思春期初期ラット（2011）の側坐核における急速なドーパミン放出事象

概要

ドーパミンニューロンのバースト発火とその結果生じるドーパミン放出イベント（別名ドーパミン過渡現象）は、脳内の重要な学習信号を構成すると考えられています（シュルツ、2007; Roeschら、2010）、外部の報酬とキューを食欲の振る舞いと結び付ける。 ドーパミンの過渡現象は、いくつかのドーパミン標的領域で自然発生します（Robinsonら、2002）および予期しない刺激の提示でより顕著です（Rebec et al。、1997; ロビンソンとワイトマン、2004）、 社会的相互作用 （Robinsonら、2001; Robinsonら、2002）および報酬（Roitmanら、2008）。 高速ドーパミン放出イベントの後には、多くの場合、別のラットに近づいたり、強化のためにレバーを押すなどの欲求行動が続きます（Robinsonら、2002; フィリップス他、2003; Roitmanら、2004）。 さらに、通常ドーパミントランジェントを引き起こさないニュートラルキューは、報酬と繰り返しペアになったときにそうすることができます（Stuberら、2005b; Stuberら、2005a; Day他、2007）、この神経信号が学習誘発可塑性を受けることを示しています。 重要なことに、ドーパミン過渡現象は体積伝達の結果であり、低親和性のシナプス外ドーパミン受容体を活性化できる高いシナプス外濃度を達成します（ワイトマンとロビンソン、2002）。 したがって、ドーパミン過渡現象は、注意を向け、その報酬の獲得を促進する可能性のある確立された報酬の脳信号として機能するように見えます。

中脳辺縁系ドーパミン系は、ラットの青年期に動的に変化します。 たとえば、腹側線条体のドーパミンD1およびD2受容体の発現は、思春期前から思春期に増加します（たとえば、 Andersen et al。、1997）、思春期の結合が成人期よりも高いことを示唆するいくつかの研究で（参照と議論については、 Doremus-Fitzwater他、2010; Wahlstromら、2010b）。 さらに、ドーパミンニューロンの発火率（マカッチョンとマリネリ、2009）および基礎ドーパミン濃度（Badanichら、2006; Philpotら、2009）思春期にピークを迎える同様のU字曲線を示します。 ドーパミントランジェントは青年期のラットではまだ測定されていませんが、新規性に対する行動反応の強化（Douglas et al。、2003; StansfieldとKirstein、2006; Philpot and Wecker、2008）およびソーシャルピア（バルリンスカヤとスピア、2008）青年ラットと成体ラットで報告されています。

本研究の目的は、青年期ラットの側坐核（NAc）におけるドーパミントランジェントの最初の測定値を提供し、それらを成人のものと比較することです。 高速スキャンサイクリックボルタンメトリーを使用しました。これは、ドーパミントランジェントを検出するために必要な空間的および時間的分解能を持つ電気化学的手法です（Robinsonら、2008）。 ラットがこの年齢で、後期の思春期および成人の年齢と比較して、ピア指向の社会的相互作用のレベルが向上していることを考慮して、青年期（29 – 30日齢）のドーパミン放出を調べました（バルリンスカヤとスピア、2008）。 したがって、短時間の社会的相互作用時およびベースライン時、および成体ラットのドーパミントランジェントを引き起こすことが報告されている予想外の新規刺激の提示時に、ドーパミントランジェントを測定しました（ロビンソンとワイトマン、2004).

実験手順

結果

この研究では、思春期のラット12匹と成体のラット10匹を使用しました。 手術時またはボルタンメトリー中に3匹の思春期ラットが含まれていなかったため、電極配置が正しくなかったため1匹の成体ラットが含まれていませんでした。 さらに、1人の青年からの社会的相互作用データは、他の刺激の提示に影響を与えないボルタンメトリーの困難のために破棄されました。 最後のnは、刺激提示のための9の青年と9の成人、および社会的相互作用のための8の青年と9の成人でした。

予期しない刺激の提示でのドーパミン過渡現象

次に、我々は、思春期のラットの予想外の刺激の提示で、ドーパミン過渡現象が発生する可能性が高いかどうかを調査しました。 図1A 刺激の簡単な提示は、成体ラットのベースラインレベルを50％上回ってドーパミントランジェントの頻度を増加させたことを示しています（成体ベースライン対刺激のウォルドコントラスト、p <0.05）、以前の研究を複製します（ロビンソンとワイトマン、2004）。 対照的に、ドーパミン放出イベントの速度は、青年期のラット間で有意に変化しませんでした（青年期のベースライン対刺激のウォルドコントラスト、p> 0.86）。 グループ間で比較した場合、ベースライン率に差はありませんでした（青年期と成体のベースラインのウォルドコントラスト、p> 0.19）が、刺激提示中の率は成体ラットで高かった（青年期と成体の刺激のウォルドコントラスト、p <0.05）。 成体ラットは、刺激に時間ロックされたドーパミン放出を有する可能性が高かった：8/9成体は、少なくとも6つの刺激提示に対してドーパミン放出を示したが、9/3.8青年はそうした。 さらに、タイムロックドーパミントランジェントを示した成体ラットは0.4±4刺激（中央値2.3）でそうしましたが、タイムロックトランジェントを示した青年は0.4±2刺激（中央値XNUMX）でそうしました。

図1

予期しない刺激の提示中の青年および成体ラットにおけるドーパミン放出イベント。 （A）思春期のラットでは、ドーパミン一過性頻度は刺激の提示中に基礎速度から変化しませんでした。 対照的に、ドーパミンの頻度 ...

次に、刺激提示中に発生するトランジェントがベースライン中のものよりも大きいかどうかを判断しました。 図1B は、ドーパミントランジェントの最大濃度の分布を示しています。 回帰分析により、振幅は青年期ラットと成体ラットの間で異ならなかったことが明らかになりました（Waldコントラスト、すべてのp値> 0.05）。 青年期のラットでは、刺激提示中の過渡現象の最大濃度は、ベースライン中のものと有意に異ならなかった。 成体ラットでは、ドーパミン濃度は刺激提示中にわずかに高く、統計的有意性に近づいた右方向へのシフトでした（成体ベースライン対刺激のウォルドコントラスト、p <0.06）。 ドーパミントランジェントの中央値と平均濃度は、 テーブル1.

テーブル1

思春期および成体ラットの側坐核コアにおけるドーパミン放出イベントの最大濃度。

グループのデータは、ドーパミン放出イベントが思春期のラットよりも大人のラットの予想外の刺激提示で発生する可能性が高いことを示していますが、個々のプロットは刺激の違いとグループ内の違いを示しています。 図1C 刺激の提示中のドーパミン過渡現象の頻度の変化と、その刺激に先行するベースラインの4-minの変化を示しています。 成人では、刺激はドーパミンの一時的な増加率を高める効果が異なります。 それらは、次のように最も効果の高いものから最も低いものの順にランク付けされます。 トーンで208％。 レモン臭で184％。 ホワイトノイズで161％。 および消灯時の142％。 青年期のラットでは、刺激は全体的にドーパミン過渡現象を誘発する効果が低かった。 それらは、次のように最も効果の高いものから最も低いものの順にランク付けされています。 レモン臭で91％。 ココナッツの匂いで158％; ホワイトノイズで127％。 および消灯時の123％。

それにもかかわらず、 図1C 各年齢層内の特定の刺激に対するドーパミン応答の放出における個別の個人差を示しています。 この神経化学的変動が行動の変動と関連していたかどうかを判断するため、刺激の提示に関連した動きについて各ラットのスコアを付けました。 テーブル2 （ビデオ記録が部分的に失われたため、0.05匹の成体ラットをこの分析から除外した）。 次に、スピアマンのノンパラメトリック相関を使用して、各年齢グループ内の刺激に対する行動反応とドーパミン作動性反応を比較しました。 ドーパミントランジェントの頻度は、刺激が個別に分析されたかグループとして分析されたかに関係なく、刺激がどの年齢グループでも行動活性化と相関していないことを発見しました（データは示さず、すべてのp値> 3）。刺激に対する神経化学的反応は直接関連していませんでした。 さらに、刺激提示に時間ロックされたドーパミントランジェントを放出しなかったラット（9/1青年および9/0.05成人）の行動スコアは、ドーパミントランジェントを示したラットの行動スコアと完全に重複していました。 ただし、年齢グループ間の行動反応の比較は、グループとしての青年が成体ラットよりも予期しない刺激提示で有意に少ない動きを示したことを明らかにしました（マンホイットニー検定、p <XNUMX）。

テーブル2

予期しない刺激の提示時の思春期および成体ラットの行動スコア（0 =動きなし; 1 =嗅ぎ/頭の動き; 2 =向きの動き/驚;; 3 =歩行）。

社会的相互作用中のドーパミン過渡現象

次に、別のオスのラットとの60秒間の相互作用中のドーパミン放出を測定しました。 非社会的刺激の提示とは対照的に、回帰分析は、ドーパミントランジェントが青年期および成体ラットの両方で別のラットとの最初の相互作用中にベースラインから有意に増加したことを決定した。 トランジェントの平均速度は、ベースラインから3倍に増加し、思春期のラットでは1.0±0.3から3.0±0.9トランジェント/分（思春期のベースラインと相互作用のウォルドコントラスト、p <0.05）、2.0±0.5から7.3±1.3に増加しました。成人（成人のベースラインと相互作用のウォルドコントラスト、p <0.001）。 0.32分後、同じラットとの1.8回目の相互作用中にドーパミン放出を測定しました。 成人では、ドーパミン一過性率の増加はもはや有意ではありませんでした（p> 0.5）。 トランジェントの平均速度は3.7±1.3から0.8±0.2トランジェント/分に増加しましたが、この変化はラット間でより変動しました。 対照的に、青年は、最初のプレゼンテーション中と同じように、3.1番目のプレゼンテーション中にドーパミントランジェントの0.9±0.01からXNUMX±XNUMXトランジェント/分への増加を示しました（p <XNUMX）。 グループおよびエピソードごとの個々のラットのデータは、 図2A.

図2

サイズが一致したラットとの短い相互作用中の思春期および成体ラットにおけるドーパミン放出イベント。 （A）ドーパミントランジェントは、他のラット（「ラット」）との最初の相互作用中に思春期および成体ラットの両方でより頻繁でした ...

最初と2番目の相互作用エピソード中の行動の違いは、2番目の相互作用中の成体ラットのドーパミン放出の増加の欠如を説明できるかどうかを調査しました。 テーブル3 は、スコアリングされたインタラクション期間の45秒間に社会調査と移動に費やされた時間を示しています。 この実験室（21×21 cmの床面積）では、思春期のラットは活発な社会的相互作用に費やす時間が少なく（2方向反復測定ANOVA：グループの主効果、p <0.05）、移動に多くの時間を費やしました（2方向反復測定- ANOVAの測定：成体ラットよりもグループの主効果、p <0.05）。 ただし、青年期のラットは互いに離れるスペースがあり、大型の成体ラットは物理的に近接している可能性が高いことがわかりました。 したがって、重要な比較は、最初の相互作用期間と0.05番目の相互作用期間の間のグループ内の行動を比較するための対応のあるt検定でした。 これらの分析は、どちらの年齢層でも最初と0.05番目の相互作用期間の間に行動の違いがないことを明らかにしました（すべてのp値> XNUMX）。 さらに、ドーパミントランジェントの絶対頻度もベースラインからの増加頻度も、相互作用期間中の社会的相互作用または移動と相関していませんでした（データは示していません、すべてのp値> XNUMX）。

テーブル3

社会調査と他のラットとの相互作用中の移動に費やされた時間。

別のラットとの相互作用中のドーパミントランジェントの最大濃度をベースライン中の濃度と比較しました。 この分析では、両方の相互作用エピソードからのデータをプールして、統計的検出力を高めました。 図2B ドーパミン一過性振幅の分布は、同種相互作用中に青年期および成体ラットの両方でより大きな放出イベントに向かってシフトしたことを示しています。 平均振幅と中央値振幅は テーブル1。 社会的相互作用はボルタンメトリー信号で動きに関連するノイズを生成する可能性があるため、ノイズレベルも調査し、成体と青年の両方のラットの相互作用エピソード中に実際に高いことがわかりました（ベースラインと相互作用のウォルドコントラスト、各グループでp <0.05 ）。 それにもかかわらず、信号対雑音比はグループ間で異ならなかった（テーブル1：Waldの対比、すべてのp値> 0.05）、ノイズの問題が青年期のラットと成体のラットの間の差異のある所見に寄与しなかったことを示唆しています。

すべての録音は、図に示すように、NAcのコアで作成されました。 図3.

図3

思春期および成体ラットの側坐核コア内のドーパミン作動性記録部位、ブレグマの前の1.2および1.6 mmの代表的な冠状スライスに示される（ パキシノスとワトソン、1986).

議論

ドーパミンの神経伝達は、刺激の顕著性、報酬の予測、行動の促進など、やる気のある行動の多くの側面の鍵です。 動機づけられた行動が青年と成人の間で異なるので、本研究は、成人と比較して初期の青年期ラットでの高速ドーパミン放出イベントを調査しました。 ドーパミントランジェントの基礎レートは2つの年齢グループ間で有意差はありませんが、予期せぬ刺激に反応するトランジェントは、成人と比較して思春期のラットでは少ないことを報告します。 対照的に、ドーパミン過渡現象の頻度と振幅の両方は、別のラットとの相互作用で両方の年齢層で増加します。 ただし、周波数の変化は、パートナーラットの2回目の提示では、成人では慣れていますが、青年では慣れていません。 したがって、刺激の提示での高速ドーパミン放出イベントは、青少年ラットと成人で異なり、この生理学的差異は、社会的および非社会的刺激の処理における年齢依存性の差異と関連している可能性があります。

NAcコアのドーパミントランジェントの頻度と振幅は、青年期（29 – 30日）のオスのラットと成体（71 – 72日）のオスのラットで類似していました。 これらの発見は、麻酔ラットのドーパミンニューロンの電気生理学的記録と一致しています。 ドーパミンニューロンの発火率は、思春期から中期から後期にかけて増加し、その後成人期にかけて低下します（ピッツ他、1990; Tepper et al。、1990; ラビンとドラッカーコリン、1991; Marinelliら、2006; マカッチョンとマリネリ、2009）、思春期中期から後期にピーク活動が発生します。 確かに、 McCutcheon and Marinelli（2009） 基礎発火率は、本研究で対象とした青年期と成人期で類似していると報告されており、本明細書のデータは、ドーパミントランジェントがドーパミンニューロンのバースト発火から生じるため、ニューロンのバースト率も同様であることを示唆しています（Suaud-Chagny et al。、1992; Sombers et al。、2009）。 特に、思春期のラットは、ドパミントランジェントの基本周波数の変動性を示し、自発的なトランジェントがほとんどないサイトから1分あたり数個のサイトまであります。 この発見は、成人で報告された「ホット」および「コールド」記録サイトに似ています（Robinsonら、2009; ロビンソンとワイトマン、2007; Wightmanら、2007）ドーパミンニューロンのバースト率の変動を反映する可能性があります（Hylandら、2002）。 発達発火率と一致して、微量透析研究では、思春期初期または成人期と比較して、思春期後期（45日齢）のドーパミン濃度の増加が報告されています（Badanichら、2006; Philpotら、2009）。 したがって、私たちの調査結果は、思春期と成体ラットの間のドーパミントランジェントの基礎レートの最初の評価を提供しますが、ドーパミントランジェントは中期後期に顕著になる可能性があるため、この動的な発達期にはより多くの時点が必要です。

以前のレポートと一致（ロビンソンとワイトマン、2004）、成体雄ラットの刺激の予期せぬ提示でドーパミン過渡現象の頻度が増加し、しばしば刺激の最初の提示に時間ロックされることがわかりました。 前の研究では、ここで使用したものと同様の匂いと聴覚刺激を提示しました。 両方の研究で、これらの刺激は、動物に対する刺激の潜在的な顕著性の神経化学的シグナルとして解釈された、NAcのドーパミントランジェントの頻度を基礎速度を超えて増加させた。 しかし、成体で観察された刺激の予想外の提示に応答したドーパミン過渡周波数の増加は、初期の思春期ラットのNAcコアに確実に存在せず、グループとしての青年は、成体よりも刺激に対する行動反応が少なかった。 ドーパミン作動性ニューロンの相活性化は特定の運動運動と相関していませんが、バースト発火とドーパミン過渡現象を促進する傾向がある刺激のタイプは、しばしば行動活性化を誘発します（西野ら、1987; Romo and Schultz、1990; Robinsonら、2002）。 したがって、現在の知見は、このタイプの新規刺激提示に対するドーパミン作動性および行動反応の発達上の違いを示しており、どちらも思春期のラットに対するこれらの刺激の顕著性の欠如による可能性がある。 重要なのは、思春期のラットが社会的相互作用中に運動と社会的に指示された行動の両方を示したため、刺激に対する行動反応の低下は単に移動能力の低下ではなかった（おそらくテザーまたはボルタンメトリーのヘッドステージによる）。 さらに、各年齢層内の個々のラットで分析した場合、行動反応と刺激に対するドーパミン過渡現象の頻度との間に関連はありませんでした。 本研究で発見された予想外の新規刺激に対する相対的な無感応性は、青年期のラットがしばしば大人よりも新しい環境および新しい物体のより高いレベルの探索を示すという以前の発見と対照的である。 Douglas et al。、2003; StansfieldとKirstein、2006; Philpot and Wecker、2008）、思春期中期のラットでピークに達すると報告された新しいオブジェクト探索（35 – 36日齢、 スピア他、1980）。 以前の研究で使用したように、新しい環境および静的で新しいオブジェクトを親しみやすい環境に配置した場合の応答と、ここで使用する短時間の刺激提示によって誘発される行動活性化および同時ドーパミン放出イベントとの間の個体発生の違いを判断するには、追加の研究が必要です。

NAcコアのドーパミントランジェントの頻度と振幅は、思春期と成人の両方のグループの別のラットとの短い相互作用の間に確実に増加しました。 以前のレポートと一致（Robinsonら、2002）、同種ラットの2回目の提示で成体ラットに慣れたドーパミン作動性応答。 対照的に、ドーパミントランジェントの頻度の増加は、思春期のラットで持続しました。 この馴化の欠如は、思春期のラットと成体のラットで見られる社会的相互作用に関連する報酬の増加を反映している可能性があります（例： ダグラスら、2004）。 実際、社会活動は後期青年期および成人期と比較して思春期初期にピークを迎えることが示されており、この効果は試験前の数日間ラットを隔離飼育すると拡大します（Varlinskaya＆Spear、2008年）、現在の研究で行われたように。 興味深いことに、2つの年齢グループは、社会的活動の全体量と一般的な移動量で異なりました。 以前の報告では、個別に収容された思春期のラットは、個別の社会的相互作用試験中に大人よりも多くの社会的行動と運動を示し、これらの影響は初期の青年の間で特に顕著であることが示されています（Varlinskaya＆Spear、2008年）、我々は、彼らの成人の対応物と比較したとき、私たちがテストした初期の青年で、運動がより高く、社会指向の行動がより低いことを発見しました。 これは、装置のサイズが原因である可能性があります：21×21 cmでは、大きい成体ラットは小さい思春期ラットよりも同種のパートナーの近くにいる可能性が高く、これらの成体動物にとって社会的接触はほとんど避けられません。 さらに、テストラットのみをつなげることは、社会的相互作用中の行動レパートリーに影響を与えた可能性があります。 最後に、ここで使用される短い相互作用期間（60 s）は、げっ歯類の社会的相互作用の観点で通常使用されるより長い相互作用期間（270–600 s）と比較した場合、異なる年齢関連の社会的行動パターンを生み出す可能性のある初期相互作用のみをキャプチャします（例えば、 Varlinskaya＆Spear、2008年; グレン他、2003).

社会的相互作用は、ヘッドステージアセンブリがチャンバー壁または他のラットに触れると、運動に関連する電気ノイズを誘発する可能性があり、社会的相互作用中のドーパミン過渡周波数の過小評価につながる可能性があります。 重要なことに、信号対雑音レベルは年齢グループ間または最初と2番目の相互作用期間の間で差がなかった。これは、2番目の相互作用期間中に思春期ラットで観察されたドーパミン過渡周波数の持続的な増加がノイズ関連のアーチファクトではないことを示しています。 同様に、調査および自発運動は、各年齢グループ内の両方の相互作用中に本質的に同じであったため、行動の違いは、思春期ラットと成体ラットの間のドーパミン作動性反応の馴化の違いも説明しません。 実際、以前の研究（Robinsonら、2002）、ドーパミントランジェントの放出が少ないにもかかわらず、成体ラットはパートナーラットとの2回目の相互作用中に、より強い社会的指向行動を示すという観察が行われ、ドーパミントランジェントはパートナー指向行動を促進するために必要ではないことが示唆されました。 ドーパミントランジェントが報酬予測のシグナルとして解釈される場合（シュルツとディキンソン、2000; シュルツ、2007; Roeschら、2010）、大人のドーパミン放出イベントの反復パートナープレゼンテーションへの慣れは、報酬の減少または2番目のプレゼンテーションの予測可能性の増加を反映する場合があり、思春期ラットでのドーパミン放出の持続性は、パートナーとの繰り返しの相互作用に対する報酬または驚きの強化を反映する場合があります。

中脳辺縁系ドーパミン系は、食欲行動と報酬獲得に関与しています（レビューについては、 デピューとイアコノ、1989; パンクセップ、1998; デポとコリンズ、1999; 池本とパンクセップ、1999; シュルツとディキンソン、2000; シュルツ、2007）。 このドーパミン経路のいくつかの側面は思春期に動的に変化するため、報酬に対する行動および神経化学的反応、ならびに報酬を十分に予測できる新規刺激も動的であることは驚くことではありません（レビューについては、 チェンバーズ他、2003; Ernstら、2009; Wahlstromら、2010b; Wahlstromら、2010a）。 社会的相互作用に対するドーパミン作動性反応は、思春期初期のラットでは馴化しなかったという我々の発見は、社会的および薬物報酬を含む思春期中の報酬に対する高い感受性を文書化した多くの研究と一致している（レビューと参考文献については、 Doremus-Fitzwater et al、2010; スピアとVarlinskaya、2010）。 同様に、新規刺激は顕著であり、報酬または脅威を予測できるため、ドーパミン放出と行動促進を引き起こす可能性があります。 しかし、我々は、思春期初期のラットにおける新しい刺激の短い提示に対するドーパミン放出の増加を観察しませんでした。 したがって、本研究では、社会的報酬の感度は最適であるが新規性への反応は最適ではない発達中（青年期初期）にドーパミン放出をサンプリングした可能性があります。 この解釈は、思春期全体のより多くの時点での新規および社会的刺激に対するドーパミン放出の検査を含む、さらなる研究のいくつかの道を導きます。 また、明示的なキュー-報酬学習（たとえば、パブロフ条件付け）中のドーパミン放出を調査して、光や匂いなど、ここで使用される刺激提示のタイプが、報酬を予測するときに思春期のラットのドーパミン作動性応答を引き起こすことができるかどうかを判断します（Day et al、2007; Roeschら、2007).

要約すると、高速ドーパミン放出イベント、またはドーパミン過渡現象は、青年期と成人期で異なって発現されます。 トランジェントの割合と濃度はベースラインで類似していましたが、成人と比較して思春期のラットでは、予期しない非社会的刺激によるドーパミン放出の活性化が少なく、社会的刺激による持続的な活性化が観察されました。 ドーパミン放出イベントのこれらの違いは、手がかりと報酬、特に社会的報酬に対する感受性の発達の違いに寄与する可能性が高い。 思春期のより多くの時点を評価し、明示的な報酬関連学習中のドーパミン放出を監視することにより、これらの発見に基づいて構築することは価値があるでしょう。

謝辞

略語

参考文献