중독 진전을위한 중추 신경 도파민 신경 자극 (Mesolimbic Dopamine Neuron Stimulation)의 충분 성 (2015)

개요

중독은 여러 단계로 발전하는 질병입니다 (Everitt et al., 2008, George et al., 2014). 레크리에이션 사용이 강박적이고 부정적인 결과에도 불구하고 지속되면 진단이 내려집니다. 주요 중독 가설에서는 남용 약물이 뇌의 도파민 (DA) 농도를 과도하게 증가시켜 질병을 유발한다고 가정하지만,이 시스템을 유발하는 것이 레크리에이션 사용에서 중독으로 전환하는 데 충분한 지 여부는 명확하지 않습니다 (Di Chiara 및 Bassareo, 2007, Volkow and Morales, 2015). 약물 강화에 대한 DA 가설을 뒷받침하는 증거는 수십 년에 걸쳐 축적되었으며 약물의 초기 효과에 의존하고 있습니다. 예를 들어, 중독성 약물은 중뇌로부터의 상승 DA 투영을 포함하는 섬유 관인 내측 전뇌 다발의 두개 내 자기 자극 (ICSS) 임계 값을 감소시킵니다 (Stein, 1964, Crow, 1970, Kornetsky et al., 1979). 약리학 및 병변 연구는이 회로의 기원으로 mesocorticolimbic DA 시스템을 확인했습니다 (Wise and Bozarth, 1982). 1980 년대 후반, 미세 투석으로 세포 외 DA 농도를 직접 측정 한 결과 중독성 약물이 NAc에서 DA 급증을 유발하는 특성을 공유한다는 사실이 확인되었습니다 (Di Chiara and Imperato, 1988). 이로 인해 중독성 약물의 기계적 분류가 제안되었습니다 (Lüscher and Ungless, 2006).

이러한 약물 사용의 초기 효과가 어떻게 중독으로의 전환을 촉진하는지에 대해서는 알려진 바가 훨씬 적습니다. 중독성 약물에는 다른 약리학 적 표적이 있기 때문에 DA 독립적 인 메커니즘이 고려되었습니다. 예를 들어, 코카인은 DA 수송 체 (DAT)를 억제하는 것 외에도 SERT (세로토닌 수송 체) 및 NET (노 에피네프린 수송 체)에 결합하여 각각 세로토닌 및 노르 에피네프린 재 흡수를 감소시켜 모든 주요 모노 아민 (Han 및 Gu, 2006, Tassin, 2008). 다른 정신 자극제에도 비슷한 우려가 적용될 수 있습니다. 더욱이, 아편 산염은 적어도 초기 단계에서 DA와 무관하다는 주장이 있습니다 (Badiani et al., 2011, Ting-A-Kee 및 van der Kooy, 2012). DA 가설은 또한 유전자 마우스 모델을 기반으로 도전을 받았는데, DA 시스템과의 간섭 후에도 일부 형태의 약물 적응 행동이 여전히 분명했습니다. 예를 들어, DAT 녹아웃 마우스는 코카인을자가 투여하고 (Rocha et al., 1998), DA 합성을 약리학 적으로 (Pettit et al., 1984) 또는 유 전적으로 (Hnasko et al., 2007) 폐지하여 약물자가 투여를 방지하지 못했습니다. 또는 조건이 지정된 장소 선호도. 이러한 트랜스 제닉 마우스의 더 나은 특성화와 이중 모노 아민 수송 체 녹아웃의 생성으로 이러한 문제 중 일부가 해결되었지만 (Rocha, 2003, Thomsen et al., 2009), 중독의 주요 특징을 유발하는 DA의 충분 성은 알려져 있지 않습니다. 비 특이성 문제를 피하기 위해 우리는 마우스가 광 유전학 적 접근을 사용하여 VTA DA 뉴런을 자체 자극 할 수 있도록 결정했습니다.

최근 연구에 따르면 중뇌에서 DA 뉴런의 활성화는 장소 선호를 유도하거나 (Tsai et al., 2009) 도구 행동을 강화할 수 있습니다 (Adamantidis et al., 2011, Witten et al., 2011, Kim et al., 2012, Rossi et al., 2013, McDevitt et al., 2014, Ilango et al., 2014). 이러한 DA 경로의 선택적 활성화는 보상 시스템을 설명하는 데 30 년 이상 전에 수행 된 두개 내 자기 자극 (ICSS) 연구를 확인하지만 (Fouriezos et al., 1978), 그들은 다음과 같은 후기 단계 적응 행동의 유도를 입증하지 못합니다. 중독을 정의하거나 근본적인 신경 세포 적응을 확인하지도 않았습니다. 여기에서는 강화를 시작할 때 위상 DA 신호에 대한 충분한 기준을 직접 테스트 할 수있을뿐만 아니라 중독으로의 전환을 테스트하기 위해 광 유전 학적 조작을 사용했습니다.

질병의 후기 단계에 대한 놀라운 관찰은 가장 중독성이 강한 약물을 사용해도 일부 사용자 만이 중독된다는 것입니다 (Warner et al., 1995, O'Brien, 1997). 인간 중독자는 일반적으로 시간이 지남에 따라 종종 지연되는 사회적 및 심리적 패배와 관련된 부정적인 결과에도 불구하고 계속해서 약물 섭취를 할 것입니다 (미국 중독 의학 협회의 "중독의 정의", DSM5, 미국 정신과 협회, 2013 참조). 유사하게, 설치류에서 코카인을자가 투여 한 동물 2004 마리 중 대략 2010 마리가 결국 중독 된 것으로 분류됩니다 (Deroche-Gamonet et al., 2014, Kasanetz et al., XNUMX; George et al., XNUMX 참조). 부정적인 결과에도 불구하고 약물 섭취의 인내는 소비 일정에 간단한 혐오 자극을 도입하여 설치류에서 모델링 할 수도 있습니다. 인간의 질병은 더 복잡하지만 처벌과 소비를 연관시키는 것은 중독의 핵심 구성 요소에 대한 간단한 모델입니다.

여기에서는 코카인, 자당 및 광 유발자가 자극의 자체 투여에 대한 결과를 평가하기 위해 경미한 발 충격을 사용했습니다. 우리는 DA 신경 세포자가 자극이 부작용에도 불구하고 큐 관련 보상 추구와 소비와 관련된 두 가지 중독성 관련 행동을 유도 할 수 있는지 여부를 조사하고 이러한 행동과 관련된 신경 소성을 특성화합니다.

결과

DA 신경 세포의 활동을 조절하기 위해 Cre-inducible adeno-associated virus (AAV)에 double-floxed inverted open reading frame (DIO) ChR2 강화 된 황색 형광 단백질 (eYFP) (Atasoy et al., 2008, Brown et al., 2010)에 융합되어 DAT-Cre 마우스의 VTA에. 또한 VTA (ChR2참조 실험 절차). 그 특이성 ChR2 발현은 eYFP와 DA 합성에 필요한 효소 인 티로신 히드 록시 라 아제 (TH)의 공 - 위치 화에 의해 확인되었다그림 1에이). 

먼저, 레이저 자극 프로토콜을 설정하기 위해 마우스를 작동 상자에 배치하여 활성 레버를 눌러 매번 다양한 (1, 2, 8, 32, 60 또는 120 버스트) 레이저 자극을 트리거했습니다. 두 세션. 일반적으로 자연 보상 (Schultz, 2002)에 의해 유도되는 위상 발사 패턴 (Hyland et al., 2006, Mameli-Engvall et al., 2009, Zhang et al., 1998)을 모방하기 위해 버스트 자극을 사용했습니다. 하나의 버스트는 4Hz에서 20ms의 XNUMX 개의 레이저 펄스로 구성되었으며 초당 두 번 반복되었습니다. 마우스가 레이저 자극 당 버스트의 함수로 레버 누르기 동작을 조정하여 수신 된 총 버스트 수를 제어한다는 것을 발견했습니다 (그림 1비). 이러한 행동은 주 입당 용량이 다양 할 때 중독성 약물의자가 투여를 연상시킵니다 (Piazza et al., 2000). 후속 실험을 위해 레버 프레스 당 30 회의 버스트를 관리하여 최대 버스트 수의 절반 (그림 1비). 약물을 정맥으로 투여 할 때 일반적으로 관찰되는 DA 증가의 지연을 모방하기 위해 (Aragona et al., 2008), 레이저 자극을 5 초 지연시키고 10 초 동안 깜박이는 큐 라이트를 추가했습니다 (그림 1기음).

연속 12 일 동안, 마우스는 80 시간 동안 최대 2 회자가 자극하도록 허용되었습니다. 마우스는 레이저 자극 속도를 빠르게 증가시켜 세션의 첫 시간이 끝나기 전에 80 회의 레이저 자극 (LS)에 도달했습니다 (피규어 1D 및 1E). 액티브 레버와 비활성 레버의 구분은 빠르게 획득되었고 액티브 레버 프레스의 수는 고정 비율 (FR1, 2, 3) 일정 증가에 따라 증가했습니다 (피규어 1F 및 1G). DAT-Cre- 마우스 또는 γ- 아미노 부티르산 (GABA) 뉴런 (ChromxNUMX, VAD의 억제 뉴런을 표적으로하는 GAD-Cre + 마우스)에서 ChR2를 발현시킨 마우스를 사용한 대조 실험에서, 자기 자극 속도는 낮았고 세션. 이것은 post-hoc 검증이 VTA가 ChR2-eYFP에 감염되지 않았 음을 보여주는 두 개의 Cre + 동물에도 적용됩니다 (표시되지 않음). 또한, 활성 및 비활성 레버 사이의 구별이 검출되지 않았다 (피규어 S1A 및 S1B).

우리는 레이저 자극에 필요한 것보다 DAT-Cre + 마우스가 활성 레버에서 더 자주 눌리는 것을 관찰했습니다. 사실 이러한 "쓸데없는"액티브 레버 프레스는 모든 액티브 레버 프레스의 30 % 이상을 차지했습니다 (그림 S2A)와 발생 - 세션이 진행됨 - 주로 큐와 레이저 자극 시작 사이 (피규어 S2B 및 S2C). 이 단일 행동은 습득 중에 발생하며 충동적인 반응을 반영 할 수 있습니다.

함께 VTA DA 뉴런의 버스트 활동은 레버 반응을 강하게 강화시킵니다.

코카인에 의한 VTA DA Neuron 자기 자극의 폐색

VTA DA 뉴런자가 자극이 행동을 강화하기 위해 중독성 약물에 의해 표적화 된 동일한 뇌 회로에 힌지되는지 여부를 테스트하기 위해, 우리는자가 자극 세션 직전에 코카인을 복강 내 (ip)로 주입했습니다 (45 분 동안 레이저에 무료 접근, 그림 2ㅏ). 기준선에서 잘 훈련 된 동물은 FR400 일정에 따라 85 분 내에 45 LS를 얻기 위해 약 3 번 눌렀습니다. 코카인 주사 후, 성능은 용량 의존 방식으로 최대 용량으로 30 개의 레버 프레스에 대해 약 100LS로 크게 감소했습니다 (그림 2비). 이 폐색은 약물의 약동학을 반영하여 세션의 처음 30 분 동안 가장 두드러졌습니다 (그림 2기음). 이 실험은 optogenetic self-stimulation과 코카인에 의한 보강에 의한 보강이 신경 회로의 근원임을 나타냅니다.

광유 전적 자기 자극과 중독성 약물을 추가로 비교하기 위해, 우리는 다음으로 마우스가 몇 주 동안 금단 후 VTA DA 뉴런의 자기 자극으로 재발할지 여부를 물었습니다. 신호 관련 약물 탐색은 재발의 확립 된 모델이기 때문에 (Epstein et al., 2006, Soria et al., 2008, Bossert et al., 2013), 우리는 마지막자가 치료 후 30 일 후에 마우스를 수술실에 다시 넣었습니다. 이제 활성 레버를 누르면 큐 라이트가 트리거되는 자극 세션 없이 레이저 자극 (그림 3에이). 능동 레버 프레스의 높은 비율에 의해 입증 된 견고한 cue-associated seeking behavior는 eYFP-ChR2 VTA DA 뉴런 (DAT-Cre +, DAT-Cre- 마우스 제외, 그림 3B).

이전 연구에서는 DA D1R을 발현하는 NAc 뉴런의 하위 유형에서 코카인에 의해 유발 된 신호 관련 재발과 시냅스 가소성 사이의 인과 관계를 보여주었습니다 (Pascoli, Terrier et al., 2014). 따라서이 시냅스 가소성을 평가하기 위해 우리는 DAT-Cre 마우스를 생성했습니다. Drd1a-tdTomato NAc에서 중간 크기의 가시 뉴런 (MSN) 아형을 확인했다. 탐색 시험 대신에, D1R-MSN이 적색이고, flox-ChR2-eYFP에 감염된 VTA DA 뉴런의 녹색 섬유와 대조적으로, NAc의 조각을 준비 하였다 (그림 3씨). 생체 외 전체 세포 패치 클램프 녹음은 AMPAR 유발 시냅스 후 전류 (AMPAR-EPSC) 및 증가 된 AMPAR / NMDAR 비율 (피규어 3D 및 3E), D1R-MSN에는 있지만 D2R-MSN에는 없습니다. 코카인자가 투여를 중단 한 후 이전에 얻은 유사한 결과는 D2R-MSN에 대한 개별 입력에서 GluA2 결여 및 AMPAR을 포함하는 GluA1의 결합 된 삽입을 나타내는 것으로 나타났습니다 (Pascoli, Terrier et al., 2014).

처벌에도 불구하고 자기 자극

부정적인 결과에도 불구하고 약물 사용은 중독의 중요한 정의 기능입니다 (DSM5 정의, American Psychiatric Association, 2013 참조). 코카인자가 투여 일정에 도입 된 감전이 코카인을 억제하는 쥐 모델이 확립되었습니다 (Deroche-Gamonet et al., 2004, Pelloux et al., 2007, Pelloux et al., 2015, Chen et al., 2013) 일부 동물의 소비. 초기 노출 (획득) 12 일 후, 마우스는 FR3에서 세 번의 추가 세션을 가질 수 있었지만 세션 컷오프를 줄였습니다 (60 분 또는 최대 40 보상). 이 세 세션은 다음 네 세션의 기준으로 사용되었으며, 세 번째 레이저 자극마다 새로운 신호 (500ms, 0.2mA)로 예측 된 발 충격 (XNUMXms, XNUMXmA)과 쌍을 이룹니다.그림 4에이). 발 충격의 강도와 지속 시간은 자당 보상에 대한 레버 누름을 완전히 억제하기 위해 조정되었습니다 (아래 데이터 참조). 처벌 일정에 따라 두 가지 반대의 행동 반응 (그림 4비). 일부 생쥐는 처벌이 도입되었을 때 ( "민감한") 반응을 멈추는 반면, 다른 사람들은 레이저 자극의 최대 횟수를 얻기 위해 계속 반응했으며 처벌에 "저항력이있는"것으로 간주 될 수 있습니다. 4 개의 처벌 세션이 끝날 때 두 개의 동물 집단이 완전히 나타났습니다 (그림 4기음). "감수성 마우스"는 20 % 이상으로 자기 자극을 감소시키는 반면, "저항성 마우스"는 레이저 자극의 횟수를 유지했다 (80 % 감소 이하). 이 기준을 사용하면 단 하나의 동물 (회색 점) 만 할당 할 수 없습니다. 이 관찰은 VTA DA 뉴런의 자기 자극에 의해 유도 된 강제적 인 버스트 활성이 마우스의 일부분에서 부정적인 결과에도 불구하고 소비의 인내를 유도하기에 충분하다는 것을 입증한다. 대조군으로서, 자기 자극과 관련된 처벌에 대한 저항성 또는 민감성을 확립 한 쥐의 독립적 인 그룹에서, 통각 장애는 꼬리 플릭 분석을 사용하여 평가되었다. 감수성과 저항성 사이의 뜨거운 물에 담긴 꼬리를 인출하는 대기 시간의 차이는 발견되지 않았다 (그림 S3).

우리는 다음에 스스로의 자극을 얻는 단계에서 특정한 특징이 처벌에 대한 저항을 예측했는지 여부를 물었다. 민감한 마우스와 저항하는 마우스는베이스 라인 세션 동안 동일한 수의 활성 및 비활성 레버 프레스를 만들었고 모든 마우스는 최대 80 LS에 도달했습니다피규어 S4A 및 S4B), 비슷한 시간 내에 (피규어 S4A 및 S4C). 무익한 능동 레버 프레스의 비율은 두 하위 집단에서 다시 차이가 없었지만 (피규어 4D 및 S4D), 레이저 자극이 시작되기 전에 무의미한 레버 프레스의 수는 획득 세션이 끝날 때까지 내성 마우스에서 유의하게 높게 나타났습니다 (피규어 4E와 S4이자형). 이러한 행동은 획득 과정에서 발전함에 따라 타고난 충동 성과 함께 (Economidou et al., 2009, Broos et al., 2012, Jentsch et al., 2014) 처벌에 대한 저항을 확립하는 데 기여할 수 있습니다. 또한 광 유전 학적 자극에 대한 동기를 정량화하기 위해 11 일째에 점진적 비율 시험을 수행했습니다 (Richardson and Roberts, 1996). 내성 마우스는 민감한 마우스와 통계적으로 다르지 않은 중단 점을 나타 냈습니다 (그림 S4에프).

코카인에 대한 처벌에 대한 저항, 그러나 자당에 대한 저항

충동 레버 누르기와 함께 유해한 결과에도 불구하고 소비의 패러다임이 중독성 약물의 강박 적 섭취를 예측할 수 있는지 여부를 테스트하기 위해 새로운 마우스 코호트가 12 일 동안 코카인 자체 투여를 받았습니다. 코카인자가 투여 획득을위한 실험 매개 변수는 획득 중 80 시간 이내에 최대 4 회 코카인 주입으로 설정되었으며, 40 회 처벌 세션 이전의 2 회 기준 세션 동안 XNUMX 시간 이내에 XNUMX 회 주입으로 설정되었습니다 (피규어 5A 및 S5에이). 코카인 보상과 전기 충격을 짝을 지어 두 그룹이 나왔다. 실제로 5 마우스 중 22은 내성 (기준선에서 20 % 감소) 미만으로 분류되었고, 17는 민감한 것으로 (80 % 감소), 한 동물이 중간에 떨어졌습니다 (13 일에 19 주입).그림 5비). 그런 다음 처벌에 대한 저항의 행동 적 예측자를 찾았습니다. 두 그룹 사이에서, 주입 횟수, 주입 비율, 활성 또는 비활성 레버 프레스 수는 차이가 없었다 (피규어 S5B-S5D), 파 단점은 비슷했다 (그림 S5이자형). 활성 레버에서 무의미한 프레스가 발생했을 때 분배의 진화가 달라졌습니다. 첫 번째 네 세션에서, 헛된 레버 프레스는 저항력이 강한 마우스와 민감한 마우스의 타임 아웃 기간 동안 규칙적으로 감소한 반면, 획득이 끝나면 민감한 마우스 만이 행동을 유지했습니다 (피규어 5C와 5D S5에프). 대조적으로, 내성 마우스는 무익한 지렛대 프레스의 총 수를 증가시키는 경향이 있었다 (피규어 5C 및 S5D), 특히 타임 아웃 기간의 마지막 4 분의 1 (그림 5디). 이전에 DA 뉴런의 광 생성 자극 (이전 참고)으로 수행 한 관찰과 질적으로 유사했지만, 초기 타임 아웃 기간 동안 무의미한 프레스의 클러스터링은 코카인에서는 나타나지 않았으며, 이는 약물의보다 느린 동역학 증가 된 DA 수준. 그럼에도 불구하고 "DA 급상승의 내부 탐지"에 앞서 단기간에 쓸데없는 레버 프레스 분배의이 단일 진화에 기초하여 유사한 결론을 도출 할 수 있습니다. 따라서 우리의 관찰 결과는 쓸데없는 활성 레버 프레스의 분배가 마약 사용을 예측한다는 것을 시사합니다 부정적인 결과에도 불구하고.

마침내 우리는 수의사 보상을 위해 레버를 누를 수있는 자유 섭식 마우스를 사용하여 실험을 반복했다. 일단 처벌이 도입되면, 모든 마우스는 자당을 스스로 투여하는 것을 중단했습니다 (그림 5E),이 일정이 필수적이지 않은 자연적인 보상의 섭취를 억제했음을 보여 주었지만, 중독성 약물이나 강력한 DA 신경 자극의 강박 섭취의 감지를 허용했습니다.

종합하면, 이러한 결과는 VTA DA 자기 자극이 마우스의 일부분 (68 %)에서의 처벌에 대한 저항성에 의해 나타나 듯이 강제력을 유도하기에 충분 함을 보여줍니다. 유사하게, 코카인 SA 후, 일부 마우스는 처방에 내성이 생기고 (23 %), 이는 자당 SA (그림 5에프).

부정적인 결과에도 불구하고 자기 관리를 계속하는 결정을 제어 할 수있는 뇌 영역을 정확히 파악하기 위해, 우리는 먼저 처벌 세션이 15 년에 즉각적인 초기 유전자 cFos의 발현을 촉발 한 뉴런의 수를 세어 일반적인 "뉴런 활동"을 모니터링했습니다. 다른 지역. 마우스는 마지막 처벌 세션이 끝난 후 90 분 후에 PFA로 심장 내로 관류되었습니다. 대조군에는 순진한 동물뿐만 아니라 감수성 또는 저항성 마우스에 멍에를 매는 마우스가 포함되어있어 충격 횟수의 혼란스러운 효과를 제어 할 수 있습니다.

대부분의 선택된 지역에서 cFos 양성 뉴런의 수는 순진한 생쥐 조각과 비교하여 내성 마우스에서 나온 조각에서 가장 높았으며 두 가지 유형의 반응이 나타 났고 그 중 전연 피질 (PL)과 측방 OFC가 대표적인 예입니다. PL에서 우리는 내성 마우스 및 그들의 멍에 통제 된 대조에서 cFos 양성 세포의 비슷한 증가를 발견했다. OFC에서이 증가는 내성 마우스에서만 나타나는 것이지,피규어 6A와 6B). 이 차이를 정량화하기 위해, 모든 데이터는 순진한 동물에서 처음으로 정상화되었다. 그런 다음 비율은 저항성 과민성을 멍에에 의해 나눈 값과 저항에 대한 저항력을 과민 한 것 (Ratio_cfos = (R / S) / (YR / YS), 그림 6비). 이 절차는 cingulate cortex, OFC 및 VTA를 내성이 있지만 민감한 마우스에서는 활성화되지 않고 두 그룹의 요크 대조군에서 거의 차이가없는 영역으로 식별했습니다 (실제로 yoked에서 유사한 낮은 cFos 양성 뉴런). . VTA를 찾는 것은 레이저 자극 뉴런의 영역이기 때문에 놀라운 일이 아닙니다. 이는 ChR2 자극이 cFos 활성화를 유발한다는 것을 보여주는 이전 보고서와 일치합니다 (Lobo et al., 2010, Van den Oever et al., 2013). 낮은 비율_cfos (CeA 및 PAG와 같은) 민감성 및 내성이 유사한 영역에서 발견되었다. 비율_cfos 활성화가 요크 컨트롤 (예 : PL, 그림 6요약 비율 C_cfos 데이터). 따라서 내성 및 멍에 저항성 마우스에서 유사한 cFos 발현은 발 충격의 수에 의해 유도되고 처벌에 대한 저항과는 거의 관련이 없습니다. 종합하면, 높은 비율_cfos OFC에서이 지역의 신경 활동은 처벌에 대한 저항과 관련되어 있으므로 중독으로의 전환을 선호한다고 제안합니다.

처벌에 저항하는 마우스의 OFC에서 증가 된 뉴런 활동의 기질을 확인하기 위해, 우리는 내재적 흥분성을 테스트하기 위해 마지막 처벌 세션 24 시간 후 PL 및 L-OFC의 조각을 준비했습니다. 두 영역은 이전 실험에서 매우 다른 c-Fos 발현 패턴으로 인해 선택되었습니다. 뉴런 흥분성은 전체 세포 기록에서 증가하는 전류량 (0에서 600pA)을 주입하여 유도 된 활동 전위 (AP)의 수를 계산하여 정량화되었습니다. 이러한 기록은 민감하거나 순진한 마우스와 비교할 때 내성 마우스 (및 멍에가있는 대조군)의 PL의 피라미드 뉴런에서 지속적으로 저 흥분성을 나타냈다 (그림 7에이). 기록 뉴런의 휴식 막 전위 (RMP)는 실험 그룹간에 차이가 없었다 (그림 7비). 이러한 결과는 PL에서 뉴런의 흥분성이 받아 들여지는 충격의 수와 직접적으로 관련이 있으며, 처벌에 대한 저항 결정과 관련이 없음을 강력히 시사합니다. 이것은 전날 발 충격으로 유발 된 신경 흥분에 의해 유발 된 음성 피드백 적응을 반영 할 가능성이 가장 높습니다. 대조적으로, L-OFC의 뉴런은 내성 마우스에서만 더 흥분했다. 멍에 쥐에서 나온 뉴런의 흥분 가능성은 발바닥 자체의 효과를 배제하면서 순진한 쥐에서 나온 뉴런의 흥분 가능성과 달랐다.피규어 7C 및 7D). OFC 뉴런의 이러한 증가 된 활동은 cFos 발현의 기초가 될 가능성이 있으며, 처벌에 대한 저항을 유발할 수 있습니다.

향상된 OFC 뉴런 흥분성과 처벌에 대한 저항성 사이의 인과성을 테스트하기 위해 DAT-Cre + 마우스 OFC의 피라미드 뉴런에서 억제 성 DREADD (디자이너 약물에 의해 독점적으로 활성화되는 디자이너 수용체 : CamKIIα-hM4D)를 표현했습니다 (그림 8에이). OFC의 급성 슬라이스에서 CNO (clozapine-N-oxide)의 목욕 적용은 바륨에 의해 역전 된 GIRK 채널에 의해 매개 될 수있는 느린 외향 전류를 유도했다 (Ba²⁺), 칼륨 채널의 비특이적 차단제 (그림 8비). CNO는 또한 입출력 곡선을 오른쪽으로 이동시켰다 (그림 8기음). OFC에서 AAV1 / CamKIIα-hM4D-mCherry로 감염된 DAT-Cre + 마우스 (그림 8D) 획득 된 DA 뉴런자가 자극 패러다임에 이어 처벌 일정이있는 두 개의 연속 블록, 첫 번째는 CNO가있는 상태에서, 두 번째는 CNO가없는 상태. 두 블록은 처벌없이 6 일 동안 중단되었습니다 (그림 8이자형). CNO가있는 첫 처벌 블록이 끝날 때, 5 마우스 만 16에 저항성을 보였습니다 (그림 8F, 왼쪽 패널). 대조적으로, OFC 억제없이, 두 번째 처벌 기간 동안, 14 중 16는 "내성"으로 분류되었습니다 (피규어 8F, 오른쪽 패널 및 8지). 즉, 동일한 조건에서 이전에 테스트 한 34 마우스의 제 1 코호트와 비교하여 CNO의 존재 하에서 내성 마우스의 분획이 현저히 낮았다 (그룹 간 비교, 그림 8H), CNO가없는 첫 번째 집단과 유사 해졌다 (집단 내 비교). 마지막으로 민감성에서 내성으로 바뀐 9 마리 생쥐의 경우 CNO는 뜨거운 물에 담그면 테일 플릭 대기 시간을 수정하지 않았습니다.그림 8나는).

함께,이 실험은 OFC의 피라미드 뉴런의 활동은 설치류의 중독으로의 전환의 주요 특징을 나타내는 부정적인 결과에도 불구하고 자기 자극을 계속할 것인지 결정을 내린다는 것을 보여줍니다.

토론 

최근 제안 된 중독 모델은 질병 진행의 세 단계를 구분합니다. 산발적 인 기분 전환 용 약물 사용, 그 다음에는 강화되고 지속적으로 확대되는 약물 사용, 결국 통제 상실과 관련된 강박 적 사용 (Piazza and Deroche-Gamonet, 2013; 참조) George et al., 2014). 우리의 연구는 VTA DA 뉴런의 자극이 비교적 빠른 시간 경과 로이 진행을 유도하기에 충분하다는 것을 보여줍니다.

자연적으로 발생하는 버스트 발사 패턴을 모방함으로써 NAc와 같은 VTA의 표적 영역에서 DA의 효율적인 방출이 유발됩니다 (Bass et al., 2010). 따라서 NAc의 DA 수준은 DA 농도가 임계 값 아래로 떨어지면 설치류가 다음 코카인 또는 헤로인 주입을자가 투여하는 것처럼 자기 자극을 지배 할 가능성이 높습니다 (Wise et al., 1995). 이것은 또한 ip 주사 된 코카인이 자기 자극을 차단할 수 있다는 우리의 관찰에 의해 뒷받침됩니다. 따라서 DA 뉴런 자기 자극은 현재 연구에서 관찰 된 다른 반응 속도에서 제안한 바와 같이 그 동역학이 코카인을 포함한 어떤 약리학 적 물질보다 확실히 빠르지 만 약물자가 투여와 매우 유사합니다.

우리는 VTA의 DA 뉴런을 선택적으로 표적으로 삼았지만, 광 유전 학적 자기 자극은 다른 생리적 기능을 가진 세포 그룹을 활성화했을 수 있습니다. 예를 들어, 최근에 일부 DA 뉴런이 혐오 자극을 코딩하는 것으로 제안되었습니다 (Lammel et al., 2012, Gunaydin et al., 2014). 이 세포는 mPFC에 투영되는 반면, 측면 NAc 껍질로 투영되는 VTA DA 뉴런은 양성 강화를 매개합니다 (Lammel et al., 2012). 선택적 표적화로 자기 자극과 진행을 평가하는 것은 흥미로울 것입니다 (Gunaydin et al., 2014). 우리의 조작이 모든 VTA DA 뉴런을 활성화했기 때문에 코카인이 모든 DAT 발현 뉴런에 작용하는 것처럼 일부 DA 뉴런은 강화 학습을 유도하고 다른 DA 뉴런은 혐오 학습을 유도 할 것이라고 생각할 수 있습니다. 순 효과는 여전히 행동을 강화하는 것입니다. 그러나“혐오 뉴런”은 반대 과정의 유도에 기여할 수 있습니다 (Koob, 2013, Wise and Koob, 2014).

강제 금욕 후, 약물 재발의 확립 된 설치류 모델 인 자기 자극의 추구를 유도하는 맥락에 대한 재 노출. 놀랍게도 기본 신경 가소성은 코카인자가 투여를 중단 한 후 관찰 된 것과 구별 할 수 없습니다 (Pascoli, Terrier et al., 2014). 이는 단일 세션의 광학 자극 또는 중독성 약물의 첫 번째 주입에 의해 유발 된 VTA DA 뉴런에서 동일한 시냅스 가소성을 이전에보고 한 연구에 추가됩니다 (Brown et al., 2010). 모든 중독성 약물에 공통적 인 적응 행동이 나타나는 시냅스 적응 패턴이 등장하고 있습니다.

우리 연구의 눈에 띄는 특징은 모든 동물에서 필수적이지 않은 자연적 보상의 소비를 방해 할만큼 충분히 강한 혐오 자극에 대한 반응의 이분법입니다. 우리의 환경에서 내성 생쥐는 보상 자체 전달에 대한 동기가 현저히 높지 않았으며, 이는 쥐를 대상으로 한 코카인 연구와 대조적입니다 (Pelloux et al., 2007). 그러나 생쥐의 처벌에 대한 저항성에 대한 행동 예측자는 DA 뉴런 자극이 시작되기 전 5 초 동안 레버를 누르는 헛된 것이었다. 따라서 보상 전달까지 기다릴 수없는 것은 충동 성의 지표로 볼 수 있습니다 (Dalley et al., 2011, Olmstead, 2006, Everitt et al., 2008, Winstanley, 2011, Leyton and Vezina, 2014). 우리는 충동 적 복용이 여러 세션의 자기 자극 후에 만 ​​발전했다는 관찰에 흥미를 느꼈습니다. 이것은 처벌에 대한 저항 (그리고 중독에 대한 취약성 확장)이 완전히 타고난 것이 아니라 중독에 대한 초기 단계에서 발전 할 가능성을 높입니다. 이 경우 우리와 다른 사람들이 관찰 한 이분법 (Deroche-Gamonet et al., 2004)은 유전 적 요인에 의해서만 결정되지 않을 수 있습니다. 이것은 또한 비슷한 비율의 개인이 유 전적으로 비교적 균질 한 마우스 균주와 유 전적으로 확실히 더 다양한 인간 집단에 중독된다는 것을 설명 할 것입니다.

처벌에 대한 저항이 중독에 대한 개인의 취약성을 드러낸다면 (Warner et al., 20, O'Brien, 1995, George et al., 1997), 여기서 발견되는 비율은 훨씬 더 높습니다. 직접적이고 선택적 DA 뉴런 자극의 힘을 반영 할 수 있습니다. 즉, 선택적 DA 뉴런 자극은 어떤 약물보다 훨씬 더 중독성이있을 수 있습니다. 이것은 약리학 적 물질의 비 선택적 작용으로 설명 될 수 있습니다. 예를 들어 코카인의 경우 DA 이외의 모노 아민은 실제로 중독 유도를 지연시킬 수 있습니다. 실제로 세로토닌은 연관성을 촉진함으로써 조건화 된 보상, 자기 자극 및 조건화 된 장소 선호에 대한 반응 (Wang et al., 2014, Fletcher and Korth, 1995, Fletcher et al., 1999)과 같은 DA 의존적 적응 행동에 반대 할 수 있습니다. 혐오 자극에 대한 단서 (Bauer, 2002, Hindi Attar et al., 2015). 대안 적으로, 그 차이는 광유 전적 자기 자극과 세포 외 DA 증가의 약리학 적 유도 사이의 동역학의 차이에있을 수있다. 이러한 중독성 역가 변이는 서로 다른 남용 약물 간에도 존재할 수 있습니다 (George et al., 2012).

우리는 처벌 저항의 확립에 기여하기 위해 DA 방출 및 / 또는 상대 신호의 차이를 공식적으로 배제 할 수는 없지만, 연구에 포함 된 동물의 감염에 대한 조직 학적 검증 결과 eYFP-ChR2 VTA 전체에서 표현. 더욱이, DA 방출을 포화 시키도록 고안된 광 발생 자극 프로토콜은 자기 자극을 유발하여 인센티브 동기 부여를 반영하여 단점에 대한 단일 모발 분포 값을 산출했다.

또 다른 놀라운 결과는 전기 발 충격의 수가 PL의 뉴런의 흥분성과 상관 관계가 있다는 것입니다. 같은 세포의 피라미드 뉴런에서 피라미드 뉴런의 흥분성이 감소하고 AMPAR / NMDAR 비율이 증가하는 것이 "중독 된 쥐"에서 관찰되었지만, 이러한 연구는 전기 충격의 영향 자체를 제어하지 못했습니다 (Kasanetz et al., 2010, Kasanetz). et al., 2013, Chen et al., 2013). 따라서 비 분리는 결정 과정과 공포 통합 모두에서 mPFC의 이중 역할로 설명 될 수 있습니다 (Peters et al., 2009). 반대로, 적외선 피질에서 피라미드 뉴런의 흥분성의 변화는 발 충격과 관련이 있습니다 (Santini et al., 2008). 이 증거는 mPFC가 섭취 추구 결정에 중요한 역할을 할 가능성을 배제하지 않습니다. 그러나, 우리의 cFos 분석 및 고유 흥분성 관찰은 OFC 및 대상 피질을 가리 킵니다. 더욱이, DREADD와 함께 OFC에서 신경 흥분성의 억제는 처벌에 대한 저항을 막았다. 이 인과 관계는 중독으로의 전환을 담당하는 세포 메커니즘을 이해하는 데 중요한 단계를 나타냅니다. 이것이 중독성 약물의 전체 범위에도 적용되는지 여부를 테스트하기 위해 향후 연구가 필요할 것입니다.

우리의 연구 결과는 OFC의 기능 장애가 비용 편익 의사 결정을 저해 할 수 있고 (Seo and Lee, 2010, Walton et al., 2010, Fellows, 2011) 강박 적 행동을 유발할 수 있다는 관찰과 일치합니다 (Burguière et al., 2013 ). 인간의 경우 약물 남용은 의사 결정 장애 및 OFC 기능 변경과 관련이 있습니다 (Lucantonio et al., 2012, Gowin et al., 2013). 종합하면 OFC 뉴런의 활동이 강박 약물 사용으로의 전환을위한 주요 결정 요인으로 등장합니다 (Everitt et al., 2007). 이것은 여기와 다른 연구에서 관찰 된 MSN에 대한 흥분성 구 심성에서 약물 유발 가소성의 역할을 배제하지 않습니다 (Kasanetz et al., 2010). OFC의 흥분성을 제어하기위한 조작이 중독자의 동기에 영향을 미치는지 평가하는 것은 흥미로울 것입니다.

여기서 우리는 중독으로 이어지는 단계를 연구하기위한 강력한 모델로 DA 뉴런 자기 자극을 제안합니다. 우리는 부정적인 결과에도 불구하고 재발, 시냅스 가소성 및 인내와 같은 약물 중독의 핵심 구성 요소를 재현합니다. 모델이 특정 약물에 특정한 효과를 연구하는 데는 확실히 적합하지 않지만 (예 : 오피오이드와 정신 자극제 비교) 몇 가지 장점이 있습니다. 그것은 보상 전달의 정확한 시간적 제어를 허용하고, 매우 구체적으로 VTA DA 뉴런만을 활성화하며, 마지막으로 중요한 것은 약물 자체 투여보다 훨씬 더 오랜 시간 동안 마우스를 연구 할 수있는 가능성을 제공합니다. 중독성 약물의 공통성을 정의하는 데 초점을 맞춤으로써 물질에 의존하지 않는 중독 형태 (Alavi et al., 2012, Robbins and Clark, 2015)의 기초가되는 신경 메커니즘을 밝혀내어 다음과 같은 일반 이론에 기여하는 것이 희망입니다. 질병. 따라서 광 유전 학적 질병 모델은 중독의 후기 단계와 관련된 신경 기능 장애를 철저히 이해하기위한 결정적인 단계를 허용하고 현재 치료법이없는 질병에 대한 새롭고 합리적인 치료법을 안내합니다.

VP, JT 및 AH는 행동 실험을 수행하고 VP는 전기 생리 학적 녹음을 수행하고 분석을 조정했습니다. 이 연구는 모든 저자에 의해 고안되고 작성되었습니다.

이 작업은 스위스 국립 재단 (Swiss National Foundation)과 ERC 고급 교부금 (MeSSI), Carigest SA, 제네바 학회 (Academic Society of Geneva), Genete de Hopitaux Universitaires de Universève의 교부금으로 지원되었습니다. JT는 스위스 연방이 지불 한 MD-PhD 학생입니다.

S1 문서화. 보충 실험 절차 및 수치 S1-S6

표 S1. 통계 분석