Dopamín D1 viðtaki módreglar hippocampal framsetning plasticity til staðbundinnar nýjungar (2008)

J Neurosci. 2008 des. 10; 28 (50):13390-400. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2680-08.2008.

Tran AH1, Uwano T, Kimura T, Hori E, Katsuki M, Nishijo H, Ono T.

Abstract

Hippocampus manna er mikilvægur fyrir nám og minni. Í nagdýrum elda hippocampal pýramída taugafrumur á staðarsértækan hátt og mynda tengslamyndun umhverfisvísa. Sýnt hefur verið fram á mikilvægi glútamatergískra kerfa í námi og í synaptískum plasti í hippocampal taugum. Hlutverk dópamínvirkra kerfa í svörun taugaþéttni hippocampal við nýjum og kunnuglegum staðbundnum áreiti er enn óljós. Til að skýra þetta mikilvæga mál, tókum við upp hippocampal taugafrumur frá dópamíni D (1) viðtaka knock-out (D1R-KO) músum og villtum tegundum þeirra (WT) gotubræðrum undir meðhöndlun á mismunandi staðbundnum vísbendingum í kunnuglegu og skáldsögulegu umhverfi. Hér er greint frá því að í WT músum brugðist meirihluti staðfrumna fljótt við meðhöndlun distals og proximal vísbendinga í bæði kunnuglegu og skáldsögulegu umhverfi. Aftur á móti voru áhrif distal vísbendinga á staðbundna skothríð í D1R-KO músum afnumin. Í D1R-KO músunum var auðveldað áhrif nærlægra vísbendinga í kunnuglegu umhverfi og í nýlegu umhverfi voru flestar staðfrumur ólíklegri til að svara breytingum á staðbundnum vísum. Niðurstöður okkar sýna að hippocampal taugafrumur í músum geta umritað upplýsingar um rými frá fjarlægum og nærlægum vísum á fljótlegan og sveigjanlegan hátt til að dulrita nýjan umhverfi. Þessi hæfni er nauðsynleg fyrir margar tegundir náms og skortur D1R getur breytt róttækum taugastarfsemi af þessu tagi. Við leggjum til að D1R skipti sköpum við að umkóða landupplýsingar í skáldsöguumhverfi og hafa áhrif á plastleika framsetninga hippocampal, sem er mikilvægt í staðbundnu námi og minni.

Hvernig gengur lífið dag frá degi? Er það í jafnvægi og allt eins og það á að vera? Er jafnvægi hvort sem litið er á veraldlega stöðu eða andlega? Lífið er eins og það er. Það er ekki alltaf sólskyn. Það koma reglulega lægðir með rok og rigningu. Við vitum að í heildar samhenginu er lægð hluti af vistkerfi að leita að jafnvægi. Stundum erum við stödd í miðju lægðarinnar. Þar er logn og gott veður, sama hvað gengur á þar sem stormurinn er mestur. Sama lögmál gildir varðandi þitt eigið líf. Ef þú ert í þinn miðju, þínum sannleik þá heldur þú alltaf jafnvægi átakalaust. Sama hvað gustar mikið frá þér þegar þú lætur til þín taka. Huldufólk hefur gefið okkur hugleiðslu sem hjálpar okkur að finna þessa miðju, finna kjarna okkar og sannleikann sem í honum býr. Þegar þú veist hver þú ert og hvers vegna þú ert hér, mun líf þitt vera í flæðandi jafnvægi. Hugleiðslan virkjar þekkinguna sem er í vitund jarðar og færir hana með lífsorkunni inn í líkama okkar. Þar skoðar hún hugsana og hegðunar munstrið og athugar hvort það myndar átakalausu flæðandi jafnvægi. Hinn möguleikinn er falskt jafnvægi sem hafa þarf fyrir að viðhalda með tilheyrandi striti, áhyggjum og ótta. Síðan leiðbeinir þessi þekking okkur að því jafnvægi sem er okkur eðlilegt. Við blómstrum átakalaust, líkt og planta sem vex átakalaut frá fræi í fullþroska plöntu sem ber ávöxt.

Hippocampal myndun (HF) í mönnum og öðrum prímítum er mikilvæg fyrir episodic minni (Maguire o.fl., 1998; Eichenbaum o.fl., 1999; Rolls, 2005; Rúlla og Xiang, 2005). Sár eða meðferð HF í nagdýrum valda staðbundnum námsskorti (Gasbarri o.fl., 1996; Whishaw o.fl., 1997; Wilkerson og Levin, 1999), og upptökur á hippocampal taugafrumum í nagdýrum hafa leitt í ljós að þær skjóta á staðarsértækan hátt (O'Keefe og Dostrovsky, 1971; Wilson og McNaughton, 1993; O'Keefe og Burgess, 1996) í tengslum við ytri og innri vísbendingar (Muller og Kubie, 1987; Wiener o.fl., 1989; Gothard o.fl., 1996; Hetherington og Shapiro, 1997; Shapiro o.fl., 1997; Knierim o.fl., 1998; Zinyuk o.fl., 2000; Lever o.fl., 2002; Leutgeb o.fl., 2005a,b) eða samhengisupplýsingar (Gill og Mizumori, 2006), sem gefur til kynna hlutverk í staðbundnu minni (Wilson og McNaughton, 1993; Leutgeb o.fl., 2005). Að auki virðist HF veita tauga framsetningu á líkamlegu rými, þó að víðtækari aðgerðir hafi einnig verið stungið upp (Maguire o.fl., 1998; Eichenbaum o.fl., 1999). Talið er að staðsetning klefi rýmis liggi til grundvallar ákveðnum tegundum af staðbundnu námi (McHugh o.fl., 1996, 2007; Cho o.fl., 1998; Kentros o.fl., 1998; Eichenbaum o.fl., 1999; Rotenberg o.fl., 2000; Dragoi o.fl., 2003). Það kom í ljós að dópamín D1 mús viðtaka (D1R-KO) mýs höfðu skert landfræðilegt nám og breyttu staðbundinni virkni í kjarnanum.El-Ghundi o.fl., 1999, Tran et al., 2005). Þar sem dópamín mótar synaptic plasticity hippocampal (Otmakhova og Lisman, 1996; Matthies o.fl., 1997; Swanson-Park o.fl., 1999; Li et al., 2003), er það tilgáta að öflun staðbundinnar framsetningar í hippocampus sé skert í D1R-KO músum. Núverandi rannsókn prófaði þessa tilgátu með því að bera saman virkni staðfrumna í D1R-KO og villtum tegundum (WT) músum sem svar við staðbundnum vísbendingum í kunnugum og nýjum aðstæðum.

Efni og aðferðir

Dýr.

Tíu karlkyns WT-mýs (26 – 33 g) og 7 karlkyns D1R-KO mýs (24 – 29 g) voru notaðar í þessari taugafrumutökuupptöku. Mýs voru æxlaðar á rannsóknarstofu í samvinnu (National Institute for Basic Liology, National Institute of Natural Sciences).

Kynslóð af D1R-KO músum.

Dópamín D músarinnar1 viðtaka gen var einangrað úr 129 / Sv erfðamengi DNA bókasafns (Stratagene) með blendingum með 884 bp PCR vöru, þar sem grunnpar eru 5′-TCC AAG GTG ACC AAC TTC TTT GT-3 ′ og 5′-CTA TAG CAT CCT AAG AGG GT CGA-3 ′. Miðunarvektorinn var smíðaður til að eyða allri kóðunarröðinni með því að nota eftirfarandi DNA brot: 1.2 kb MC1 promotor-barnaveiki eitur-A brot gen (DT-A) til neikvæðs vals, 2.8 kb BglI-AVRII brot sem inniheldur andstreymis svæði D1R gena músarinnar, 2.3 kb PGK kynningar-Escherichia coli xantín-guanín fosfóríbósýl transferasa gen (gpt), 1.1 kb MC1 promoter-neomycin gen (ný), 6.5 kb AVRII-bamHljóðbrot sem inniheldur 3′-óflutt svæði og flankasvæðið og plasmíðið pBluescript (Fig. 1A). Ræktaðar E14TG2a IV ES frumur (2.5 × 107 frumur) voru transfected með 50 μg af línusniðnu miðunarferlinum með rafsogun 500 μF rýmd, 270 V / 1.8 mm (ECM600, BTX Electro Cell Manipulator), fylgt eftir með vali með G418 meðhöndlun (250 μg / ml) eftir transfection. Alls voru 120 lyfjaónæmir þyrpingar teknir upp og DNA í erfðamengi var tekið til greiningar á Southern blot til staðfestingar á samsöfnun á samsöfnun. D1R-KO mýsnar voru búnar til með því að nota einsleita raðbrigða ES frumurnar í meginatriðum eins og áður hefur verið lýst (Yamaguchi o.fl., 1996; Koera o.fl., 1997). D1R-KO músunum var krossað yfir í C57BL / 6J (B6 / J) stofn í 10 kynslóðir og haldið í B6 / J erfðaefni. DNA úr hala afkvæma var greind með PCR með því að nota fjóra grunna: (grunn a) D1TET-1, 5 ′ CAG AAG ACA GGT GGA AAG CA 3 ′, (grunnur b) mD1Rexon2.seq, 5 ′ TCC GTG ATC GTA GA 3 ′, (grunnur c) neo10, 5 ′ ATC AGA GCA GCC GAT TGT CTG TTG 3 ′, og (grunnur d) D1R3′60R, 5 ′ GTT GGA GAA GTT CTG TAA CTG TCCN. PCR ástand var sem hér segir: denaturation við 3 ° C í 94 mín., Eftir 4 lotur af 30 mín. Við 1 ° C, 94 mín. Við 1 ° C, 60 mín. Við 1 ° C, loka framlenging við 72 ° C fyrir 72 ° C 5 mín., Og geymsla við 4 ° C. Villtýmin og stökkbreytt samsæturnar samsvaruðu PCR afurðum 234 og 460 bp (Fig. 1B), hver um sig. Allar tilraunirnar voru gerðar í samræmi við leiðbeiningar Háskólans í Toyama og National Institute for Basic Liology.

Mynd 1. 

Myndun D1R-KO músanna og tjáning D1R próteins í heila WT og D1R-KO músa. A, Skematísk framsetning á WT samsætunni, markviglinum og stökkbreyttu samsætu D1R gensins á músinni. Kóðunar- og ósniðið svæði eru sýnd sem lokuð og opin kassi, hvort um sig. Grunnar fyrir PCR arfgerð (grunnar a, b, c og d) eru sýndir sem litlir örvahöfðar sem eru táknaðir með a, b, c og d, hver um sig. A bamHI síða er sýnd með sviga þegar það á við. The barnaveiki eiturefni A undireining (DT-A), E. coli xantín-guanín fosfóríbósýl transferasa (gpt) og neómýsín ónæm (gen) eru sýnd sem opnir kassar. B, PCR arfgerð af villigerð (D1R + / +), arfblendnum (D1R +/−) og einsleitum (D1R - / -) stökkbreyttum músum. PCR vörur frá WT samsætunni og stökkbrigði (KO) eru 234 bp og 460 bp, hvort um sig. C, Western blot með því að nota D1R-sértækt mótefni, leiddi í ljós að D1R prótein var algjörlega fjarverandi frá D1R - / - músum.

Western blot greining.

Heilinn var einsleitur í jafnalausn sem innihélt 100 mm Tris-HCl, pH 6.7, 1% SDS, 143 mm 2-mercaptoethanol og 1% próteasahemil blanda fyrir spendýrafrumur (Nacalai Tesque). Heildarlýser (200 μg af próteini hvert) voru rafskilin á 10% SDS-pólýakrýlamíð hlaup og flutt í Immobilon-P himnu (Millipore). Himnan var stífluð í PBS sem innihélt 10% undanrennu (BD Biosciences) við stofuhita í 30 mín og var ræktað í röð með einstofna mótefni gegn rottum gegn D1R (Sigma, 1: 1000 þynningu), fylgt eftir með ræktun með piparrót peroxidasa-samtengdum geitamótefni gegn rottum IgG (Sigma, 1: 1000 þynning), eða með kanínamótefni gegn aktíni (Sigma, 1: 1000 þynning), fylgt eftir með ræktun með piparrót peroxidasatengdu geitamótefni gegn kanínu IgG (Sigma, 1: 1000 þynning). Ónæmisaðgerð próteinbönd voru greind samkvæmt samskiptareglum ECL uppgötvunarbúnaðarins (GE Healthcare).

Ígræðsla rafskauts.

Mýs voru hýstar aðskildar með 12 klst ljósrás (ljósin kveikt á 8: 00 AM) og höfðu ad libitum aðgangur að mat og vatni. Mýs voru gefnar að minnsta kosti 1 viku við komuna til að aðlagast rannsóknarstofuumhverfinu fyrir tilraunaaðgerðir. Á skurðaðgerðardeginum voru mýs svæfðar (pentobarbital, 40 mg / kg, ip) og ígræddar tvíhliða með einokunarörvandi rafskautum (100 μm í þvermál, ryðfríu stáli) til sjálfsörvunar innan höfuðkúpu í miðju framheila knippisins á stigi aftari hliðar hliðar undirstúku svæði (Franklin og Paxinos, 1997) (fremri, −2.3 mm; miðlungs, ± 0.70 – 0.75 mm; og dorsoventral, −5.3 – 5.4 mm). Færanleg upptökusamsetning sem samanstendur af 2 tetrodes af brengluðum 17 μm nichrome vír (California Fine Wire Company), eða búnt af 8 vír var grætt inn á bakhluta hippocampal CA1 svæðisins (Franklin og Paxinos, 1997) (1.8 mm aftan við bregma, 1.8 mm til hliðar við bregma og 1.4 mm fyrir neðan höfuðkúpu) við sömu aðgerð. Skrúfa skartgripa sem er festur við höfuðkúpuna þjónaði sem jarðskautsskaut í öllum músum. Öradrifið var fest við höfuðkúpuna með því að nota skrúfur skartgripa og tannsement. Rafskautsábendingar voru gullhúðaðar fyrir aðgerð til að draga úr viðnámi í 100–300 kΩ við 1 kHz.

Tilraunatæki og þjálfun landupplýsinga.

Tækjabúnaðurinn fyrir staðbundna verkþjálfun var hringlaga opinn reitur (80 cm þvermál, 25 cm hár veggur); það var hækkað 80 cm fyrir ofan gólfið á körfu með hjólum sem gerðu kleift að snúa og færa opinn reit handvirkt (Fig. 2A). Opni reiturinn var málaður svartur að innan og lokaður af svörtu fortjaldi (180 cm í þvermál og 200 cm á hæð). Loftið í girðingunni innihélt fjóra litla hátalara sem voru festir nálægt ummálinu, með 90 ° millibili á milli, 4 glóperur sem voru settar hver fyrir sig nálægt innri brún hvers hátalara og myndavél í miðjunni. Venjulega var ljósapera tendruð klukkan þrjú og hátalari sendi stöðugt frá sér hvítan hávaða klukkan níu. Kveikt á perunni og hátalaranum sem sendi frá sér þjónuðu sem fjarlægar vísbendingar. Lítill 6 V ljósaperur var settur á höfuð músarinnar. Upptökuvélin (CinePlex, Plexon) breytti raunverulegu myndbandsmerki í tvöfalt merki og fylgdist með láréttri hreyfingu litlu perunnar. Rannsóknartölva (Dell, Precision 380) fékk tölvupóstinn x og y hnit um stöðu músahöfuðsins við 33 ramma / s. Mýs voru þjálfaðar í handahófi til að smíða á víðavangi (Fig. 2B). Fyrir jurtagerðina afmarkaði forrit hringlaga svæði (verðlaunasíður) með miðstöðvar þeirra valdar af handahófi innan torgs sem umritaðir voru á víðavangi, og það kallaði fram afhendingu heilaörvunar umbunar (BSR) þegar músin kom inn á verðlaunasíðuna. Eftir 5 bil, var verðlaunastaðurinn færður á annan stað og endurvirkjaður

Mynd 2. 

Tilrauna skipulag, landhlutverk og tilraunameðferð. A, Uppsetning tilrauna. Opinn reitur sem innihélt mús var skoðaður frá efstu miðju með CCD myndavél sem gaf merki um stöðu músarinnar. Sem fjarlægar vísbendingar voru glóandi rafperur og hátalarar fyrir hvítan hávaða losað á fjórum jaðarstöðum loftsins. Tölva lagði slóð á músina og stjórnaði afhendingu verðlauna frá örvandi. B, Handahófskennt foraging verkefni: tölvuforrit afmarkaði af handahófi hringlaga verðlaunastað (lítill þykkur rauður hringur). Músin var verðlaunuð þegar hún kom inn á verðlaunastaðinn sem var síðan gerður óvirkur (lítill þunnur rauður hringur). START, staðsetningu músarinnar í byrjun lotu. Rauðir punktar, staðsetningar verðlauna afhendingar. C, Meðhöndlun á kunnuglega opnum vettvangi. Í hefðbundinni lotu (grunnlína 1) var kveikt á peru í stöðu klukkan 3 og hátalari sendi stöðugt frá sér hvítan hávaða við klukkan 9. Í fjarlægðartímabilinu var stöðu fjarlægðar vísbendinganna snúið 180 ° með hólfinu stöðugu. Í nærliggjandi snúningstímabilinu var opna reitnum hólfið snúið 180 °, en fjarlægu vísbendingarnar voru óbreyttar. D, Meðferð í skáldsögunni opnum vettvangi. Ferningur hólf kom í stað hringlaga opins reitsins. Öll meðferðarpróf voru svipuð og notuð voru á þekkta víðavangi. Tímamælikvarði sýnir tímalengd upptöku og millibili.

Einangrun eininga og upptaka.

Upptöku rafskautssamstæðan var háþróaður í HF við ∼20 μm / d. Taugastarfsemi var skráð með hefðbundinni upptökuaðferð þegar mýs fóru í fóðrun. Flókin gaddafrumur voru ákvörðuð með forsendum sem lýst var í fyrri rannsóknum (Ranck, 1973; Foster og Wilson, 2006). Gagnasöfnun hófst þegar hlutfall hljóðmerks og hávaða fór yfir ∼4 sinnum á einni af rafskautunum. Merkingarstækkun, síun og stafræn staðsetning á bylgjulögun með því að nota grundvallargreiningarvettvang voru framkvæmd með Plexon kerfi. Upptekin merki voru magnuð 10,000 sinnum, síuð á milli 0.6 og 3 kHz, stafræn með 40 kHz sýnatökuhraða og geymd á tölvudiski til að flokka utan neta. Stafrænu taugafræðilegu athafnirnar voru einangraðar í stakar einingar með bylgjuformhlutum þeirra með því að nota lína flokkunarforrit (OfflineSorter, Plexon). Yfirlagðar bylgjulög af einangruðu einingunum voru teiknuð til að kanna undantekningartilvikið í upptökum. Hver þyrping var síðan athuguð handvirkt til að tryggja að mörk þyrpingarinnar væru vel aðskilin og að bylgjulögform væru í samræmi við aðgerða möguleika. Fyrir hvern einangraðan þyrpingu var smitatímabil milli mynda og smíðað algert eldfast tímabil að minnsta kosti 1.0 ms til að útiloka grun um margar einingar. Dæmi um tetrode upptöku er sýnt í Mynd 3.

Mynd 3. 

Dæmi um upptöku margra eininga með tetrode einangruð af off-line flokkara. A, Yfirlagðar bylgjulögun af 4 taugafrumum (a, b, c, d) skráðar af hverri rafskaut (E1-E4) úr tetrode sem samsvarar klasagreiningu í B. B, Klasagreining. The x- og y-axar tákna hámarksgildi merkja í rafskautinu 2 og 1 af fjórum tetrode rafskautunum, hvort um sig. Hver punktur táknar einn taugafrumu sem fór yfir skilgreindan þröskuld. Fjórir umluktir þyrpingar (a, b, c, d) voru greindir. Hvítir þyrpar dreifðir í miðju og vinstra og hægra horn tákna grunnhljóð hávaða og örvunarmerki. Kvörðun: 0.8 ms, 0.5 mV.

Meðhöndlun á hringlaga víðavangi (kunnuglegt umhverfi).

Fylgst var með virkni staðfrumna í hringlaga sívalningsklefa yfir nokkrar 10 mín. Lotur, þar sem mýs leituðu til handahófs um BSR. Taugafrumur voru skráðar í röð í röð til að ákvarða stöðugleika staðsviða milli lotna og magn extramaze (distal) og intramaze (proximal) stjórnunar. Mynd 2C sýnir skýringarmynd til að prófa raðtíma. Í hefðbundinni lotu (forskipting, grunnlína 1) var fylgst með taugafrumuvirkni meðan mýs voru fóðraðar á hringlaga opna sviði með hátalara sem sendi stöðugt frá sér hvítan hávaða við klukkan 9 og glóandi rafperu var kveikt á 3 o ' klukkustaða. Taugafrumur voru síðan skráðar í distal cue rotation og proximal cue rotation session. Í dreifingartímanum fyrir distal var staða distal cues snúið 180 ° meðan hólfinu var haldið stöðugu. Í nálægri vísbendingunni var hólfinu snúið 180 ° meðan fjarlægu vísbendingarnar voru óbreyttar. Eftir hverja meðferð á distal eða proximal fundum var tekin upp viðbótarlota með því að distal og proximal vísbendingum var skilað til venjulegra skilyrða. Þar sem margar lotur voru skráðar í röð var músin venjulega ekki aftengd upptökustrengnum á milli lota. Við gerðum enga meðferð til að trufla landlæga stefnu dýrsins. Fyrir og eftir hverja upptökufund hvíldi músin á kassa sem var settur á stall utan við upptökuhólfið í 5 mínútur.

Meðhöndlun á torginu á víðavangi (skáldsöguumhverfi).

Staðarfrumur voru síðan skráðar á nýjan opinn reit sem músin var útsett fyrir í fyrsta skipti. Nýja opna reitinn var ferningur hólf (stærð 55 × 55 cm, 25 cm hæð) sem kom í stað kunnuglegs opins reits. Tvö sams konar fermetra hólf voru notuð til skiptis. Raðir meðferðar í nýja umhverfinu voru svipaðar og notaðar voru í kunnuglega umhverfinu (Fig. 2D). Fyrir hverja lotu í annað hvort þekktu eða nýju umhverfi var gólfið hreinsað með 0.5% Hibitan lausn (Sumitomo Company).

Setjið svæðið afmörkun.

Að deila heildarfjölda toppa með uppsöfnuðum dvalartíma í hverjum pixla fyrir alla lotuna skilaði skothríðarkorti. Dreifingarkortið á hleðsluhraða pixla var táknað með litaskala með pixelstærð 2.4 × 2.4 cm. Dílar sem músin hafði ekki heimsótt á opnum vettvangi eru sýndar í gráu, og þeir sem músin heimsótti en klefinn hefur aldrei skotið frá eru af hvítum pixlum. Hraðahraði hærri en núll var metinn á stigandi mælikvarða þar sem litavogirnir voru blágrýti, blár, grænn, gulur og rauður. Pixlar með hleðsluhraða hærri en tvöfalt meðaltal eru sýndir sem rauðir punktar. Staðarreitir voru afmarkaðir sem þyrpingar pixla þar sem skothraði var meiri en tvöfalt hærra en meðaltal hleðsluhraða fundanna. Hægt væri að halda áfram staðreit um hvaða brún sem er deilt með tveimur pixlum sem uppfylla viðmiðið en ekki í gegnum hornin. Ef einn eða fleiri nálægir punktar uppfylltu viðmiðið var reiturinn stækkaður til að innihalda punktana. Hver viðbótar pixla var síðan prófuð á nærveru nálægra pixla sem uppfyllti viðmiðið. Þegar engir nálægir pixlar fullnægðu viðmiðinu voru mörk svæðisins greind. Lágmarks reitstærð staðartengdrar frumu var stillt á 9 pixlar. Ósamræmdir plástrar af aðliggjandi pixlum sem innihéldu verulega aukið skothraða voru skilgreindir sem „undirsvið“ ef þeir fullnægðu ofangreindu viðmiði um staðareitina.

Hefðbundin fundagreining.

Fyrir hverja staðtengda taugafrumu var hleðsluhraða samsætunnar á venjulegu lotunni notað til að ákvarða (1) stærð svæðisreitsins; (2) meðalhleðsluhlutfall í heild; (3) meðalhraðahraði innrásar; (4) meðaltal hraðastigs á útivelli; (5) hámarkshraðahraði innherja; (6) dreifð; (7) landstjórnun; (8) landhlutfall; og (9) innihald landupplýsinga (bitar / gaddur). Þessar greiningar voru gerðar með áður lýst aðferð (Wiener o.fl., 1989; Skaggs o.fl., 1993; Jung et al., 1994; Hetherington og Shapiro, 1997; Shapiro o.fl., 1997). Gildi þessara breytna voru borin saman milli tveggja músahópa sem notuðu nemanda t próf. Í stuttu máli var stærð staðreitsins metin sem hlutfall staðreitsins yfir vettvanginn sem heimsótt var. Meðalhleðsluhlutfall var reiknað sem heildarfjöldi toppa sem var skotið innan setu deilt með lotutímanum. Meðalhraði innra innkeyrslu og meðalhýsi var ákvarðað sem meðaltal hraðastigs frumunnar innan og utan staðreitsins. Hámarkshraðahraði innrásar var hæsta hraðastig allra pixla með staðreitinn. Landstilla á klefanum var ákvörðuð sem hlutfall meðalhleðsluhraða staðreitsins og meðalhleðsluhraða útivallar (Wiener o.fl., 1989). Samræmi landhluta var reiknað með því að framkvæma z-umbreytingu í fylgni milli hraðans í pixel og meðalhraðans í aðliggjandi pixlum. Landupplýsingar (Inf) merktar af hverri einingu (Skaggs o.fl., 1993) var reiknað með eftirfarandi jöfnu: Formúla þar sem R er meðaltal hleðsluhlutfalls lotunnar, ri er gengi í pixla iog Pi er líkurnar á því að músin hafi fundist í pixla i.

Distal snúningur, proximal rotation og remapping greiningar.

Til að mæla snúning staðarreita milli mismunandi funda með umhverfismeðhöndlun (snúningur á fjarlægum eða nálægum vísbendingum) var snúnings fylgni stig mæld fyrir hverja staðfrumu. Tunnurnar voru sléttaðar með því að endurreikna skothraða hverrar tunnu sem meðaltalið af sjálfu sér og aðliggjandi ruslafötum. Fyrir hverja klefi, (1) var fylgni Pearson vöru-augnabliks milli skothraða fylkisins í upphaflegu lotunni og að í annarri lotunni með umhverfismeðhöndlun var mæld, og síðan (2) magn snúningshraða skothraða kortanna var magnað á milli fundarins. Þetta síðastnefnda gildi var ákvarðað með því að snúa skothraða korti annarrar lotunnar í 5 ° snúningshraða til að ákvarða stöðuna þar sem snúið skothríðarkortið var í hámarki tengt skothraða korti upphaflegu lotunnar. Snúningshornið sem gaf mesta fylgni var tekið sem það magn sem svæðisreiturinn hafði snúist á milli tveggja lotanna og klefi var réttlætanlegur eins og hann fylgdi vísbendingunum ef staðreitir þess færðust> 50% af horninu sem var snúið við tiltekna vísbendingu fundi miðað við fyrri grunnlotu. Aðgerðirnar fyrir frávik skothríðanna (endurkorta) í hólfunum tveimur voru einnig reiknaðar. Fruma var talin endurmappa ef hún uppfyllti eitt af eftirfarandi skilyrðum: (1) fruman hætti að skjóta eftir að hafa orðið fyrir skáldsögunni, (2) fruman varð öflugri virk í skáldinu en í hinu kunnuglega hólf, (3) reiturinn færðist á stað sem skarast ekki í stöðu og stefnu við fyrri stað í kunnuglegu hólfinu.

Sjónskerpapróf.

Breytt sjónræn klettapróf (Fox, 1965; Crawley, 2000) var notað til að prófa sjónskerpu músanna okkar. Trékassi (46 cm × 46 cm) með láréttu plani sem er tengt lóðréttri falla (48 cm), sem síðan tengdist lægra láréttu plani við hlið lóðrétta fallsins. Svartur og hvítur afritunarpappír með mynstri sem huldi yfirborð lárétta flugvéla og lóðrétta falla. A lak af gagnsæjum Plexiglas huldi klettinn. Rammi af áli (2.54 cm breiður og 3.8 cm þykkur) var komið fyrir á brún klettans. Báðar hliðar tækisins voru mjög upplýstar. Þeyturnar voru fjarlægðar fyrir sjónskerpuprófið til að útrýma áþreifanlegum upplýsingum. Tveir hópar með hvorum 10 fullorðnum körlum úr D1R-KO og WT músunum voru notaðir. Músinni var komið fyrir á miðjuhryggnum í byrjun allra 10 rannsókna í röð (eftir 5 rannsóknir var tækinu snúið 180 ° og 5 fleiri rannsóknir voru gerðar). Þegar músin valdi að stíga niður á lárétta köflóttu yfirborðið var litið á það sem „jákvæð“ viðbrögð en músin sem steig niður á klettabrúnina var talin „neikvæð“ viðbrögð. Tíminn sem músin tók að stíga niður frá miðjuhryggnum var skráð sem seinkun svara.

Histology.

Eftir að áætlað var að upptöku rafskautanna færu fram undir pýramídafrumulaga í hippocampal CA1 voru staðsetningar upptökurafskautanna sagnfræðilega staðfestar. Mýs voru svæfðar djúpt með pentobarbital natríum (40 mg / kg ip). Rafgeislun (30 μA neikvæður straumur fyrir 15 s) var beitt í gegnum upptöku rafskautin. Músin var blandað með 0.9% saltvatni fylgt eftir með 10% buffuðu formlegu saltvatni. Heilinn var fjarlægður og festur í 30% saltlausn í viku. Gáfarnir voru settir í kransæða (50 μm) á frystingu smágráðu og litaðar með kresýlfjólubláum.

Niðurstöður

Kynslóð og persónusköpun D1R-KO músa

Til að raska D1R geninu í ES frumum úr músum með samsöfnun á samsöfnun, smíðuðum við miðunarvektor til að eyða allri kóðunarröðinni (Fig. 1A). Fjórir klónar með truflað D1R gen úr 120 G418 ónæmum þyrpingum voru fengin með transfection af E14TG2a IV ES frumum með miðunarvektinum með Southern blot greiningu (gögn ekki sýnd), og fléttur fengnar úr klónunum sendu stökkbreytinguna gegnum kímlínu. Margfeldum afkvæmum voru krossuð saman til að mynda arfhreinar stökkbreyttar mýs. Mynd 1B sýnir PCR greiningu á arfgerðum afkvæma frá arfblendnum pörtum. Heildar lýsata fullorðinna músaheila voru skoðuð með Western blot greiningu. Tjáning D1R var algjörlega fjarverandi í D1R-KO músunum samanborið við það í WT músunum (Fig. 1C). Aftur á móti var ß-aktín venjulega tjáð í striatum bæði D1R-KO og WT músa (Fig. 1C).

Histology

Staðsetningar rafskautanna sem voru teknar upp voru staðfestar á smásjá og kortlagðar á viðeigandi vefjahluta og hlutunum var borið saman við músaheilatlas af Franklin og Paxinos (1997). Allar upptökusíður voru staðsettar á CA1 svæðinu fyrir báðar tegundir músa (Fig. 4).

Mynd 4. 

Staðfesting rafskautsstaðsetningar. Staðsetning upptöku rafskautaábendinga (svörtum fylltum hringjum) fyrir WT-mýs (A) og D1R-KO mýs (B) notuð við tilraun einingarinnar. Plötum var breytt til að líkjast þeim frá Franklin og Paxinos (1997). Tölur við hliðina á hverjum kafla samsvara millimetrum frá bregma.

Hippocampal frumur í D1R-KO og WT músum í kunnuglegu umhverfi

Við skráðum taugafræðilega virkni frá CA1 svæðinu í D1R-KO og WT ruslfélögum þeirra. Hundrað áttatíu og þrjár frumur voru skráðar frá WT músum og 82 frumur frá D1R-KO músum. Af þessum frumum sýndu 99 frá WT músum staðstengdri virkni (eftir tetrodes, 77 / 99, 77.8%; með stökum rafskautum, 22 / 99, 22.2%) og 52 frá D1R-KO músum sýndu staðstengda virkni (eftir tetrodes, 42 / 52, 80.8%; með einni rafskaut, 10 / 52, 19.2%). Enginn munur var á fjölda skráðra frumna sem sýndu staðtengda virkni milli tveggja hópa músanna (WT, 99 / 183, 54.1% á móti KO, 52 / 82, 63.4%, p = 0.156, x2 próf). Þannig að útilokun á D1R dregur ekki úr fjölda staðfrumna. Fyrir staðfrumur einkenndum við grunntökueiginleika í venjulegu lotunni í kunnuglega umhverfinu (Tafla 1). Enginn marktækur munur var á neinum staðbundnum skothríðum milli músahópa tveggja (í öllum samanburði, p > 0.05), sem bendir til þess að skortur á D1R skerði ekki grunnhleypueiginleika staðfrumna í stöðugu og vel kannaða umhverfi.

Skoða þessa töflu: 

Tafla 1. 

Samanburður á hippocampal hleðslueiginleikum staðfrumna í WT og D1R-KO músum í kunnuglegu umhverfi

D1R-KO dregur úr staðfrumum sem svara fjarlægum vísbendingum í kunnuglegu umhverfi

Við könnuðum þar af leiðandi taugalíxlleika hippocampal staðfrumna við snúningsmeðferð á distal og proximal vísbendingum í þekkta hringlaga upptökuhólfinu. Viðbrögð staðfrumna við meðferð umhverfisvísa voru flokkuð sem stjórnað af fjarlægum vísbendingum, nálægum vísbendingum, báðum tegundum og hvorugum bendingartegundum (Tafla 2). Hjá WT músum voru áhrif distal vísanna aðallega yfir nærliggjandi vísbendingum (Tafla 2) að því leyti að meirihluti staðfrumna (52 / 91, 57.1%) fylgdi snúningi á distal vísunum (Fig. 5A, 1 – 5), færri staðfrumur (15 / 91, 16.5%) fylgdu snúningi nærlægu vísanna (Fig. 5B, 1 – 5) og fimmta (18 / 91, 19.8%) fylgdu snúningi bæði fjarlægra og nærlægra vísbendinga (Fig. 5C, 1 – 5). Sláandi, í D1R-KO músum (Tafla 2), engar staðarfrumur (0 / 50, 0%) fylgdu snúningi á fjarlægu vísunum, en flestar skráðar staðfrumur (40 / 50, 80%) fylgdu snúningi nærlægu vísanna (Fig. 6A,B, 1 – 5). Fjöldi taugafrumna sem höfðu áhrif á snúning á bendingum (eftir distal + proximal + báðar vísbendingar) í D1R-KO músum var færri en hjá WT músum (KO, 40 / 50, 80% á móti WT, 85 / 91, 93.4% , p <0.05). Þessar niðurstöður sýna að þó fjöldi taugafrumna sem breyttu virkni sinni til að bregðast við nálægum vísbendingum aukist hjá D1R-KO músum, þá bætti þessi aukning samt ekki öll svör eins og kom fram hjá WT músum.

Skoða þessa töflu: 

Tafla 2. 

Fjöldi hippocampal staðfrumna í WT og D1R-KO músum prófaðar á svörum þeirra við breytingum á distal og proximal vísbendingum í bæði kunnuglegu og skáldsögulegu umhverfi

Mynd 5. 

Áhrif breytinga á staðbundnum samskiptum milli distal og proximal vísbendinga á hippocampal staðatengda virkni í WT músum í kunnuglegu (1 – 5) og skáldsögu umhverfi (6 – 10). A, Í hinu kunnuglega umhverfi hafði staðhólf stað fyrir skothríð í kringum klukkan 9 (1) í hefðbundinni lotu og staðsvið hennar færðist yfir í klukkan 3 (2) í fjarlægðartímabilinu , aftur í sömu stöðu (3) og í hefðbundinni lotu í grunnlínu 2 lotu, engin vakt (4) í nálægum snúningsfundi, og engin breyting (5) á endurkomu þar sem upptökuhólfinu var skilað til eðlileg staða. Í skáldsögulegu umhverfinu fylgdi staðsetningarsértæk skothríð þessa frumu einnig eftir fjarlægum vísbendingum (6-7), en ekki nálægum vísbendingum (8-9). B, Staðarfrumur var með staðreit sem fylgdi ekki snúningi distal vísanna (1 – 2) en fylgdi proximal vísunum (3 – 4) í kunnuglega umhverfinu. Staðarreitur þessarar frumu var endurgerður í skáldsöguumhverfinu þegar staðarsvið hans virtist andstætt því sem þekkist í umhverfinu, en fylgdi samt snúningi nærlægu vísanna (8 – 9). C, Staðarfrumur hafði staðreit sem fylgdi breytingunni á bæði fjarlægu vísunum (1 – 2) og nálægum vísum (3 – 4) í kunnuglega umhverfinu. Athyglisvert er að í skáldsöguumhverfinu fylgdi staðarsvið þessarar frumu eingöngu fjarlægu vísurnar (5 – 6), ekki nærlægu vísurnar. Myndir af ljósaperum og hátalara við hlið skothríðarkortanna sýna fyrirkomulag þeirra við meðhöndlun skilyrða fjarlægra og nærlægra vísbendinga. Snúningsörvarnar segja til um snúning upptökuhólfsins í næstum snúningsstund. Litamælikvarðatöflur hægra megin við skotakortin sýna kvörðun fyrir hraðastigið. Tölurnar í feitletruðum og sviga til hægri á skothraðakortunum gefa til kynna hleðsluhraða innrásar og utandyra, hvort um sig. Grænu opnu reitirnir fylgja skothríðarkortunum til að leggja áherslu á fundina þar sem staðreit frumunnar hafði snúist.

Mynd 6. 

Áhrif breytinga á staðbundnum samskiptum milli distal og proximal vísbendinga á hippocampal staðatengda virkni í D1R-KO músum í kunnuglegu (1 – 5) og skáldsögu umhverfi (6 – 10). A, Dæmigerð staðarfrumur hafði staðreit sem fylgdi ekki snúningi á fjarlægu vísunum (1 – 2), en fylgdi snúningi nálæga vísanna (3 – 4) í kunnuglegu umhverfi. Í skáldsöguumhverfinu var staðarsviði þessarar frumu ekki breytt með hvorki distal né nálægum bendingum. B, Annað dæmi um staðfrumu þar sem staðtengd virkni fylgdi ekki snúningi á fjarlægu vísunum (1 – 2) en fylgdi snúningi nálægra vísanna (3 – 4) í kunnuglega umhverfinu og þessi klefi svaraði á svipaðan hátt í skáldsöguumhverfinu (6 – 10). Athugið að engar staðfrumur í D1R-KO músum fylgdu breytingunni á fjarlægu vísunum. Aðrar lýsingar eru eins og þessar Mynd 2.

Breytt svör staðsetningarfrumna í D1R-KO músum í nýjum umhverfi

Við gerðum frekari tilraunir til að skýra sveigjanleika hippocampal staðfrumna við vinnslu áreynslu umhverfis í nýjum umhverfi og til að ákvarða hvort D1R kerfið sé þátttakandi í þessu ferli. Þegar 86 frumur voru upphaflega útsettar fyrir skáldsöguhólfinu, af 38 staðfrumum sem prófaðar voru í WT-músum, sýndu 7 frumur endurbætur, en 31 frumur slökktu á skothríð þeirra og 26 frumur breyttu skotum sínum. Af 1 frumum, sem prófaðar voru í D8R-KO músum, var 3 frumur endurgerðar, með 5 frumum slökkt á hleðslu þeirra og 37 frumur breyttu skotum sínum. Enginn marktækur munur var á fjölda frumna sem gerðar voru upp aftur í nýju umhverfi milli hópa tveggja músa (WT, 86 / 44.2, 8% á móti KO, 26 / 30.8, XNUMX%, p = 0.223), þó að fleiri frumur breyttu skotum sínum í WT músum (WT, 31 / 86, 36.1% á móti KO, 5 / 26, 19.2%, p = 0.107). Þessar niðurstöður benda til þess að útsetning fyrir nýju umhverfi hafi áhrif á fjölda frumna í bæði WT og D1R-KO músum. Til að prófa taugasvörun staðfrumna í bæði þekktum og nýjum hólfum þurftu dýr að framkvæma yfir 10 röð. Hjá D1R-KO músum, fyrir nokkrar frumur, versnaði árangur músa við upptöku eftir 4 – 5 lotur þar sem þær fóru að stoppa oft og hlaupa minna af handahófi, eins og í hringjum (Tran et al., 2005), og brautir þeirra náðu aðeins til lítils svæði á upptökuvettvangi, sem var ekki nægjanlegt til að greina staðreitir. Til að viðhalda áreiðanleika gagna varðandi taugafrumvarp bæði í kunnuglegu umhverfi og í þessari rannsókn tókum við aðeins til frumur sem voru skráðar á 10 fundum með nægilega hegðunarárangur, sem þýðir að takmarkaður fjöldi frumna í D1R-KO músum var prófaður í skáldsögunni umhverfi.

Hjá WT-músum er tilhneigingin til að staðfrumur noti ákjósanlega fjarlægu vísurnar til að staðsetja reiti sína (Fig. 5A, 6 – 10) yfir nærliggjandi vísbendingar (Fig. 5B, 6 – 10) var meira áberandi í skáldsöguumhverfinu (Fig. 7E,G; Tafla 2). Athyglisvert er að lítið brot af taugafrumum hafði áður svarað bæði distal og proximal vísbendingum í kunnuglega umhverfinu (Fig. 5C, 1 – 5); í skáldsöguumhverfinu var staðsetningartengd skothríð þeirra hins vegar fest við fjarlægar en ekki nálægar vísbendingar (Fig. 5C, 6 – 10). Að auki var heildarfjöldi staðfrumna sem svöruðu umhverfislegum vísbendingum ekki munur á kunnuglegu og skáldsögulegu umhverfi (Tafla 2). Þessar niðurstöður benda til þess að hippocampal staðfrumur í WT músum geti notað umhverfisupplýsingar til að tákna staðsetningu þeirra í umhverfinu. Sú staðreynd að kóðun upplýsinga frá fjarlægu vísunum var aðallega yfir nærliggjandi vísbendingum við bæði kunnuglegar og nýjar aðstæður í WT-músum bendir til þess að notkun þessara upplýsinga sé árangursrík til að gera dýrinu kleift að takast á við síbreytilegt umhverfi. Enn fremur fylgdu sumar staðsetningarfrumur sem fyrst voru prófaðar á fjarlægari vísbendingum í nýja umhverfinu og voru síðan stilltar á nálægar upplýsingar í kunnuglega umhverfinu, eða öfugt. Þessi niðurstaða er í samræmi við þekkta hugmynd um að það séu mismunandi vísbendingarkerfi fyrir hippocampal taugafrumur og að þau geti verið sveigjanleg skiptanleg eða að hluta skarast við vissar aðstæður (Gothard o.fl., 1996; Knierim o.fl., 1998; Zinyuk o.fl., 2000).

Mynd 7. 

Dreifingarrými landgildisgilda á móti snúningshornum sem framleiddu hámarks fylgni gildi milli para af fundum fyrir hippocampal staðfrumur í WT og D1R-KO músum. Snúningshorn eru táknuð á abscissa og staðbundin fylgni gildi milli para af fundum eru táknuð á hnitinu; bláfylltir demantar eru fyrir WT mýs og rauðir opnir reitir fyrir D1R-KO mýs. A – D, Í kunnuglegu umhverfi voru tvær undirflögur staðfrumna í WT-músum þar sem staðreitir voru undir áhrifum af fjarlægum vísbendingum (dreift um 180 °, venjulegt lotu samanborið við dreifingarröð)A) og nálægar vísbendingar (dreift um 180 °, grunnlotu 2 samanborið við nálæga snúningshreyfingu) (C), með áhrifum distal vísbendinganna sem eru aðallega yfir nærliggjandi vísbendingum. Fyrir D1R-KO músir færðu engar staðfrumur staðreitina sína með snúningi á fjarlægu vísunum (allt í kringum 0 °) (A), og flestar frumur færðu staðreitina sína með snúningi á nærlægu vísunum (C). E-H, Í skáldsöguumhverfinu eru aðaláhrif distal vísanna (E) yfir nálægar vísbendingar (G) sást enn og var meira áberandi í WT músum. Hjá D1R-KO músum svöruðu aðeins fáar frumur snúningi á distal vísunum (E) og nálægar vísbendingar (G), og margar frumur fylgdu hvorki breytingum á fjarlægum né nærlægum bendingum í skáldsöguumhverfinu.

Í D1R-KO músum voru engar staðfrumur undir áhrifum af fjarlægu vísunum í skáldsöguumhverfinu (Fig. 6A,B, 6-10; Fig. 7E; Tafla 2). Þessi niðurstaða kann að hafa verið vegna nokkurra breytinga á vitsmunalegum aðgerðum í tengslum við ytra umhverfið af völdum skorts á D1R (Kentros o.fl., 2004). Athyglisvert er að í D1R-KO músum fylgdi minna brot af staðfrumum snúningi nærlægu vísanna í skáldsöguumhverfinu, þó að flestar staðfrumur fylgdu snúningi nálægra vísanna í kunnuglega umhverfinu. Það vekur athygli að fjöldi staðfrumna sem svöruðu hvorugri vísbendingu í skáldsöguumhverfinu jókst (Tafla 2). Þessar niðurstöður benda til þess að staðfrumur í D1R-KO músunum virðist ólíklegri til að bregðast við notkun distal vísbendinga og að næg kóðun proximal cues gæti þurft lengri útsetningu fyrir umhverfinu til að sníða þessar upplýsingar að hippocampal virkni.

Tilkynnt hefur verið um tilvist dópamínviðtaka í sjónhimnu (Djamgoz o.fl., 1997; Nguyen-Legros o.fl., 1999; Courtière o.fl., 2003). Nærvera þeirra vekur áhyggjur varðandi sjónskerpu D1R-KO músa. Við gerðum því sjónskerpupróf fyrir mýs (Fox, 1965; Crawley, 2000). Enginn munur fannst á fjölda jákvæðra svara og leynda sem svörun milli tveggja tegunda músa (Tafla 3) (jákvætt svar: WT, 90 / 100 vs KO, 87 / 100, p = 0.51; leynd: WT, 170.1 ± 12.8 vs KO, 181.8 ± 11.8 s, p = 0.49), sem sýndi að sjónskyggni í D1R-KO músunum var ekki marktækt skort miðað við það í WT músum.

Skoða þessa töflu: 

Tafla 3. 

Niðurstöður sjónskekkjuprófs í WT og D1R-KO músum

Discussion

Til að prófa tilgátuna um að D1R móti staðbundnar framsetningar í hippocampus til að bregðast við umhverfisbreytingum, skráðum við hippocampal staðfrumur í D1R-KO og WT músum með því að nota umhverfis vísbendingar. D1R-KO músin geta verið með fjölda hippocampal staðfrumna með ósnortna grunneiginleika í venjulegri lotu sem er sambærileg við WT mýs. Við höfum áður fundið lækkun á meðalstærðsstærðstærð staðbundinnar virkni í nucleus accumbens (NAc) í D1R-KO músum (Tran et al., 2005). Þannig að þó að HF og NAc séu samtengd og hvort tveggja séu nýsköpuð af dópamínvirkum kerfum, er hægt að vinna með áberandi áhrif áhrif D1R mótunar á staðbundna framsetningu í þessum tveimur mannvirkjum. Lyfjafræðilegar meðhöndlun D1R kerfisins (Gill og Mizumori, 2006hafa sýnt fram á að áreiðanleiki og sértæki hippocampal staðfrumna hjá rottum er aðeins raskað með því að sameina D1 mótlyfja með breytingu á samhengi. Í venjulegu lotunni í tilrauninni okkar var eyðing á D1R, en samhengið var stöðugt, með þeim afleiðingum að grunneiginleikar HF taugafrumna í D1R-KO músum voru óbreyttir, sem er í samræmi við þá niðurstöðu hjá rottum. Í kunnuglegu umhverfi höfðu mýs verulegar fyrri reynslu, sem jöfnuðu áreiðanleika staðfrumna, og þetta getur verið mikilvægara fyrir staðbundna siglingar en stærð staðreitanna í sjálfu sér. Hins vegar þegar umhverfis vísbendingunum var beitt fundum við forvitnilegar breytingar á samhengisháðri plastleika í D1R-KO músum, eins og lýst er.

Hippocampal framsetninguna er hægt að breyta með því að breyta langvarandi styrkingu (LTP) (Rotenberg o.fl., 2000; Dragoi o.fl., 2003), og hægt er að breyta þessari samstillta mýkt með dópamíni (Otmakhova og Lisman, 1996; Matthies o.fl., 1997; Swanson-Park o.fl., 1999; Li et al., 2003) og landfræðileg nýjung (Li et al., 2003). Alhliða kóðun staðbundinna vísbendinga getur skipt sköpum fyrir staðsetningarfrumur til að gera sér grein fyrir skipulag umhverfisins, sem aftur gæti stuðlað að samþættingu við idiothetic upplýsingar. Þessi geta getur verið mikilvæg fyrir staðbundið nám, sérstaklega í skáldsöguumhverfi. Skortur á D1R hindraði samþættingu upplýsingaflæðis landupplýsinga, sem leiddi til fækkunar staðfrumna sem svöruðu breytingum á staðbundnum vísbendingum í hinu nýja umhverfi. Hins vegar er enn hægt að koma á stöðugleika í framsetningu umhverfisins með hippocampal staðfrumum með öðrum upplýsingastreymum sem eru fengnar frá öðrum aðilum, svo sem vísbendingum með fíflalækniGothard o.fl., 1996; Whishaw o.fl., 1997; Knierim o.fl., 1998; Zinyuk o.fl., 2000; Stuchlik o.fl., 2001) notuð við sameiningar slóða (Gothard o.fl., 1996; Whishaw o.fl., 1997; McNaughton o.fl., 2006), með þátttöku annarra taugaboðakerfa svo sem glutamatergic kerfum (McHugh o.fl., 1996; Cho o.fl., 1998; Kentros o.fl., 1998; McHugh o.fl., 2007). Þessi taugalíxli gæti þurft lengri útsetningu fyrir umhverfinu. Með skort á D1 mótun, þetta taugalegleika í D1R-KO músum gæti verið ákjósanlegast bundið við fíflalegu vísbendingar (td leiðarleiðarann) samanborið við fjarlægar vísbendingar frá umhverfinu. Stafrumur í Hippocampal eru hluti af víðtækari hringrás til að framkvæma sjálfstæða staðsetningu (Moser o.fl., 2008), og eru nú þekkt fyrir að hafa samskipti við ristfrumur í heilabarkar (Brun o.fl., 2002; Hafting o.fl., 2005; Sargolini o.fl., 2006; Fyhn o.fl., 2007). Ristfrumurnar geta veitt þætti í taugakorti sem byggir á sameiningarleið (McNaughton o.fl., 2006; Moser o.fl., 2008). Kannski án D1R snúa frumurnar aftur á sjálfgefið „kort“ sem byggist fyrst og fremst á samþættingu slóða, sem veldur því að fjöldi staðfrumna eftir nærliggjandi vísbendinga ræður ríkjum í kunnuglegu umhverfi.

Landfræðileg nýjung kóðun á hippocampal taugafrumum, fyrirbæri sem er í samræmi við það sem margir aðrir höfundar kalla „endurgerð“ (Leutgeb o.fl., 2005b) og það er talið vera D1R háð getu (Li et al., 2003), getur haft áhrif á synaptic-háð plastleika (Li et al., 2003) ekki aðeins með beinum áhrifum D1R-eyðingar heldur einnig með áhrifum þessa á önnur taugavöðvunarkerfi (Levine o.fl., 1996; Mele o.fl., 1996; Swanson-Park o.fl., 1999). Slíkar breytingar skerða framsetningu hippocampal taugafrumna sem leiða til breytinga á staðbundinni vitsmuna (Kentros o.fl., 2004; Stuchlik og Vales, 2006) eða skerðingar á staðbundnu námi sem krefst notkunar staðbundinna vísbendinga og minni staða (El-Ghundi o.fl., 1999; Tran et al., 2005). Þar að auki, Kentros o.fl. (2004) fann einnig að umsókn D1/D5 viðtakaörvar og mótlyf hjá villtum tegundum músa juku eða minnkuðu stöðugleika staðsvæða. Ásamt niðurstöðum Gill og Mizumori (2006) og í þessari rannsókn, hafa þessi gögn áhrif á hlutverk dópamínvirkra taugamyndunar við myndun hippocampal framsetningar. Sumar aðrar rannsóknir hafa sýnt minni skerðingu á staðbundnu námi hjá D1R meðhöndluðum rottum (Wilkerson og Levin, 1999), og meðhöndlun annarra taugamótandi kerfa svo sem NMDA viðtaka geta valdið skerðingu á staðbundnum verkefnum og óstöðugleika staðfrumna (McHugh o.fl., 1996, 2007; Cho o.fl., 1998; Kentros o.fl., 1998; Rotenberg o.fl., 2000) í óbreyttu umhverfi, sem bendir frekar til þess að hippocampal aðgerðir geti treyst á meira en bara D1R kerfið í kunnuglegu umhverfi. Niðurstöður jafn jákvæðra svara og leynda í sjónskerpaprófi bentu til þess að breytingar á staðbundinni framsetningu í þessari rannsókn gætu stafað af vitsmunalegum aðgerðum frekar en skorti á sjónskynjun.

Niðurstöður okkar styðja hugmyndina um að samþætting upplýsinga frá landfræðilegum kennileitum og vísindalegum vísbendingum í staðfrumur geti falið í sér gagnkvæm samspil dópamínvirkra og annarra taugamótandi kerfa, þ.mt glutamatergic kerfiMcHugh o.fl., 1996, 2007; Mele o.fl., 1996; Kentros o.fl., 1998) í hippocampus og meðal upplýsingavinnslukerfa (Sawaguchi og Goldman-Rakic, 1991; Wilkerson og Levin, 1999; Durstewitz o.fl., 2000; Tran et al., 2005), þar sem dópamín getur mótað NMDA strauminn (Mele o.fl., 1996; Durstewitz o.fl., 2000) og hippocampal mýkt, og þessi mótun tengist stöðugleika vinnsluminnisins (Sawaguchi og Goldman-Rakic, 1991; Durstewitz o.fl., 2000). Í þessu samhengi komumst við að þeirri niðurstöðu að D1R gegnir mikilvægu hlutverki við að greina staðbundna nýjung sem er kóðuð með staðbundnum framsetningum hippocampal staðfrumna, sem er forsenda landfræðilegs náms. Núverandi vinna ásamt öðrum nýlegum rannsóknum (Gasbarri o.fl., 1996; Matthies o.fl., 1997; Otmakhova og Lisman, 1996; El-Ghundi o.fl., 1999; Swanson-Park o.fl., 1999; Wilkerson og Levin, 1999; Tran et al., 2002, 2005; Li et al., 2003; Kentros o.fl., 2004; Gill og Mizumori, 2006; Stuchlik og Vales, 2006) ætti að hjálpa verulega við að koma í ljós hvaða aðferðir liggja að baki þátttöku dópamíns í námi og minni, allt frá sameindinni, til taugafrumum, til hegðunarstigs.

Neðanmálsgreinar

  • Móttekið júní 12, 2008.
  • Endurskoðun fékk október 10, 2008.
  • Samþykkt október 10, 2008.
  • Þessi vinna var studd af japanska menntamálaráðuneytinu, mennta-, menningar-, íþrótta-, vísinda- og tækniaðstoð til vísindarannsókna (Styrk 18700312 til AHT), kjarnarannsóknir fyrir þróun vísinda og tækni, Japan vísindi og tækni og Canon Stofnun í Evrópu. Við þökkum Dr. Edmund T. Rolls (háskólanum í Oxford, Oxford, Bretlandi) fyrir dýrmætar athugasemdir við þetta handrit og Dr. Toshikuni Sasaoka (National Institute for Basic Biology, Okazaki, Japan) fyrir tæknilega aðstoð.

  • Bréf skal beint til Taketoshi Ono, System Emotional Science, University of Toyama, Sugitani 2630, Toyama 930-0194, Japan. [netvarið]

Meðmæli

    1. Brun VH,
    2. Otnass MK,
    3. Molden S,
    4. Steffenach HA,
    5. Witter þingmaður,
    6. Moser MB,
    7. Moser EI

    (2002) Settu frumur og staðgreining viðhaldið með beinum entorhinal-hippocampal rafrásum. Vísindi 296: 2243-2246.

    1. Cho YH,
    2. Giese KP,
    3. Tanila H,
    4. Silva AJ,
    5. Eichenbaum H

    (1998) Óeðlileg staðbundin framsetning hippocampal í alfaCaMKIIT286A og CREBalphaDelta- músum. Vísindi 279: 867-869.

    1. Courtière A,
    2. Hardouin J,
    3. Goujon A,
    4. Vidal F,
    5. Hasbroucq T

    (2003) Sértæk áhrif lágskammta dópamíns D1 og D2 viðtakablokka á upplýsingavinnslu hjá rottum. Behav Pharmacol 14: 589-598.

    1. Crawley JN

    (2000) Hvað er að músinni minni? Atferlis svipgerð á erfðabreyttum og útsláttar músum (Wiley, New York).

    1. Djamgoz MB,
    2. Hankins MW,
    3. Hirano J,
    4. Archer SN

    (1997) Taugalíffræði á dópamíni í sjónu í tengslum við hrörnunarsjúkdóm vefja. Vision Res 37: 3509-3529.

    1. Dragoi G,
    2. Harris KD,
    3. Buzsáki G

    (2003) Staðsetning framsetninga í hippocampal netum er breytt með langtíma aukningu. Taugafruma 39: 843-853.

    1. Durstewitz D,
    2. Seamans JK,
    3. Sejnowski TJ

    (2000) Dópamín-miðlað stöðugleiki töfunarstarfsemi í netlíkani fyrir forstillta heilabörk. J Neurophysiol 83: 1733-1750.

    1. Eichenbaum H,
    2. Dudchenko P,
    3. Wood E,
    4. Shapiro M,
    5. Tanila H

    (1999) Hippocampus, minni og staðsetningarfrumur: er það staðbundið minni eða minni? Taugafruma 23: 209-226.

    1. El-Ghundi M,
    2. Fletcher PJ,
    3. Drago J,
    4. Sibley DR,
    5. O'Dowd BF,
    6. George SR

    (1999) Landfræðilegur halli á dópamíni D1 viðtaka músa. Eur J Pharmacol 383: 95-106.

    1. Foster DJ,
    2. Wilson MA

    (2006) Andstæða aukaleikur á hegðunarröð í hippocampal staðfrumum meðan á vöku stendur. Nature 440: 680-683.

    1. Fox MW

    (1965) Sjónrænt klettapróf til rannsóknar á skynjun á dýpt í músinni. Anim Behav 13: 232-233.

    1. Franklin KBJ,
    2. Paxinos G

    (1997) Músarheilinn í stereótaxískum hnitum (Academic, San Diego).

    1. Fyhn M,
    2. Hafting T,
    3. Treves A,
    4. Moser MB,
    5. Moser EI

    (2007) Enduruppbygging hippocampal og endurröðun ristna í heilabörk. Nature 446: 190-194.

    1. Gasbarri A,
    2. Sulli A,
    3. Innocenzi R,
    4. Pacitti C,
    5. Brioni JD

    (1996) Skert staðbundið minni sem orsakast af skemmdum á dópamínvirka mesohippocampal kerfinu hjá rottum. Neuroscience 74: 1037-1044.

    1. Gill KM,
    2. Mizumori SJY

    (2006) Samhengisháð mótun D1 viðtaka: mismunur áhrif á hippocampus og striatum. Behav Neurosci 120: 377-392.

    1. Gothard KM,
    2. Skaggs VI,
    3. McNaughton BL

    (1996) Samræming á leiðréttingu á misræmi í hippocampal samsettum kóða fyrir rými: samspil milli sameiningar slóða og umhverfis vísbendinga. J Neurosci 16: 8027-8040.

    1. Hafting T,
    2. Fyhn M,
    3. Molden S,
    4. Moser MB,
    5. Moser EI

    (2005) Smíði landfræðiskorts í heilabarki. Nature 436: 801-806.

    1. Hetherington PA,
    2. Shapiro ML

    (1997) Hippocampal staðarsviðum er breytt með því að fjarlægja staka sjónrænu vísbendingar á fjarlægðarháðan hátt. Behav Neurosci 111: 20-34.

    1. Jung MW,
    2. Wiener SI,
    3. McNaughton BL

    (1994) Samanburður á staðbundnum hleðslueinkennum eininga í riddarahrygg og ventral hippocampus. J Neurosci 14: 7347-7356.

    1. Kentros C,
    2. Hargreaves E,
    3. Hawkins RD,
    4. Kandel ER,
    5. Shapiro M,
    6. Muller húsbíll

    (1998) Afnám stöðugleika til langs tíma á nýjum hippocampal staðarkortum með NMDA viðtakablokkun. Vísindi 280: 2121-2126.

    1. Kentros CG,
    2. Agnihotri NT,
    3. Streater S,
    4. Hawkins RD,
    5. Kandel ER

    (2004) Aukin athygli á staðbundnu samhengi eykur bæði stöðugleika á sviði reits og staðbundið minni Taugafruma 42: 283-295.

    1. Knierim JJ,
    2. Kudrimoti HS,
    3. McNaughton BL

    (1998) Milliverkanir milli idiothetic vísbendinga og ytri kennileita við stjórn á staðfrumum og stefnufrumum á höfði. J Neurophysiol 80: 425-446.

    1. Koera K,
    2. Nakamura K,
    3. Nakao K,
    4. Miyoshi J,
    5. Toyoshima K,
    6. Hatta T,
    7. Otani H,
    8. Aiba A,
    9. Katsuki M

    (1997) K-ras er nauðsynleg til að þróa músafósturvísina. Oncogene 15: 1151-1159.

    1. Leutgeb S,
    2. Leutgeb JK,
    3. Barnes CA,
    4. Moser EI,
    5. McNaughton BL,
    6. Moser MB

    (2005a) Óháðir kóðar fyrir staðbundið og episodískt minni í taugafrumum í hippocampal. Vísindi 309: 619-923.

    1. Leutgeb S,
    2. Leutgeb JK,
    3. Moser MB,
    4. Moser EI

    (2005b) Settu hólf, landakort og íbúakóða fyrir minni. Curr Opin Neurobiol 15: 738-746.

    1. Lyftistöng C,
    2. Wills T,
    3. Cacucci F,
    4. Burgess N,
    5. O'Keefe J

    (2002) Langvarandi plastleiki í framsetningu hippocampal staðfrumna í umhverfisfræði. Nature 416: 90-94.

    1. Levine MS,
    2. Altemus KL,
    3. Cepeda C,
    4. Cromwell HC,
    5. Crawford C,
    6. Ariano MA,
    7. Drago J,
    8. Sibley DR,
    9. Westphal H

    (1996) Aðlögunarverkun dópamíns á NMDA viðtakamiðluðum svörum minnkar í D1A- Ófullkomnar stökkbreyttar mýs J Neurosci 16: 5870-5882.

    1. Li S,
    2. Cullen WK,
    3. Anwyl R,
    4. Rowan MJ

    (2003) Dópamínháð auðveldun á örvun LTP í hippocampal CA1 með útsetningu fyrir staðbundinni nýjung. Nat Neurosci 6: 526-531.

    1. Maguire EA,
    2. Burgess N,
    3. Donnett JG,
    4. Frackowiak RS,
    5. Frith CD,
    6. O'Keefe J

    (1998) Að vita hvar og komast þangað: leiðsögukerfi manna. Vísindi 280: 921-924.

    1. Matthies H,
    2. Becker A,
    3. Schröeder H,
    4. Kraus J,
    5. Höllt V,
    6. Krug M

    (1997) Dópamín D1-skortir stökkbreyttir músar tjá ekki síðari stig langtímastigunar hippocampal. Neuroreport 8: 3533-3535.

    1. McHugh TJ,
    2. Blum KI,
    3. Tsien JZ,
    4. Tonegawa S,
    5. Wilson MA

    (1996) Skert hippocampal framsetning rýmis í CA1 sértækum NMDAR1 rothöggsmúsum. Taugafruma 87: 1339-1349.

    1. McHugh TJ,
    2. Jones MW,
    3. Quinn JJ,
    4. Balthasar N,
    5. Coppari R,
    6. Elmquist JK,
    7. Lowell BB,
    8. Fanselow MS,
    9. Wilson MA,
    10. Tonegawa S

    (2007) Dentate gyrus NMDA viðtakar miðla skjótum aðgreiningum á mynstri í hippocampal netinu. Vísindi 317: 94-99.

    1. McNaughton BL,
    2. Battaglia FP,
    3. Jensen O,
    4. Moser EI,
    5. Moser MB

    (2006) Sameining brautar og taugagrundvöllur „vitræna kortsins“ Nat Rev Neurosci 7: 663-678.

    1. Mele A,
    2. Castellano C,
    3. Felici A,
    4. Cabib S,
    5. Caccia S,
    6. Oliverio A

    (1996) Dópamín-N-metýl-d-aspartat milliverkanir við mótun hreyfingarvirkni og styrking minni í músum. Eur J Pharmacol 308: 1-12.

    1. Moser EI,
    2. Kropff E,
    3. Moser MB

    (2008) Settu frumur, ristfrumur og landrænt framsetningarkerfi heilans. Annu Rev Neurosci 31: 69-89.

    1. Muller HR,
    2. Kubie JL

    (1987) Áhrif breytinga á umhverfinu á staðbundna skothríð hippocampal flókinna gaddafrumna. J Neurosci 7: 1951-1968.

    1. Nguyen-Legros J,
    2. Versaux-Botteri C,
    3. Vernier P

    (1999) Staðsetning dópamínviðtaka í sjónhimnu spendýra. Mol Neurobiol 19: 181-204.

    1. O'Keefe J,
    2. Burgess N

    (1996) Geometrískir ákvörðunaraðilar staðsviða hippocampal taugafrumna. Nature 381: 425-428.

    1. O'Keefe J,
    2. Dostrovsky J

    (1971) Hippocampus sem landakort. Bráðabirgðatölur frá einingastarfsemi hjá frjálsum rottum. Brain Res 34: 171-175.

    1. Otmakhova NA,
    2. Lisman JE

    (1996) D1/D5 virkjun dópamínviðtaka eykur umfang snemma langtímamyndunar við CA1 hippocampal synapses. J Neurosci 16: 7478-7486.

    1. Ranck JB Jr.

    (1973) Rannsóknir á stökum taugafrumum í hippocampal myndun á baki og septum hjá óheftum rottum. I. Hegðunarviðbrögð og hleypa efnisskrám. Exp Neurol 41: 461-531.

    1. Rolls ET

    (2005) Tilfinningar útskýrðar (Oxford UP, New York).

    1. Rolls ET,
    2. Xiang JZ

    (2005) Verðlaun - staðbundnar skoðanir og nám í hippocampus höfði. J Neurosci 25: 6167-6174.

    1. Rotenberg A,
    2. Belti,
    3. Hawkins RD,
    4. Kandel ER,
    5. Muller HR

    (2000) Samhliða óstöðugleiki til langvarandi aukningar, staðfrumna og nám af völdum minnkaðrar próteinkínasa A virkni. J Neurosci 20: 8096-8102.

    1. Sargolini F,
    2. Fyhn M,
    3. Hafting T,
    4. McNaughton BL,
    5. Witter þingmaður,
    6. Moser MB,
    7. Moser EI

    (2006) Samtengd framsetning staðsetningar, stefnu og hraða í heilabörkur. Vísindi 312: 758-762.

    1. Sawaguchi T,
    2. Goldman-Rakic ​​PS

    (1991) D1 dópamínviðtakar í forstilla barka: þátttaka í vinnsluminni. Vísindi 251: 947-950.

    1. Skaggs VI,
    2. McNaughton BL,
    3. Gothard KM,
    4. Markus EJ

    (1993) í framförum í upplýsingavinnslukerfum í taugum, Fræðigreiningaraðferð til að hallmæla hippocampal kóða, ritstjórar Hanson SJ, Cowan JD, Giles CL (Morgan Kaufmann, San Mateo, CA), Vol 5, bls 1030 – 1037.

    1. Stuchlik A,
    2. Vales K

    (2006) Áhrif dópamíns D1 viðtakablokkar SCH23390 og D1 örva A77636 á virkan, munnfræðilegan staðvarnir, staðbundinn vitsmunaverkefni. Behav Brain Res 172: 250-255.

    1. Stuchlik A,
    2. Fenton AA,
    3. Bures J

    (2001) Fjallað um rottur undir landfæddum rottum er skert með því að fjarlægja eða gengisfella extramaze og intramaze vísbendingar. Proc Natl Acad Sci USA 98: 3537-3542.

    1. Swanson-Park JL,
    2. Coussens CM,
    3. Mason-Parker SE,
    4. Raymond CR,
    5. Hargreaves EL,
    6. Dragunow M,
    7. Cohen AS,
    8. Abraham WC

    (1999) Tvöföld dissociation innan hippocampus af dópamíni D1 / D5 viðtaka og beta-adrenvirkra viðtaka framlag til viðvarandi langvarandi aukningar. Neuroscience 92: 485-497.

    1. Tran AH,
    2. Tamura R,
    3. Uwano T,
    4. Kobayashi T,
    5. Katsuki M,
    6. Matsumoto G,
    7. Ono T

    (2002) Breytt taugasvörun accumbens við spá um umbun í tengslum við stað í dópamíni D2 viðtaka músa. Proc Natl Acad Sci USA 99: 8986-8991.

    1. Tran AH,
    2. Tamura R,
    3. Uwano T,
    4. Kobayashi T,
    5. Katsuki M,
    6. Ono T

    (2005) Dópamín D1 viðtakar sem taka þátt í hreyfingu og hreyfast viðbrögð tauga við spá um umbun í tengslum við stað. Proc Natl Acad Sci USA 102: 2117-2122.

    1. Whishaw greindarvísitala,
    2. McKenna JE,
    3. Maaswinkel H

    (1997) Hippocampal sár og sameining slóða. Curr Opin Neurobiol 7: 228-234.

    1. Wiener SI,
    2. Paul CA,
    3. Eichenbaum H

    (1989) Svæðisbundin og atferlisleg fylgni taugafrumuvirkni hippocampal. J Neurosci 9: 2737-2763.

    1. Wilkerson A,
    2. Levin ED

    (1999) Ventral hippocampal dópamín D1 og D2 kerfi og staðbundið vinnsluminni hjá rottum. Neuroscience 89: 743-749.

    1. Wilson MA,
    2. McNaughton BL

    (1993) Samræming hippocampal-kómsins fyrir rými. Vísindi 261: 1055-1058.

    1. Yamaguchi H,
    2. Aiba A,
    3. Nakamura K,
    4. Nakao K,
    5. Sakagami H,
    6. Goto K,
    7. Kondo H,
    8. Katsuki M

    (1996) Dópamín D2 viðtaki gegnir mikilvægu hlutverki í frumufjölgun og tjáningu proopiomelanocortins í heiladingli. Genfrumur 1: 253-268.

    1. Zinyuk L,
    2. Kubik S,
    3. Kaminsky Y,
    4. Fenton AA,
    5. Bures J

    (2000) Að skilja virkni hippocampal með því að nota markvissa hegðun: staðleiðsögn framkallar losun staðfrumna bæði í verkefnatengdum og verkefnislausum staðbundnum viðmiðunarrömmum. Proc Natl Acad Sci USA 97: 3771-3776.

  •