Fonte
Dipartimento di Biologia Cellulare, Università di Cincinnati, Cincinnati, Ohio, USA.
Astratto
SFONDO:
L'incapacità di inibire i comportamenti quando diventano disadattivi è una componente di diverse malattie psichiatriche e la corteccia prefrontale mediale (mPFC) è stata identificata come un potenziale mediatore dell'inibizione comportamentale. L'attuale studio ha testato se l'mPFC è coinvolto nell'inibizione del comportamento sessuale quando associato a esiti avversi.
METODI:
Utilizzando ratti maschi, gli effetti delle lesioni delle aree infralimbica e prelimbica del mPFC sull'espressione del comportamento sessuale e la capacità di inibire l'accoppiamento sono stati testati utilizzando un paradigma di avversione contingente alla copulazione.
RISULTATI:
Le lesioni della corteccia prefrontale mediale non alteravano l'espressione del comportamento sessuale. Al contrario, le lesioni mPFC bloccavano completamente l'acquisizione del condizionamento dell'avversione sessuale e gli animali lesionati continuavano ad accoppiarsi, in contrasto con la robusta inibizione comportamentale verso la copulazione negli animali maschi intatti di mPFC, con il risultato che solo il 22% di animali maschi intatti continua ad accoppiarsi. Tuttavia, i ratti con lesioni mPFC erano in grado di formare una preferenza di luogo condizionata alla ricompensa sessuale e avversione al posto condizionata per il cloruro di litio, suggerendo che queste lesioni non alteravano l'apprendimento associativo o la sensibilità per il cloruro di litio.
CONCLUSIONI:
L'attuale studio indica che gli animali con lesioni mPFC sono probabilmente in grado di formare associazioni con esiti avversivi del loro comportamento, ma non hanno la capacità di sopprimere la ricerca di una ricompensa sessuale di fronte a conseguenze avversive. Questi dati possono contribuire a una migliore comprensione di una patologia comune alla base dei disturbi del controllo degli impulsi, poiché il comportamento sessuale compulsivo ha un'alta prevalenza di comorbidità con disturbi psichiatrici e morbo di Parkinson.
INTRODUZIONE
La corteccia prefrontale mediale (mPFC) è coinvolta in molte funzioni di ordine superiore del sistema nervoso dei mammiferi, compresa la regolazione dell'eccitazione emotiva, i comportamenti ansiosi, nonché la flessibilità comportamentale e il processo decisionale (1-5). Si ritiene che il processo decisionale basato sulla ricompensa sia controllato da un circuito neuronale composto da mPFC, amigdala e striato (6) in cui mPFC funge da controllore "top-down" di questo processo (7,8). Una caratteristica centrale del processo decisionale basato sulla ricompensa è la capacità di tenere traccia delle relazioni "risposta-risultato" nel tempo (9). In questo modo, quando le conseguenze associate ad un'azione comportamentale diventano sfavorevoli, la frequenza di queste azioni diminuisce. Ciò si traduce in un adattamento comportamentale positivo e questa risposta dipende dalla funzione mPFC intatta (8, 10). L'incapacità di alterare le azioni comportamentali una volta che portano a conseguenze avverse è un sintomo comune a una varietà di disturbi da dipendenza (11-15).
Il comportamento sessuale maschile roditore è un comportamento naturale basato sulla ricompensa in cui le relazioni di risposta-esito vengono monitorate per raggiungere l'obiettivo della copulazione (16). Tuttavia, i ratti maschi si astengono dal copulare quando il comportamento sessuale è accoppiato con lo stimolo avversivo al litio cloruro (LiCl; 17, 18). L'attività di mPFC è stata correlata con il comportamento sessuale maschile nei roditori (19-25) e gli esseri umani (26). Tuttavia, il ruolo esatto della mPFC nel comportamento sessuale rimane poco chiaro. L'obiettivo del presente studio era di caratterizzare gli effetti delle lesioni mPFC sull'espressione del comportamento sessuale e sull'acquisizione dell'inibizione comportamentale nei confronti del comportamento sessuale nei ratti utilizzando un modello di avversione contingente alla copulazione. Le lesioni includevano i nuclei infralimbico (IL) e prelimbico (PL) dell'mPFC, poiché queste sub-regioni hanno dimostrato di proiettarsi verso aree cerebrali coinvolte nella regolazione del comportamento sessuale (20). I risultati di questo studio mostrano che la funzione mPFC intatta non è richiesta per la normale espressione del comportamento sessuale. Invece, i risultati supportano l'ipotesi che mPFC regola l'esecuzione dell'inibizione comportamentale nei confronti del comportamento sessuale, una volta che questo comportamento è associato a esiti avversi.
MATERIALI E METODI
Animali
Maschio adulto (250-260 grammi) I ratti Sprague Dawley ottenuti dai laboratori di Harlan (Indianapolis) sono stati alloggiati individualmente in una stanza illuminata artificialmente su un ciclo invertito luce / buio (12: 12 h, luci spente a 10 AM) alla temperatura di 72 ° F. Cibo e acqua erano disponibili in ogni momento. Ovariectomizzati, estrogeni (capsula silastic sc con 5% 17-beta-estradiolo benzoato) e progesterone (sc iniezioni 500 μg in 0.1 ml di olio di sesamo) ratti Sprague Dawley primaverili femmina (210-225 grammi) sono stati utilizzati in tutti i test di accoppiamento, che ha iniziato quattro ore dopo l'inizio del periodo buio e il comportamento è stato condotto in una gabbia rettangolare di prova in plexiglas (60 × 45 × 50 cm) sotto illuminazione rossa fioca. Tutte le procedure sono state approvate dal Comitato per la cura e l'uso degli animali dell'Università di Cincinnati, dalla University of Western Ontario Animal Care Committee e conformi alle linee guida NIH e CCAC che riguardano gli animali vertebrati nella ricerca.
Chirurgia della lesione
Gli animali sono stati anestetizzati con una dose di 1-ml / kg (87 mg / kg di ketamina e 13 mg / kg di xilazina). Gli animali sono stati collocati in un apparato stereotassico (strumenti Kopf, Tujunga, CA USA), è stata praticata un'incisione per esporre il cranio e sono stati praticati dei fori sopra i siti di iniezione utilizzando un trapano dremmel (Dremmel, USA). L'acido ibotenico (0.25μl, 2% in PBS) è stato infuso bilateralmente utilizzando due iniezioni a diverse coordinate dorsoventral, ciascuna su un periodo 1.5 minuto utilizzando una siringa Hamilton 5μl alle seguenti coordinate relative a Bregma (con il cranio livellato orizzontalmente): Per PL e IL lesioni: AP = 2.9, ML = 0.6, DV = -5.0 e -2.5. Le lesioni di Sham sono state eseguite usando gli stessi metodi, ma usando iniezioni di veicoli (PBS). Tutti gli animali sono stati autorizzati a recuperare per 7-10 giorni prima del test comportamentale.
Design
Espressione del comportamento sessuale
Le lesioni PL e IL sono state eseguite su animali che erano sessualmente ingenui prima dell'intervento. Dopo il recupero, gli animali sono stati autorizzati ad accoppiarsi una volta alla settimana fino alla visualizzazione di un'eiaculazione, per un totale di quattro settimane consecutive dopo l'intervento. Le differenze nei parametri sessuali (es. Latenze da montare, intromissione, eiaculazione e numero di montature e intromissioni) all'interno di ciascun esperimento sono state analizzate utilizzando un ANOVA unidirezionale con chirurgia della lesione come fattore. Confronti post hoc sono stati condotti utilizzando i test PLSD di Fishers, tutti con livelli di significatività 5%.
Esperimenti Maze più elevati
Gli animali con lesioni o trattamento fittizio sono stati testati sull'elevato plus labirinto (EPM). Questo test è stato eseguito cinque settimane dopo l'intervento chirurgico e una settimana dopo l'ultima sessione di accoppiamento. L'EPM era realizzato in plexiglas trasparente e consisteva in quattro braccia di uguale lunghezza che si estendevano da un'arena centrale che formava la forma di un segno più. Due braccia del labirinto erano aperte all'ambiente esterno e gli altri due bracci del labirinto erano racchiusi da binari scuri (40cm alti) che si estendevano per tutta la lunghezza del braccio. I confini tra la zona centrale e le braccia erano definiti da strisce bianche sulle braccia situate 12cm dal centro del labirinto. I test EPM sono stati condotti in condizioni di scarsa illuminazione, 1-4 ore dopo l'inizio del periodo buio. Le differenze tra animali vergini e lesionati sono state determinate utilizzando i t-test degli studenti con il livello di significatività 5%.
Avversione condizionata condizionata
Ratti maschi sono stati sottoposti a tre sedute di accoppiamento per ottenere un'esperienza sessuale prima della lesione o della chirurgia simulata. Gli animali che hanno mostrato un'eiaculazione durante almeno due dei tre test di accoppiamento pre-intervento sono stati inclusi in questo studio e suddivisi casualmente su quattro gruppi sperimentali: Sham-LiCl, Lesion-LiCl, Sham-Saline e Lesion-Saline. Lesioni o interventi di sham sono stati eseguiti 3 giorni dopo l'ultima sessione di allenamento. Gli animali sono stati autorizzati a riprendersi per una settimana dopo gli interventi chirurgici prima dell'inizio delle sessioni di condizionamento. Durante le sessioni di condizionamento, metà dei maschi finti e lesionati hanno ricevuto LiCl immediatamente dopo l'accoppiamento (Sham-LiCl e Lesion-LiCl), mentre l'altra metà dei maschi sham e lesionati fungevano da controlli e ricevevano soluzione fisiologica immediatamente dopo l'accoppiamento (Sham-Saline e Lesione-Salina). Al giorno di condizionamento 1, gli animali sono stati autorizzati ad accoppiarsi con un'eiaculazione e sono stati iniettati entro un minuto dall'eiaculazione con una dose di 20ml / kg di 0.15M LiCl o soluzione salina e quindi rimessi nelle loro gabbie di casa. Al mattino, durante la giornata di condizionamento 2, tutti i maschi sono stati pesati e agli animali sottoposti a terapia salina è stata somministrata una dose 20ml / kg di 0.15M LiCl, mentre agli animali sottoposti a condizionamento con LiCl è stata iniettata una dose equivalente di soluzione salina. Questo paradigma è stato ripetuto per venti giorni consecutivi per un totale di dieci sessioni di condizionamento complete. I parametri del comportamento sessuale sono stati registrati durante ogni prova. Le differenze nelle percentuali di animali che mostravano montature e intromissioni, o eiaculazioni sono state analizzate per ogni prova utilizzando l'analisi Chi-Square con un livello di significatività 5%. Poiché non sono state rilevate differenze tra i gruppi Sham-Saline e Lesion-Saline in alcun parametro, questi due gruppi sono stati combinati per l'analisi statistica (n = 9) e sono stati confrontati con il gruppo Lesion-LiCl o Sham-LiCl.
Preferenza di luogo condizionata
Gli animali sessualmente naïve sono stati sottoposti a lesione chirurgica come descritto sopra e sono stati autorizzati a riprendersi per una settimana prima dei test comportamentali. Tutti i test comportamentali hanno iniziato 4 ore dopo l'inizio del periodo buio. L'apparecchio con preferenza per luogo condizionato è stato suddiviso in tre camere con una camera centrale neutra. Un lato della camera aveva pareti bianche e un pavimento a griglia, mentre l'altro lato era nero con barre di acciaio inossidabile come pavimentazione, la camera centrale era grigia con pavimenti in plexiglas (Med Associates, St. Albans, VT). Innanzitutto, è stato eseguito un pre-test per stabilire una preferenza naturale per ciascun individuo prima dell'inizio del condizionamento, tutti gli animali sono stati collocati nella camera centrale con libero accesso a tutte le camere per quindici minuti e il tempo totale trascorso in ciascuna camera è stato registrato. Il giorno successivo, cioè il giorno 1 di condizionamento, i maschi si sono accoppiati con un'eiaculazione nella loro gabbia domestica su cui sono stati immediatamente posti nella camera inizialmente non preferita per trenta minuti senza accesso alle altre camere o sono stati posti nella loro camera inizialmente preferita per trenta minuti senza precedenti comportamenti sessuali. Nel secondo giorno di condizionamento, i maschi ricevettero il trattamento opposto. Questo paradigma di condizionamento fu ripetuto un'altra volta. Il giorno successivo, è stato condotto un test post che era proceduralmente identico al pre-test. Sono stati usati due valori separati per determinare se gli animali lesionati di mPFC formassero una preferenza per il posto condizionata al sesso. Il primo punteggio era il punteggio di differenza, definito come la differenza tra il tempo trascorso nella camera inizialmente preferita e il tempo trascorso nella camera inizialmente non preferita. Il punteggio di preferenza è stato definito come il tempo trascorso nella camera inizialmente non preferita diviso per il tempo trascorso nella camera inizialmente non preferita più il tempo trascorso nella camera inizialmente preferita. I punteggi delle preferenze e delle differenze sono stati confrontati per ciascun animale tra il pre-test e il post-test utilizzando t-test degli studenti abbinati con i livelli di significatività 5%. Precedenti studi hanno dimostrato che i risultati dell'accoppiamento si basano su una preferenza di luogo condizionata e rigorosa utilizzando questo paradigma e che i trattamenti di controllo non determinano cambiamenti di preferenza (27-29).
Avversione di posto condizionata
Gli animali sessualmente naïve sono stati sottoposti a lesione o chirurgia simulatoria come descritto sopra e sono stati autorizzati a riprendersi per una settimana prima dei test comportamentali. Tutti i test comportamentali hanno iniziato 4 ore dopo l'inizio del periodo di illuminazione. Usando l'apparecchiatura CPP descritta sopra, LiCl o iniezioni saline sono state accoppiate rispettivamente con la camera inizialmente preferita o non preferita durante due prove di condizionamento in modo controbilanciato. Sono stati condotti test preliminari e post e analizzati i dati come descritto sopra utilizzando t-test degli studenti abbinati con i livelli di significatività 5%.
Verifica della lesione
Per la verifica delle lesioni gli animali sono stati perfusi transcardialmente con 4% paraformaldeide e il cervello è stato sezionato (coronalmente). Sezioni e immunoprocessi per marker neuronali NeuN utilizzando un antisiero primario in soluzione di incubazione riconoscendo NeuN (antisiero monoclonale anti-NeuN; 1: 10,000; Chemicon) e metodi standard di immunoperossidasi (19). La localizzazione e la dimensione delle lesioni iboteniche sono state determinate analizzando l'area in sezioni di mPFC adiacenti prive di colorazione del neurone NeuN. Le lesioni del mPFC in genere misuravano una distanza da AP + 4.85 a + 1.70 rispetto a bregma (Figura 1A-C). Le lesioni erano considerate complete se la 100% dell'IL e 80% della PL era distrutta e solo gli animali con lesioni complete erano inclusi nelle analisi statistiche (esperimento sul comportamento sessuale, lesione n = 11, sham n = 12; esperimento EPM, lesione n = 5, sham n = 4; esperimento di avversione sessuale condizionato, sham-salina n = 4, sham-LiCl n = 9, lesione-salina n = 5, lesione-LiCl n = 12; esperimento di preferenza per luogo condizionato, lesione n = 5 ; esperimento di avversione al posto condizionato, sham n = 12, lesione n = 9).
Figure 1
RISULTATI
Comportamento sessuale
Le lesioni PL / IL non hanno influenzato alcun parametro sessuale testato nei maschi che erano sessualmente ingenui prima dell'intervento chirurgico (Figura 1D-F). In accordo, nessun effetto delle lesioni PL / IL sul comportamento sessuale è stato rilevato nei maschi sessualmente esperti inclusi nell'esperimento di avversione sessuale condizionato, durante il primo trial, quindi prima dell'accoppiamento di LiCl con comportamento sessuale (Tabella 1). Quindi, le lesioni PL / IL non hanno influenzato il comportamento sessuale indipendentemente dall'esperienza sessuale.
Tabella 1
Labirinto Plus elevato
In accordo con le relazioni precedenti (27-29), i maschi di sesso maschile con lesioni mPFC maschi mostravano più voci nei bracci aperti dell'EPM rispetto ai controlli (Figura 1G), suggerendo che la funzione mPFC è fondamentale per le situazioni che richiedono una valutazione del rischio.
Avversione condizionata condizionata
Effetti del condizionamento del LiCl sul comportamento sessuale
Il condizionamento del LiCl ha comportato una significativa riduzione delle percentuali di maschi sham che mostravano montature, intromissioni o eiaculazione rispetto ai controlli sham salina (Figura 2A-B). Tuttavia, le lesioni mPFC hanno bloccato completamente l'inibizione causata dal condizionamento di LiCl. L'analisi del chi quadro ha rivelato differenze significative tra i gruppi rilevati nelle percentuali di animali che mostravano i monti (Figura 2A), intromissioni (non mostrate, dati identici a Figura 2A), o eiaculazioni (Figura 2B). Nello specifico, le percentuali di maschi che mostravano montature, intromissioni o eiaculazione erano significativamente inferiori nel gruppo Sham-LiCl rispetto agli animali di controllo trattati con Saline (Sham e Lesione), indicando un effetto dirompente del condizionamento del LiCl sulla copulazione negli animali Sham. Al contrario, nessun effetto del condizionamento con LiCl è stato osservato nei maschi Lesione-LiCl (Figure 2A-B). Pertanto, la funzione mPFC è fondamentale per l'acquisizione dell'inibizione condizionata del comportamento sessuale. Tuttavia, è possibile che le lesioni PL / IL attenuino l'apprendimento associativo associato alla ricompensa sessuale, quindi in uno studio separato gli effetti delle lesioni PL / IL sull'acquisizione di una preferenza di luogo condizionata per la ricompensa sessuale sono stati testati.
Figure 2
Preferenza e avversione ai luoghi condizionati
I ratti con lesioni mPFC mostravano un apprendimento associativo normale dei segnali contestuali associati alla ricompensa sessuale, come indicato da un aumento del punteggio di differenza e del punteggio di preferenza durante il post-test (Figura 3A-B). Inoltre, le lesioni non hanno influenzato l'apprendimento associativo dei segnali contestuali con malessere indotto da LiCl, indicato da diminuzioni significative nella differenza e punteggi di preferenza durante il post test (Figura 3C-D).
Figure 3
DISCUSSIONE
In questo studio, riportiamo che le lesioni delle regioni IL e PL della mPFC non influenzano l'espressione del comportamento sessuale, né l'acquisizione di una preferenza di luogo condizionata alla ricompensa sessuale. Invece, le lesioni impediscono l'acquisizione di avversione al sesso condizionata. Questi risultati forniscono evidenza funzionale per l'ipotesi che la capacità di effettuare alterazioni comportamentali adattative sia regolata dalle subregioni IL e PL dell'mPFC.
I dati precedenti del nostro laboratorio hanno indicato che i neuroni mPFC sono attivati durante il comportamento sessuale nei ratti maschi (20). Tuttavia, i ratti lesionati mPFC in questo studio sono indistinguibili dai ratti di controllo fittizio in nessuno dei parametri analizzati del comportamento sessuale. In accordo con le relazioni precedenti (30, 32) Le lesioni mPFC hanno prodotto effetti ansiolitici valutati dalle prestazioni sul labirinto più elevato, indicando che il nostro protocollo di lesione era efficace. Pertanto, i risultati attuali suggeriscono l'attivazione delle suddivisioni IL e PL all'interno del mPFC durante il comportamento sessuale non è necessario per la normale espressione del comportamento sessuale. Al contrario, uno studio precedente di Agmo e collaboratori ha dimostrato che le lesioni dell'area del cingolo anteriore (ACA) aumentavano le latenze di montatura e di intromissione e riducevano la percentuale di maschi che copulavano (25). Pertanto, è possibile che l'ACA svolga un ruolo nelle prestazioni del comportamento sessuale, mentre le regioni IL e PL mediano l'inibizione del comportamento una volta associate a esiti avversi.
Sebbene le lesioni mPFC siano state segnalate per interrompere varie forme di consolidamento della memoria (33, 34), gli effetti delle lesioni mPFC sull'inibizione comportamentale qui riportati non possono essere ascritti ai deficit di apprendimento. In un gruppo separato di esperimenti i maschi lesionati di mPFC sono stati testati per la capacità di stabilire una preferenza per il posto condizionato al comportamento sessuale. L'apprendimento associativo correlato alla ricompensa è rimasto intatto negli animali lesionati di mPFC poiché questi maschi erano in grado di formare una preferenza per il posto condizionato ad una camera accoppiata con ricompensa sessuale. Questo risultato è in accordo con precedenti studi che esaminano il ruolo del PL o del mPFC completo per l'acquisizione di CPP indotta da psicostimolante (35, 36), Inoltre, l'apprendimento associativo per lo stimolo avversivo LiCl non era influenzato dalle lesioni mPFC, coerentemente con i precedenti rapporti secondo cui le lesioni PFC non impedivano l'acquisizione dell'avversione al gusto condizionata (34). Collettivamente questi dati suggeriscono che l'attivazione precedentemente osservata delle suddivisioni PL / IL all'interno del mPFC (20) non sono necessari per l'acquisizione dell'apprendimento associativo correlato alla ricompensa, tuttavia sono necessari per il corretto utilizzo di queste informazioni in relazione all'esecuzione del controllo comportamentale. Questa nozione concorda con la tesi corrente secondo cui la funzione intatta di IL è necessaria per indagare e agire su input inibitori ed eccitatori che trasmettono informazioni sulle contingenze di avversione alla ricompensa (37). Inoltre, gli animali con PL (35) o IL (8, 37, 38Le lesioni mostrano un normale apprendimento dell'estinzione, nonostante l'incapacità di utilizzare queste informazioni per prendere decisioni mirate.
In conclusione, lo studio attuale indica che gli animali con lesioni mPFC sono probabilmente in grado di formare le associazioni con risultati avversi del loro comportamento, ma mancano della capacità di sopprimere la ricerca di ricompensa sessuale di fronte a conseguenze avversive. Nell'uomo l'eccitazione sessuale è un'esperienza complessa per cui l'elaborazione delle informazioni cognitivo-emozionali serve a determinare se le proprietà edonistiche di uno stimolo particolare sono sufficienti per agire come un incentivo sessuale (39). I dati attuali suggeriscono che la disfunzione di mPFC può contribuire all'assunzione di rischi sessuali o alla ricerca compulsiva di comportamenti sessuali. Inoltre, la disfunzione di mPFC è stata associata a diversi disturbi psichiatrici (13, 40) suggerendo che la disfunzione della mPFC può essere una patologia sottostante condivisa con gli altri disturbi e che il comportamento sessuale compulsivo può essere associato ad altri disturbi. Infatti, negli esseri umani, è stato riportato che l'ipersessualità o il comportamento sessuale compulsivo hanno un'alta prevalenza di comorbilità con condizioni psichiatriche (inclusi abuso di sostanze, ansia e disturbi dell'umore) (41) e la prevalenza di circa10% nel morbo di Parkinson insieme all'acquisto compulsivo, al gioco d'azzardo e al consumo (42-44).
Le note
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