- 와이 웡 웡,
- Kerstin A. Ford,
- Nicole E. Pagels,
- 제임스 E. 맥 컷천및
- 미켈라 마리 넬리
+ 작성자 메모
JE McCutcheon의 현재 주소 : 일리노이 대학교, 시카고, 일리노이 60607 심리학과.
저자 공헌 : WCW, JEM 및 MM 설계 연구; WCW, KAF, NEP 및 MM은 연구를 수행했습니다. WCW, KAF, NEP, JEM 및 MM은 데이터를 분석했습니다. WCW, JEM, MM은이 논문을 썼다.
- 신경 과학 저널 (The Journal of Neuroscience, 13 3 월 2013, 33(11): 4913-4922; doi: 10.1523/JNEUROSCI.1371-12.2013
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추상
인간에서는 청소년기가 코카인 중독을 유발하는 경향이 있습니다. 이것이이 연령대의 코카인에 대한 더 많은 접근과 노출, 또는 사춘기의 두뇌가 코카인의 중독성에 특히 취약한 지 여부는 알 수 없습니다. 여기에서 우리는 남성 청소년 (P42) 및 성인 (~ P88) 쥐에게 광범위한 코카인 자체 관리 절차를 적용했습니다. 또한, 행동상의 차이가 도파민 활성의 발달상의 차이와 관련이 있는지를 결정하기 위해 우리는 도파민 뉴런의 활성을 검사하고 조작했다. 성인과 관련하여 사춘기의 쥐들은 코카인을 더 쉽게 섭취했고, 더 낮은 복용량에 민감하였고, 코카인 섭취량의 증가를 보여 주었고, 가격 상승에 덜 민감했다 (즉,보다 "비 탄력적"이었다). 이와 동시에 청년들은 또한 복부 tegmental 영역 도파민 뉴런의 활동 증가를 보였으 나, 이는자가 관리 행동의 증가와 관련이있는 것으로 알려져있다. 도파민 D의 약리학 적 조작2 도파민 뉴런 활성을 변화시키기 위해 퀴놀린 (길항제) 또는 엡실로프 라이드 (길항제)를 투여함으로써 코카인 자체 투여의 연령 차이를 제거 하였다. 이 데이터는 코카인 중독 책임의 행동 적 및 전기 생리 학적 결정 요인 간의 인과 관계를 암시한다. 결론적으로 청년들은 중독 된 부인과 관련된 행동 및 전기 생리 학적 특성을 보여줍니다.
개요
사춘기는 인간에서 코카인 중독을 일으키는 성향이 강해지는시기입니다 (Kandel 등, 1992; Chambers 등, 2003; Johnston 외, 2011),보다 빠른 질병 진행 및 더 심한 증상 (앤서니와 페트로 니스, 1995; Patton et al., 2004; Reboussin and Anthony, 2006; Chen 등, 2009). 그러한 증가 된 감수성이 약물 노출과 실험의 증가 또는 청소년이 코카인의 중독성에 더 민감한 지 여부는 확실하지 않다. 사람을 대상으로 결정하는 것은 어려운 일입니다. 왜냐하면 연령에 따른 약물 복용 기회의 차이를 설명 할 수 없기 때문입니다. 마찬가지로 약물 사용에 대한 사회 경제적 영향과 같은 비 생물학적 요소가없는 경우에도 코카인 사용을 연구하는 것은 불가능합니다.
동물 모델을 사용하여 동등한 약물 접근 조건 하에서 약물 섭취량을 연구 할 수 있습니다. 비록 하나의 행동 과제가 중독의 모든 요소를 모델링 할 수는 없지만, 다른 자체 관리 절차는 마약 복용의 특정 측면을 모델링 할 수 있습니다 (검토를 위해 린치와 캐롤, 2001). 현재의 연구에 따르면 성인 쥐와 비교하여 청소년기의 쥐는 특정 학대 약물을 더 많이 복용합니다 (Schramm-Sapyta 외, 2009) (예 : 알코올Doremus 등, 2005; Siegmund et al., 2005), 니코틴 및 암페타민 (Levin et al., 2007; Shahbazi 등, 2008). 그러나 코카인에 대한 연구는 일관성이 없으며, 불행히도 단회 투여 절차 만 사용했습니다. 일부 연구에 따르면 청소년은 성인보다 섭취량이 많습니다 (Anker와 Carroll, 2010; Schramm-Sapyta 외, 2011), 다른 것들은 청소년과 성인이 다르지 않다는 것을 보여줍니다 (레슬리 (Leslie) 등, 2004; Belluzzi et al., 2005; 프란츠 (Frantz) 등, 2007; Kantak et al., 2007; Kerstetter와 Kantak, 2007; Harvey et al., 2009; 리와 프란츠, 2009). 이러한 불일치를 해결하기 위해 우리는 여러 가지 차원의 약물 복용, 즉 섭취량과 감수성 (짧은 (ShA) / 긴 (LgA) 사용을 통한자가 투여의 획득)을 모델링하기 위해 다양한 코카인 복용량과 자체 관리 절차를 사용했습니다. 접근 절차], 섭취의 확대, 코카인 소비를 가격의 함수 (코카인 섭취량이 증가 할 때의 섭취량)로 정의한다. 이 과정을 사용하여 우리는 성인 쥐와 비교하여, 사춘기의 쥐가 코카인 자체 투여 행동을 높게 나타냈다.
강화 된 코카인 자체 투여는 성인 래트에서 복부 피 두 영역 (VTA) 도파민 뉴런의 활성이 증가하는 것과 관련된다 (마리 넬리와 화이트, 2000). 흥미롭게도 도파민 신경 세포의 활동도 청소년기에 증가한다 (McCutcheon과 Marinelli, 2009; McCutcheon et al., 2012). 우리는 코카인 자체 투여 중에 도파민 뉴런 활동을 변형시키는 약물을 투여함으로써 중독자의 행동 적 및 생리 학적 측정 사이에 인과 관계를 확립하고자했습니다. 특히, 우리는 사춘기의 쥐에서 도파민 뉴런 활동의 증가가 감소하면 코카인 섭취의 증가가 성인에서 관찰되는 수준으로 감소한다는 가설을 테스트했다. 반대로 성인에서 도파민 뉴런 활동이 증가하면 청소년에서 관찰되는 수준으로 코카인 섭취가 증가합니다.
재료 및 방법
주제
수컷 Sprague Dawley 흰쥐를 Portage 식민지 (Charles River)에서 얻었다. 12 ± 22 ℃의 일정한 온도와 2 % ± 66의 습도에서 25 h 빛 / 암흑 사이클하에 케이지 당 3 마리를 수용했다. 광고 무제한 항상 식량과 물 공급. 사춘기 쥐는 정확히 출생 후의 날 21 (P21)에서 이유되었다. 모든 쥐는 실험을 시작하기 전에 ~1 주에 동물 사육장에 도착했습니다. 이 적응 기간 동안 쥐는 적어도 한 번 처리되었습니다. 사춘기의 발병은 발란노 preputial 분리 방법을 사용하여 대략 P35에서 P44로 결정되었습니다 (Kolho 등, 1988); 대략 P41에서 발생했습니다. 모든 실험은 명시되지 않은 한 7-10 d를 지속하였고 사춘기 이전의 사춘기 쥐, 사춘기 이후의 사춘기 쥐 (이하 "사춘기 쥐"라고 함) 및 성체 쥐가 각각 P35, P42 및 P88에있을 때 시작되었습니다. 모든 연구는 쥐가 활동적 일 때 명암주기의 어두운 단계에서 수행되었다. 연구는 ~2 년 동안 수행되었습니다.
코카인 자체 관리
코카인 자체 투여 또는 실험자가 부과 한 코카인 주입에 대해 시험 한 쥐는 이소 플루 란 가스 (5 % 유도, 2-3 % 유지)로 마취하에 우측 외 경정맥의 정맥 카테터 삽입술을 받았다. SILASTIC 도뇨관 (10-12 μl dead volume)을 경정맥에 고정시키고 피하 내로 통과시켜 중추 경간 영역을 빠져 나갔다. 수술 후 회복 기간 인 ~1 주 동안, 막힘을 막기 위해 카테터를 매일 멸균 식염수 (100 μl)로 플러싱했다. 자기 관리 세션이 시작되기 전날에, 41 용 챔버로의 습관을 유지하기 위해 쥐를 자기 관리실 (24 × 21 cm2, 1.5 cm 높이, MED Associates)에 두었다. 이는 탐색 행동이 자기 관리 행동을 방해하지 못하도록하기 위해 수행되었습니다. 파일럿 실험에서 우리는 사춘기의 쥐가 성인보다 더 방을 탐험했고이 활동은 자기 관리 행동과 경쟁한다는 것을 지적했습니다. 그러므로 습관화시기는이 나이 편견을 제거하는 역할을했다.
자체 관리 챔버에는 챔버의 짧은면 각각에서 바닥 위의 2 cm 위치에 서로 마주 보는 두 개의 기수 포크 구멍이 설치되었습니다. 챔버는 사운드 감쇄 큐비클 안에 장착되었습니다. 순응 기간 동안 코 - 포크 구멍이 덮여있었습니다. 자기 관리 중, 구멍 중 하나 ( "활성"구멍)에서 코를 찔러 한 약물 주입 [즉, 고정 비율 1 (FR1); 특별한 언급이없는 한, 한 번의 콧 구멍 뚫기가 하나의 주입과 동일합니다.]; 그것은 또한 10을위한 활성 구멍 내부의 빛을 비추 게했다. 타임 아웃이없는 비율 (가격)의 함수로 섭취량을 테스트 한 실험을 제외하고 모든 실험에서 과다 복용을 방지하기 위해 10-30 s 시간 초과 기간이있었습니다. 다른 구멍 ( "비활성")에서 코가 찔러도 아무런 결과가 없었습니다. 주입은 주사기 펌프로 200 μl / kg (30 g rat의 경우 150 μl) 및 ~ 12 μl / s의 속도로 전달되었습니다. 코 pokes 수와 주입 횟수는 Windows 용 MED Associates Software Package Schedule Manager에서 수집했습니다. 카테터의 개통 성은 실험이 끝날 때까지 Brevital (5 mg / kg, iv)을 사용하여 랫트 당 1 회 시험 하였다; 마취제에 즉시 반응하지 않은 랫트는 연구에서 제외되었다. 18 (~ 455 %) 쥐의 총 4는 따라서 연구에서 제외되었다.
실험 1 : 자체 관리 인수의 연령 차이
ShA.
75-1200 d에 대해 1.5 h 일 동안 다른 코호트 쥐를 식염수 또는 코카인 (주입 당 7-10 μg / kg)을자가 투여 할 수 있었다. 이 코카인 복용량은 매우 낮고 (주입 당 75 μg / kg, 주입 당 150 μg / kg, 주입 당 300 μg / kg, 주입 당 600 μg / kg) (주입 당 1200 μg / kg). 조기 사춘기 청소년은 중등도 저용량 (주입 당 300 μg / kg)으로 만 검사를 받았다. 적정 선량 (주입 당 600 μg / kg)으로 코카인으로자가 투여 행동을 획득하는 것은 획득 기준을 수립 할 목적으로 별도의 코호트에서 수행되었다.
LgA.
약물에 대한 매일의 접근이 연장되었을 때 복용하는 약물을 조사하기 위해 6 d에 대해 적당한 양 (주입 당 600 μg / kg)으로 매일 10 h 동안 코카인을자가 투여하도록 허용했다.
실험 2 : 코카인 자체 투여의 단계적 확대의 연령 차이
600 d (일일 2 회, 4 8 시간 세션)에 대해 적절한 코카인 (주입 당 1.5 μg / kg)을자가 투여하도록 쥐의 개별 코호트를 먼저 훈련시켰다. 에스컬레이션을 설정하려면 중간 정도의 용량이 필요합니다 (Ahmed와 Koob, 1998; Mantsch et al., 2004). 적당한 용량의 섭취가 청소년과 성인 사이에서 다르기 때문에 (Fig. 1) 그리고 이것이 후속 에스컬레이션에 영향을 미칠 수 있으므로 초기 훈련 단계에서 연령에 따른 코카인 섭취량을 균등하게 유지했습니다. 이를 위해 쥐는 15-20 주입 후 또는 최대 3 시간 후에 자체 투여 챔버에서 제거되었습니다. 훈련 단계 후에, 쥐는 에스컬레이션 연구를 받았다. 에스컬레이션 연구를 위해, 6 d에 대해 쥐를 매일 1.5 h (LgA) 또는 12 h 일 (ShA) 시험했다.
실험 3 : 코카인 소비의 연령 차이를 가격의 함수
별도의 코호트 쥐를 매일 1200 h의 고 콜레스테롤 (주입 당 1.5 μg / kg)을자가 투여 할 수 있었다. 첫번째 2 d 동안, 우리는 FR1을 사용했습니다 (하나의 코 포크는 하나의 주입과 동일합니다). 그런 다음 고정 비율 (즉, 가격)을 격일로 증가시켜 (FR3, FR6, FR9, FR12 및 FR24) 쥐가 각 가격에서 2 회의 세션을 완료했습니다. 분석은 각 가격에서 쥐가 완료된 두 번째 세션에서 수행되었습니다. 자기 주입 (즉, 소비)의 수는 Hursh and Silberberg에 의해 확립 된 지수 곡선에 맞추어졌다.2008; Hursh and Roma, 2013) : 로그 Q = 로그 Q0 + k(e-α (Q0×C) - 1). 이 곡선은 약물을 소비하는 "동기 부여"의 수준을 추정하는 데 사용됩니다 (Hursh, 1993)과 코카인 섭취가 가격 상승에 저항하는 방식 (즉, "코카인 수요의 탄력성") (Bickel et al., 2000). 따라서 학대 책임을 평가하는 좋은 방법으로 간주됩니다 (Hursh, 1993). Q 소비량 (자기 주입 횟수), Q0 가능한 최저 가격으로 소비 수준입니다. C 가격 (즉, 비율)을 나타냅니다. k 대수 단위로 소비의 추정 범위를 설명하는 상수로 설정됩니다 (k =이 연구에서 0.91). α는 "필수 가치"라 불리고 코카인 수요의 탄력성을 나타낸다. 행동은 소비가 가격에 민감하지 않을 때 (즉, 가격 상승에도 불구하고 소비가 유지 될 때) '비 탄력적'으로 간주되며, 소비가 가격에 민감 할 때 (즉, 가격 상승에 따른 소비 감소) '탄력적'으로 전환됩니다. 가파른 감소는보다 탄력적 인 행동과 같고 더 큰 α (Hursh와 Silberberg, 2008)에 비례한다. 이 방정식을 사용하여 P최대, 이는 행동이 비탄성에서 탄력적으로 변화하는 가격이다 (Bickel et al., 2000).
실험 4 : 코카인 및 그 대사 산물의 농도 차이
600 d에 대해 매일 1.5 h 동안 코카인의 중간 용량 (주입 당 2 μg / kg)을자가 투여하도록 래트의 개별 집단에 허용 하였다. 이 초기자가 투여 세션 (1 및 2 일)은 이후의 비 선택적 코카인 주입으로 인한 혐오 효과를 최소화하기 위해 포함되었습니다 (Twining 등, 2009). 그런 다음, 쥐들은 다음 21 d 일 동안 1.5 h 일일 세션 동안 코카인의 5 컴퓨터 전달 주입을 받았다. 주입은 일정한 간격으로, 처음 3 회 주입 할 때마다 1.5 분마다, 나머지 기간에는 5 분마다 전달되었습니다. 이 디자인의 목적은 집단 간 코카인에 대한 동등한 노출을 보장하면서 자기 관리 세션을 모방하는 것이 었습니다. 시험 당일 (7 일), 마지막 코카인 주입을받은 후 쥐를 2 분 동안 목을 베었다. 트렁크 혈액을 불화 나트륨 (5 mg)과 옥살산 칼륨 (10 mg)이 함유 된 8 ml 튜브에 수집 하였다. 튜브를 -20 ℃에서 보관 하였다. 소뇌의 추출 및 제거 후, 뇌를 드라이 아이스상에서 신선 동결시키고 -80 ℃로 저장 하였다. 샘플은 유타 대학의 인체 독성 센터 (Centre for Human Toxicology)로 보내졌으며 코카인과 대사 산물 (benzoylecgonine, ecgonine ethyl ester, norcocaine)은 액체 크로마토 그래피 - 탠덤 질량 분석법을 사용하여 측정되었습니다Lin 외, 2001, 2003).
생체 내 VTA 도파민 뉴런의 세포 외 기록
별도의 쥐 코호트를 chloral hydrate (400 mg / kg, ip)로 마취시켰다. 외측 꼬리 정맥에는 추가 마취제 또는 약물의 정맥 내 투여를 위해 캐 뉼러를 삽입 하였다. 랫트를 정위 장치 (David Kopf Instruments)에 넣었다. 체온을 직장 온도계 (Medline Industries)로 모니터링하고 히팅 패드 (Fintronics)를 사용하여 37 ± 0.5 ° C로 유지했다. 우리는 꼬집음을 뒷받침하고 청소년을위한 60-80 호흡 / 분 및 성인을위한 52-72 호흡 / 분의 호흡 률을 보장함으로써 반응이 없음을 보장함으로써 마취 깊이를 모니터링했습니다. 일부 실험에서, 수면 - 깨우기 상태의 측정은 마취의 안정된 상태를 더욱 보장하기 위해 피질 뇌파 계 기록으로 수집되었다. 수직 전극 풀러 (Narishige PE-2)를 사용하여 유리 전극을 2-mm 외경 유리 피펫으로부터 꺼내어 현미경으로 1-2 μm의 팁 직경으로 파단시켰다. 전극을 1 % 고속 녹색 염료 (써모 피셔 사이언 티픽)을 2 m NaCl 용액에 용해시켰다. 전극의 임피던스는 1.5 Hz에서 측정 한 2.1-135 MΩ (Winston Electronics BL1000-B)이었다. VTA 위에 버어 구멍이 뚫려있었습니다 (좌표는 아래 참조). 전극은 청소년과 성인의 대뇌 피질 표면에 복부 5 또는 6 mm만큼 낮춘 다음 유압 마이크로 드라이브 (David Kopf Instruments)로 도파민 신경 세포 영역으로 천천히 전진했습니다. VTA 지역에서 미리 정의 된 "트랙"(0.2 mm 간격)을 따라 전극이 내려졌습니다. 성인에서 표본 추출 된 영역은 람다 앞쪽의 3.2-4.0 mm, 정중선에서 0.2-1.4 mm 외측, 성인의 피질 표면에서 7.5-8.5 mm 복부였다. 청소년에서 채취 된 부위는 람다 앞쪽의 2.4-3.4 mm, 정중선에서 0.3-0.7 mm, 피질 표면에서 7.5-8.5 mm 복부였다. 이러한 좌표는 연령에 따른 뇌 크기의 차이에도 불구하고 유사한 최종 녹음 사이트를 산출하기 위해 조정되었습니다.
도파민 신경 세포의 세포 외 기록 도중 전기 신호를 고 임피던스 증폭기 (Fintronics)에 입력하고 400 및 500 Hz 또는 50 및 800 Hz에서 대역 통과 필터링 한 후 오실로스코프 (Tektronix R5110)에 표시하고 창 판별기에 의해 모니터링했습니다 및 오디오 앰프 (Grass AM8; Grass Instruments)가 있습니다. 디지털 출력은 AxiScope 소프트웨어 (Molecular Devices)를 실행하는 개인용 컴퓨터 (Digidata 1200 시리즈; Molecular Devices) 인터페이스를 통해 온라인으로 발사 활동을 결정하고 향후 분석을 위해 모든 데이터를 저장했습니다. 저장된 데이터는 발화 특성을 결정하는 맞춤형 프로그램으로 분석되었습니다.
도파민 뉴런은 VTA의 해부 학적 위치와 표준 생리적 기준 (Bunney et al., 1973). 간단히 말해서 이러한 기준은 다음과 같습니다. 2.5–3.5Hz 필터를 사용하여 처음부터 끝까지 측정 된 400–500ms의 긴 지속 시간을 갖는 특징적인 삼상 (+ / − / +) 파형 또는 네거티브 피크의 시작부터 최저점까지 1.1ms 초과 50–800Hz 필터 사용. 발사 패턴은 또한 0.5–10 Hz의 낮은 자발적 발사 속도를 보여줍니다 (그레이스 앤드 버니, 1984; Marinelli 등, 2006) 고주파 스파이크의 클러스터 인 간헐적 인 버스트 (그레이스 앤드 버니, 1983). 이 기준은 도파민 뉴런을 검출 할 때 ~90 % 정확합니다 (거지와 은총, 2012). 도파민 뉴런 활동의 연령 관련 차이를 조사하기 위해 쥐당 최대 3 ~ 5 개의 세포를 수집했습니다. 각 기록은 XNUMX 분 이상의 안정적인 활동으로 구성되었습니다 (<XNUMX % 변동). 발사 속도 (시간 경과에 따른 스파이크)와 발사 패턴을 분석했습니다. 후자의 경우 버스트 활동의 양은 총 스파이크 수에 대해 버스트에서 방출 된 스파이크의 백분율로 계산되었습니다. 또한 버스트 이벤트의 빈도와 버스트 속성 (스파이크 / 버스트 수 및 버스트 지속 시간 (밀리 초))도 계산했습니다.
기록의 끝에서, 쥐를 추가 chloral hydrate로 심하게 마취시켰다. 전극 팁의 위치는 28 분 동안 전극을 통해 30 μA 음극 전류를 통과시킴으로써 표시했다. 이것은 분리 된 염료 스팟을 증착시켰다. 이어서, 뇌를 제거하고, 일련의 코로 날 섹션 (10 μm)이 동결 마이크로톰에서 절단 될 때까지 40 % 포르말린에 저장 하였다 (라이카 마이크로 시스템즈). 섹션을 장착하고 본 연구에서와 같은 가중치를 가진 사춘기 및 성인 랫트의 사내 atlases를 사용하여 광학 현미경으로 전극 배치를 확인했습니다. 쥐 당 최대 4 개의 세포가 기록되었고, 각 쥐의 최종 세포 만이 염료로 표시되었다; 다른 세포의 위치는 최종 세포로부터의 기록 된 거리에 기초하여 외삽되었다. 여러 연령대의 뇌 크기의 차이를 고려해 보았을 때 청소년들에게이 거리를 외삽하는 보정 계수를 사용했습니다. 이것은 청소년기와 성인기의 뇌에서 중간 뇌의 길이, 폭, 높이를 비교하여 계산되었습니다. 교정 인자는 전후면에 대한 1.14, 외측에 대한 1.06, 외음동에 대한 1.09이었다. 우리는 모든 세포가 VTA의 도파민 작용 부위 (티로신 하이드 록 실라 제에 대한 면역 조직 화학 염색)를 보여주는 추가의 아틀라스에 맵핑함으로써 VTA의 도파민 성 부위 내에 있음을 확인했다.
코카인 자체 투여에 대한 도파민 뉴런 활동을 변형시키는 약물의 효과
600 d에 대해 매일 1.5 h 동안 코카인의 중간 용량 (주입 당 6 μg / kg)을자가 투여하도록 래트의 개별 집단에 허용 하였다. 첫 xNUMX d 동안, 우리는 FR2을 사용했습니다 (하나의 코 쐐기는 하나의 주입과 동일합니다). 다음 FRN은 다음 1 d에 대해 3 (3 회 코크는 1 회 주입과 동일 함)로 증가되었습니다. 마지막 세션이 시작되기 10 분 전에 쥐는 도파민 D에 작용하여 중뇌 도파민 뉴런 활동을 증가 시키거나 감소시키는 약물 주입을 받았다2-class autoreceptors (이하 "D2 수용체 "). 구체적으로, 쥐에게 D2 수용체 작용제 quinpirole [20 μg / kg, sc, 도파민 뉴런 활동을 감소시키는 자기 수용체 - 선량Marinelli 등, 2003)], D2 수용체 길항제 인 에리트로 프라데 [20 μg / kg, sc, 도파민 뉴런 활성을 증가시키는 투여 량 (Marinelli 등, 2003)], 또는 식염수 (대조군). 청소년과 성인이 D와 비슷한 민감도를 보이는 것을 감안할 때2 수용체 (McCutcheon et al., 2012), 이러한 약리학 적 조작은 연령에 따른 도파민 신경 세포 발화율에 유사한 효과를 가져와야한다.
약물
코카인 HCl은 국립 약물 남용 연구소 (National Abuse for Drug Abuse)가 제공하거나 Sigma-Aldrich에서 구입하여 0.9 % 식염수 용액에 용해시켰다. 용액의 pH를 6.5N NaOH로 7.0-0.1에서 유지 하였다. Brevital, quinpirole hydrochloride 및 eticlopride hydrochloride는 Henry Schein에서 구입하여 0.9 % 식염수에 용해시켰다. 이소 플루 란 및 0.9 % 식염수 용액은 Butler Schein으로부터 구입 하였다. 염소 수화물은 Sigma-Aldrich에서 구입하여 탈 이온수에 용해시켰다.
통계 분석
코 Pokes와 주입은 적절한 경우 연령 (청소년 대 사전 또는 사춘기 청소년, 청소년 및 성인), 투여 량 (생리 식염수 대 코카인) 및 접근 조건 (ShA 대 LgA)을 사용하여 ANOVA로 분석했습니다. (실험 대별 지속 시간), 고정 비율 (FR1, FR3, FR6, FR9, FR12 및 FR24) 및 시간 (전처리 대 vPNNX)과 같은 여러 요인에 의해 결정됩니다. 후 처리). Newman-Keuls 테스트가 사후 복수. 획득에 도달 한 쥐의 비율은 Fisher의 정확한 테스트로 평가되었습니다. 도파민 뉴런 활동은 Student 's로 분석되었습니다. t 테스트 (청소년 대 성인). 코카인과 그 대사 산물의 혈액 및 뇌 수준도 Student 's t 샘플이 검출 임계 값 미만이 아닌 한 테스트 (청소년 대 성인); 이 경우에는 Mann–Whitney의 U 시험 (청소년 대 성인). 위의 데이터는 Statistica (StatSoft)로 분석했습니다. 수요의 탄력성은 Prism 6 (GraphPad Software)로 분석되었습니다. 지수 곡선 곡선 값의 차이 Q0 및 α는 F 테스트 (캐시디와 데리 르트, 2012). 유의 수준은 모든 검사에서 0.05이었다.
결과
코카인 자체 관리
실험 1 : 자체 관리 취득의 연령 차이
ShA.
우리는 식염수에 대한 자기 관리 행동과 코카인 5 회 투여 량을 비교했다. 모든 투여 량에서, 코카인 섭취량은 일반적으로 코카인 투여 량의 2 d 후에 안정화되었다 (데이터는 나타내지 않았다). 따라서 다음에 표시된 획득 프로파일 그림 1A 3 일 이후의 데이터 만 포함합니다.
코카인 복용량에 따른 코카인 자체 투여 행동 습득 A, 주입 당 75 μg / kg, 주입 당 150 μg / kg, 주입 당 300 μg / kg, 주입 당 600 μg / kg). 또는 일일 ShA (1200 h) 동안 높은 (1.5 μg / kg per infusion) 용량. 각 포인트는 1.5 h 자체 관리 세션의 각 그룹의 평균 ± SEM을 나타냅니다. 청소년 (n = 6, 8, 8, 16, 20 및 12) 및 성인 (n = xNUMX, 6, 8, 9, 11, 18 및 13)을 주입 1 회당 0, 75, 150, 300, 600 및 1200 μg / kg n = 주입 전 14 μg / kg의 용량으로 사춘기 이전 청소년에게 300. B, 성인과 관련된 청소년에서 코카인의 다양한 복용량에서 코카인 자체 관리의 취득. 각 점은에 표시된 선량에서 마지막 3자가 관리 일의 평균 ± SEM을 나타냅니다. A.
As 그림 1A 쇼, 청소년 및 성인은 비슷한 양의 식염수 (나이 효과, F(1,10) = 0.01, ns), 매우 낮은 용량 (주입 당 75 μg / kg, 나이 효과, F(1,14) = 0.03, ns), 고농도의 코카인 (주입 당 1200 μg / kg, 연령 효과, F(1,23) = 0.22, ns). 청소년들은 저용량 (주입 당 150 μg / kg, 연령 효과, F(1,15) = 11.27, p <0.01), 적당히 저용량 (주 입당 300μg / kg, 노화 효과, F(2,38) = 9.85, p <0.001), 중간 용량 (주 입당 600μg / kg, 노화 효과, F(1,36) = 19.83, p <0.001). 사춘기 전 쥐도 적당히 낮은 용량 (주 입당 300μg / kg)으로 테스트했습니다. 연령에 따라 섭취량 차이 (연령 효과, F(2,38) = 2.85, p <0.001). 구체적으로, 사춘기 전 청소년과 성인은 비슷한 코카인 섭취량 (ns)을 보인 반면, 청소년은 사춘기 전 청소년과 성인 모두보다 더 많이 섭취 한 것으로 나타났습니다 (p <0.001). 그림 1B 각 선량에서의자가 투여의 최종 3 d에 대한 각 선량의 평균 섭취량을 보여줍니다. 몇 개월에 걸쳐 별도의 실험을 통해 여러 가지 용량을 테스트했기 때문에 직접적인 그룹 비교는 이루어지지 않았습니다. 아주 낮은 복용량으로 종종 발생하기 때문에, 그룹 평균이 한 사춘기의 쥐와 한 마리의 성인 쥐에 의해 매우 다량의 약물 섭취를 나타 내기 때문에 가장 낮은 용량 (75 μg / kg)은 포함되지 않았습니다. 그림은 코카인 자체 투여에 대한 전통적인 역전 된 U 자형 용량 - 반응 곡선을 보여줍니다 (린치와 캐롤, 2001).
우리는 다음으로 청소년들이 코카인 자체 관리 습득에 도달 한 쥐의 비율과 획득에 도달하는 데 걸린 일수를 검토하여 청소년보다자가 관리를 더 빨리 습득하는지 여부를 조사했습니다. 이 실험을 수행하기 위해 우리는 다음과 같은 획득 기준을 수립했습니다. Mitchell et al. (2005) 모든 자체 관리 세션에 누적 된 활성 장치에서 응답의 bimodal 분포의 최저점을 사용합니다. 여물통은 행동의 변화 지점을 나타냅니다. 여물통 값보다 적은 양의 쥐는 아직 기수 파지와 보상 사이의 관계를 알지 못하는 반면, 여물 값보다 더 많이 반응 한 쥐는자가 관리 행동을 습득했습니다. 우리는 별도로 큰 쥐 (청년, n = 55; 성인, n = 58), 청소년이 성인보다 다시 섭취량을 나타냄Fig. 2A; 나이 효과, F(1,111) = 26.89, p <0.001). 성인은 코 찌르기의 바이 모달 분포를 보였으며, 콧 구멍은 15 개 찌그러졌습니다. 대조적으로, 청소년은 낮은 반응률이 높지 않았기 때문에 바이 모달 분포를 보이지 않았습니다 (Fig. 2C), 자기 관리의보다 빠른 획득을 제안합니다. 실제로, 15 주입의 획득 기준을 사용하여 청소년은 성인보다 획득 속도가 빨랐습니다 (Fig. 2B; 피셔의 정확한 양 꼬리 p = 0.001). 또한 마지막 날까지 성인의 29 %만이 청소년의 5 %와 반대되는 획득 기준을 충족시키지 못했습니다. 따라서 청소년들은 성인보다 코카인 자체 관리를 습득하고 더 빨리 습득 할 가능성이 높았다.
ShA (600 h) 동안 적당한 용량 (주입 당 1.5 μg / kg)으로 코카인 자체 투여의 수집 패턴. A, 취득 기준 수립 목적으로 사용 된 코호트에서의 섭취. 각 포인트는 1.5 h 자체 관리 세션의 각 그룹의 평균 ± SEM을 나타냅니다. 삽입, 1.5시 자체 관리 세션을 통해 사춘기 및 성인 쥐의 대표적인 주입 기록. B, 코카인 자체 투여의 획득 률. 선은 획득 기준을 충족시킨 쥐의 비율을 나타냅니다. C, 코카인 자체 관리를 획득하는 동안 활동 구멍에 코가 찌름의 분포. 모든 쥐 및 모든 세션의 코 pokes 수는 5 간격으로 저장됩니다. 막대는 각각의 특정 빈 간격에서 활성 구멍 코가 마개의 수입니다. 청소년, n = 55; 성인, n = 58.
LgA.
코카인 섭취량의 차이가 샘플링 시간 부족으로 인한 것이 아닌지 확인하기 위해 LgA 중 성인 쥐 대 성인 쥐의 획득 행동을 코카인 관리에 비교했습니다. 같이 그림 3 청소년이 LgA 절차 (6 h 세션)에서 성인과 비교하여 더 많은 코카인 섭취를 보였다 (연령 효과, F(1,19) = 25.45, p <0.001; 세션 효과, F(9,171) = 9.89, p <0.001; 연령 × 세션 상호 작용, F(9,171) = 3.41, p <0.001).
LgA (600 h) 동안 적당한 용량 (주입 당 6 μg / kg)으로 코카인 자체 투여 행동을 획득. 각 포인트는 각 6 h자가 관리 세션에서 각 그룹의 평균 ± SEM 주입을 나타냅니다. 청소년, n = 9; 성인, n = 12.
실험 2 : 코카인 자체 투여의 단계적 확대에 따른 연령 차이
그룹 사이의 섭취량을 동일하게하기 위해 에스컬레이션 테스트 이전의 트레이닝 세션 동안 섭취량은 세션 당 15-20 주입으로 제한되었습니다 (Fig. 4A; 나이 효과, F(1,18) = 2.56, ns; 세션 효과, F(7,126) = 3.53, p <0.01; 연령 × 세션 상호 작용, F(7,126) = 0.39, ns). 이 훈련 기간 동안, 청소년들은 성인보다 15-20 주입에 더 빠르다 (Fig. 4A, 삽입; t(20) = -2.92, p <0.01). 그런 다음 쥐를 ShA 및 LgA 그룹으로 나눴으며 훈련 중 섭취량은 비슷합니다 (접근 조건 효과, F(1,18) = 0.006, ns; 연령 × 그룹 상호 작용, F(1,18) = 0.12, ns).
알맞은 복용량에서 코카인 자체 투여의 확대 (주입 당 600 μg / kg). A모든 그룹이 세션 당 15-20 주입을 자체 관리하는 제한된 교육 세션, 4 d 일당 두 번, 각 세션은 최대 3 시간 지속됨. 삽입, 세션 당 15-20 주입에 도달하는 데 필요한 시간 (검정색 막대, 청년, 흰 막대, 성인). B, 6 h LgA 세션 중 섭취. C, ShA 그룹의 1.5 h 동안 그리고 LgA 그룹의 첫 번째 1.5 h 동안의 섭취. 각 점은 각 자기 관리 세션에서 각 그룹의 평균 ± SEM 주입을 나타냅니다. 청소년 LgA, n = 5; 청소년 ShA, n = 5; 성인 LgA, n = 6; 및 성인 ShA, n = 6. *p <0.05; **p <0.01; ***p 0.001 일과 비교하여 <1입니다.
먼저 LgA 그룹에서 6 시간당 섭취량을 분석했습니다. 같이 그림 4B 쇼를 보았을 때, 청소년들은 성인보다 전반적으로 코카인을 복용했다 (나이 효과, F(1,9) = 12.27, p <0.01); 시간이 지남에 따라 섭취량 변경 (세션 효과, F(11,99) = 6.76, p <0.001), 연령대 간의 관계도 시간이 지남에 따라 변했습니다 (연령 × 세션 상호 작용, F(11,99) = 8.31, p <0.001). 사실, 코카인 섭취의 증가는 청소년에서 관찰되었습니다 (청소년의 세션 효과, F(11,44) = 3.4, p <0.002) 그러나 성인에서는 그렇지 않습니다 (성인의 세션 효과, F(11,55) = 1.2, ns). 특히, 청소년의 코카인 섭취량은 4 세션에서 증가하기 시작했습니다 (p 세션 0.05과 비교하여 <1) 이후 계속 증가했습니다 (모두 p 값 <0.01). 반대로 성인의 코카인 섭취량은 증가하지 않았습니다 (모든 세션에 대한 n 대 세션 1).
우리는 ShA와 LgA 조건 하에서 에스컬레이션을 두 쥐 군의 각 세션의 첫 1.5 시간으로부터의 섭취량을 분석하여 비교했다.Ahmed와 Koob, 1998); 이는 연령과 접근 조건을 피험자 간 요인 (phy-subject factors)과 세션 내 (subject-within)로 구분하여 수행 하였다. 같이 그림 4C 다시, 청소년들은 성인보다 전반적으로 코카인을 복용했다 (나이 효과, F(1,18) = 13.04, p <0.001); 시간이 지남에 따라 섭취량 변경 (세션 효과, F(11,99) = 3.54, p <0.001), 연령대와 접속 조건 간의 관계도 시간이 지남에 따라 변했습니다 (연령 × 세션 상호 작용, F(11,198) = 4.55, p <0.001; 액세스 조건 × 세션 상호 작용, F(11,198) = 1.84, p <0.05). 각 그룹에 대한 후속 분석 (연령 및 접근 조건으로 분리)은 LgA 조건 (청소년 LgA, F(11,44) = 3.38, p <0.01; 성인 LgA, F(11,55) = 1.20, ns; 사춘기 ShA, F(11,44) = 1.78, ns; 성인 샤, F(11,55) = 1.65, ns). 사후 특별 실험에서 LgA를 가진 청소년의 경우 세션 8에 비해 세션 1에서 섭취량이 증가한 것으로 나타났습니다p <0.05). 따라서 테스트의 처음 1.5 시간 만 고려했을 때에도 LgA가있는 청소년에서는 코카인 섭취가 증가했지만 ShA가있는 청소년이나 ShA 또는 LgA 상태의 성인에서는 관찰되지 않았습니다.
실험 3 : 코카인 소비의 연령 차이를 가격의 함수
As 그림 5A 성인에서 코카인을 고 선량으로 주입 한 경우 (1200 / kg / 정맥 주입) 활동 구멍의 경우, FR 요구 사항 (즉, 가격)이 증가함에 따라 응답이 증가했다 (비율 효과, F(4,68) = 15.55, p <0.001), 이것은 성인보다 청소년에서 더 많이 발생했습니다 (Fig. 5; 나이 효과, F(1,17) = 11.38, p <0.01; 연령 × 비율 상호 작용, F(4,68) = 2.85, p <0.05). 특히 청소년은 성인보다 높은 가격 (FR6, p <0.01; FR12, p <0.05; 및 FR24, p <0.05) 그러나 저렴한 가격은 아닙니다 (FR1 및 FR3, ns). 비율이 증가해도 비활성 홀 응답은 변경되지 않았습니다 (비율 효과, F(4,68) = 1.77, ns) 어느 나이 그룹 (나이 효과, F(1,17) = 3.04, ns; 연령 × 비율 상호 작용, F(4,68) = 0.41, ns). 비율이 증가함에 따라 활성 및 비활성 구멍 사이의 차별이 확연하게 나타 났으며 차별이 성인보다 청소년 초기에 분명 해졌다 (홀 효과, F(1,17) = 63.09, p <0.001; 비율 × 구멍 상호 작용, F(4,68) = 21.10, p <0.001; 비율 × 구멍 × 연령 상호 작용, F(4,68) = 3.71, p <0.01). 구체적으로, FR6, FR12, FR24 (p <0.05), 성인은 FR12와 FR24에서만 차별했습니다 (p <0.05).
가격의 함수로서 코카인 (주입 당 1200 μg / kg)의 자체 투여. A, 코카인의 가격이 인상되었을 때의 코포크의 수는 FR을 증가시켜 약물을 얻습니다. B, 코카인의 소비 (자기 주입 횟수)를 지수 함수로 대입하여 대수적 인 척도로 나타내며 지수 함수식에 따라 적합합니다. Q0최저 가격으로 소비 수준; α, 코카인 수요의 탄력성; 피최대, 행동이 비탄성에서 탄력적으로 변화하는 가격. R2, 곡선 적합에 대한 상관 계수의 제곱 (즉, 결정 계수). 각 점은 각 비율에 대해 두 번째 날에 각 그룹의 평균 ± SEM 값을 나타냅니다. 청소년, n = 7; 성인, n = 12. *p <0.05; **p 성인과 비교하여 <0.01.
우리는 소비 (즉, 자기 주입 수)가 다음과 같이 확립 된 지수 곡선에 데이터를 맞추어 가격 (즉, 비율)의 함수로 변하는 방식을 분석했다. Hursh와 Silberberg (2008). 청소년과 성인의 데이터가 곡선에 잘 맞습니다 (R2 청소년을위한 0.94; R2 = 성인용 0.96),이 곡선의 값은 그림 5B. Q0 (가장 낮은 가격으로 최대 소비)는 연령대에 따라 유사했다F(1,5) = 0.001, ns). 소비는 가격의 함수로 감소했고, 감소는 청소년 대 성인에서 가파른 편이었다. 즉, 청소년은 성인보다 α가 작았 다 (F(1,5) = 10.45, p <0.05), 이는 수요가 성인보다 청소년에서 더 비 탄력적임을 나타냅니다.
실험 4 : 두뇌의 코카인 및 그 대사 산물 수준에 대한 연령 차이
청소년들은 혈액에서 코카인 수치가 낮아지는 경향이있었습니다 (923.24 ± 67.32 대 1119.73 ± 66.94 ng / ml, t(9) = -2.05, p = 0.070) 뇌에서 (5135.20 ± 281.25 대 6947.00 ± 971.28 ng / g, t(9) = -1.64, ns). 또한 청소년들은 코카인 대사 산물 인 벤조일 레 코곤 농도가 혈액 내에서 낮아지는 경향이 있었다 (754.72 ± 81.09 대 1086.70 ± 133.07 ng / ml, t(9) = -2.02, p = 0.074) 및 뇌에서 (123.30 ± 13.80 대 184.38 ± 25.15 ng / g, t(9) = -2.00, p = 0.076). 혈액 내 코카인 대사 산물 인 에고 뉴린 - 메틸 에스테르의 수준에는 유의 한 차이가 없었다 (105.84 ± 5.08 대 87.27 ± 9.48 ng / ml, t(9) = 1.62, ns) 또는 뇌 (138.54 ± 9.62 대 146.44 ± 5.36 ng / g, U(11) = 14.00, Z = -0.09, ns). 또한 혈액 내 대사 산물 인 노코 카인 (nococaine)에는 차이가 없었다 (8.28 ± 0.96 대 11.77 ± 1.72, t(9) = -1.67, ns). 대부분의 샘플에서는 뇌의 노코 카인 수치가 검출되지 않았다 (데이터는 표시되지 않음).
생체 내 VTA 뉴런의 세포 외 기록
성인과 비교하여, 청소년은 ~1 Hz (~24 %)만큼 VTA 도파민 뉴런의 더 높은 발화율을 보였다 (Fig. 6A; t(41) = 2.33; p <0.05). 파열의 양은 연령에 따라 비슷했습니다. 이것은 버스트에서 방출 된 스파이크의 백분율로 측정되었습니다 (Fig. 6A; t(41) = 0.30; ns) 및 버스트 이벤트의 빈도 (0.46 ± 0.08 대 0.51 ± 0.09 Hz, t(41) = -0.40; ns). 그러나 청소년은 성인보다 더 큰 버스트 현상을 보였으며 버스트 당 더 많은 스파이크를 보였다 (Fig. 6A; t(41) = 2.28; p <0.05) 및 더 긴 버스트 기간 (256.76 ± 35.12 vs 157.60 ± 33.40 ms, t(47) = 2.01, p = 0.051). 같이 그림 6B 보여 주듯이, 표본 추출 된 VTA의 영역은 연령 (연령대, F(1,41) = 2.71, ns; 연령 × 구조 상호 작용, F(2,82) = 0.28, ns). 청소년 대 성인의 좌표 (밀리미터 단위)는 다음과 같습니다 : 전후방, 3.57 ± 0.04 대 3.66 ± 0.05; 0.84 ± 0.05 대 0.97 ± 0.07; dorsoventral, 7.79 ± 0.05 대 7.84 ± 0.04. 빠른 녹색 염료로 표시된 마지막으로 기록 된 셀만 분석하면 결과가 비슷합니다 (데이터는 표시되지 않음).
A, 도파민 뉴런의 활동. 왼쪽, 발사 속도; 중간, 파열 스파이크 (백분율); 오른쪽, 파열 당 스파이크. 각 세로 막대는 각 그룹의 평균 ± SEM을 나타냅니다. 청소년, n = 24 쥐의 11 세포; 성인, n = 19 쥐의 11 세포. *p 성인과 비교하여 <0.05. B, VTA에서 채취 한 도파민 뉴런의 위치. 위치 (밀리미터 단위)는 람다 (AP)에서 전후방, 중선 (medline)에서 중 외측 (ML), 피질 표면 (DV)에서 dorsoventral입니다. 각 원 / 사각형은 단일 도파민 뉴런의 위치를 나타냅니다. C, 사각형으로 표시된 세포의 대표적인 조직 학적 이미지 B. 전극 배치는 검은 색 화살표로 표시됩니다. 검은 선은 참조 표식이며 현미경의 안구 조각의 일부입니다.
코카인 자체 투여에 대한 도파민 뉴런 활동을 변형시키는 약물의 효과
우리는 도파민 뉴런 활동을 도파민 뉴런 활동을 약리학 적으로 조절하고 적당한 복용량 (주입 당 600 μg / kg)으로 코카인 자체 투여에 미치는 영향을 조사하여 도파민 신경 세포 활동과자가 투여 사이의 관계를 시험했다. Quinpirole, D2 수용체 작용제는 뉴런 활성을 감소 시키는데 사용되었고,에 티 클로 프리드, D2 수용체 길항제는 뉴런 활동을 증가 시키는데 사용되었다 (Marinelli 등, 2003). 래트는 1 d에 대해 FR2에서 처음으로 훈련 받았다 (데이터는 표시되지 않음). 그 다음 그들은 3 추가 일 동안 FR4에서 훈련 받았다. 쥐를 비슷한 코카인 섭취량 (약물 효과, F(2,61) (2.08 μg / kg, sc), 또는 에티클로플라이드 (0.2 μg / kg, sc)를 투여하도록 계획된 환자 (= 0.2, ns). 도시 된 바와 같이 그림 7전처리 과정에서 청소년과 성인의 코카인 섭취량의 차이는 모든 군에서 유지되었다 (연령, F(1,61) = 31.08, p <0.001; 약물 효과, F(2,61) = 2.08, ns; 나이 × 약물 상호 작용, F(2,61) = 1.68, ns). 그런 다음 치료 전 (치료 전 3 d의 평균) 대 치료 후 (후 처리)의 행동을 비교했습니다. 이것은 피험자 간 요인으로 연령대 (청소년 대 성인)와 약물 (생리 식염수, 퀸 피로, 에리트 클로라이드) 사이의 시점 (사전 대 포스트)을 사용하여 이루어졌습니다. 행동은 약물 투여에 따라 변했다 (약물 × 시간 - 점 상호 작용 : F(2,61) = 14,43, p <0.001) 및 피험자의 연령 (연령 × 시점 상호 작용, F(1,61) = 11.96, p <0.001; 나이 × 약물 × 시점 상호 작용, F(2,61) = 6.84, p <0.01). 특히, 식염수 치료는 청소년이 성인보다 더 많은 코카인 섭취를 유지하도록 어느 연령대에도 영향을 미치지 않았습니다 (치료 후, 청소년 대 성인, p <0.05; 전처리 대 후 처리, ns). Quinpirole은 청소년의 코카인 섭취를 억제하여 청소년을 "성인과 유사"하게 만들었습니다 (치료 후, 청소년 대 성인, ns; 청소년 전처리 대 청소년 후 처리, p <0.05). Eticlopride는 성인의 코카인 섭취를 증가시켜 "청소년과 비슷"하게 만들었습니다 (치료 후, 청소년 대 성인, ns, 성인 전처리 대 성인 후 처리, p <0.001). quinpirole의 효과가 청소년의 높은 기준 (pre-quinpirole) 행동의 아티팩트가 아닌지 확인하기 위해, 우리는이 그룹에서 높은 기준 섭취량을 가진 XNUMX 명의 청소년 쥐를 제외한 후 분석을 반복했습니다. 이 쥐를 제거하더라도 결과는 유사했습니다 (데이터는 표시되지 않음).
도파민 신경 세포 활동을 조절하는 약물 투여 전 (Pre) 및 투여 후 (Post) 투여를위한 적절한 용량 (주입 당 600 μg / kg)으로 코카인을자가 투여. 각각의 수직 막대는 각 그룹의 평균 ± SEM 주입 / 1.5 h를 나타낸다. 사전 값은 약물 투여 전 3 d 동안의 평균값입니다. 게시물 값은 약물 투여 직후입니다. 청소년, n = 식염수, quinpirole 및 eticlopride 각각에 대한 11, 12 및 11; 성인, n = 각 그룹의 11. *p <0.05; ***p 성인과 비교하여 <0.001. #p <0.05; # # #p Pre와 비교하여 <0.001.
토론
우리의 연구 결과에 따르면, 성인과 비교하여 청소년들은 코카인 섭취량이 많고 코카인 자체 투여가 더 빨리 이루어지고 코카인 섭취가 증가하며 약물에 대한 열성이 증가하고 가격 상승에 덜 민감하게 반응한다 (즉,보다 비 탄력적이다) . 또한, 상승 된 코카인 자체 투여는 VTA 도파민 뉴런의 상승 된 활성과 관련이 있으며, 이들 뉴런의 활성을 억제하는 약물 인 퀸 피릴로 역전 될 수있다.
성인과 비교하여, 청소년은 중등도의 저용량 (주입 당 150-600 μg / kg)에서 코카인 섭취량이 많았다. 쥐가 ShA 나 LgA를 코카인으로 투여했을 때 코카인 섭취가 증가한 것으로 나타 났는데, 이는 청소년과 성인의 차이가 불충분 한 샘플링 시간의 결과가 아님을 시사한다. 우리의 연구 결과는 청소년이 중등도 저용량의 성인보다 코카인을 스스로 투여한다는 사실을 보여주는 두 연구 [400 μg / kg per infusion (Anker와 Carroll, 2010)] 또는 중간 정도의 높은 용량 [주입 당 800 μg / kg (Schramm-Sapyta 외, 2011)]. 우리는 청소년들이 코카인에 대한 성인보다 더 민감하다는 것을 결정할 수 있도록 더 넓은 범위의 복용량을 사용하여이 연구를 연장했습니다. 코카인 섭취량을 비슷한 저 중도 량으로 수집하면 코카인의 보람 효과에 대한 민감도의 차이를 테스트 할 수 있습니다 (피아자 (Piazza) 등, 1989).
식염수에 대한 반응에서 나이 차이가 없었기 때문에 행동상의 차이는 코카인에 특유했다. 유사하게, 코카인의 매우 낮은 투여 량 (주입 당 75 μg / kg)에서는 차이가 보이지 않았는데, 이는 쥐가자가 투여를 얻는 한계점 이하일 수있다. 고용량 (주입 당 1200 μg / kg)에서, 청소년과 성인은 코카인 섭취량에서 차이가 없었다. 이는 약물에 대한 감수성의 차이가 그러한 높은 용량에서 관찰되지 않기 때문에 예상되었다 (피아자 (Piazza) 등, 2000). 이 발견은 또한 높은 코카인 복용량을 사용하는 성인 대 성인에서 더 많은 섭취량을 나타내지 않은 연구들과 일치합니다 (Kantak et al., 2007; Kerstetter와 Kantak, 2007).
인간의 경우, 사춘기의 시작은 물질 남용의 발생과 일치하는 것으로 제안됩니다 (Patton et al., 2004). 여기에서 우리는 코카인 자체 투여의 상승이 사춘기가 발생한 사춘기의 쥐에서만 일어 났음을 발견했다. 이것은 발작 후 청소년기가 코카인 중독의 취약한 "창"임을 강조합니다. 이것은 어린 사춘기 쥐를 사용하는 일부 연구가 청소년과 성인 사이의 섭취량 차이를 발견하지 못하는 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다 (레슬리 (Leslie) 등, 2004; Belluzzi et al., 2005; 프란츠 (Frantz) 등, 2007; Kantak et al., 2007; Kerstetter와 Kantak, 2007; Harvey et al., 2009; 리와 프란츠, 2009). 실험 조작의 차이점은 다른 불일치를 유발할 수도 있습니다. 예를 들어, 청소년과 성인 코카인 섭취량에 차이가 없다는 두 연구 (레슬리 (Leslie) 등, 2004; Belluzzi et al., 2005)은 빛 / 암흑주기의 활동적인 단계 라기보다는 비활성 단계에서 수행되었다. 또한, 위에서 언급 한 연구에서, 쥐는 그룹 수용 대신에 단독으로 수용되었다. 청소년기가 강한 사회적 상호 작용과 행동을 특징으로하기 때문에 집에서 사춘기 쥐를 그룹화하기로했습니다 (창과 브레이크, 1983; Vanderschuren 등, 1997; Douglas 외, 2004). 또 다른 중요한 요인은 실험 결과에 영향을주는 이유식 연령 일 수 있습니다 (와일리와 에반스, 2009). 상업용 공급 업체를 통해 구입 한 래트는 P17에서 Harlan 또는 P24에서 P19 (Charles River)까지 언제든지 이유를 알 수 있습니다. 이유식의 불필요한 영향을 막기 위해 이유식을 P23에서 정확히 수행 할 것을 요청했습니다.
코카인 섭취량은 발정기가없는 청소년에서 증가했지만 성인에서는 증가하지 않았다. 에스컬레이션은 마약 소비가 꾸준히 사용되는 것에서 과도하게 사용될 때 중독자의 현상을 모델링합니다 (아메드, 2011). 이러한 유형의 행동은 정신 장애 진단 및 통계 매뉴얼 제 4 판에 따라 약물 의존에 대한 마커입니다 (미국 정신 의학 협회 2000). 따라서 성인보다 청소년이 더 많이 에스컬레이션된다는 것은 중독증에 대한 추가 지표입니다. 이와 일치하여 최근 연구에 따르면 성인은 아니지만 청소년들이 코카인이나 메스암페타민 섭취를 증가 시켰습니다 (Anker 등, 2012; Zlebnik et al., 2012). 우리가 성인에서 에스컬레이션을 관찰하지 않은 몇 가지 이유가있을 수 있습니다. 가장 가능성있는 요소는 후속 에스컬레이션 개발에 긴 (~ 10 d) 훈련이 필요하다는 것입니다 (Ahmed 외., 2000; Knackstedt 및 Kalivas, 2007; 아메드, 2011). 제한된 사춘기의 기간을 감안할 때, 우리는 성인의 단계적 확대를 막을 수있는 짧은 훈련 (4 d)에 국한되었습니다. 또한 에스컬레이션은 변형 및 하위 변형 종속성입니다 (프리먼 (Freeman) 등, 2009; Picetti 등, 2010); 그것은 Long-Evans에서 튼튼합니다 (Quadros와 Miczek, 2009), Wistar (Ahmed와 Koob, 1998) 및 Harlan에서 구입 한 Sprague Dawley 쥐 (Ferrario et al., 2005; Mantsch et al., 2008), 찰스 리버 (Charles River)로부터 구입 한 스프 라그 돌리 (Sprague Dawley)Knackstedt 및 Kalivas, 2007; Kelamangalath와 Wagner, 2010), 우리는이 연구에서 사용했다.
중독의 또 다른 특징은 중독자가 마약을 얻기 위해 많은 시간과 노력을 들이고 있다는 것입니다 (미국 정신 의학 협회 2000) 그리고 그들의 소비는 가격 상승에 둔감하다는 점 (Bickel et al., 2011). 우리는 코카인 가격의 점진적인 증가에 따라 쥐가 코카인을 얻기 위해해야 할 일의 양을 측정함으로써이를 모델링했습니다 (Griffiths et al., 1978; Risner and Silcox, 1981). 우리는 또한 데이터를 지수 곡선에 맞추어 소비가 가격의 함수로 변화하는 방식을 평가했다 (Bickel et al., 2000; Hursh와 Silberberg, 2008). 우리의 연구에 따르면 발작 후 청소년들은 성인보다 코카인을 얻기 위해 더 많은 일을했습니다. 게다가 그들의 코카인 소비는 가격 상승에 덜 민감했다 (즉, 그들의 행동은보다 비 탄력적이었다). 함께, 이러한 결과는 청소년이 중독의 행동 특성을 나타냅니다 것을 제안합니다.
청소년의 중독 증가 책임을 뒷받침하는 메커니즘은 무엇입니까? 사춘기의 두뇌는 중파선 도파민 시스템의 변화를 포함하여 광범위한 조직적 및 기능적 변화를 겪습니다 (안데르센 (Andersen) 등, 1997; 스피어, 2000; Wahlstrom 등, 2010). 우리는 이전에 VTA 도파민 뉴런의 활동이 청소년기 동안 최고점을 보였음을 보여주었습니다 (McCutcheon과 Marinelli, 2009; McCutcheon et al., 2012). 여기에서, 우리는 다른 쥐의 쥐를 사용하여 이러한 결과를 복제했다. (Crl : Sprague Dawley from Charles River, 현재 연구에서 Hsd : Sprague Dawley from Harlan); 우리는 사춘기 쥐에서 도파민 뉴런의 활동이 성인에서의 활동보다 ~ 24 % 더 높음을 발견했습니다. 중독 취약성의 또 다른 추정 모델 (고 응답 자 대 저 응답 자 쥐)은 도파민 뉴런 활동의 유사한 증가가자가 관리 행동의 증가와 관련이있는 것으로 나타났습니다마리 넬리와 화이트, 2000; McCutcheon et al., 2009). 이러한 도파민 계통의 활성이 증가하면 청소년이 약물 남용을 일으킬 수 있습니다 (Doremus-Fitzwater 등, 2010). 우리는 D와 함께 도파민 뉴런 활동을 조작하여 약물 섭취와 도파민 신경 세포 활동 사이에 인과 관계를 확립하고자했다.2 수용체 작용제, 또는 활성을 감소시키는 길항제를 포함 할 수있다. 이러한 약물을 투여함으로써 우리는 코카인 섭취의 연령 차이를 역전 시켰고, 행동 차이는 도파민 뉴런 활동에 달려 있음을 시사한다. 이것은 우리의 신경 생리 학적 발견과 행동 결과 사이의 인과 관계를 암시하며 치료 표적에 대한 가능한 메커니즘을 밝혀줍니다. 약리학 적 약제의 전신 전달에는 함정이있을 수 있습니다. 그러나, 우리는 도파민 뉴런 몸체에서 중심적으로 작용하는자가 수용체 선택 선량을 선택했다 (Pucak and Grace, 1991). 우리가 선택한 용량은 도파민 뉴런 발사, 도파민 방출 및 행동 변화를 일으키기 위해 우리와 다른 사람들에 의해 사용 된 용량과 비교됩니다 (로버트슨 (Robertson) 등, 1993; Marinelli 등, 2003; Zeeb 등, 2009). 우리가 사용하는 quinpirole의 복용량이 postsynaptic D2이러한 수용체의 활성화가 감소하기보다는 증가하고, 약물 섭취가 증가하기 때문에Howell 등, 1997).
일부 연구는 복막 내 또는 정맥 내 전달 후 뇌에서 코카인 수치가 청소년과 성인간에 유사 함을 시사한다 (캐스터 (Caster) 외 다수, 2005; 프란츠 (Frantz) 등, 2007; Schramm-Sapyta 외, 2011). 우리의 결과는 코카인과 코카인 대사 물질의 농도가 성인보다 청소년에서 약간 낮다는 것을 시사한다. 그러나 코카인 수치의 차이 또는 신진 대사가 청소년의 코카인 섭취량을 증가시키는 것은 거의 없다. 성인과 비교하여, 청소년들은 약물을 구입할 때 가격이 인상되었을 때 코카인 복용량이 높았지만 비슷한 섭취량은 저렴한 가격 (FR1)이었다. 코카인 섭취량의 대사 관련 보상 성 증가는 낮은 가격과 높은 가격 모두에서 보였을 것이다.
인지 및 행동 측정의 변화는 코카인 자체 관리의 연령 관련 차이에도 영향을 미칠 수있다. 청소년은 "위험을 감수하는 자"로 간주되어 성인보다 새로운 환경에 대한 선호도가 높고 탐험이 가능합니다 (Douglas 외, 2003; Stansfield와 Kirstein, 2006). 청소년의 위험 감수는 참신함과 감각 추구 (청소년기에 증가 함)와 자아 조절 (성인기에 성숙함) 사이의 불일치로 인한 것이라고 제안되었습니다스타인버그, 2004). 유사하게 설득력있는 증거는 동물이 성숙함에 따라 억제 조절을 정제하면 위험을 감소시키는 행동을 설명 할 수 있음을 시사한다 (Ridderinkhof와 van der Molen, 1997; Geier 등, 2010) 및 더 큰 행동 억제 (Sturman et al., 2010; Andrzejewski 등, 2011) 청소년기보다 성인기에. 우리가 이러한 특성을 테스트하지는 않았지만, 이러한 요인들은 청소년의 중독 위험 증가에 기여할 수 있습니다.
함께, 우리의 연구 결과는 발정기없는 청소년들이 코카인의 중독성에 성인보다 더 감수성이 있음을 보여줍니다. 또한 청소년기에 증가 된 중독자의 책임은 VTA 도파민 뉴런의 활동 증가와 관련이 있으며 이러한 뉴런의 활동을 억제하는 약물에 의해 되돌릴 수 있습니다. 따라서 우리의 연구 결과는 중독 위험의 핵심 요소로서 도파민 뉴런을 강조함으로써 청소년 중독 책임의 신경 메커니즘에 대한 통찰력을 제공합니다. 우리 연구 결과는 또한 코카인 중독에 대한 감수성의 증가가 청소년 신경 생물학의 산물이며 외부의 사회적 경제적 영향이없는 상황에서 증명 될 수 있음을 나타냅니다. 따라서 청년기가 중독성 행동에 대한 강한 감수성을 부여하기 때문에 청소년기의 생물학적 위험 요소를 목표로하는 치료 전략이 최우선 적으로 고려되어야합니다.
각주
- 3 월 8, 2012을 받았다.
- 개정판에 12 월 28, 2012이 (가) 접수되었습니다.
- 수락 1 월 26, 2013.
이 작품은 국립 보건 연구소 (National Institutes of Health) 보조금 R01DA020654에 의해 지원되었습니다. 기술 지원에 대한 Mitch Beales와 Lorissa Lamoureux, 에스컬레이션 절차에 대한 도움이되는 Serge Ahmed 박사 및 Robert Messing 박사에게 도움을 주신이 원고에 감사드립니다. 우리는 Dave Moody 박사와 국립 약물 남용 학회 N01DA-9-7767의 지원으로 두뇌 코카인 수준을 분석 한 Utah 대학의 Human Toxicology 센터 직원들에게 감사드립니다. 우리는 행동 자원 연구소 (Institute for Behavior Resources)의 Pete Roma 박사에게 감사드립니다.www.ibrinc.org) 지수 모델을 사용하여 데이터 분석에 대한 조언을 얻었습니다.
저자는 경쟁적인 금전적 이해 관계가 없음을 선언합니다.
- 3333 Green Bay Road, North Chicago, IL 60064의 시카고 의과 대학 인 Rosalind Franklin University of Cellular and Molecular Pharmacology의 Michela Marinelli에게 연락해야합니다. [이메일 보호]
- 저작권 © 2013 저자 0270-6474 / 13 / 334913-10 $ 15.00 / 0
참고자료
- ↵
- 아메드 S
(2011), 마약 중독의 동물 모델, Neuromethods, 마약 사용의 확대, Olmstead M (Humana, New York).
- ↵
- Ahmed SH,
- Koob GF
(1998) 중등도에서 과다 약물 섭취로의 전환 : 쾌락 설정 점의 변화. 과학 282 : 298-300.
- ↵
- ↵
- 미국 정신과 협회
(2000) 정신 질환의 진단 및 통계 매뉴얼 (미국 정신과 학회, 워싱턴 DC) Text Revision Edition, Ed 4.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Bunney BS,
- 월터스 JR,
- Roth RH,
- 아가 잔 GK
(1973) 도파민 성 신경 세포 : 항 정신병 약물과 암페타민이 단일 세포 활동에 미치는 영향. J Pharmacol Exp Ther 185 : 560-571.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Geier CF,
- Terwilliger R,
- Teslovich T,
- Velanova K,
- 루나 B
(2010) 보상 처리의 불변성과 청소년기의 억제 조절에 미치는 영향. 대뇌 피질 20 : 1613-1629.
- ↵
- ↵
- 그레이스 AA,
- Bunney BS
(1984) 도파민 뉴런의 발화 패턴 조절 : 단일 스파이크 발사. J 신경 과학 4 : 2866-2876.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Hursh SR,
- 로마 PG
(2013) 행동 경제학 및 황제 공공 정책. J Exp 항문 행동 99 : 98-124.
- ↵
- ↵
- 존스턴 LD,
- 오말리 PM,
- 바흐 만 JG,
- Schulenberg JE
(2011) 청소년 약물 사용에 대한 미래의 국가 결과 모니터링 : 주요 결과에 대한 개요, 2010 (사회 연구 기관, 미시건 대학교, 앤아버, MI).
- ↵
- 칸델 DB,
- 야마구치 케이,
- 첸 K
(1992) 청소년기부터 성인기까지 마약 관련 진전의 단계 : 게이트웨이 이론에 대한 증거. J 스터드 알코올 53 : 447-457.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Knackstedt LA,
- Kalivas PW
(2007) 코카인 자체 투여에 대한 장기간의 접근은 마약을 채취 한 복직을 향상 시키지만 행동 과민 반응은 증가시키지 않는다. J Pharmacol Exp Ther 322 : 1103-1109.
- ↵
- Kolho KL,
- Nikula H,
- 후 타니 에미 1 세
(1988) 생식선 자극 호르몬 방출 호르몬 길항제로 출생 후 처리 한 수컷 쥐의 성숙. J Endocrinol 116 : 241-246.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Lin SN,
- Moody DE,
- Bigelow GE,
- 폴츠 즈 RL
(2001) 인간 혈장 내 코카인과 벤조일에 코닌의 정량을위한 검증 된 액체 크로마토 그래피 - 대기압 화학 이온화 - 탠덤 질량 분석법. J 아날 톡 시콜 25 : 497-503.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- 마리 넬리 남,
- 화이트 FJ
(2000) 코카인 자체 투여에 대한 향상된 취약성은 중뇌 도파민 뉴런의 증가 된 충동 활성과 관련이있다. J 신경 과학 20 : 8876-8885.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- McCutcheon JE,
- 콘래드 KL,
- 카 SB,
- 포드 카,
- McGehee DS,
- 마리 넬리 남
(2012) 복부 tegmental 영역의 도파민 뉴런은 사춘기 쥐에서 성인보다 더 빨리 발화합니다. J 신경 피시 올 108 : 1620-1630.
- ↵
- ↵
- 패튼 GC,
- 맥 모리스 BJ,
- Toumbourou JW,
- Hemphill SA,
- Donath S,
- Catalano RF
(2004) 사춘기 및 물질 사용과 남용의 개시. 소아과 114 : e300-e306.
- ↵
- 피아자 PV,
- 데미니에르 JM,
- 르 모알 남,
- 사이몬 H
(1989) 암페타민 자체 투여에 대한 개별적인 취약성을 예측하는 요소. 과학 245 : 1511-1513.
- ↵
- 피아자 PV,
- Deroche-Gamonent V,
- 루즈 - 퐁 F,
- 르 모알 남
(2000)자가 투여 용량 반응 기능의 수직적 변화는 중독에 취약한 약물에 취약한 표현형을 예측합니다. J 신경 과학 20 : 4226-4232.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- 로버트슨 GS,
- Tham CS,
- 윌슨 C,
- 자쿠 보빅 A,
- 피비거 HC
(1993) quinpirole과 예상되는 시냅스 전 도파민 작용제 인 B-HT 920 및 SND 919의 선조체 도파민 및 아세틸 콜린 방출에 대한 생체 내 비교. J Pharmacol Exp Ther 264 : 1344-1351.
- ↵
- Schramm-Sapyta NL,
- 워커 QD,
- 캐스터 JM,
- 레빈 에드,
- 쿤 CM
(2009) 청소년은 마약 중독에 성인보다 더 취약합니까? 동물 모델의 증거. 정신 약리학 (Berl) 206 : 1-21.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
;