokat megosztottuk az injektálás előtti, az injekció utáni és a helyreállítási időtartamokra, amelyeket az antagonisták infúziója előtti 45 perc, az injekció beadásának kezdetétől számított 40 perc és az utolsó 33 perc (2000) értékkel határoztak meg. minden ülés (amely összesen 2 – 3 h tartott). Az injekció utáni időszak annak az időnek felel meg, amely alatt a gyógyszerek a legnagyobb viselkedésbeli hatást mutatják, ha kétoldalúan adják be őket (Ábra 1C).

 

Ábra 1.

A dopaminreceptor-antagonisták hatása a DS-irányú megközelítési viselkedésre. A, A DS feladat vázlata. B, DS (narancssárga) és NS (kék) válaszarány medián (pont) és középső kvartilis (függőleges vonalak) az injektálás előtti periódusban az összes viselkedéses munkamenethez ...

Az egyes egységek izolálását off-line módon, az Offline Sorterrel (Plexon) végeztük, fő komponens elemzéssel. Csak a jól meghatározott hullámformákkal (> 100 μV) rendelkező egységeket, amelyek egyértelműen elkülönültek a zajszinttől (<20–50 μV), vonták be a későbbi elemzésekbe. Interspike intervallum eloszlásokat és kereszt-korrelogrammokat használtunk annak biztosítására, hogy az egyes egységek jól elkülönüljenek egymástól és a háttérzajtól (Neural Explorer szoftver; Nex-Tech). Az ellenőrzött csúcsok időbélyegeit egyedi rutinokkal elemeztük az R szoftveres környezetben. A DS és NS köré, 50 ms-os időtartamokban felépített perisztimulus idő hisztogrammokat alkalmaztuk a jel által kiváltott gerjesztések számszerűsítésére és kimutatására. Az 2 számokA, , 3,3, , 4,4, , 55A, , 66A, , 77A, , 88Aés and1010A-C. Annak meghatározására, hogy egy idegsejt szignifikáns-ea DS által kiváltott gerjesztést mutatott-e, a Poisson valószínűség-eloszlási függvényét kiszámítottuk az 10 s kiindulási periódusára minden egyes dátum előtt. Egy neuront akkor tekintettünk DS-izgalomnak, ha átlagos tüskeszámmal rendelkezik az alapvető kioltási sebesség eloszlásának felső 99% -os konfidencia-intervallumánál egy vagy több 50 ms tartályban az 50 és 200 ms között a dátum megjelenése után. Azoknál a neuronoknál, amelyeknél a szignifikáns DS-indukálta gerjesztés volt a befecskendezés előtti alapidőszakban, az átlagos tüzelési sebességet 50 ms-ban a DS-hez és az NS-beinduláshoz rögzített időtartamokban számoltuk minden egyes szakaszban, az egyes szekciókban, és az átlagot és a mediánt (Ábrákon. 2C-E, , 55A, , 66A, , 77A, , 88A, , 1010B,C) összehasonlítottuk a neuronok közötti égetési sebességeket. Mivel a statisztikailag kimutatható NS-gerjesztéssel rendelkező idegsejteket szinte mindig is gerjesztették a DS [nem mutatjuk be, de korábban közöltük (Ambroggi és munkatársai, 2011)], az összes NS szignifikáns DS válaszú neuron NS válaszát elemeztük. Eltérő rendelkezés hiányában a Wilcoxon neuronon belüli rangösszeg tesztjein alkalmazott statisztikai összehasonlításokat.

 

Ábra 2.

A DS által kiváltott gerjesztések előrejelzik a későbbi jutalom-kereső magatartást és kódolják a kar közelségét. A, Átlagos injekció előtti peri-esemény hisztogramok, összhangban a DS (narancssárga nyom) vagy NS (kék nyom) kezdetével szignifikáns gerjesztő 145 idegsejteken ...

 

Ábra 3.

A példakénti neuronok azt mutatják, hogy a D1 és a D2 antagonisták csökkentik a DS által kiváltott gerjesztést. A raszterek és a hozzájuk tartozó hisztogramok négy különféle DS-gerjesztésű neuron kiürülését mutatják, amelyek a DS kezdetéhez igazodnak. Az adatok a kezdetét közvetlenül megelőző 40 vizsgálatokból származnak ...

 

Ábra 4.

A kétoldalú dopamin antagonista injekció hatása a dákó által kiváltott gerjesztésre próba-próba alapján megjósolja a viselkedés hatásait. A, C, A patkány késleltetésének idegsejtkódolásának vizsgálati vizsgálati elemzése a kar elérése érdekében ugyanazon idegsejtek esetében ...

 

Ábra 5.

A D1 receptor aktiválása szükséges a DS által kiváltott gerjesztéshez. A, A peri-esemény ideje hisztogramjai igazodnak a DS kezdetéhez azoknál a neuronoknál, amelyeknél a szignifikáns DS által kiváltott gerjesztés az injektálás előtti időszakban zajlik. A nyomok és a felhők jelzik az átlagos ± SEM tüzelési sebességet ...

 

Ábra 6.

A D2 receptor aktiválása szükséges a DS által kiváltott gerjesztéshez. A, A perio-esemény hisztogramjai a DS kezdetéhez igazodtak azoknál a neuronoknál, ahol a DS jelentősen gerjesztett gerjesztést mutatott a racloprid injekció előtti időszakban. A DS által kiváltott gerjesztéseket kétoldalúan csökkentjük ...

 

Ábra 7.

A D1 receptor aktiválása nem szükséges az NS által kiváltott gerjesztéshez. A, A peri-esemény ideje hisztogramjai igazodnak az NS kezdetéhez azoknál a neuronoknál, amelyek szignifikáns DS-indukálta gerjesztést mutatnak az injekció előtti időszakban. Ezek a populációk teljes mértékben átfedésben vannak, tehát ugyanazok a neuronok ...

 

Ábra 8.

A D2 receptor aktiválása szükséges az NS által kiváltott gerjesztéshez. A, A peri-esemény ideje hisztogramjai igazodnak az NS kezdetéhez azoknál a neuronoknál, amelyek szignifikáns DS-indukálta gerjesztést mutatnak az injekció előtti időszakban. Az NS gerjesztése csökkent két- és kétoldalú körülmények között ...

 

Ábra 10.

A sóoldat-infúzió nem befolyásolja a DS vagy az NS által kiváltott gerjesztést, és sem a D1, sem a D2 receptor aktiválásához nincs szükség a kiindulási kiürülési sebesség fenntartásához. A, A sóoldat-infúzió során rögzített egyetlen DS-gerjesztett neuron. Az egyezmények megegyeznek a konvenciókkal ...

A ábra 4, meghatároztuk, hogy a bilaterális antagonista injekció hatásai a kar elérésének késleltetésére korrelálnak-e az antagonisták DS-kiváltott gerjesztés nagyságára gyakorolt ​​hatásával próbánként. Először kiszámoltuk az átlagos tüzelés sebességét 100 és 400 ms között a DS megjelenése után minden vizsgálatban minden olyan rögzített neuron esetében, amely jelentős DS-gerjesztést mutatott az antagonisták kétoldalú infúziója előtt. Ezután minden idegsejtre kiszámítottuk a Spearman-féle rangkorrelációs együtthatót, összehasonlítva a DS által kiváltott gerjesztés próbánként történő nagyságát és a patkány késleltetését, hogy elérje a kart a megfelelő vizsgálatok során. Ezeket az összefüggéseket hisztogramokban ábrázoltuk ábra 4B,D. Az összes DS vizsgálatot bevontuk ebbe az elemzésbe; Ha az állat nem nyomja meg a kart, akkor az 10 késleltetési idejét (a dákó bemutatójának maximális hossza) adták a kísérlethez. Kiszámítottuk ezeket a korrelációs együtthatókat a fentiekben megadott előinjekciós időszakra; az injekció utáni időszakot 1000-kel meghosszabbítottuk, hogy szélesebb mintát kapjunk a késésekből azon kísérletekben, amelyekben az állatok kétoldalú infúzió után reagáltak. Az egyes korrelációk szignifikanciájának kiértékeléséhez kétirányú aszimptotikát alkalmaztunk t- közelítés, mert pontos p az érték nem számítható ki, ha kapcsolatok vannak jelen a rangsorban. Ezután párosított Wilcoxon-teszttel hasonlítottuk össze a korrelációs együtthatók eloszlásának mediánját az antagonista infúzió előtt és után.

Mivel a NAc neuronok alacsony kiindulási sebessége alacsony, a konfidencia-intervallum alsó határa nagyon gyakran nulla, a gátlásokat sokkal nehezebb felismerni és számszerűsíteni, mint a gerjesztéseket. Így a fentiekben ismertetett, gerjesztés észlelésére szolgáló eljáráson túlmenően a vevő működési jellemzőinek (ROC) analízisét is használtuk, amely egy érzékenyebb módszer, hogy számszerűsítsük annak valószínűségét, hogy az égetési sebesség egymást követő 50 ms időtáblákban a cue megjelenése után különbözött a tüzelési sebességtől az 10 s alapértéknél. Ezt az elemzést külön végeztük az injekció előtti és utáni időszakok tekintetében. Minden tartályhoz kiszámítottuk a ROC-görbe alatti területet (AUC); Az 0.5 AUC értékei nem mutatnak különbséget az előzetes égetéshez képest, míg az 0-hez vagy az 1-hez közelebb eső értékek nagyobb valószínűséget mutatnak arra, hogy az idegsejtek gátolják vagy gerjesztik. A torzítás utáni idegi aktivitás elfogulatlan ábrázolása érdekében a rögzített idegsejtek teljes populációjában kiszámítottuk az égetési sebességet és az AUC értékeket az 50 ms tálcákra; az adatok simítása érdekében a tálcákat 10 ms továbbfejlesztette az egymást követő AUC számításokhoz. A simított AUC értékeket ezután hőtérképként ábrázoltuk 10 ms felbontással (mindegyik érték képviseli az AUC értéket a következő 50 ms-ban) Az 5 számokB, , 66B, , 77B, , 88Bés and1010D,E.

Ezután számszerűsítettük, hogy a nem átfedő 50 ms-os tárolókban számított AUC-értékek jelentős különbséget tükröznek-e az égetésben. Mindegyik szeméthez előbb 10,000 0.05 bootstrapped AUC-értéket generáltunk a megfelelő utáni mentési ládában a precíziós alaplövés és az ütés véletlenszerű keveréséből. Ezután meghatároztuk azt a kétfázisú valószínűséget, hogy a tényleges AUC érték a bootstrapped értékek eloszlásából származik; ha a valószínűség <XNUMX volt, akkor úgy véltük, hogy a szemetesben való lövés jelentősen eltér a precíziós alapvonaltól. Végül megszámoltuk az egyes tartályokban a tüzelési sebességgel rendelkező neuronok számát, amely szignifikánsan nagyobb vagy alacsonyabb volt, mint a kiindulási alaplövés, és ezeket az értékeket a teljes populáció töredékeiként ábrázoltuk (Ábrákon. 5C, , 66C, , 77C, , 88C, , 99B,D, , 1010F,G).

 

Ábra 9.

Az ipsilaterális vagy kontralaterális D1 vagy D2 antagonista injekció nem befolyásolja a tartályba jutás juttatásához igazított idegi aktivitást. A, C, A ROC AUC értékeket kiszámítják és megjelenítik a ábra 5B, kivéve az időtartályokat (200 ms), amelyek hosszabbak és igazodnak ...

A preinjekció és az injekció utáni időszakban gerjesztett vagy gátolt neuronok arányának összehasonlításához adatcsökkentési megközelítést alkalmaztunk. Először kiszámoltuk az 50 ms-rostok hányadát az 0 és az 1 között a dátum megjelenése után, amelyben az egyes neuronok jelentős gerjesztést vagy gátlást mutattak. Ezután összehasonlítottuk ezeket a frakciókat az injekció előtti és az injekció utáni időszakokban egy párosított Wilcoxon-teszttel. Azokat az idegsejteket, amelyek nem mutattak szignifikáns modulációt sem a binokban sem az injekció előtti, sem a fecskendezés utáni időszakban, kizártuk az elemzésből, és nem vettük be azokat a grafikonokat, amelyek a jelentős konténerek medián hányadát mutatták (pontszerű és whisker grafikonok az egyes részek jobb oldalán a Ábrákon. 5C, , 66C, , 77C, , 88C, , 1010F,G). Ez az eljárás kiküszöböli a neuronok nagy populációjának befolyását anélkül, hogy a DS utáni ablak és a DS előtti alapvonal aktivitása között különbséget mutatna; ez a populáció nem érdekes, mégis hozzájárul számos olyan nulla értékhez, amely torzítja a szignifikáns tálcák mediánszámát az 0 felé, és homályos, mind az infúzió utáni csökkenése, mind növekedése a szignifikáns tálcák arányában.

Hasonló elemzéseket végeztek a jutalomtartályba való belépés után bekövetkező fogyasztással kapcsolatos tüzelés esetén is. Az állatok általában> 5 másodpercig maradtak a tartályban; ezért e viszonylag hosszú időintervallumok rögzítéséhez az eredményeket 200 ms-os tárolók segítségével mutatjuk be (Ábra 9). A preinjekció és az injekció utáni periódusokban izgatott idegsejtek arányának összehasonlítására szolgáló időablak 0 és 1.5 között volt, míg 0 és 5 között volt a gátlásokhoz; egy rövidebb elemzési ablakot használtunk a gerjesztésekhez, mivel azok inkább átmeneti jellegűek voltak. Az ROC elemzéseket az Albert Einstein Orvostudományi Főiskola nagy teljesítményű számítástechnikai klaszterén végeztük, az R pROC csomag alkalmazásával.

A feladat eseményein kívüli „kiindulási” tüzelési sebesség összehasonlításához összehasonlítottuk az 10 tálcák átlagos égetési sebességét az antagonisták minden egyes DS előinjekciózása és utáni injektálása előtt. Ez az eljárás funkcionálisan egyenértékű a kiindulási kioltási sebesség véletlenszerű mintavételével, mivel a DS-k szinte azonos eséllyel vannak feltüntetve bármikor a viselkedéses ülés során. A neuronokat besoroltuk úgy, hogy azok szignifikánsan DS-kiváltott gerjesztést mutatnak (a gyógyszer infúziója előtt vagy sem), majd az injektálás előtti és utáni periódusok kiindulási sebességét ezekben a csoportokban hasonlítottuk össze egy párosított Wilcoxon-teszttel (Ábra 10H,I). A DS-gerjesztett idegsejtekhez lineáris illesztést is elvégeztünk, és összehasonlítottuk ennek a vonalnak a meredekségét az egységvonallal (az 1 meredeksége).

Ha több összehasonlítást hajtottak végre az azonos alanyból származó adatok részhalmazain (Ábrákon. 2C-E, , 55A,C, , 66A,C, , 77A,C, , 88A,C, , 99B,D, , 1010B,C,F,G), p az értékeket Bonferroni-val helyesbítettük; azaz a p az értéket megszorozzuk az összehasonlítások számával. korrigált p az értékeket akkor tekintik szignifikánsnak, ha p <0.05. Az összes korrekciót 3-as tényezővel hajtották végre, kivéve ábra 2C-E, amelyben a tényező 2 volt.

Videókövetés.

A kísérletek egy részében a patkány helyzetét felső kamera (30 kép / s) és számítógépes nyomkövető rendszer (Cineplex; Plexon) segítségével mértük. A rendszer nyomon követte a x és a y a rögzítőfejhez csatlakoztatott két különféle színű LED helyzetje. Ahogy korábban leírtuk (McGinty és munkatársai, 2013), kiszámítottunk egy centroidot, amely leírja az egyes videoképek LED-pozíciói közötti középpontot. A hiányzó adatpontok legfeljebb 10 egymást követő képkockát töltöttek ki lineáris interpolációval; azon ritka esetekben, amikor> 10 képkocka hiányzott, az adatokat elvetették. Minden videoképhez kiszámoltuk a centroid helyzete közötti távolságot SD-ben és egy időablakban ± 200 ms. Ezek az SD mérések alkotják a mozgás indexét (LI) a videó adott keretéhez. A log-transzformált LI-k bimodálisan oszlottak el, az alsó csúcs kevés vagy egyáltalán nem mozgó korszakot, a felső csúcs pedig a mozgást jelentette (Drai és munkatársai, 2000). Ezután két Gauss-féle függvényt illesztettünk a LI-eloszláshoz, és meghatároztuk a mozgási küszöböt azon a ponton, ahol ezek a funkciók a legkevesebb átfedésben vannak.

A mozgásokat legalább nyolc egymást követő keretként definiáltuk, amelyek LI-jei meghaladták a mozgásszint küszöbét. A mozgás kezdetének idejének meghatározása céljából az analízist olyan DS kísérletekre korlátoztuk, amelyekben az állat még mindig volt a dákó kezdetén, majd kiszámítottuk a dátum megjelenése és az első keret közötti késést, amelyben az LI meghaladta a mozgási küszöböt (Ábrákon. 1D-F, , 22B,D). Ha egy próbán nem mértek észrevehető mozgást, akkor a próba késleltetését> 10 s-nak határozták meg (a jelzés hossza, Ábra 1D). Hasonló eredményeket kaptunk, amikor az ilyen kísérleteket kihagytuk az elemzésből (az adatokat nem mutatjuk be). A DS-val módosított mozgás-késleltetési eloszlást ezután patkányokon keresztül összegyűjtöttük, és a mediánokat összehasonlítottuk Wilcoxon-teszttel. A DS által kiváltott, karral irányított mozgások maximális sebességére és átlagsebességére mutató latencia számszerűsítéséhez mindegyik kísérletet elvégeztük, amely kar lenyomásával zárult le, még akkor is, ha a patkány a DS kezdetén mozog (Ábra 1E,F).

Szövettan.

Az állatokat mélyen érzéstelenítettük euthasollal, majd intrakardiálisan perfuzáltuk sóoldattal és 4% formalinnal. Az egyenáramot (15 μA) a tömbök mindegyik elektródján átvezettem ∼30-k számára, hogy elváltozások jöjjenek létre. Az agyokat eltávolítottuk és formalinban tároltuk, amíg feldolgozásuk nem zajlott. Kiosztával történő szeletelés előtt az agyokat több napon át kromatografáltuk oly módon, hogy 30% szacharózba merítettük. A metszeteket (50 μm) megfestettük a Nissl anyaggal, hogy a kanül és az elektróda sávjait és sérüléseit megjelenítsük (Ábra 11).

 

Ábra 11.

Az antagonista injekciós helyek szövettani rekonstrukciója. Az ábra a patkány agy két koronális metszetét ábrázolja, amelyek a NAc elülső és hátsó részének nagy részét lefedik (0.8 mm – 2.8 mm a bregmától elöl). A fekete pontok jelentik ...

Eredmények

A patkányokat két, hallható ingerrel mutattuk be változó időközönként, átlagolva az 30 értékeket: a jutalom-prediktív DS-t és az NS-t (Ábra 1A; Nicola és munkatársai, 2004a,b; Ambroggi és munkatársai, 2008, 2011; McGinty és munkatársai, 2013). A DS során egy karnyomással lezárták a dést, és egy csepp szacharózt adagoltak a jutalmazó edénybe való belépéskor; Ha az állatok nem reagáltak az 10 mp-en belül, akkor a dátumot jutalom átadása nélkül megszakítottuk, és megkezdtük az interrial intervallumot. Az ebben az időszakban és az NS alatt adott válaszoknak nem volt programozott következménye. Az NS mindig 10 volt. Képzett állatok, amelyek reagáltak a legtöbb DS-re, de kevés NS-re (Ábra 1B), NAc magra célzott kanülített tömbökkel implantáltuk. A kísérletek során az állatok először egy 45 min előinjekciós periódusban végezték el a feladatot, amelynek során rögzítették a NAc idegi aktivitást. Ezután a D1 receptor antagonistát, a SCH23390-t vagy a D2 / 3 antagonistát, a racloprid-et kétoldalúan vagy egyoldalúan infúztuk a NAc-be; az állatok a kamrában maradtak, a feladat függvényében az infúzió alatt és legalább 75 percig azután.

Összhangban a korábbi tanulmányokkal (Yun és munkatársai, 2004; Nicola, 2010), az egyik antagonista NAc magba történő kétoldalú infúziója szignifikánsan csökkentette a DS azon arányát, amelyre az állat reagált (Ábra 1C, sötét szürke nyomait), és megnövelte a mozgás megindításának késleltetését, a video-követéssel mérve a munkamenetek egy részében (Ábra 1D, szürke szaggatott nyomok). Ezzel szemben az azonos adagok egyoldalú beadása nem befolyásolta a DS válasz arányát (Ábra 1C, világosszürke nyomok), a mozgás megindításának késleltetése a DS kezdete után (Ábra 1D, szaggatott világos narancssárga nyomok) és a kar vagy a mozgási sebesség elérésének késleltetése a kar megközelítésekor (Ábra 1E,F). Ezek a viselkedési adatok azt mutatják, hogy az NAc dopamin egyetlen féltekén elegendő a viselkedés fenntartásához, jóllehet a D1 vagy a D2 / 3 receptorok blokkolása mindkét féltekén súlyosan rontja a válaszadást. Ez a disszociáció kritikus kísérleti előnyt kínál, mivel lehetővé teszi a dopamin antagonisták neurális aktivitásra gyakorolt ​​hatásainak tesztelését, ha a viselkedés romlik (kétoldalú injekció), és amikor nem (egyoldalú injekció), ezáltal kizárva a megfigyelt változások esetleges összetéveszthetőségét. Az antagonista infúzió utáni idegi aktivitásban másodlagosak a viselkedés változásai.

322 NAc idegsejtekből vettük fel 31 felvételi / injektálási szakaszokban 12 patkányokon. A rögzített idegsejtek körülbelül 45% -át szignifikánsan gerjesztették a DS bemutatása. Ezeknek a gerjesztéseknek a korábban bejelentett tulajdonságokhoz hasonló tulajdonságai voltak (Yun és munkatársai, 2004; Nicola és munkatársai, 2004a; Ambroggi és munkatársai, 2011; McGinty és munkatársai, 2013; Morrison és Nicola, 2014): Nagyobbak voltak, mint az NS-k (Ábra 2A); rövid késéssel kezdődtek a dákó megkezdése után (∼120 ms), és a kar-irányú mozgás kezdete előtt fordultak elő (Ábra 2B); és azok nagysága korrelálódott a viselkedési válasz valószínűségével, a mozgás kezdete késésével és a kar közelségével (McGinty és munkatársai, 2013; Ábra 2C-E).

A D1or D2 / D3 antagonista kétoldalú infúziója a DS által kiváltott gerjesztés nagyságának hirtelen csökkenését okozta. Amint azt a két példa neuron (Ábra 3A,C), ez a hatás leginkább az infúzió utáni percekben volt kifejezhető, amely megfelel az injekciók által kiváltott, a dákó által kiváltott megközelítési viselkedés maximális csökkenésének (Ábra 3A,C, kék raszterek és hisztogramok). Amikor a viselkedési hatás helyreállt, a tüzelési válasz is helyreállt (Ábra 3A,C, fekete raszterek és hisztogramok). Ez az eredménymintázat konzisztens volt a dákóval gerjesztett neuronok között (Ábrákon. 5A, , 66A, Kétoldalú hisztogramok és bajusz ábrák). A hipotézis alátámasztására, miszerint ezek a gerjesztések megadják a kar megközelítésének lendületét, a jel által kiváltott gerjesztés nagysága az injektálás előtti időszakban azt jósolta, hogy az állat késése elérje a kart (Ábra 4A,C, balra). Kétoldalú D1 vagy D2 antagonista injekció után ezeket a késleltetési időket jelentősen magasabb értékekre váltottuk, gyakran annyira magasra, hogy az 10 cue bemutatásán egyáltalán nem volt válasz (Ábra 4A,C, bal és jobb lappangási eloszlások). Feltűnő, hogy noha a dákó által kiváltott égetést az antagonisták csökkentik, továbbra is előre jelezte a viselkedésre adott válasz erősségét az injekció utáni és a gyógyulási időszakban (Ábra 4A,C, jobb raszteres parcellák). Ez a megfigyelés azt mutatja, hogy a gyógyszer viselkedésbeli és idegi hatásai korreláltak egy próba alapján: minél nagyobb a dopamin antagonista által okozott égetés csökkenése, annál nagyobb a kés elérési ideje a karhoz, és annál kisebb a valószínűsége, hogy a az állat egyáltalán elérte a kart.

Ennek a próba-próba korrelációnak a konzisztenciájának kiértékeléséhez kiszámítottuk minden egyes dákkal gerjesztett neuronra a Spearman rangkorrelációt a gerjesztés nagysága és a kar megnyomásának késleltetése között. Az 10 késleltetési idejét olyan kísérletekhez rendeltük, amelyekben nem volt válasz; Ezért ezekben a kísérletekben a késés a legmagasabb rangsorban volt. (Hasonló eredményeket kaptunk, ha a DS-szelvény nélküli válaszreakció nélküli kísérleteket elhagyták az elemzésből; az adatokat nem mutattuk be.) Amikor összehasonlítottuk az injekció előtti korrelációs együtthatókat a kombinált injekció utáni / helyreállítási időszak korrelációs együtthatóival, azt tapasztaltuk, hogy szinte minden az együtthatók mindkét időszakban negatívak voltak. Ezen túlmenően az antagonisták vagy nem gyakoroltak szignifikáns hatást a medián együtthatóra, vagy még nagyobb negatív értékek felé mozgatták az eloszlást (Ábra 4B,D). Ezért nem csak a jel által gerjesztett neuronok populációja képes megbízhatóan megjósolni a viselkedési válasz késleltetését, hanem az antagonista által egy adott vizsgálatban okozott válasz késleltetés növekedését erősen megjósolja az antagonista hatása a jel által kiváltott gerjesztésre ezen a kísérleten. Ezek az eredmények szilárd bizonyítékot szolgáltatnak az endogén dopamin ok-okozati szerepére a jutalomra törekvő válasz lendületének megadásában: a dopamin növeli az NAc neuronok cue által kiváltott gerjesztését, ami viszont rövid késleltetésű megközelítést eredményez a karon.

Ezen eredmények alternatív értelmezése az, hogy a csökkent dákó által kiváltott gerjesztés a csökkent viselkedésbeli reakció következménye - talán azért, mert a gerjesztés csupán nyomon követi (vagy előre látja) a viselkedési reakciót, de nem okozati rá. Ha ez a helyzet, akkor az antagonisták olyan módon történő alkalmazása, hogy ne befolyásolják a viselkedést, nem vezethet csökkentett dákó által kiváltott gerjesztéshez. Amint azt a két példa neuron is kimutatta (Ábra 3B,D), a D1or vagy a D2 / D3 antagonista egyoldalú injektálása jelentősen csökkentette a dákó által kiváltott gerjesztés mértékét, bár az egyoldalú injekciók nem változtattak meg a viselkedési teljesítményben. Hasonló eredményeket kaptunk az injektált NAc-ben regisztrált, cue-kiváltott gerjesztések átlagolásakor (Ábrákon. 5A, , 66A, Ipsilaterális hisztogramok); ezenkívül az átlag adatok azt mutatják, hogy az idegsejtek által kiváltott, a NAc-val ellentétesen gerjesztett gerjesztések nem befolyásoltak (Ábrákon. 5A, , 66A, Kontralaterális hisztogramok). Annak kizárására, hogy a dákó által kiváltott gerjesztés csökkenése az injekciókhoz képest kétoldalúan a viselkedésbeli válasz valószínűségének kis különbségeiből fakad, megismételtük az elemzést, miután kizártunk minden olyan kísérletet, amelyben az állat nem reagált karral; hasonló eredményeket kaptunk (az adatokat nem mutatjuk; p <0.05 mind a D1, mind a D2 antagonisták esetében, Wilcoxon). Ezek az eredmények azt mutatják, hogy az antagonisták által kiváltott ingerlés nem valószínű, hogy a viselkedési teljesítmény romlása következménye.

Bár a dákó által kiváltott gerjesztés időbeli tulajdonságai meglehetősen hasonlóak voltak a neuronok között, a dákóképződést követő gátlások sokkal változatosabbak voltak, tipikusan későbbi kezdetű és kevésbé sztereotípiás időbeli változásokat mutatnak, mint gerjesztések (Ábrákon. 5B, , 66B). Ezért az egyetlen időablakra összpontosító gátlások (és bizonyos mértékig gerjesztések) elemzése hiányozhat a jel jelentős részétől. Ezenkívül a szokásos statisztikai kimutatási módszerek nem tudják következetesen azonosítani a nagyon alacsony bazális égetési sebesség csökkenését, beleértve a sok NAc idegsejtet is. Ezen kérdések megkerülése érdekében egy befogadóbb megközelítést alkalmaztunk, amelyben minden rögzített idegsejtben az 50 ms utólagos idõtartályokhoz mennyiségileg meghatároztuk a ROC AUC-t, amely a szemétkosárban égetés és az eredeti alapvonal különbségét jelenti. Az AUC-értékek hőtérképe az időtáblákban, a DS kezdetéhez igazítva (Ábrákon. 5B, , 66B) bizonyítják, hogy a DS által kiváltott gerjesztés csökkentése a D1 és D2 antagonisták két- és ipszilaterális (de nem kontralaterális) injekciói után szinte minden dákó által gerjesztett neuronban kifejeződik, és a gerjesztés teljes időtartama alatt megtörtént. Ezzel szemben a DS kialakulása utáni gátlások nem csökkentek. Ezen hatások számszerűsítése céljából meghatároztuk, hogy az egyes AUC-értékek szignifikáns különbséget mutatnak-e a kiindulási értékhez képest, kiszámítva egy bootstrapped p-értéket, amely azt a valószínűséget képviseli, hogy az AUC-t a véletlenszerűen eloszlatott kiindulási alap és az élelmezés utáni hulladékgyújtási arányokból származó AUC-k eloszlása ​​alapján vették mintának (lásd Anyagok és Mód). Amint azt az ábrák mutatják, hogy a szignifikáns (p <0.05) gerjesztés vagy gátlás az egyes kukákban, a DS kezdetéhez igazítva (Ábrákon. 5C, , 66C(az egyes oszlopok bal oldali grafikonjai)), az gerjesztések arányát, de nem a gátlásokat, az antagonisták két- és kétoldalú injekcióival csökkentjük. Ezt az értelmezést statisztikailag megerősítették a szignifikánsan gerjesztett és gátolt tálcák arányának összehasonlításával az 1 teljes DS-utáni ablaka alatt (Ábrákon. 5C, , 66C, pontok). Így a D1 és D2 antagonista injekciókkal a gerjesztés a DS kezdete után csökkent, de a gátlások nem.

Valójában a szignifikáns gátlást mutató neuronok száma megnőtt bizonyos típusú injekciók után (Ábrákon. 5B,C, , 66B,C). Ezek a kialakuló gátlások valószínűleg nem befolyásolták a bilaterális antagonista infúziók viselkedésbeli hatásait, mivel nem voltak konzisztensek (pl. Kétoldalú és kontralaterális, de nem ipsilaterális D1 antagonista injekció után és ipsilaterális, de nem bilaterális D2 antagonista injekció után fordultak elő, ezért) nem magyarázzák az antagonisták viselkedésbeli hatásait. Ezen túlmenően, ezek a késői gátlások a DS megjelenése után voltak a legszembetűnőbbek X600 ms-ban, amikor az ellenőrzési körülmények között a célközpontú megközelítés viselkedésének ∼50% -át már elindították (Ábra 2B). Következésképpen nem valószínű, hogy a kialakuló gátlások hozzájárulnának az antagonista által kiváltott megközelítés-kezdeményezési latencia növekedéséhez vagy a válasz valószínűségének csökkenéséhez. Érdekes módon a felmerülő gátlások nagy része a DS-gerjesztett idegsejtekben fordult elő, általában a gerjesztés vége felé (kétoldalú D1 antagonista: 14 / 17 neuronok, 82%; ipszilaterális D2 antagonista: 11 / 16 neuronok, 69%; Ábrákon. 5B,C, , 66B,C), összhangban azzal a lehetőséggel, hogy az izgalmi válasz antagonista által kiváltott csökkentése lefedte őket, és alátámasztva azt a hipotézist, miszerint a DS-val gerjesztett idegsejtek kirúgása oka a megközelítési viselkedés megindulásának.

NS bemutatókat, amelyek ritkán váltottak ki kar-sajtó válaszokat (Ábra 1B) kicsi, de következetes gerjesztést váltott ki ugyanazon idegsejtekben, amelyeket a DS gerjesztett (Ábra 2A). Meglepő módon az NS által kiváltott gerjesztéseket a D1 antagonista sem nagyságrendben (Ábra 7A) vagy izgatott idegsejtek számában (Ábra 7B,C). Ezzel szemben a D2 antagonista injekció csökkentette az NS által kiváltott gerjesztések nagyságát és számát (Ábra 8). Az NS által kiváltott gátlásokat egyik antagonista sem csökkentette (Ábrákon. 7B,C, , 88B,C). Ezért ezekben a körülmények között a NAX idegsejteknek D1 receptor aktiválásra van szükségük, hogy nagymértékű gerjesztéseket hozzanak létre az ösztönző jutalom-prediktív stimulusokra reagálva, míg a D2 receptor aktiválásához szükség van mind a jutalom-prediktív, mind a semleges stimulusokra adott válaszokra.

Megfontoltuk annak a lehetőségét, hogy a jutalom-kereső magatartás csökkentése a kétoldalú infúziók után a megerősítéshez kapcsolódó idegi folyamat megszakításának vagy a jutalom hedonikus feldolgozásának következménye lehet. Az ilyen folyamatok magukban foglalhatják a NAc idegsejtek alpopulációit, amelyeket gátolnak vagy gerjesztnek a szacharóz fogyasztása során (Nicola és munkatársai, 2004b; Roitman és munkatársai, 2005; Taha és Fields, 2005). Mivel az állatok az egyoldalú antagonista infúzió után továbbra is jutalmat kerestek, meg tudtuk állapítani, hogy a jutalomfogyasztással kapcsolatos idegsejtek aktivitása függ-e a dopamin receptor aktiválódásától. Megvizsgáltuk a lövöldözést az állat jutalomtartályba való belépését követő 5 másodperc alatt, az az időszak, amely alatt a jutalomfogyasztás jellemzően bekövetkezikNicola, 2010). ROC elemzéssel összehasonlítottuk az ablakon belüli 200 ms tálcákban az égetést az 10 s precue baseline értékével; A kapott AUC-értékek hőtérképei az antagonista injekció csekély hatását mutatják, akár ipsilaterálisan, akár ellentétesen az injekcióval (Ábra 9A,C). A gerjesztett és gátolt neuronok arányát az antagonisták nem befolyásolták (Ábra 9B,D), amely arra utal, hogy a fogyasztáshoz kapcsolódó gerjesztések és gátlások nem függenek a dopamintól. Hasonló eredményeket kaptunk, amikor ugyanazt az elemzést elvégeztük 50 ms tálcákkal (az adatokat nem tüntettük fel).

Annak kizárására, hogy a megfigyelt eredmények az antagonistától eltérő tényezőktől származnak (pl. A befecskendezés vagy a gyógyszerhordozó valamilyen alkotóelemének okozta fizikai zavar), néhány kísérletben fiziológiás sóoldatot injektáltunk. Amint azt egy példakénti neuron (Ábra 10A) és a végső gerjesztésű neuronok átlagos gerjesztése alapján (Ábra 10B), A DS által kiváltott gerjesztéseket nem változtatta meg sós injekció; Az NS által kiváltott gerjesztéseket szintén nem befolyásolta (Ábra 10C). Ezenkívül a sóoldat injekciója nem befolyásolta az idegsejtek azon arányát, amelyek szignifikáns gerjesztést és gátlást mutattak a DS vagy NS kialakulása után (Ábra 10D-G).

Végül azt kérdeztük, hogy a dopamin receptor aktiválása megengedhető-ea védett megközelítés viselkedéséhez, hozzájárulva a NAc neuronok kiindulási sebességéhez. E hipotézissel ellentétben sem a D1, sem a D2 antagonista nem mutatott szignifikáns hatást a DS-gerjesztett vagy más NAc-idegsejtek kiindulási sebességére (Ábra 10H,I).

Megbeszélés

Ezek az eredmények azt a mechanizmust sugallják, amelyben az NAc dopamin elősegíti a környezeti ingerek által kiváltott jutalomkeresési magatartást: a dopamin-receptor aktiválása megkönnyíti a dákó által kiváltott gerjesztéseket, amelyek viszont elősegítik a jutalomhoz kapcsolódó tárgyak megközelítésének rövid késleltetésű kezdeményezését. Ezt a következtetést határozottan alátámasztja az a megfigyelés, hogy a bilaterális dopamin antagonista injekció egyaránt növeli a mozgás megindításához szükséges késleltetést (Ábra 1D) és csökkentette a dákó által kiváltott gerjesztések nagyságát (Ábrákon. 33.-6). A csökkent dákó által kiváltott gerjesztés nem lehet a káros viselkedés következménye, mivel az egyoldalú injekciók nem változtattak meg a DS által kiváltott viselkedésnél (Ábra 1C-F), de mégis jelentősen csökkentette a DS által kiváltott gerjesztést az injektált szövetben (Ábrákon. 3B,D, , 5,5, , 6) .6). Ezek a gerjesztések voltak a NAc-ban domináns idegi válaszok (a felvett neuronok 45% -ában fordultak elő), és mindkettő megelőzte a mozgás kezdetét (Ábra 2B) és a mozgás beindulásának késleltetési ideje nagyobb bekapcsolással rövidebb késleltetésű vizsgálatoknál (Ábra 2D) (McGinty és munkatársai, 2013; Morrison és Nicola, 2014). Ezért a dákó által kiváltott gerjesztés egyaránt függ a dopamintól és szükséges az erőteljes jutalomkereséshez.

Eredményeink azt mutatják, hogy a dákó által kiváltott gerjesztés és a NAc-ben más idegi aktivitás más formája valószínűleg kritikus jel az idegi körben, amely meghatározza a célközpontú mozgások késleltetését. Ez a következtetés abból a megfigyelésből következik, hogy az antagonisták csökkentik a dákó által kiváltott gerjesztést anélkül, hogy csökkentenék a dákó által kiváltott gátlásokat, a jutalomhoz kapcsolódó fogyasztási tüzelést vagy a kiindulási égési sebességeket. Ezen túlmenően azok a kísérletek, amelyekben az antagonisták kétoldalú injekciói voltak a leghatékonyabbak az gerjesztés csökkentésére, azokban a kísérletekben voltak, amelyekben a viselkedésük leginkább károsodott (Ábra 4), határozottan ellenezve annak lehetőségét, hogy az idegsejtek kódolásának valamilyen más észrevétlen változása felelős a viselkedési hatásokért. Ezért adataink szilárdan összekapcsolják az NAc dopamin receptor aktiválódását, a jel által kiváltott gerjesztés nagyságát és az állat késését a jutalomkeresés megkezdéséhez.

A korábbi munkák azt mutatták, hogy a VTA-inaktiváció, amely csökkentette a NAc dákó által kiváltott gerjesztéseket és gátlásokat, szintén megakadályozta az állatokat, hogy kitárt megközelítési viselkedést mutatjanak (Yun és munkatársai, 2004). Ez a tanulmány azonban nem szüntette meg annak lehetőségét, hogy ezek a változások közvetett áramköri hatást jelentenek. Itt demonstráljuk, hogy a rögzített idegsejtekben lokális dopaminreceptorok szükségesek a dákó által kiváltott gerjesztéshez, kiküszöbölve annak lehetőségét, hogy az antagonista hatások a NAc-t megelőző dopamin hatásának következményei. Ezzel szemben, bár a dákó által kiváltott gátlásokat a VTA inaktiváció csökkentette (Yun és munkatársai, 2004) nem csökkent a helyi dopamin antagonista injekcióval, ezért ezek a gátlások nem valószínű, hogy a dopamin NAc-n belüli közvetlen hatásának következményei.

A D1 és a D2 antagonisták hatása mind a DS által kiváltott megközelítési viselkedésre, mind a DS által kiváltott tüzelésre rendkívül hasonló volt. Ezek a megfigyelések összhangban állnak egy hosszú NAc mikroinjekciós kísérlet sorozatával, amelyben a D1 és a D2 antagonisták szinte megkülönböztethetetlen viselkedési hatásokat fejtettek ki a miénkhez hasonló dózisokban (Hiroi és White, 1991; Ozer és munkatársai, 1997; Koch és munkatársai, 2000; Eiler és munkatársai, 2006; Pezze és munkatársai, 2007; Lex és Hauber, 2008; Liao, 2008; Nicola, 2010; Shin és munkatársai, 2010; Haghparast és munkatársai, 2012). Ezek az eredmények, valamint az injektált készítmény antagonista koncentrációja, amelyre szükség van a hatások megfigyeléséhez (mm), és a gyógyszerek affinitása célpontjaikhoz (nm), megkérdőjelezik, hogy a gyógyszerhatások specifikusak-e. Bár a hatékony koncentráció a receptoron valószínűleg lényegesen alacsonyabb, mint a befecskendezett koncentráció a gyógyszerek diffúziója, metabolizmusa és oxidációja miatt, ezen folyamatok együttes hatékonysága és időtartama ismeretlen. Ezért az egyik formális lehetőség az, hogy mind a SCH23390, mind a raclopride viselkedésbeli és elektrofiziológiai hatásai mindkét gyógyszer eredményeként egy vagy több receptort kötik, amelyeket egyáltalán nem kötődik a dopamin. Számos tényező vitatja ezt a lehetőséget. A dákó által kiváltott megközelítés viselkedését nemcsak a SCH23390 és a racloprid gátolja, hanem a széles spektrumú dopamin receptor antagonista flupenthixol injektálásával a NAc-be (Di Ciano és munkatársai, 2001; Saunders és Robinson, 2012), a VTA inaktiválásával (Yun és munkatársai, 2004) és a NAc 6-hidroxidopaminnal (Parkinson és munkatársai, 2002), amely szelektíven elpusztítja a katecholaminerg szálakat. Ezenkívül a dopamin-újrafelvétel-blokkoló, a D1 vagy D2 receptor agonista vagy a dopamin felszabadító amfetamin NAc injekciója növeli a megkerülhető megközelítés valószínűségét (Wyvell és Berridge, 2000; Nicola és munkatársai, 2005; du Hoffmann és Nicola, 2013). Végül a VTA dopamin idegsejtek optogenetikus önstimulációját (ezt a viselkedést kétségtelenül fenntartja a dopamin neuron aktiválása) az SCH23390 vagy racloprid NAc-ba történő injektálásával enyhítik az itt alkalmazotthoz hasonló dózisokban (Steinberg és munkatársai, 2014). Nehéz elképzelni egy olyan egyszerű mechanizmust, amely figyelembe veheti ezeket az eredményeket, anélkül, hogy az SCH23390 és a racloprid blokkolná a megkötött megközelítést az endogén dopamin hatásainak blokkolása mellett.

Alternatív lehetőség az, hogy az antagonisták nemcsak a célreceptorjaikat, hanem a célpont nélküli dopaminreceptorokat is megkötik. 10 μm vagy annál alacsonyabb koncentrációk esetén a racloprid nem köti a D1-szerű receptorokat (Hall és munkatársai, 1986); magasabb koncentrációkat nem vizsgáltak. Ezért a racloprid specifikus lehet a D2 / D3 receptorokra még az általunk és másokban alkalmazott mm-es injektálási koncentrációknál is, különösen a diffúzió, az anyagcsere és az oxidáció után. A SCH23390 D2-szerű receptorokhoz való kötődési állandójának becslése az 1 és az 5 μm (Bourne, 2001; Mottola és munkatársai, 2002); bár ezek az értékek azt sugallják, hogy az SCH23390 az injektált koncentrációkban köti a D2 / D3 receptorokat, az SCH23390 funkcionális hatékonysága a D2-szerű receptorok dopamin általi aktiválásának gátlásában ismeretlen. Megfigyelésünk szerint a racloprid csökkentette az NS által kiváltott gerjesztést, míg a SCH23390 nem támogatta azt az elképzelést, hogy a gyógyszerek különböző receptorokon viselkedtek, de nem határozottan bizonyítja azok specifitását. Ennek ellenére, még ha az egyik vagy mindkét gyógyszer blokkolja mindkét receptortípust a DS által kiváltott gerjesztés csökkentése érdekében, ez teljes mértékben összhangban áll azzal a következtetéssel, hogy a DS által kiváltott gerjesztéshez legalább egy dopamin receptor forma aktiválására van szükség. Tehát, bár a gyógyszerespecifikus kérdés megválaszolatlan marad, ez a kérdés csak csekély mértékben gyengíti azt a fő következtetését, hogy a dopamin megkönnyíti a vitatott megközelítést azáltal, hogy növeli a dákó által kiváltott gerjesztést.

Ha a gyógyszerek valóban specifikusan hatnak, arra a megállapításunkra, hogy a D1 és a D2 / D3 antagonisták mindegyik csökkentette a dákó által kiváltott égetést a cue-gerjesztett neuronok többségében, arra utalunk, hogy ezen receptorok aktiválása szinergetikusan ugyanazon neuronok gerjesztéséhez vezet. Mivel a D1 és a D2 receptorok a NAc idegsejtjeinek nagymértékben szegregált populációiban találhatók (Albin és munkatársai, 1989; Gerfen és munkatársai, 1990), a NAX mag és a héj neuronok jelentős része, amelyek expresszálják a D1 receptorokat, szintén tartalmaznak mRNS-t a D3 receptorokhoz (Le Moine és Bloch, 1996), amelyeket a D2 antagonisták, beleértve a raclopridet is blokkolnak. A D1 és a D3 receptorok együttes expressziója olyan potenciális mechanizmust jelent, amelyben a dopamin elősegítheti az NAc neuronok gerjesztését olyan szinergikus hatás révén, amelyet blokkolhatnak a D1 vagy a D2 / 3 antagonisták (Schwartz és munkatársai, 1998). Alternatív megoldásként (vagy ezen felül) a D1 és a D2 (és / vagy D3) receptorok közötti interakció helyi áramkör szintjén (Goto és Grace, 2005; Gerfen és Surmeier, 2011). Például a dopamin a D1 receptorokon hat, csökkentve a GABA NAc idegsejtekbe történő felszabadulását (Nicola és Malenka, 1997; Hjelmstad, 2004), amely elősegítheti az gerjesztést a tüskés idegsejteken lévő D2 / D3 receptorok aktiválásával együttesen (Hopf és munkatársai, 2003). Nevezetesen, ezek a mechanizmusok feltételezik, hogy a dopamin nem közvetlenül gerjeszti a NAc idegsejteket, hanem növeli azok ingerlékenységét a glutamatergikus bevitelre reagálva; így megmagyarázhatják, hogy miért akadályozzák a dák-mi-antagonisták a cue-kiváltott gerjesztéseket, hanem a basolaterális amygdala és a prefrontalis cortex inaktiválásával is (Ambroggi és munkatársai, 2008; Ishikawa és munkatársai, 2008), amelyek mindkettő glutamatergikus előrejelzéseket küldenek a NAc-nak (Brog és munkatársai, 1993).

A SCH23390 és a raclopride hatása közötti hasonlóságok és különbségek két kontrasztos idegmechanizmus következményei lehetnek, beleértve a fázisos és a tonikus dopamint. Mivel a D1 és a D2 / D3 antagonisták csökkentik a DS által kiváltott gerjesztést, ugyanakkor az ugyanazon idegsejtekben előforduló kisebb NS kiváltott gerjesztést csak a D2 / D3 antagonista csökkentette (Ábrákon. 8, , 9), 9), úgy tűnik, hogy a dopamin elősegíti az ingerérték kódolását a D1 receptorok aktiválásával, de megkönnyíti a válaszok kiváltását az összes jelre (függetlenül attól, hogy azok értékes eredményhez társulnak-e) a D2 / D3 receptorokon keresztül. Ennek oka lehet az, hogy a NAc-ban a jutalom-prediktív, mint a semleges jelek miatt nagyobb fázisú dopamin-tranziensek jönnek létre (Phillips és munkatársai, 2003; Roitman és munkatársai, 2004). Mivel a D2 / 3 receptorok nagyobb affinitást mutatnak a dopaminhoz, mint a D1 receptorokhoz, az NS által kiváltott kis dopamin-tranzienseknek elegendőnek kell lenniük csak a D2 / 3 receptorok aktiválásához, míg a jutalom-prediktív DS-ek a dopamin koncentrációt olyan magas szintre emelik, hogy a D1 receptorok aktiválódjanak. (Grace, 1991).

Alternatív megoldásként a dózis által kiváltott gerjesztés mértékét inkább tonikus, mint fázisos dopamin segítségével lehet szabályozni. A tonikus dopamin szint tükrözi a tétlenség alternatív költségeit (Niv és munkatársai, 2007), ezáltal beállítva az operatív teljesítmény lendületét. Így ha elég magas tonikus dopaminszintet érünk el, elegendő dopaminreceptor aktiválódhat, hogy megkönnyítsük a dudor által kiváltott gerjesztést és csökkentsük a jutalom-keresési megközelítés késleltetését. Egy hasonló mechanizmus alapját képezheti a NAc dopamin közismert hozzájárulása a nagy erőfeszítést igénylő nem kezelt operatív feladatok elvégzéséhez (Salamone és Correa, 2012), amelyben a dopaminzavar növeli a operandumhoz való közeledés késését (Nicola, 2010). A hallgatólagos külső útmutatások (pl. A kar látása) vagy a belső útmutatások (például időzítésből vagy éhségből adódóan) az izgalmas NAc idegsejtek megközelítését nagyobb mértékben kiválthatják, ha az alternatív költségek és a dopamin szint magas.

Összefoglalva, a specifikus farmakológiai mechanizmustól függetlenül eredményeink azt mutatják, hogy a NAc dopamin elősegíti a jutalom-kereső viselkedést azáltal, hogy növeli a NAc neuronok gerjesztését a kiemelkedő környezeti ingerekre. Ennek a gerjesztésnek a nagysága határozza meg az alany késleltetését egy megközelítési válasz kezdeményezésére. E mechanizmus révén a dopamin szabályozza mind a cued jutalmazás keresésének élességét, mind a valószínűségét.

Lábjegyzetek

Referenciák