VTA Dopamine Neuronal Populations (2011)에 의한 양성 및 음성 동기 신호의 수렴 처리

의견: 이 연구는 보상 회로와 도파민 생성 신경 세포가 두려움에 반응한다는 것을 보여줍니다. 오르가즘과 같은 목표를 추구하기 위해 도파민을 공급하는 동일한 회로는 두려움에 의해서도 활성화됩니다. 이것이 바로 우리가 롤러코스터, 번지점프, 공포영화 등 무서운 것을 “좋아하는” 이유입니다. 음란물을 생산하는 두려움이나 불안이 도파민 방출량을 증가시키는지 궁금합니다. 많은 사용자가 불안과 두려움을 유발하는 포르노 장르로 이동하기 때문에 이는 의미가 있습니다. 포르노 사용자가 현재 장르에서 더 이상 충분한 도파민을 얻지 못하면 더 큰 도파민 수정을 얻기 위해 불안과 두려움을 불러일으키는 포르노를 찾을 수 있습니다. 이 섹션의 다른 기사에서 설명한 것처럼 아드레날린과 노르아드레날린도 보상 회로를 자극합니다.

전체 연구: VTA 도파민 신경 세포 집단에 의한 긍정적 및 부정적 동기 부여 신호의 수렴 처리

Wang DV, Tsien JZ, 2011 PLoS ONE 6(2): e17047. doi:10.1371/journal.pone.0017047

추상

복부 피개 영역(VTA)의 도파민 뉴런은 보상 관련 동기 또는 약물 중독에서의 역할에 대해 전통적으로 연구되어 왔습니다. 여기서 우리는 VTA 도파민 뉴런 집단이 자유롭게 행동하는 쥐의 두려움과 부정적인 경험을 처리하고 정보를 보상하는 방법을 연구합니다. 다중 사극 기록을 사용하여 우리는 VTA에 있는 추정 도파민 뉴런의 최대 89%가 음식 보상을 예측하는 조건화된 톤에 반응하여 상당한 활성화를 나타내는 반면 동일한 도파민 뉴런 집단은 자유와 같은 두려운 경험에도 반응한다는 것을 발견했습니다. 넘어지고 흔들리는 이벤트. 이러한 VTA 추정 도파민 뉴런의 대부분은 억제 및 오프셋 반동 흥분을 나타내는 반면, 기록된 추정 도파민 뉴런의 ~25%는 두려운 사건에 의한 흥분을 나타냅니다. 중요한 것은 VTA 추정 도파민 뉴런이 파라메트릭 인코딩 특성을 나타낸다는 것입니다. 즉, 발화 변화 기간은 두려운 사건 기간에 비례합니다. 또한, 우리는 이러한 뉴런이 동일한 조절된 톤으로 긍정적이거나 부정적인 동기 부여 반응을 각각 이끌어내는 데 상황 정보가 중요하다는 것을 보여줍니다. 종합하면, 우리의 연구 결과는 VTA 도파민 뉴런이 단서 및 환경적 맥락과 밀접하게 통합되어 긍정적인 경험과 부정적인 경험을 모두 처리하기 위해 수렴 인코딩 전략을 사용할 수 있음을 시사합니다.

도

인용 : Wang DV, Tsien JZ (2011) VTA 도파민 신경 집단에 의한 긍정적 및 부정적 동기 부여 신호의 수렴 처리. PLoS ONE 6(2): e17047. doi:10.1371/journal.pone.0017047

에디터 : 타니모토 히로무(독일 막스플랑크 신경생물학 연구소)

수신 : 11 월 9, 2010; 수락 : 1 월 19, 2011; 게시 : 2011년 ２월 15일

저작권 : © 2011 왕, Tsien. 이 글은 Creative Commons Attribution License의 조건에 따라 배포되는 오픈 액세스 기사입니다. 이 기사는 원저작자와 출처를 명시하는 경우 모든 매체에서 무제한 사용, 배포 및 복제를 허용합니다.

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경쟁 관심: 저자는 경쟁적 이익이 없다고 선언했다.

개요

복부 피개 영역(VTA)의 도파민 뉴런은 보상 관련 동기 또는 약물 중독에서의 역할에 대해 전통적으로 연구되어 왔습니다. [1]-[3]. 그러나 VTA 도파민 뉴런은 부정적인 동기 부여에도 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. [1]-[4]. 문헌에서 긍정적인 동기 부여에 있어서 도파민 뉴런의 역할은 잘 확립되어 있으며 보상(예: 음식, 주스)과 보상 신호(조건 자극)가 짧은 대기 시간(50-110ms)을 유발한다는 것을 보여주는 많은 연구에 의해 뒷받침됩니다. 도파민 뉴런의 짧은 기간(~200ms)의 폭발적 활동 [5]-[9]. 이러한 도파민 뉴런의 반응성은 예측 오류 규칙을 통해 광범위한 신규 및 보상 관련 사건을 인코딩하는 것으로 보입니다. [5]-[9]. VTA 도파민 활동은 또한 약물 중독에 필수적인 역할을 하는 것으로 나타났습니다. 거의 모든 중독성 약물은 VTA 영역에서 광범위한 도파민 입력을 받는 측좌핵의 시냅스 도파민 수준을 증가시킵니다. [10]-[12].

부정적인 동기 부여에서 VTA 도파민 뉴런의 역할도 주목되었습니다. 다수의 연구에 따르면 혐오적인 사건(예: 퀴닌 또는 LiCl의 경구 주입) 또는 부정적인 상태(예: 약물 금단)가 VTA 도파민 뉴런에 의해 지배되는 뇌 영역의 도파민 농도를 변경할 수 있음이 밝혀졌습니다. [13]-[15]. 또한 VTA 하류 구조에서 도파민 전달이 중단되면 혐오적이거나 두려운 경험에 대한 조절 장애가 발생합니다. [16], [17]. 더욱이, 도파민 수준은 행동 강화에서 반대 기능을 나타낼 수 있습니다. 중격 측핵의 도파민 수준이 낮을수록 처벌은 향상되지만 보상 기반 학습은 손상되고, 도파민 수준이 높을수록 보상은 향상되지만 처벌 기반 학습이 손상됩니다. [18]. 위의 연구는 VTA 도파민 뉴런이 부정적인 동기 신호를 처리하는 데에도 중요한 역할을 한다는 것을 강력히 시사합니다. 그러나 부정적인 동기 부여에서 VTA 도파민 뉴런의 정확한 역할은 완전히 명확하지 않습니다.

반면, 최근 연구에 따르면 흑색질(SNc)의 도파민 뉴런은 보상(예: 주스)과 혐오 자극(예: 공기 퍼프) 모두에 반응할 수 있으며 SNc 도파민 뉴런의 두 집단은 뚜렷하게 긍정적인 신호를 전달할 수 있음이 밝혀졌습니다. 부정적인 동기 부여 신호 [9], [19]. 그러나 피부에 대한 에어 퍼프 또는 에어 퍼프의 발생을 예측하는 조건 단서가 그러한 활동이 해롭지 않은 것으로 간주되는 한 진정으로 원숭이를 혐오하는지에 대한 우려가 제기되었습니다. [9]. 더욱이, SNc 도파민 뉴런은 정보의 다양한 측면을 처리하는 것으로 알려져 있으며 VTA에 대한 뚜렷한 입력-출력 신경 회로를 사용합니다. [5]. 따라서 VTA 도파민 뉴런이 부정적인 경험을 처리하는지 여부와 방법, 긍정적인 정보와 부정적인 정보를 처리하는 데 전념하는 뚜렷한 도파민 뉴런 집단이 있는지 여부를 조사하는 데 큰 관심이 있습니다.

이러한 중요한 질문을 해결하기 위해 우리는 자유롭게 행동하는 마우스에 다중 사극 세포외 기록을 사용하고 두 가지 유형의 강력한 두려운 이벤트(자유 낙하 및 흔들림)를 사용했습니다. [20] 부정적인 동기 신호를 처리하는 데 있어 VTA 뉴런의 역할을 연구하는 방법입니다. 우리는 또한 쥐에게 후속 음식 전달과 중립적인 톤을 연결하도록 훈련시켰으며, 이를 통해 동일한 VTA 도파민 뉴런 집단이 어떻게 긍정적인 운동 신호를 처리할 수 있는지 조사할 수 있었습니다. 더욱이, 맥락 정보는 많은 전반적인 경험에서 필수적인 부분이기 때문에 우리는 환경적 맥락이 보상 또는 혐오 정보를 구별하는 데 역할을 할 수 있는지 여부와 어떻게 역할을 할 수 있는지 물었습니다. 이와 관련하여 우리는 쥐를 음식 보상과 두려운 사건 모두와 하나의 단일 톤과 짝을 이루도록 훈련시키는 일련의 실험을 추가로 수행했지만, 이를 통해 조건화된 VTA 도파민 신경 반응이 본질적으로 어떻게 영향을 받는지 확인할 수 있었습니다. 환경적 맥락. 우리의 결과는 VTA 도파민 뉴런이 긍정적인 경험과 부정적인 경험을 모두 처리하기 위해 수렴 인코딩 전략을 사용할 수 있음을 시사합니다.

결과

추정 도파민 뉴런의 분류

우리는 생쥐 우반구의 VTA에 8개의 사극(32채널)으로 구성된 이동 가능한 다발을 이식했으며, 실험이 끝날 때 조직학을 통해 기록 전극의 위치를 ​​확인했습니다.그림 1A). 우리가 추정 도파민 뉴런을 기록한 24마리의 쥐로부터 얻은 데이터가 현재 분석에 사용되었습니다. 명확한 스파이크 파형을 가진 총 210개의 단위가 이 24마리의 마우스에서 기록되었습니다(잘 격리된 단위의 예는 참조). 그림 S1). 그 중 96개 단위는 발화 패턴에 따라 추정 도파민 뉴런으로 분류되었습니다. 재료 및 방법), 나머지 114개 단위는 비도파민 뉴런으로 분류되었습니다. 분류된 추정 도파민 뉴런은 일반적으로 광범위하고 XNUMX상 활동 전위를 나타냈습니다.그림 1B, 빨간색), 비록 변화는 있었지만, 비도파민 뉴런은 더 좁은 삼상 또는 이상 활동 전위를 나타냈습니다(그림 1B, 파란색, 검정색). 중요한 것은 기준 발사 속도가 낮은 뉴런(0.5-10Hz; 그림 1C), 상대적으로 긴 스파이크 간 간격(>4ms)과 규칙적인 발화 패턴이 추정 도파민 뉴런으로 분류되었습니다. 대조적으로, 분류된 비도파민 뉴런은 일반적으로 더 높은 기준선 발화율(>10Hz; 그림 1C) 및/또는 조용한 각성에 비해 이동 중 발사 속도의 상당한 변조 [21]-[23].

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그림 1. 다중 사극 기록 및 VTA 뉴런 분류.

(A) 예시 관상 뇌 섹션(오른쪽 상단)에 표시된 전극 배열 트랙과 아틀라스 섹션 다이어그램의 전극 배열 팁(21마리 마우스)의 위치 [52]. 파란색 사각형은 유형 1/2 추정 DA 뉴런이 기록된 위치를 나타냅니다. 빨간색 사각형은 3형 뉴런이 기록된 위치를 나타냅니다. 보라색 사각형은 1/2형 뉴런과 3형 뉴런이 모두 기록된 위치를 나타냅니다(참조: 그림 2 세 가지 유형의 추정 DA 뉴런 분류를 위해). (B) 추정 DA(빨간색) 및 비DA(파란색 및 검정색) 뉴런에 대해 일반적으로 기록된 스파이크 파형의 예입니다. 절반 AP 폭은 활동 전위의 최저점부터 다음 피크까지 측정되었습니다. (C) 분류된 DA(빨간색) 및 비DA(검은색) 뉴런의 기준선 발사 속도 및 절반 AP 폭. DA, 도파민; 비DA, 비도파민; AP, 활동 잠재력.

doi : 10.1371 / journal.pone.0017047.g001

세 가지 유형의 두려움 반응 VTA 추정 도파민 뉴런

우리는 VTA 뉴런이 부정적인 경험에 어떻게 반응하는지 조사하기 위해 두 가지 유형의 강력한 두려운 이벤트(자유 낙하 및 흔들림)를 사용했습니다. [20]. 쥐가 수술에서 회복되고 안정적인 기록이 달성된 후(보통 수술 후 1~2주) 실험을 시작했습니다. 각 마우스를 자유 낙하 챔버 또는 흔들림 챔버에 배치했으며, 자유 낙하 또는 흔들림 이벤트에 대한 약 20번의 시도가 각 세션마다 1~2분의 간격으로 주어졌습니다.그림 2A). 세션 사이의 간격은 일반적으로 1~2시간입니다. 우리는 전체 실험뿐만 아니라 이벤트 전후의 스파이크 파형 모양, 기준 발사 상태, 스파이크 클러스터 분포를 검사하여 기록된 장치의 안정성을 항상 모니터링했습니다. 우리는 동시에 기록된 단위(예: 동일한 사극관에서 기록된 두 개의 단위가 반대되는 발사 변화를 보임)를 조사하여 두 가지 무서운 사건 동안 단위의 일시적인 손실이 없었다고 평가했습니다.그림 S2). 또한 두려운 사건 직전, 도중, 직후의 파형을 평가하여 기록된 데이터에 인위적인 전기적 또는 기계적 소음이 포함되지 않았는지 확인했습니다(그림 S3). 전반적으로, 이러한 추정 도파민 뉴런(n = 96)은 두 가지 무서운 사건에 대한 반응 특성에 따라 크게 세 가지 주요 유형으로 분류되었습니다: 유형 1(59%, 57/96), 유형 2(13%, 12/96) 3) 및 유형 25(24%, 96/XNUMX).

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그림 2. 세 가지 유형의 VTA 추정 도파민(DA) 뉴런.

(교류) 자유 반응에 따른 VTA 추정 도파민 뉴런(A: 1형, B: 20형, C: 1형)의 세 가지 예에 대한 이벤트 주변 래스터(위에서 아래로 2-3개 시도) 및 히스토그램 낙하(왼쪽 패널), 흔들림(가운데 패널) 및 설탕 펠릿 전달을 안정적으로 예측한 조절된 톤(오른쪽 패널). (D) 다양한 유형의 추정 DA 뉴런의 백분율. (전자, F) 설탕 펠릿 전달을 확실하게 예측한 조건화된 톤에 의해 유의하게 활성화된 공포 억제(E: 유형-1 및 2) 및 공포 흥분(F: 유형-3) 추정 DA 뉴런의 백분율. 자유낙하, 높이 30cm; 흔들기, 0.2초; 톤, 5kHz, 1초

doi : 10.1371 / journal.pone.0017047.g002

1형 VTA 추정 도파민 뉴런은 자유 낙하 및 흔들림 이벤트 모두에 대한 반응으로 발화를 유의하게 억제하는 것으로 나타났습니다.그림 2A, 왼쪽 및 중간 패널) (P<0.05, Wilcoxon 부호 순위 테스트)뿐만 아니라 두 이벤트가 종료될 때 강한 오프셋-반동 여기도 나타납니다. 우리는 리바운드 자극을 기본 발사 속도보다 최소 2배 더 높고 z 점수가 1보다 큰 오프셋 피크 발사 속도(가우시안 필터로 평활화)로 정의했습니다. 이러한 리바운드 자극은 경기가 끝날 때 안전을 알릴 수 있습니다. 두려운 사건이나 그러한 사건에 의한 동기. 그런 다음 우리는 이러한 XNUMX형 도파민 뉴런이 보상 신호에 반응하는지 여부를 물었습니다. 중성 톤과 이후의 설탕 알갱이 전달을 반복적으로 연결함으로써 우리는 이 뉴런이 보상을 안정적으로 예측하는 조건화된 톤에 대한 발화를 크게 증가시킨다는 것을 발견했습니다.그림 2A, 오른쪽 패널). 따라서 이러한 1형 도파민 뉴런은 보상 신호와 부정적인 신호 모두에 반응했습니다.

제2형 VTA 추정 도파민 뉴런은 상당한 억제를 보여주었습니다.P<0.05, Wilcoxon 부호 순위 테스트) 자유 낙하 또는 흔들림 동안에 수행되었지만 이러한 이벤트가 종료된 후에는 반동 활성화가 없었습니다(z-점수 <2)(그림 2B, 왼쪽 및 중간 패널). 제1형 추정 도파민 뉴런과 유사하게, 이들 제2형 뉴런은 보상을 확실하게 예측하는 조건화된 톤으로 발화를 크게 증가시켰습니다.그림 2B, 오른쪽 패널). 따라서 1형과 2형 도파민 뉴런은 모두 부정적인 사건과 긍정적인 사건에 의해 양방향 변조를 나타냅니다. 즉, 보상 신호에 대한 발사를 증가시키면서 두려운 사건에 대한 발사를 감소시킵니다.

흥미롭게도 우리는 또한 비도파민 뉴런보다는 1/2형 추정 도파민 뉴런과 더 많은 유사성을 공유하는 세 번째 유형의 도파민 유사 뉴런을 기록했습니다. 이러한 3형 뉴런(기록된 모든 추정 도파민 뉴런의 약 25%)은 자유 낙하 및 흔들림 이벤트에 대한 발화를 증가시켰습니다.그림 2C, 왼쪽 및 중간 패널) (P<0.05, Wilcoxon 부호 순위 테스트). 그들의 발사 증가는 일반적으로 오프셋 억제로 이어졌습니다. 더욱이 이러한 3형 도파민 뉴런은 보상을 예측하는 조건화된 톤에 반응하여 발화를 증가시킬 수도 있습니다.그림 2C, 오른쪽 패널). 긍정적인 사건과 부정적인 사건 모두에 대한 발화를 증가시키는 이러한 3형 뉴런은 1형 및 2형 도파민 뉴런과 상당히 다릅니다. 이는 VTA 도파민 뉴런 집단의 다양성을 강력하게 시사합니다. [24], [25].

전체적으로, 1형 및 2형 뉴런은 기록된 VTA 추정 도파민 뉴런 집단의 대다수(72%)를 구성하는 반면, 3형 뉴런은 약 25%를 구성하고 나머지 추정 도파민 뉴런(3%)은 VTA에 반응하지 않습니다. 두려운 사건(그림 2D). 더욱이, 우리의 분석에 따르면 부정적인 사건에 대한 이러한 모든 뉴런의 반응은 방향적으로 균일한 경향이 있습니다(자유 낙하 및 흔들림 사건 모두에 대해 테스트된 45개의 뉴런). 즉, 자유 낙하 사건에 의해 억제(또는 활성화)된 뉴런은 항상 흔들림 이벤트와 같은 다른 두려운 이벤트에 의해 억제(또는 활성화)되며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 보상 신호에 대한 반응성을 조사한 두려움 억제 도파민 뉴런(1형 및 2형) 중 96%(44/46)가 보상 톤에 의해 상당한 활성화를 보였습니다(그림 2E()P<0.05, Wilcoxon 부호 순위 테스트). 이는 유형 1 및 유형 2 VTA 도파민 뉴런의 대부분이 긍정적인 사건과 부정적인 사건 모두에 양방향으로 반응할 수 있다는 것을 분명히 보여줍니다. 즉, 두려운 경험에 의한 억제와 보상 정보에 의한 흥분을 보여줍니다. 반면에, 두려운 사건에 의해 활성화된 제71형 추정 도파민 뉴런(3/12)의 약 17%는 보상 신호에 의해서도 활성화될 수 있습니다.그림 2F()P<0.05, Wilcoxon 부호 순위 테스트). 이는 보상뿐만 아니라 두려운 사건이 VTA 추정 도파민 뉴런 중 일부를 자극할 수 있음을 강력하게 시사합니다.

발사 패턴 및 약리학 특성

세 가지 유형의 추정 도파민 뉴런의 발화 패턴 및 스파이크 파형의 유사성에도 불구하고(예: 그림 3A-C), 우리는 그들 사이에 몇 가지 차이점을 발견했습니다. 첫째, 3형 도파민 유사 뉴런은 9형(2.3±1%) 또는 55.2형(2.5±2%) 추정 도파민에 비해 폭발적 발화 확률(32.0±3.8%, 평균 ± sem)이 현저히 낮았습니다. 뉴런 (그림 3D 및 E). 둘째, 3형 뉴런은 2.15형(0.33±24Hz, n = 1) 또는 5.66형(0.27±57)에 비해 훨씬 낮은 기준 발사 속도(2±4.92Hz, 평균 ± sem, n = 0.49)를 나타냈습니다. Hz, n = 12) 뉴런(그림 3F).

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그림 3. 발사 패턴 및 약리학 특성.

(A-C) 사극 기록된 추정 도파민 뉴런(1형, 2형, 3형)의 세 가지 예와 대표적인 스파이크 파형. PC1과 PC2는 각각 주성분 분석에서 첫 번째와 두 번째 주성분을 나타냅니다. 파란색 점은 분리된 도파민 뉴런에 대한 개별 스파이크를 나타냅니다. 검은색 점은 정렬되지 않은 다른 VTA 뉴런에 대한 개별 스파이크를 나타냅니다. (D) 추정 도파민 뉴런의 세 가지 예(1형, 2형 및 3형)의 스파이크 간 간격. (E) 세 가지 유형의 추정 도파민 뉴런에 대한 폭발적 발사 백분율. 오류 막대, sem; ***P<0.001, 학생 t-시험. (F) 세 가지 유형의 추정 도파민 뉴런의 기준선 발화율. 오류 막대, sem; ***P<0.001, 학생 t-시험. (G) 도파민 수용체 작용제 아포모르핀에 대한 반응으로 추정되는 도파민 뉴런(1형, 2형 및 3형)의 세 가지 예의 누적 스파이크 활동. 1형 및 3형 추정 도파민 뉴런은 하나의 사극관에서 동시에 기록된 것으로 나타났습니다. (H 및 I) 추정 도파민(H) 뉴런과 비도파민(I) 뉴런의 기준선 및 약물 투여 후 발사 속도. 마우스에게 도파민 수용체 작용제 아포모르핀(1 mg/kg, ip)을 주사하였고 발사 속도는 아포모르핀 주사 전 30분과 주사 후 30분에 평균을 냈습니다.

doi : 10.1371 / journal.pone.0017047.g003

우리는 또한 주로 도파민 뉴런의 활동을 억제하는 것으로 밝혀진 도파민 수용체 작용제인 아포모르핀(1mg/kg, 복강내) 및/또는 퀸피롤(1mg/kg, 복강내)을 마우스에 주사했습니다. [6], [8], [24], [25]. 총 77개의 VTA 뉴런(분류된 추정 도파민 뉴런 33개 및 비도파민 뉴런 44개 포함)을 도파민 수용체 작용제로 테스트했습니다. 우리의 약리학적 결과는 제96형과 제23형으로 추정되는 도파민 뉴런의 대다수(24%; 1/2)가 유의하게 억제된 반면, 놀랍게도 제3형 뉴런(n = 9)은 아포모르핀에 의한 흥분을 보여주었다.그림 3H). 또한, 4개의 분류된 추정 도파민 뉴런을 아포모르핀과 퀸피롤을 사용하여(다른 날짜에) 테스트했습니다. 이들 4개의 추정 도파민 뉴런은 아포모르핀과 퀸피롤에 대해 유사한 반응을 나타냈습니다: 아포모르핀에 의해 억제된 뉴런(n = 2)은 또한 퀴피롤에 의해 억제되었습니다. 아포모르핀에 의해 활성화된 뉴런(n=2)도 퀸피롤에 의해 활성화되었습니다. 대조적으로, VTA 비도파민 뉴런(n = 44)은 아포모르핀이나 퀸피롤 주입 후 발화율에 변화가 거의 없거나 전혀 없는 것으로 나타났습니다.그림 3I).

두려운 사건의 다양한 기간과 강도에 대한 VTA 추정 도파민 뉴런의 반응

두려운 사건에 대한 VTA 도파민 뉴런의 인코딩 특성을 더 이해하기 위해 우리는 일련의 매개변수 실험을 수행했습니다. 기록 실험 동안 다양한 자유 낙하 높이(10cm 및 30cm)와 다양한 흔들림 지속 시간(0.2, 0.5 및 1초)을 무작위 순서로 수행했습니다. 우리는 VTA 도파민 뉴런이 두려운 사건의 기간에 비례하는 시간적 동적 활동 변화를 나타냄을 발견했습니다. 에 표시된 바와 같이 그림 4A, 유형 1 추정 도파민 뉴런은 자유 낙하 이벤트 동안 기간 의존적 억제를 나타냈습니다(10cm 대 30cm 높이). 인구 분석에 따르면 10cm 및 30cm 자유 낙하 사건에 대한 반응으로 (그림 4B), 유형 1 추정 도파민 뉴런의 평균 오프셋 여기 대기 시간(평활화된 오프셋 피크 발사 속도의 대기 시간)은 각각 293±38ms(평균 ±sd, n = 15) 및 398±28ms(n = 20)였습니다. (P<0.001, 학생 t-시험). 이러한 결과는 제1형 추정 도파민 뉴런의 반응이 두려운 사건의 지속 기간과 상관관계가 있음을 시사합니다.그림 4B, 오른쪽 패널). 30cm 자유낙하 이벤트(30.9±6.6Hz)에 비해 10cm 자유낙하 이벤트(26.3±5.9Hz, 평균 ± 표준편차) 동안 오프셋 피크 발사 속도가 약간 더 높았다는 점에 주목했습니다.P = 0.04, 학생 t-테스트), 이는 제1형 VTA 도파민 뉴런의 음성 반응이 어느 정도 자유 낙하 사건의 강도를 반영할 수도 있음을 시사합니다.

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그림 4. 두려운 사건의 다양한 기간과 강도에 대한 VTA 유형-1 추정 도파민 뉴런의 반응.

(A) 1cm(왼쪽) 및 20cm(오른쪽) 자유 낙하 이벤트에 반응하는 이벤트 주변 래스터(1~10회 시도) 및 예시적인 유형 30 뉴런의 히스토그램. (B) 1cm(파란색 선, n = 10) 및 15cm(빨간색 선, n = 30) 자유 낙하 이벤트에 반응하여 평활화된 인구 평균 이벤트 주변 히스토그램(왼쪽) 및 20형 뉴런의 오프셋 여기 대기 시간(오른쪽) . (C) 1초(왼쪽) 및 0.5초(오른쪽) 흔들림 이벤트에 반응하는 다른 유형 1 뉴런의 이벤트 주변 래스터 및 히스토그램. (D) 1초(녹색 선, n = 0.2), 13초(파란색 선, n = 0.5) 및 20에 응답하여 평활화된 모집단 평균 이벤트 주변 히스토그램(왼쪽) 및 1형 뉴런의 오프셋 여기 대기 시간(오른쪽) 초(빨간색 선; n = 14) 흔들림 이벤트. (E) 낮은 강도(왼쪽) 및 높은 강도(오른쪽) 흔들림 이벤트에 반응하는 다른 유형 1 뉴런의 이벤트 주변 래스터 및 히스토그램. (F) 저강도(파란색 선, n = 1) 및 고강도(빨간색 선, n = 9)에 반응하여 평활화된 모집단 평균 이벤트 전후 히스토그램(왼쪽) 및 9형 뉴런의 오프셋 여기 피크 발화 속도(오른쪽) 흔들어 이벤트. 오류 막대, sd; *P<0.05, ***P<10-8, 학생의 t-테스트.

doi : 10.1371 / journal.pone.0017047.g004

유사하게, 이들 1형 뉴런은 흔들림 이벤트에 대해 기간 의존적 반응 특성을 보여주었습니다.그림 4C 및 D). 평균 오프셋 여기 지연 시간은 374, 25 및 13, 672, 52 동안 지속된 흔들림 이벤트에 대해 20±1169ms(평균 ± sd, n = 35), 14±0.2ms(n = 0.5) 및 1±XNUMXms(n = XNUMX)였습니다. 각각 XNUMX초(P<0.001, 일원 분산 분석). 후속 학생의 t-테스트에서는 각 비교에서 매우 유의미한 차이가 나타났습니다(그림 4D, 오른쪽 패널). 그러나 흔들림 이벤트의 다양한 기간에 걸쳐 오프셋 피크 발사 속도에는 큰 차이가 없었습니다.P>0.05; 일원 분산 분석). 우리는 또한 흔들림 이벤트의 강도를 다양하게 변경했습니다. 유형 1 뉴런은 낮은 강도의 흔들림 이벤트와 비교하여 고강도 흔들림 이벤트에 의해 약간 더 높은 오프셋 여기 피크를 나타냈습니다.그림 4E 및 F; 29.1±7.7 대 23.5±9.5Hz, 평균 ± 표준편차). 위의 결과는 VTA 유형 1 추정 도파민 뉴런의 반응이 두려운 사건의 지속 기간 및 두려운 사건의 강도와 어느 정도 상관관계가 있음을 시사합니다.

더욱이, 제3형 도파민 유사 뉴런의 흥분 지속 시간도 두려운 사건의 지속 기간과 상관관계가 있었습니다. 10cm 및 30cm 자유 낙하 이벤트에 대한 응답(그림 5A 및 B), 여기 지속 시간은 각각 251±29ms(평균 ± sd, n = 8) 및 345±33ms(n = 10)였습니다(P<0.001, 학생 t-시험). 0.2초, 0.5초, 1초 흔들림 이벤트에 반응하여(그림 5C 및 D), 제3형 뉴런의 여기 지속 시간은 각각 294±53ms(n = 10), 573±80ms(n = 9) 및 1091±23ms(n = 7)였습니다(P<0.001, 일원 분산 분석). 후속 학생의 t-테스트에서는 각 비교에서 매우 유의미한 차이가 나타났습니다(그림 5D, 오른쪽 패널). 다양한 강도의 흔들림 이벤트에 반응하여 3형 뉴런은 낮은 강도의 흔들림 이벤트에 비해 높은 강도의 흔들림 이벤트에서 더 높은 여기 피크를 나타냈습니다.그림 5E 및 F; 24.2±4.6 대 15.5±1.3Hz, 평균 ± SD).

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그림 5. 두려운 사건의 다양한 기간과 강도에 대한 VTA 3형 도파민 유사 뉴런의 반응.

(A) 1cm(왼쪽) 및 20cm(오른쪽) 자유 낙하 이벤트에 반응하는 하나의 예시적인 유형-3 뉴런의 이벤트 주변 래스터(10-30회 시도) 및 히스토그램. (B) 3cm(파란색 선, n = 10) 및 8cm(빨간색 선, n = 30) 자유 낙하 이벤트에 반응하여 평활화된 인구 평균 이벤트 주변 히스토그램(왼쪽) 및 10형 뉴런의 오프셋 여기 대기 시간(오른쪽) . (C) 0.5초(왼쪽) 및 1초(오른쪽) 흔들림 이벤트에 반응하는 동일한 뉴런의 이벤트 주변 래스터 및 히스토그램(A에 표시됨). (D) 3초(녹색 선, n = 0.2), 10초(파란색 선, n = 0.5) 및 9에 응답하여 평활화된 모집단 평균 이벤트 주변 히스토그램(왼쪽) 및 1형 뉴런의 오프셋 여기 대기 시간(오른쪽) 초(빨간색 선; n = 7) 흔들림 이벤트. (E) 저강도(왼쪽) 및 고강도(오른쪽) 흔들림 이벤트에 반응하는 또 다른 유형 3 뉴런의 이벤트 주변 래스터 및 히스토그램. (F) 저강도(파란색 선, n = 3) 및 고강도(빨간색 선, n = 5)에 반응하여 평활화된 모집단 평균 이벤트 전후 히스토그램(왼쪽) 및 5형 뉴런의 오프셋 여기 피크 발화 속도(오른쪽) 흔들어 이벤트. 오류 막대, sd; *P<0.05, ***P<10-5, 학생의 t-테스트.

doi : 10.1371 / journal.pone.0017047.g005

함께, 이러한 결과는 VTA 추정 도파민 뉴런 발화의 시간적 동적 변화가 제1형 및 제2형 뉴런의 발화 억제 및 제3형 뉴런의 발화 증가와 함께 두려운 사건의 자극 기간과 잘 상관관계가 있음을 시사합니다. 그들의 발화 변화는 두려운 사건의 자극 강도와도 상관관계가 있을 수 있지만 그 정도는 훨씬 낮습니다.

이벤트 및 컨텍스트의 통합 인코딩

뇌는 일반적으로 환경적 맥락에서 일시적인 경험을 처리하며 이는 중독 행동에도 해당됩니다. 상황에 맞는 정보는 예측 단서를 보상하기 위한 도파민 뉴런의 반응성에 중요한 것으로 제안되었습니다. [26]. 우리는 환경적 맥락이 부정적인 사건을 인코딩하는 데 역할을 하는지, 그리고 더 중요하게는 VTA 도파민 뉴런이 어떻게 동일한 조건화된 신호에 반응하지만 반대 결과(예: 보상 대 혐오 자극)를 예측할 수 있는 별개의 맥락에 공동 연결되는지를 물었습니다. .

따라서 우리는 생쥐에게 양방향 조건화(보상 조건화와 혐오 조건화 모두)를 적용하는 또 다른 일련의 실험을 수행했습니다. 우리는 서로 다른 환경에서 뚜렷한 무조건 자극(미국, 설탕 펠릿 또는 자유 낙하)과 짝을 이루기 위해 하나의 중성 톤을 조건 자극(CS)으로 사용했습니다.그림 6A). 우리는 쥐에게 보상과 혐오 조건 모두에 대해 ~200 CS/US 쌍을 받는 동안 일주일 동안 Pavlovian 조건화를 적용했습니다(참조: 재료 및 방법). 훈련 후, 쥐는 조절된 톤이 시작된 후 일반적으로 3~10초(평균 4.3초) 내에 설탕 펠릿 용기에 빠르게 접근했지만, 설탕 펠렛을 받지 않은 대조 접시에는 명백히 접근하지 않았습니다. 연관 보상 학습의 특이성(그림 6B, 왼쪽 패널). 반면, 자유낙하실에서 자유낙하를 예측하는 조건화된 음조에 반응하여, 조건화된 음조를 들은 생쥐는 상당히 증가된 후방 움직임을 보였습니다.그림 6B, 오른쪽 패널), 이는 동물의 회피 또는 방어 행동을 반영할 수 있습니다. [27]. 이들 쥐의 고조된 공포/불안 반응은 보상 상자나 중립 상자와 비교하여 자유 낙하 상자에서 배변과 배뇨가 증가한 것에서도 분명했습니다.그림 6C).

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그림 6. 서로 다른 상황에서 동일한 조정된 톤을 통해 양수 및 음수 신호의 양방향 인코딩.

(A) 양방향 조건화를 위한 실험 패러다임의 개략도. 전체적으로 하나의 톤(5kHz, 1초)이 사용되었습니다. 보상 챔버(상단)에서 설탕 펠렛 전달을 예측했습니다. 자유낙하실(가운데)에서 자유낙하 현상을 예측했습니다. 중립실(하단)에서는 아무것도 예측하지 못했습니다. (B) 왼쪽, 설탕 전달을 예측하는 조절된 톤이 시작된 후 접시 접근의 지연. 오른쪽, 쥐는 자유 낙하 사건을 예측하는 조절된 톤이 시작된 후 뒤로 이동이 상당히 증가한 것을 보여주었습니다. (C) 보상실이나 중립실에 비해 자유낙하실에서 혐오 유사 행동(빈번한 배변 및 배뇨)이 나타납니다. 오류 막대, sem; n = 10; *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001, 학생 t-시험. (D, E) 설탕 펠릿 전달(왼쪽), 자유 낙하 이벤트(가운데)를 예측한 동일한 조절된 톤에 반응하는 VTA 추정 도파민 뉴런의 두 가지 예에 대한 이벤트 주변 래스터(1~20회 시험) 및 히스토그램 세션 사이에 1~2시간 간격으로 무엇이든 예측합니다(오른쪽). (F) 설탕 펠릿(왼쪽 패널; n = 1)을 예측하고 자유 낙하 사건(중간 패널)을 예측한 것과 동일한 조절된 톤에 반응하여 공포 억제(유형 2 및 16) 추정 도파민 뉴런의 인구 평균 이벤트 전후 히스토그램을 평활화했습니다. ; 왼쪽 패널에 표시된 것과 동일한 16개의 뉴런), 이는 아무것도 예측하지 못했습니다(오른쪽 패널, n = 10). 자유낙하, 높이 30cm.

doi : 10.1371 / journal.pone.0017047.g006

이러한 조건화된 쥐의 신경 활동 기록(1주간의 훈련 후)은 VTA 추정 도파민 뉴런이 보상실에서 설탕 펠릿을 예측하는 조건화된 톤에 크게 반응한다는 것을 보여주었습니다.그림 6D, 왼쪽 패널). 흥미롭게도, 동일한 VTA 뉴런은 자유 낙하 챔버에서 자유 낙하를 예측할 때 동일한 조절된 톤에도 안정적으로 반응했습니다.그림 6D, 중간 패널). 어떤 사건과도 연관되지 않은 중립 방에 있는 쥐에게 동일한 조절된 소리가 전달되었을 때 발화에 큰 변화를 일으키지 않았습니다.그림 6D, 오른쪽 패널).

전체적으로 우리는 양방향 컨디셔닝 프로토콜을 받은 쥐로부터 16개의 두려움이 억제된(유형 1 및 유형 2) 도파민 뉴런을 기록했습니다. 이들 뉴런 모두는 설탕 알갱이를 확실하게 예측하는 조건화된 톤이 시작된 후 발화 속도의 상당한 증가를 나타냈습니다.그림 6D-F, 왼쪽 패널) (P<0.001, Wilcoxon 부호 순위 테스트). 자유 낙하 사건을 예측한 것과 동일한 신호음에 반응하여 뉴런의 절반(8/16)이 발화 속도의 상당한 감소를 보였습니다(그림 6D, 중간 패널) (P<0.05, Wilcoxon 부호 순위 테스트), 나머지 절반(8/16)은 짧은 즉각적인 활성화 피크(기준 발사 속도보다 최소 2배 더 높으며 z 점수가 XNUMX보다 큼)를 보인 후 상당한 억제를 나타냈습니다. (그림 6E, 중간 패널) (P<0.05, Wilcoxon 부호 순위 테스트). 중립실에서 표현되는 동일한 톤에 반응하여 발사에는 매우 제한적이거나 변화가 없었습니다(그림 6D-F, 오른쪽 패널). 이러한 결과는 1형 및 2형 VTA 추정 도파민 뉴런이 각각 발사를 증가 및 감소시킴으로써 통합된 양성 및 음성 신호(조건화된 톤과 상황 정보 결합)를 양방향으로 인코딩할 수 있음을 시사합니다.

뚜렷한 조건 반응을 생성하는 데 있어 상황의 중요성은 제3형 도파민 유사 뉴런에서도 분명하게 나타났습니다. 예를 들어, 3형 뉴런은 보상실의 설탕 알갱이와 관련된 조건화된 톤에 크게 반응했습니다.그림 7A, 왼쪽 패널) 또는 자유 낙하 챔버에서의 자유 낙하(그림 7A, 중간 패널). 반면, 중립실에서 톤을 재생한 경우에는 발사속도의 변화가 나타나지 않았다(그림 7A, 오른쪽 패널). 다시 인구 분석을 통해 이러한 3형 뉴런이 보상실과 자유낙하실에서 동일한 조절된 톤으로 발화를 증가시키는 것으로 확인되었습니다.그림 7B, 왼쪽 및 중간 패널), 중립 챔버에는 없습니다(그림 7B, 오른쪽 패널) (P<0.05, 학생 t-시험). 종합적으로, 위의 맥락적 실험은 VTA 도파민 뉴런 수준에서 표현되는 정보가 환경적 맥락과 관련된 주어진 긍정적 또는 부정적 동기 부여 이벤트 세트를 인코딩하기 위해 고도로 처리되고 풍부하게 통합된다는 것을 시사합니다.

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그림 7. 서로 다른 맥락에서 동일한 조절된 톤을 통해 양성 및 음성 신호에 대한 제3형 도파민 유사 뉴런의 반응.

(A) 설탕 펠렛 전달(왼쪽), 자유 낙하 이벤트(가운데)를 예측했지만 예측하지 않은 동일한 조절 톤에 반응하는 이벤트 주변 래스터(1~20회 시도) 및 예제 유형 3 뉴런의 히스토그램 중립실에 있는 모든 것(오른쪽). (B) 설탕 펠렛 전달(왼쪽), 자유 낙하 이벤트(가운데)를 예측했지만 아무것도 예측하지 못한 동일한 조절 톤에 반응하여 제3형 뉴런(n = 6)의 인구 평균 이벤트 전후 히스토그램을 평활화했습니다( 오른쪽). 자유낙하, 높이 30cm.

doi : 10.1371 / journal.pone.0017047.g007

VTA 도파민 뉴런의 반응 개시 대기 시간

다음으로 우리는 보상 사건과 두려운 사건 모두에 대한 추정 도파민 뉴런의 반응 개시 대기 시간을 조사하기 시작했습니다. 반응 시작 대기 시간을 계산하기 위해 개별 도파민 뉴런에 대해 10cm 및 30cm 자유 낙하 이벤트의 이벤트 주변 히스토그램과 0.2, 0.5 및 1초 흔들림 이벤트의 이벤트 주변 히스토그램을 결합했습니다. 반응 시작 대기 시간은 먼저 자극 시작 직전에 1000개 빈(bin = 10ms)에서 평균 발사 속도(평균)와 표준 편차(sd)를 구하여 결정되었습니다. 반응 대기 시간은 자극이 시작된 후 Z 점수가 2 이상인 최소 10개의 연속 빈 중 첫 번째 빈에 해당하는 시간으로 간주되었습니다. 도파민 뉴런의 낮은 기준선 발사 속도로 인해 억제의 응답 시작 대기 시간(유형의 응답 시작 대기 시간)을 계산하기 위해 가우스 필터(필터 폭 = 3 bin)를 사용하여 이벤트 주변 히스토그램(빈 = 1ms)을 평활화했습니다. 자유낙하, 흔들림 및 혐오 CS에 대한 -2 및 유형-XNUMX 뉴런.

우리의 결과는 1형 및 2형 추정 도파민 뉴런이 자유 낙하 및 흔들림 이벤트에 대해 유사한 반응 개시 대기 시간을 나타냄을 보여주었습니다(90.6±31.3ms 대 108.4±48.6ms, 평균 ± sd).그림 8A 및 E). 3형 도파민 유사 뉴런은 또한 두 가지 무서운 사건(43.5±20.6ms 대 46.8±24.2ms)과 두 가지 조건 자극(75.7±19.0ms 대 62.9±12.5ms)에 대해 유사한 반응 개시 대기 시간을 나타냈습니다. ) (그림 8B, D 및 F). 반면, 유형 1 및 유형 2 뉴런은 보상 CS에 대한 반응 시작 대기 시간(활성화의)과 비교하여 혐오적인 CS에 대한 반응 시작 대기 시간(억제의)이 훨씬 더 길었습니다(181.6±51.9 ms 대 67.1 ms). ±19.0ms) (그림 8C 및 E). 전반적으로 억제의 반응 시작 대기 시간은 일반적으로 모든 비교에서 활성화의 반응 시작 대기 시간보다 길었습니다(그림 8E 및 F).

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그림 8. VTA 추정 도파민 뉴런의 반응 개시 대기 시간.

(A) 자유 낙하 및 흔들림 이벤트에 대한 개별 유형 1 및 2 도파민 뉴런의 반응 개시 대기 시간. (B) 자유 낙하 및 흔들림 이벤트에 대한 개별 3형 도파민 뉴런의 반응 개시 대기 시간. (C) 설탕 펠렛을 예측한 보상 CS와 자유 낙하를 예측한 혐오 CS에 대한 개별 유형 1 및 2 도파민 뉴런의 반응 개시 대기 시간. (D) 설탕 펠렛을 예측한 보상 CS와 자유 낙하를 예측한 혐오 CS에 대한 개별 3형 도파민 뉴런의 반응 개시 대기 시간. (E) 1형 및 2형 도파민 뉴런의 모집단 평균 반응 개시 잠복기(A 및 C에 표시된 것과 동일한 데이터로부터) 및 (F) 유형 3 뉴런(B 및 D에 표시된 것과 동일한 데이터에서 유래). 자유 낙하, 흔들림 및 혐오 CS에 대한 1/2형 뉴런의 반응 개시 대기 시간은 억제 대기 시간에 해당합니다. 나머지는 활성화 지연 시간에 해당합니다. 오류 막대, SD

doi : 10.1371 / journal.pone.0017047.g008

독특한 VTA 도파민 뉴런 세트 간의 동시성

목표 영역의 도파민 수준은 종종 다양한 인지 결과와 연관되어 있기 때문에 도파민 뉴런의 동기화된 발사가 이러한 신경 화학적 전략을 구현하기 위한 신경 메커니즘을 나타낼 수 있다는 가설이 오랫동안 제기되어 왔습니다. [28], [29]. 이 개념은 흑색질(SNc)의 도파민 뉴런의 하위 집합이 자발적으로 동기화된 활동을 나타냄을 보여주는 연구에 의해 뒷받침됩니다. [24], [30]. 실험에서 다중 사극 기록을 사용하여 우리는 VTA에서 동시에 기록된 추정 도파민 뉴런(최대 XNUMX개의 추정 도파민 뉴런이 동시에 기록됨) 간의 동적 상관관계를 조사할 수 있는 기회를 가졌습니다. 우리의 분석에 따르면 추정되는 도파민 뉴런의 대다수는 동물의 수면-각성 주기와 관계없이 자발적으로 동기화된 발화를 보였다.그림 9). 예를 들어, 동시에 기록된 1형 추정 도파민 뉴런 XNUMX개의 상호 상관관계는 매우 중요했습니다.그림 9A 및 B). 풀링된 데이터세트 분석에서, 동시에 기록된 유형-83 뉴런의 대다수(48%, 58/1쌍)는 약 11ms의 시간 창에서 상당한 동기화(피크 z-점수 >100)를 나타냈습니다. 쥐가 자유롭게 행동하든 자든 상관없이(그림 9C). 마찬가지로, 동시에 기록된 1형과 2형 추정 도파민 뉴런 사이에도 중요한 동기화가 있었습니다.그림 9D-F). 동시에 기록된 1형 및 2형 도파민 뉴런 쌍 중 75%(6/8)는 쥐가 자유롭게 행동하거나 자고 있을 때 상당한 동기화를 보였습니다.그림 9F).

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그림 9. VTA 추정 도파민 뉴런의 고유한 세트 간의 동시성.

(A) 자유 낙하 이벤트에 반응하여 동시에 기록된 1개의 유형 20 뉴런의 이벤트 주변 래스터(1-XNUMX개 시도) 및 히스토그램, 및 (B) 마우스가 자유롭게 행동했을 때 이 두 뉴런 사이의 상호 상관도. (C) 동시에 기록된 1형 뉴런(자유롭게 행동하는 동안 48쌍, 수면 중 35쌍) 사이의 평균 교차 상관도. (D) 자유 낙하 이벤트에 반응하여 동시에 기록된 1개의 유형 2 및 유형 XNUMX 뉴런의 이벤트 주변 래스터 및 히스토그램, 및 (E) 자유롭게 행동하는 동안 이 두 뉴런 사이의 상호 상관도. (F) 동시에 기록된 1형 뉴런과 2형 뉴런 사이의 평균 교차 상관도(자유로운 행동과 수면 중 6쌍). (G) 자유 낙하 이벤트에 반응하여 동시에 기록된 3개의 XNUMX형 뉴런의 이벤트 주변 래스터 및 히스토그램, 및 (H) 자유롭게 행동하는 동안 이 두 뉴런 사이의 상호 상관도. (I) 동시에 기록된 3형 뉴런(자유롭게 행동하는 동안 15쌍, 수면 중 12쌍) 사이의 평균 교차 상관도. (J) 자유 낙하 이벤트에 대한 반응으로 두 개의 유형 1 및 유형 3 뉴런(하나의 사극에서 동시에 기록됨)의 이벤트 주변 래스터 및 히스토그램, 및 (K) 자유롭게 행동하는 동안 이 두 뉴런 사이의 상호 상관도. (L) 동시에 기록된 1형 뉴런과 3형 뉴런 사이의 평균 교차 상관도(자유롭게 행동하는 동안 12쌍, 수면 중 10쌍). 자유낙하, 높이 30cm.

doi : 10.1371 / journal.pone.0017047.g009

또한, 제3형 추정 도파민 뉴런 집단 내에서도 상당한 동기화가 관찰되었습니다.그림 9G–I). 동시에 기록된 3형 도파민 뉴런 쌍 중 79%(15/19)가 상당한 동기화를 보였습니다.그림 9I). 반면, 동시에 기록된 1형과 3형 뉴런, 또는 2형과 3형 도파민 뉴런(n = 12쌍)의 상호 상관관계를 계산한 결과, 유의미한 동기화가 나타나지 않았습니다(그림 9J–L). 함께, 두려움이 억제된 추정 도파민 뉴런(1형과 2형)과 두려움에 흥분된 3형 뉴런 사이의 동기화된 활동은 추정 도파민 뉴런의 서로 다른 하위 집단이 별도의 뇌 영역에서 별개의 입력을 받을 수 있음을 시사합니다. 별도의 네트워크와 통합되어 있습니다. [25], [31], [32].

토론

위의 앙상블 녹음 및 분석은 긍정적인 경험과 부정적인 경험을 모두 처리하는 데 있어 도파민 뉴런의 역할에 대한 일련의 증거를 제공했습니다. 우리는 VTA 도파민 뉴런이 다양한 반응 특성을 나타내며 추정 도파민 뉴런의 대다수가 보상 자극과 두려운 자극 모두에 반응한다는 것을 발견했습니다. VTA 도파민 뉴런에 의한 이러한 수렴적 인코딩 전략은 깨어 있는 원숭이에 대한 많이 인용된 연구에 비추어 볼 때 흥미롭습니다. 이는 도파민 뉴런이 혐오적인 동기 부여 값보다는 식욕을 자극하는 자극에 우선적으로 반응한다는 것을 보여줍니다. [33]. 본 연구에서 사용된 에어퍼프와 같은 혐오자극은 실험에서 사용된 두 가지 무서운 사건에 비해 다소 약한 자극이다. 일부 연구자들은 원숭이가 혐오 자극을 피하기 위해 조건 자극에 눈을 깜박이거나 눈을 감는 법을 배울 수 있기 때문에 에어 퍼프와 같은 혐오 자극이 음의 값을 나타내지 않을 수 있다고 제안했습니다. [9], [34]. 반면, 깨어 있는 원숭이를 대상으로 한 최근 연구에서는 흑색질 치밀부에 다양한 유형의 도파민 뉴런이 존재함을 보여줍니다. (SNc) 양수 및 음수 신호 모두 전달 [5], [9], [19]. 따라서 VTA와 SNc 도파민 뉴런은 모두 긍정적이고 부정적인 동기 신호의 수렴 처리를 위한 통합된 인코딩 전략을 따를 수 있습니다.

VTA의 이전 연구에서는 VTA 추정 도파민 뉴런의 다양한 집단이 차별적 공포 조건화에 의해 활성화되거나 억제된다는 사실이 입증되었습니다. [35]. 최근 마취된 쥐의 발 충격에 의해 VTA의 복부 부분에 위치한 도파민 뉴런이 활성화되는 것으로 보고되었습니다. [36]. 그러나 이 두 연구에서는 동일한 도파민 뉴런이 보상이나 긍정적인 사건에 어떻게 반응하는지 조사하지 않았습니다. 우리는 기록 쥐의 자유롭게 행동하는 상태를 이용하여 쥐에게 긍정적인 자극과 부정적인 자극을 모두 제시했으며 대다수의 VTA 도파민 뉴런이 보상 및 부정적인 경험에 반응한다는 것을 발견했습니다.

우리의 현재 세포외 기록 기술에는 실험에서 다양한 유형의 추정 도파민 뉴런을 시각화할 수 있는 능력이 없다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 우리는 실험에서 기록된 3형 도파민 유사 뉴런이 VTA 영역에서 더 등쪽이나 앞쪽에 위치하는 것으로 추정합니다.그림 1A, 빨간색과 보라색 사각형). 그러나 유형 12/1 및 유형 2 뉴런의 최소 3쌍이 동시에 기록되었으며 여러 경우에 하나의 사극에서 기록된 것으로 나타났습니다(예: 그림 3G; 그림 9J). 이 문제를 해결하려면 더욱 신중한 해부학적 실험이 필요할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 깨어 자유롭게 행동하는 쥐로부터 얻은 우리의 결과는 VTA 추정 도파민 뉴런의 대부분이 감소된 활동을 보이는 반면, 도파민 유사 뉴런의 작은 그룹은 부정적이거나 혐오적인 사건에 의해 활성화될 수 있다는 개념을 더욱 뒷받침합니다. 우리 실험에서 기록된 3형 도파민 유사 뉴런은 비도파민 뉴런보다는 1/2형 추정 도파민 뉴런과 더 많은 유사성을 공유했습니다. 세 가지 유형의 뉴런 모두 상대적으로 긴 기준선 발사 속도(0.5-10Hz)가 낮았습니다. 스파이크 간 간격(>4ms) 및 일반 발사 패턴. 반면, VTA 비도파민 뉴런은 대부분 더 높은 기준 발화 속도(>10Hz)와 움직임에 의한 강한 조절을 나타냈습니다. [21]-[23]. 두 가지 두려운 사건에 대한 반응으로 이러한 비도파민 뉴런의 대다수(>70%)는 상당한 활성화와 매우 다양한 시간적 발화 패턴을 나타냈습니다. 두 가지 무서운 사건에 대한 이러한 비도파민 뉴런의 반응 특성뿐만 아니라 복잡한 기본 활동은 여기서 논의 범위를 벗어납니다.

우리의 현재 연구 결과는 또한 긍정적이고 부정적인 동기 모두에서 VTA 도파민 뉴런의 역할에 대한 몇 가지 새로운 통찰력을 제공합니다. 첫째, VTA 추정 도파민 뉴런은 깨어 있는 동물에서 유사한 방식으로 다양한 부정적인 자극에 반응합니다. 즉, 자유 낙하에 반응하는 뉴런은 항상 유사한 방식으로 흔들림에 반응했습니다(1형 및 2형 뉴런의 경우 억제, 3형 뉴런의 활성화). 특정 유형의 VTA 도파민 뉴런 내의 부정적인 사건에 대한 단방향 반응은 광범위한 신규 및 보상 관련 사건에 대한 반응과 유사합니다. [5], [37].

두 번째 주목할만한 특징은 자유 낙하 또는 흔들림 이벤트가 종료될 때 유형 1 도파민 뉴런의 강력한 오프셋 반동 여기입니다. 자유롭게 행동하는 동물의 이러한 상쇄 흥분은 그러한 두려운 사건이 끝났을 때의 안도감을 반영하는 정보를 인코딩할 수 있습니다. [38]-[40], 그러나 아마도 일종의 동기 부여 신호(예: 탈출 동기)를 제공할 수도 있습니다. 또한 상쇄 중복 여기가 스릴을 추구하는 행동(예: 익스트림 스포츠, 디즈니 월드의 타워 오브 테러 타기)에 참여하는 데 중요한 역할을 할 수도 있습니다. 마취된 쥐의 발 충격 자극이 종료될 때 VTA 도파민 뉴런의 반동 활성화가 보고되었다는 점은 주목할 만합니다. [36]. 그럼에도 불구하고 다양한 위험한 행동에서 도파민 뉴런의 기능적 관련성을 더 자세히 조사하는 것은 큰 관심거리가 될 것입니다.

셋째, VTA 추정 도파민 뉴런은 두려운 사건의 지속 기간과 밀접하게 연관되는 시간적 동적 활동을 나타냅니다. 두려운 사건 기간을 인코딩하기 위해 시간적 활동 변화를 사용하는 것은 대부분의 도파민 뉴런의 낮은 기본 발화 속도로 인해 억제가 매우 제한되기 때문에 좋은 의미가 있는 것 같습니다. 이는 도파민 뉴런이 다양한 보상 볼루스 값에 대해 서로 다른 피크 반응을 보인다는 발견과 비교하면 흥미롭습니다. [41]. 1형 및 2형 도파민 뉴런의 억제를 유도하는 원인을 고려할 때, 최근 연구에서는 외측 고구핵(LHb)과 GABA성 내측피개핵(RMTg)이 중요한 역할을 한다고 제안합니다. [42]-[45]. 첫째, 이러한 핵은 동일한 자극에 대한 도파민 뉴런의 반응과 비교하여 보상 또는 혐오 자극에 대해 반대되는 반응을 나타냅니다. [42], [44]. 둘째, 도파민 뉴런은 LHb 또는 RMTg 활성화 후 강력하게 억제됩니다. [43], [45].

넷째, 우리는 VTA 도파민 뉴런이 서로 다른 상황에서 발생한 보상 또는 두려운 사건을 신호로 보내는 조건 자극에 의해 발화에서 완전히 반대되는 변화를 나타낼 수 있음을 추가로 밝힙니다.그림 6). 이는 VTA 수준에서 발생하는 신경 처리가 고도로 통합되어 있으며 상황 정보가 긍정적인 경험과 부정적인 경험 모두에 대한 인코딩 프로세스의 필수적인 부분임을 강력히 시사합니다. 이 발견은 VTA 뉴런이 해마 및 전두엽 피질과 같은 전뇌 구조로부터 고도로 처리된 정보를 수신한다는 해부학적 증거 및 이전 가설과 일치합니다. [37], [46]-[48]. VTA 신경 집단에서의 경험과 사건의 이러한 높은 수준의 통합은 갈망을 유발하거나 습관을 강화하는 데 환경이 왜 그렇게 지배적인 역할을 하는지 설명할 수 있습니다.

마지막으로, 우리의 동시 기록 기술을 통해 1형 및 2형 추정 도파민 뉴런과 3형 뉴런 사이의 중요한 상관관계를 입증할 수 있었습니다. 가능한 VTA 네트워크 배치를 고려할 때 이러한 발사 동시성의 특이성은 매우 흥미롭습니다. 이는 VTA 추정 도파민 뉴런이 최적화 및 도파민 전달 효능을 위해 두 가지 매우 구체적인 동기화 전략을 사용하여 측핵과 같은 하류 구조의 조정된 조절을 제공할 수 있음을 시사합니다. 3형 뉴런과 1/2형 뉴런 사이의 동기화된 활동 부족은 전기생리학적 및 약리학적으로 이들 사이의 다른 많은 차이점과 일치합니다.그림 3). 특히, 거의 모든(1%, 2/96)이 상당한 억제를 보이는 23형 및 24형 추정 도파민 뉴런과 달리, 3형 뉴런은 도파민 수용체 작용제에 의한 흥분을 나타냅니다.그림 3H). 이전 연구에서 추정되는 도파민 뉴런은 주로 도파민 수용체 작용제에 의해 억제되거나 영향을 받지 않는 것으로 보고되었습니다. 일부 도파민 뉴런이 도파민 수용체 작용제에 의해 활성화될 수 있다는 연구는 소수에 불과합니다. [24], [25], 아마도 이전 연구에서는 활성화된 뉴런이 단순히 비도파민 뉴런으로 분류되었기 때문일 것입니다. 특히, TH 양성인 소수의 VTA 도파민 뉴런이 도파민 수용체 작용제에 의해 활성화되는 것으로 보고되었습니다. [25]. 두려움에 의해 활성화된 3형 뉴런이 도파민 뉴런인지 여부를 확인하기 위해서는 아마도 광유전학을 사용한 향후 실험이 필요할 것입니다. 그리고 이러한 제3형 뉴런을 도파민 뉴런으로 받아들이는 것은 현재로서는 주의가 필요합니다.

요약하면, 우리는 VTA 추정 도파민 뉴런의 대다수가 보상 및 두려움에 의한 혐오 정보에 모두 반응할 수 있음을 보여줍니다. 이러한 추정 도파민 뉴런은 비슷한 방식으로 다양한 부정적인 사건에 반응하며 더 중요한 것은 동적 발화 변화의 시간적 지속 시간이 두려운 사건의 지속 시간에 비례한다는 것입니다. VTA 추정 도파민 뉴런은 또한 보상과 두려운 사건을 구별하기 위해 단서와 상황 정보를 통합합니다. 종합하면, 우리는 VTA 도파민 뉴런이 긍정적인 경험과 부정적인 경험을 모두 처리하기 위해 네트워크 인구 수준에서 수렴 인코딩 전략을 사용할 수 있음을 제안합니다. 이러한 경험의 수렴적 인코딩은 또한 단서 및 환경적 맥락과 고도로 통합되어 행동 특이성을 더욱 향상시킵니다.

재료 및 방법

윤리 강령

본 연구에 사용된 모든 동물은 조지아 보건 과학 대학교의 동물 관리 및 사용 위원회에서 승인한 절차에 따랐으며 프로토콜 번호 BR-07-11-001에 따라 보호되었습니다.

주제

총 71마리의 수컷 C57BL/6J 마우스를 기록에 사용하고 12시간 명/12시간 암주기로 개별적으로 보관했습니다. 우리가 추정 도파민 뉴런을 기록한 24마리의 쥐로부터 얻은 데이터만이 현재 분석에 사용되었습니다.

수술

32채널(8개의 사극 묶음), 초경량(무게 <1g), 이동 가능한(나사 구동) 전극 어레이는 이전에 설명한 것과 유사하게 구성되었습니다. [49]. 각 사극은 13개의 675μm 직경 Fe-Ni-Cr 와이어(Stablohm 2, California Fine Wire, 각 와이어에 대해 일반적으로 4~17MΩ의 임피던스) 또는 90μm 직경의 백금 와이어(10% 백금 1% 이리듐, 캘리포니아 미세 와이어(각 와이어당 일반적으로 2~3MΩ의 임피던스). 수술 일주일 전, 생쥐(6~40개월)를 표준 케이지에서 꺼내 맞춤형 홈케이지(20×25×80cm)에 가두었습니다. 수술 당일, 마우스를 케타민/자일라진(12/3.4 mg/kg, ip)으로 마취시켰고; 그런 다음 전극 배열을 우반구의 VTA 방향으로 이식하고(브레그마 후방 0.5mm, 측면 3.8mm, 뇌 표면 복부 4.0-XNUMXmm) 치과용 시멘트로 고정했습니다.

Tetrode 기록 및 단위 분리

수술 후 40~100일 동안 신경 활동에 대해 매일 전극을 검사했습니다. 도파민 뉴런이 검출되지 않으면 추정되는 도파민 뉴런으로부터 기록할 수 있을 때까지 전극 배열을 매일 XNUMX~XNUMXμm씩 전진시켰습니다. 다중 채널 세포외 녹음은 이전에 설명한 것과 유사했습니다. [49]. 간단히 말해서, Plexon 다중 채널 획득 프로세서 시스템(Plexon Inc.)을 사용하여 전체 실험 프로세스 동안 스파이크(250-8000Hz에서 필터링되고 40kHz에서 디지털화됨)가 기록되었습니다. Plexon CinePlex 추적 시스템을 사용하여 마우스 행동을 동시에 기록했습니다. 기록된 스파이크는 Plexon OfflineSorter 소프트웨어를 사용하여 격리되었습니다. 사극으로 기록된 스파이크 파형을 가장 잘 격리하기 위해 여러 스파이크 정렬 매개변수(예: 주성분 분석, 에너지 분석)가 사용되었습니다. 다중 사극 기록의 안정성과 OfflineSorter에서 사용할 수 있는 다중 단위 분리 기술(예: 주성분 분석, 에너지 분석)을 결합하여 개별 VTA 뉴런을 많은 경우 며칠 동안 매우 자세하게 연구할 수 있습니다(그림 S1).

두려운 사건

두 가지 두려운 사건인 자유 낙하(10~30cm)와 흔들림(0.2, 0.5, 1초)이 세션 사이에 일반적으로 1~2시간 간격으로 무작위로 수행되었습니다. 자유 낙하 이벤트에는 정사각형(10×10×15cm) 또는 원형 챔버(직경 11cm, 높이 15cm)를 사용했습니다. 흔들림 이벤트에는 원형 챔버(직경 12.5cm, 높이 15cm)를 사용했습니다. 각 자유 낙하 또는 흔들림 이벤트 세션에서 마우스를 자유 낙하 또는 흔들림 챔버에 배치했습니다(마우스는 챔버 내부에서 자유롭게 이동할 수 있음). 3분간 습관화한 후, 20~1분 간격으로 자유 낙하(또는 흔들림) 이벤트를 약 2회 시도했습니다. 자유 낙하 챔버는 각각의 자유 낙하 이벤트 전에 들어 올려지고(높이 10cm 또는 30cm) 솔레노이드 시스템(자기 센서 시스템, 시리즈 S-20-125)에 연결되었습니다. 그런 다음 서스펜션 로프를 풀기 위해 솔레노이드 시스템의 정밀한 기계적 제어(WPI, PulseMaster A300)를 제공하여 자유 낙하 이벤트를 전달했습니다. 그런 다음 자유 낙하 챔버는 부드러운 패드 위에 착지하여 바운스를 크게 줄이고 녹음 안정성에 대한 잠재적인 손상을 방지했습니다(피규어 S2 및 S3). 자유낙하 기간은 다음 방정식으로 계산되었습니다. T = SQRT (2×h/g). 여기서 h는 자유낙하 높이, g는 지구 중력 가속도입니다. 연착륙 지연을 고려하면 10cm와 30cm 자유낙하의 추정 지속시간은 각각 230ms와 340ms였다. 흔들림 이벤트는 저강도(약 37600rpm)를 제외하고 전체 최대 속도 3000rpm에서 와류 기계(Thermolyne Maxi Mix II Type 1500 Mixer)의 정밀한 기계적 제어를 제공하여 전달되었습니다.

우리는 전체 실험뿐만 아니라 이벤트 전후의 스파이크 파형, 기본 발사 상태, 스파이크 클러스터 분포를 검사하여 기록된 장치의 안정성을 항상 모니터링했습니다. 추가 데이터 분석을 위해 이러한 기록 기준을 충족하는 동물의 데이터 세트만 포함했습니다. 에 표시된 바와 같이 피규어 S1, S2및 S3, 본 연구에 나열된 도파민 뉴런은 일시적인 단위 손실이나 소음/유물 오염 없이 자유 낙하 및 흔들림 이벤트 동안 안정적으로 기록되고 잘 격리되었습니다.

특히 스파이크가 인공물로 오염되지 않았는지 확인하기 위해 세 가지 단계를 수행했습니다. 1) 전체 실험 장치를 접지하여 기록에 대한 간섭을 줄였습니다. 우리는 자유 낙하 및 흔들림 현상 중에 생성된 전기적 인공물이 이동 탐사 중 발생하는 것과 비슷한 수준이라는 것을 발견했습니다. 2) Plexon 참조 클라이언트의 나머지 아티팩트를 추가로 취소하여 눈에 띄게 좋은 유닛이 없는 채널을 참조 채널로 선택할 수 있었습니다. 이로 인해 배경 소음과 아티팩트가 크게 제거되었습니다. 3) 가능한 아티팩트 파형이 여전히 남아 있는 경우 아티팩트 파형이 신경 스파이크 파형과 매우 다르기 때문에 Plexon Offline Sorter를 사용하여 스파이크 파형을 전처리하는 동안 이를 제거했습니다.

보상 및 양방향 조건화

보상 연관 훈련 전에 마우스는 약간의 음식 제한을 받았습니다. 보상 조건화에서 마우스를 보상 챔버(직경 45cm, 높이 40cm)에 배치했습니다. 마우스는 최소 5일 동안(하루 1~40회 시도, 실험 간 60~1분 간격) 톤(2kHz, 12초)과 후속 설탕 펠렛 전달을 연결하도록 훈련되었습니다. 톤은 A33-5 오디오 신호 발생기(80ms 모양의 상승 및 하강, 챔버 중앙에서 약 14dB)(Coulbourn Instruments)에 의해 생성되었습니다. 설탕 펠릿(203 mg)을 푸드 디스펜서(ENV-14-12P, Med. Associates Inc.)를 사용하여 전달하고 톤이 끝날 때 두 개의 용기(7×3×XNUMX cm) 중 하나에 떨어뜨렸습니다. 설탕 펠릿을 전혀 받지 못한 경우에는 용기를 대조군으로 사용했습니다.

별도의 실험 세트에서 생쥐는 양방향 조건화(보상 조건화와 혐오 조건화 모두)에 대해 훈련되었습니다. 사용된 조절된 톤(5kHz, 1초)은 동일했지만 다른 맥락에서: 보상 조절 ​​중에(보상 챔버에서, 직경 45cm, 높이 40cm) 톤은 설탕 펠렛 전달과 짝을 이루었습니다. 혐오적인 조건화(자유 낙하 챔버에서) 동안 동일한 톤이 자유 낙하 이벤트(30cm 높이)와 짝을 이루었습니다. 생쥐는 1주일 이상 훈련을 받았고 균형을 이루었습니다. 생쥐의 절반은 2일과 3일에 보상 조건화를 받았고, 4일과 40일에는 혐오 조건화를 받았습니다(매일 60-1회 시도). 나머지 절반의 생쥐는 2일과 3일에 혐오 조건화를 받았고, 4일과 40일에 보상 조건화를 받았습니다(하루 60~5회 시도). 20일차 이후에는 보상 조건화, 혐오 조건화 및 장난감이 풍부한 세 번째 중립 챔버(30×55×30cm)를 포함하여 매일 30개의 세션(세션당 1-2회 시도)이 무작위 순서로 제공되었습니다. ) 톤이 아무것도 예측하지 못한 곳. 세션 사이의 간격은 1~2시간이었습니다. 시험 사이의 간격은 7-60분이었습니다. 조절된 톤이 시작된 후 설탕/대조군 저장소 접근의 대기 시간을 60일차에 조사했습니다. 7초보다 긴 대기 시간은 XNUMX초로 간주되었습니다. 조절된 톤 동안 마우스가 콘센트 내부에 있었던 경우 대기 시간은 계산에 사용되지 않았습니다. 조절된 톤이 발생한 후 뒤로 이동 동작(머리 및/또는 팔다리가 뒤로 이동)도 XNUMX일에 검사되었습니다.

기록 부위의 조직학적 검증

실험이 완료되면 두 개의 전극을 통해 10초, 20μA 전류(Stimulus Isolator A365, WPI)를 통과시켜 최종 전극 위치를 표시했습니다. 마우스를 깊게 마취시키고 0.9% 식염수와 4% 파라포름알데히드를 관류시켰습니다. 그런 다음 뇌를 제거하고 최소 24시간 동안 파라포름알데히드에 사후 고정했습니다. 뇌를 급속 냉동하고 저온 유지 장치(50μm 관상 단면)에서 얇게 썰어 크레실 바이올렛으로 염색했습니다. 조직학적 실험은 21마리의 마우스에서 수행되었습니다(또 다른 3마리의 마우스에서는 불행히도 뇌 절편이 잘 준비되지 않았습니다). 우리의 조직학 결과는 도파민 뉴런이 17마리의 생쥐에서는 VTA 영역에서, 4마리의 생쥐에서는 VTA-SNc 경계 영역에서 기록되었음을 확인했습니다.그림 1A).

데이터 분석

정렬된 신경 스파이크는 NeuroExplorer(Nex Technologies) 및 Matlab에서 처리 및 분석되었습니다. 도파민 뉴런은 다음 세 가지 기준에 따라 분류되었습니다: 1) 낮은 기준선 발사 속도(0.5-10Hz); 2) 상대적으로 긴 스파이크 간 간격(분류된 모든 추정 도파민 뉴런은 ≥4% 신뢰 수준 내에서 ISI >99.8ms를 갖습니다). 우리가 기록한 가장 짧은 ISI는 실험의 모든 조건에서 4.1ms였습니다(가장 짧은 ISI 계산에는 진폭이 ≥0.4mV인 잘 격리된 장치만 사용되었습니다). 평균 가장 짧은 ISI는 6.8±2.2ms였습니다(평균 ± sd, n = 36). 대조적으로, 비도파민 뉴런의 ISI는 1.1ms만큼 짧을 수 있습니다. 3) 마우스가 자유롭게 행동할 때의 규칙적인 발화 패턴(변동 <3Hz). 여기서 변동은 발사 속도 히스토그램 막대 값(빈 = 1초, 최소 600초 동안 기록됨)의 표준 편차(sd)를 나타냅니다. 또한, 테스트된 분류된 도파민 뉴런의 대다수(89%; 56/63)가 보상 예측 톤에 반응하여 상당한 활성화를 보인 것으로 나타났습니다.그림 2E 및 F). 또한 테스트된 분류된 추정 도파민 뉴런(70%, 23/33; 1형 및 2형)의 대다수가 상당한 억제(기준선 발화율 30% 이하)를 보였고 나머지 27% 3형 뉴런(n = 9) 활성화를 나타냄(그림 3H). 반면, VTA 비도파민 뉴런은 도파민 수용체 작용제에 의한 발화율의 변화가 제한되거나 전혀 변화하지 않는 것으로 나타났습니다.그림 3I). 스파이크 파형의 절반 AP 폭은 최저점에서 활동 전위의 다음 피크까지 측정되었습니다(그림 1B). 0.8ms보다 넓은 절반 AP 폭은 0.8ms로 ​​간주되었습니다. 도파민 뉴런의 버스트 발사 확률을 계산하기 위해 이전에 확립된 기준(버스트 개시, ISI ≥80ms, 버스트 오프셋, ISI ≥160ms)에 따라 마우스가 자유롭게 행동할 때의 기준 활동을 사용했습니다. [50].

Wilcoxon 부호 순위 테스트를 사용하여 선택한 시간 창(자극 기간에 따라 다름)을 사용하여 각 시험에서 자극이 시작되기 전 10초 제어 기간과 조건 및 조건 없는 자극에 대한 신경 활동 변화를 비교했습니다. 10cm 및 30cm 자유 낙하 이벤트의 경우 시간 창은 자유 낙하 이벤트가 시작된 후 각각 100-230 및 100-340ms였습니다. 0.2초, 0.5초 및 1초 흔들림 이벤트의 경우 시간 창은 흔들림 이벤트가 시작된 후 각각 100-200, 100-500 및 100-1000ms였습니다(몇 가지 유형 1/2 추정 도파민 뉴런이 , ~10%는 또한 자유 낙하 및 흔들림 이벤트가 시작된 직후 초기 100ms 동안 작은 활성화를 보여주었습니다. 보상 조절의 경우 조절된 톤이 시작된 후 시간 창은 50-600ms였습니다. 혐오적인 조건화의 경우 시간 창은 조건부 톤이 시작된 후 200-600ms였습니다.

이벤트 주변 래스터(위에서 아래로 1~20개 시도)와 히스토그램은 NeuroExplorer(Nex Technologies)에서 수행되었습니다. 모든 스무딩은 Gaussian 필터(필터 폭 = 3 bin)를 사용하여 NeuroExplorer에서 수행되었습니다. 생쥐가 자유롭게 행동하거나(외부 자극 없이) 홈케이지에서 자고 있을 때 동시에 기록된 도파민 뉴런 쌍 사이에 상호 상관관계가 수행되었습니다. 상호 상관 피크 값의 z-점수 계산을 위해 상호 상관 히스토그램을 평활화하여 피크 값을 얻었습니다. Matlab의 섞인(무작위) 스파이크에서 평균 및 표준 편차를 얻었습니다. [51]. 동기화된 단위는 동일한 뉴런이 아닌 서로 다른 도파민 뉴런을 나타냅니다. 우리는 동기화된 단위가 동일한 뉴런으로부터 기록되거나 오염되었을 가능성을 배제했습니다(이런 일이 발생하면 그림에서 볼 수 있듯이 ~1ms 대신 ~100ms의 시간 과부에서 날카로운 피크가 있을 것입니다). 그림 9).

지원 정보

Figure_S1.tif

VTA 도파민 뉴런은 안정적으로 기록되고 잘 분리되어 있습니다. (A) 1차원 주성분 분석에서 잘 격리된 2형 도파민 뉴런(파란색 점)의 예와 1일차(상단 패널) 및 2일차(하단 패널)에 대표 파형(테트로드로 기록) . 스파이크 격리는 Plexon OfflineSorter(Plexon Inc. Dallas, TX)를 사용하여 수행되었습니다. PC1과 PC2는 각각 첫 번째와 두 번째 주성분을 나타냅니다. 파란색 점은 분리된 도파민 뉴런에 대한 개별 스파이크를 나타냅니다. 검은 점은 다른 VTA 뉴런에 대한 개별 스파이크를 나타냅니다. (B) 잘 격리된 2형 도파민 뉴런(파란색 점)과 1일차(상단 패널) 및 2일차(하단 패널)의 대표적인 파형의 예입니다. (C)잘 격리된 3형 도파민 뉴런(파란색 점)과 1일차(상단 패널) 및 2일차(하단 패널)의 대표적인 파형의 예입니다.

그림 S1.

VTA 도파민 뉴런은 안정적으로 기록되고 잘 분리되어 있습니다. (A) 1차원 주성분 분석에서 잘 격리된 2형 도파민 뉴런(파란색 점)의 예와 1일차(상단 패널) 및 2일차(하단 패널)에 대표 파형(테트로드로 기록) . 스파이크 격리는 Plexon OfflineSorter(Plexon Inc. Dallas, TX)를 사용하여 수행되었습니다. PC1과 PC2는 각각 첫 번째와 두 번째 주성분을 나타냅니다. 파란색 점은 분리된 도파민 뉴런에 대한 개별 스파이크를 나타냅니다. 검은 점은 다른 VTA 뉴런에 대한 개별 스파이크를 나타냅니다. (B) 잘 격리된 2형 도파민 뉴런(파란색 점)과 1일차(상단 패널) 및 2일차(하단 패널)의 대표적인 파형의 예입니다. (C)잘 격리된 3형 도파민 뉴런(파란색 점)과 1일차(상단 패널) 및 2일차(하단 패널)의 대표적인 파형의 예입니다.

doi : 10.1371 / journal.pone.0017047.s001

(TIF)

그림 S2.

자유 낙하 및 흔들림 발생 시 일시적인 장치 손실이 없습니다. (A) 자유 낙하 이벤트 동안 동시에 기록된 VTA 도파민 및 비도파민 뉴런 5개의 반응. 동일한 테트로드에서 기록된 단위는 반대 응답(예: 테트로드 #1 단위 2 및 8, 테트로드 #1 단위 2 및 1)을 나타낼 수 있으며, 이는 단위의 일시적 손실 없이 기록이 안정적임을 나타냅니다. (B) 쉐이크 이벤트 중 동일한 1개의 VTA 뉴런의 반응. (C)동일한 XNUMX개의 VTA 뉴런에 대한 대표적인 파형은 XNUMX시간 전, 자유 낙하 및 흔들림 이벤트 세션 중, XNUMX시간 후입니다.

doi : 10.1371 / journal.pone.0017047.s002

(TIF)

그림 S3.

자유낙하 및 흔들림 발생 시 소음/가공물 오염이 없습니다. (A) 자유 낙하 및 흔들림 이벤트 전(1초), 도중(1초) 및 후(1초)의 추정 추정 도파민 뉴런(유형-1) 및 파형의 반응입니다. 파형은 자유 낙하 및 흔들림 이후에 큰 변화를 나타내지 않았으며 이는 노이즈/인공물 오염이 없음을 나타냅니다. (B) 또 다른 추정 도파민 뉴런(유형-3)의 반응 및 자유 낙하 및 흔들림 이벤트 전(1초), 도중(1초), 후(1초)의 파형.

doi : 10.1371 / journal.pone.0017047.s003

(TIF)

감사의

원고를 편집해 주신 Rhea-Beth Markowitz 박사와 기술 지원을 제공해 주신 Kun Xie에게 감사드립니다.

작성자 기여

실험 구상 및 설계: DVW JZT. 실험 수행: DVW. 데이터 분석: DVW JZT. 논문을 썼습니다: DVW JZT.

참고자료

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