강박적인 자당 찾기를 제어하는 ​​신경 회로를 디코딩 (2015) (BINGE MECHANISM)

생체 내에서 VTA에 단일 시냅스 입력을 제공하고 자유롭게 움직이는 동작 동안 그들의 활동을 관찰하는 LH 뉴런을 식별하기 위해, 우리는 이중 바이러스 전략을 사용하여 VTA에 모노 시냅스 입력을 제공하는 LH 뉴런에서 채널 로돕신 -2 (ChR2)를 선택적으로 표현했습니다.피규어 1A 및 S1). 우리는 아데노 관련 바이러스 벡터 (AAV₅) Cre-recombinase-dependent double-inverted open reading frame (DIO) 구조에서 ChR2-eYFP를 LH로 운반하여 국소 somata를 감염시키고 Cre-recombinase를 운반하는 역 행성 헤르페스 단순 바이러스 (HSV)를 VTA에 주입했습니다. 후속 재조합은 VTA에 단일 시냅스 입력을 제공하는 LH 뉴런에서 선택적으로 옵신 및 형광 단 발현을 허용했습니다. 우리의 접근 방식을 확인하기 위해, 우리는 LH를 포함하는 수평 뇌 슬라이스에서 생체 전 세포 패치 클램프 녹음을 수행하고 ChR2-eYFP를 발현하는 뉴런뿐만 아니라 ChR2-eYFP 음성 인 이웃 LH 뉴런에서 기록했습니다 (그림 1비). 광 펄스 시작부터 활동 전위의 피크까지 측정 된 광 유발 스파이크 지연 시간은 3–8ms (그림 1씨). 또한 기록 된 비 발현 (ChR2- 음성) 세포는 광 자극에 대한 흥분성 반응을 나타내지 않았다 (n = 14; 그림 1C), ChR2 발현 세포와의 근접성에도 불구하고.

생체 내에서 광 유전 학적으로 매개 된 광 식별을 수행하기 위해, optrode를 LH에 이식하여 수 크로스 탐색 작업 동안 신경 활동을 기록했습니다. 동일한 기록 세션에서 ChR2 발현 LH-VTA 뉴런을 식별하기 위해 여러 패턴의 광 자극을 제공했습니다 (피규어 1D 및 S1). 우리는 모든 LH 뉴런에 걸친 흥분성 광 반응 대기 시간의 분포를 조사하여 조명에 반응하여 발사 속도가 시간에 따라 변하는 변화를 관찰하고 이정 분포 (bimodal distribution)를 관찰했다그림 1이자형). 우리는 3-8ms 범위의 지연 시간을 가진 생체 내 기록 동안 뉴런 집단을 관찰했습니다. 이것은 우리가 생체 외에서 기록했을 때 ChR2 발현 LH-VTA 뉴런에서 발견 된 잠복기 범위와 동일했습니다. 이러한 단위를 "유형 1"단위 (피규어 1C, 1E 및 1F). 또한, ~ 100ms의 광 반응 지연 시간 (피규어 1E 및 1G), 우리는 이러한 "유형 2"단위라고 부릅니다. 우리는 또한 LH - VTA 뉴런의 광 자극에 대한 반응으로 억제 된 뉴런을 관찰했다 (그림 S2), 우리는이 "Type 3"단위라고 부릅니다. 우리는 활동 전위 지속 시간 (peak에서 trough까지 측정)과 Type 1 및 Type 2 단위의 평균 발화 속도와 광 반응을 나타내지 않은 것들 (그림 1H). 유형 1의 활동 잠재 기간의 분포 (그림 1I) 및 유형 2 (그림 1J) 단위는 대부분의 유형 1 단위가 500μs (84 %, n = 16/19, 이항 분포, p = 0.002) 미만의 활동 전위 지속 시간을 가짐을 보여줍니다.

유형 1 단위는 ChR2 발현으로 분류되는 표준 기준에 적합하지만 (Cohen et al., 2012, Zhang et al., 2013), 유형 2 단위의 긴 지연 시간 광 반응이 반응 한 ChR2 발현 뉴런을 나타내는 지 여부는 불분명합니다. 광 자극에 더 느리게 또는이 효과가 네트워크 활동으로 인한 것인지 여부. ChR2를 발현하는 (유형 1) LH 뉴런이 VTA에 직접 투영된다는 점을 감안할 때, 한 가지 가능성은 유형 2 뉴런이 VTA (그림 1케이). 또 다른 가능성은 유형 2 뉴런이 유형 1 뉴런에서 축삭 collateralals에 의해 활성화되었다는 (그림 1엘). 이 두 가지 가능한 회로 모델을 구별하기 위해 LH의 사진 식별과 함께 VTA를 금지했습니다.

우리의 회로 모델을 기반으로, 우리는 원심 억제가 ChR2 - 표현 LH 뉴런의 광 반응에 영향을 미치지 않을 것으로 기대합니다. 그러나 광 반응성이지만 표현력이없는 경우 LH 뉴런은 VTA의 피드백에 의존하여 조명에 대한 시간 잠금 응답을 이끌어냅니다 (그림 1K), 우리는 VTA 억제시 이들 뉴런에서 광 반응의 감쇠가 예상된다. 우리는 위와 같이 LH-VTA 세포에서 ChR2을 발현 하였지만, 이번에는 VTA에 halorhodopsin 3.0 (NpHR)이 강화 된 모습을 보였으며 LH의 optrode 외에도 VTA에 광섬유를 이식했다 (그림 2에이). 우리는 3 개의 모든 신기원에 대해 동일한 청색광 조명 패턴을 LH에 전달했지만, 두 번째 신기원에서 황색 광을 사용하여 VTA를 광 억제했다 (그림 2에이).

LH에서 청색광 조사에 이르는 유형 1 단위의 광 반응은 유형 2 LH-VTA 뉴런에서 ChR1 발현과 일치하는 VTA의 광 저해에 의해 영향을받지 않았다그림 2비). 대조적으로, 대부분의 유형 2 단위 (87 %; n = 13/15, 이항 분포, p = 0.004)는 VTA 뉴런의 광 억제시 LH에서 전달 된 청색광 펄스에 대한 광 반응의 상당한 감쇠를 나타 냈습니다. VTA 광 저해 동안 Type 1 및 Type 2 단위의 반응은 유의하게 달랐습니다 (카이 제곱 = 7.64, p = 0.0057; 피규어 2B 및 2C). 이 차이는 개별 신기원 중 최대 Z 점수에서도 볼 수 있습니다 (그림 2D)와 노랑 - 온 에포크가 노랑 - 오프 에포크로 정규화 된 (그림 2이자형). 이 데이터는 Type 2 LH 뉴런이 VTA로부터 (직접적으로 또는 간접적으로) 입력을 받는다는 것을 제안합니다그림 1K)보다는 로컬 축삭 collateralals (그림 1엘).

LH-VTA 루프에서 이러한 두 가지 유형의 LH 뉴런을 확인 했으므로 자당 자체 관리 작업 중에 자연적으로 발생하는 신경 활동을 조사하기를 원했습니다 (그림 3ㅏ). 마우스는 인접한 항구에서 자당 전달을 예측하는 단서에 대해 노즈 포크 반응을 수행하도록 훈련되었습니다 (Tye et al., 2008에서와 같이). 콧 구멍과 신호에 대한 신경 반응을 구별 할 수 있도록 신호와 자당은 부분 강화 일정에 따라 전달되었으며, 여기서 콧 구멍의 50 %는 신호와 자당 전달과 쌍을 이룹니다.

타입 1 유닛은 대표적인 타입 1 유닛에서 볼 수있는 바와 같이 수 크로스 포트 입구에 대한 위상 응답을 보였다그림 3B)뿐만 아니라 모든 유형 1 유닛에 대한 모집단 데이터 (그림 3기음). 그러나 유형 2 단위의 위상 반응은 주로 보상 예측 신호에 대한 응답을 반영했다 (피규어 3D 및 3E). 기록 된 모든 뉴런의 정규화 된 발사 패턴 (n = 198, 유형 1, 2, 3 및 비 반응성 단위로 나뉩니다)이 각 작업 구성 요소에 대해 표시됩니다 : 큐와 쌍을 이루는 콧 구멍, 큐가없는 경우 콧 구멍, 및 자당 포트 항목 (그림 3에프). 활동에서 작업 관련 위상 변화 (1 %; n = 74/14)를 보인 모든 유형 19 단위는 위상 적으로 흥분되거나 자당 포트 진입에 의해 억제되었으며, 소수는 보상 예측 신호에 대한 위상 억제도 보여줍니다 (피규어 3B, 3C 및 3G). 대조적으로, 2 유형은 큐를 선택적으로 (35 %), 수 크로스 포트 - 입력을 선택적으로 (26 %), 또는 큐 및 포트 엔트리 (12 %; 피규어 3D, 3E 및 3H). 작업 관련 이벤트에 대한 유형 1 및 유형 2 단위의 응답의 강도를 설명하기 위해 각 셀을 Z 점수에 따라 3 차원 플롯에 플롯했습니다 (그림 3나는). 정량적 인 단계에서 여러 작업 관련 이벤트에 대한 발화의 위상 변화 분포를 보여주기 위해 주어진 카테고리에 속한 각 광 응답 유형의 셀 수를 플로팅했습니다 (그림 3J).

보상 예측 오류에서 VTA의 잘 정의 된 역할 (예 : 예상치 못한 보상 누락에 대한 DA 뉴런 발사의 위상 감소 및 예상치 못한 보상 전달에 대한 위상 여기) (Schultz et al., 1997), 우리는 LH 뉴런이 예상치 못한 자당 보상 누락을 인코딩하는지 여부를 조사했습니다. 이를 위해 우리는 잘 훈련 된 동물에서 동일한 큐 보상 작업 동안 광 반응성 뉴런의 신경 활동을 기록했지만 큐에 따라 30 %의 자당 전달을 무작위로 생략했습니다 (그림 4에이).

대부분의 유형 1 단위 (88 %, n = 15/17, 이항 분포, p = 0.001)는 보상 누락에 민감하지 않았습니다 (피규어 4B 및 4D), 반면 Type 2 단위의 대규모 하위 집합 (67 %, n = 12/18)은 보상 제시 및 보상 생략 시험 (피규어 4C 및 4D). 우리는 LH-VTA (Type 1) 뉴런이 항만 진입 행동을 코드화했다고 결론을 내렸다. 이러한 항만 진입 반응은 보상 누락시에도 지속되었다.그림 4D), 유형 2 단위 (카이 제곱 = 10.9804, p = 0.0009)와는 대조적으로.

포트 엔트리에 대한 Type 1 응답이 일반적인 보상 추구 또는 탐색 동작과 달리 조건 응답 (CR)을 실제로 인코딩하는지 여부를 확인하기 위해 아직 작업을 획득하지 않은 훈련되지 않은 마우스에서 기록했습니다. 작업 미숙 마우스에서 우리는 예측 신호가 없을 때 포트에 자당을 전달했으며 (예측되지 않은 보상 전달) 유형 1 유닛이 포트 입력에 대한 위상 응답을 나타내지 않음을 발견했습니다피규어 4E, 4F 및 4I), 유형 1 뉴런이 CR을 인코딩하는 모델과 일치그림 4J).

다음으로, 2 단위 활동이 보상 예측과 유사한 응답 프로파일과 일치 하는지를 결정하기 위해, 우리는 예측되지 않은 보상 전달 중에 잘 훈련 된 동물에이 뉴런을 기록했다그림 4지). 우리는 유형 2 단위의 하위 집합이 예상치 못한 자당 분만 (50 %; 피규어 4G-4I). 종합 해보면, Type 2 유닛의 부분 집합은 예상치 못한 보상 누락에 민감합니다 (피규어 4C 및 4D) 및 예측되지 않은 보상 전달 (피규어 4G-4I), 보상 예측과 유사한 응답 프로파일과 일치합니다.

위에 표시된 것처럼 유형 1 단위는 CR의 신경 상관을 나타냅니다. 중요하게, 발사 비율의 증가는 CR 이전에 시작되며, CR이 완료 될 때까지 상승합니다 (피규어 3B, 3C 및 4비). LH-VTA 경로의 활성화가 CR을 촉진시킬 수 있는지를 결정하기 위해, 우리는 부정적인 결과에도 불구하고 CR을 유도하는 데 LH-VTA 활성화 능 력을 시험하기를 원했습니다. 야생형 마우스에서 우리는 LH 세포 체내에 ChR2-eYFP 또는 eYFP만을 발현 시켰고 VTA 위에 광섬유를 이식했다 (피규어 5A 및 S4). 반대로, CR 또는 수유 관련 행동을 매개하는 LH-VTA 경로의 역할을 테스트하기 위해 우리는 LH 세포에서 NpHR-eYFP 또는 eYFP만을 양측으로 발현하고 VTA 위에 광섬유를 이식했습니다 (피규어 5A 및 S4).

우리는식이 박탈 된 쥐가 자당 보상을 얻기 위해 쇼크 그리드를 통과해야만하는 파블로불 (Pavlovian) 조절 작업을 설계했습니다 (그림 5비). 첫 번째 "기준"시대 (충격 그리드가 꺼진 상태)에서 각 마우스가 Pavlovian 조건 접근 작업을 획득했는지 확인했습니다. 두 번째 (“충격”) 시대에는 충격 그리드가 매초 가벼운 발 충격을 전달했습니다. 마지막으로, 세 번째 시대 ( "충격 + 조명")에서 우리는 계속해서 발 충격을 전달했지만 ChR10를 표현하는 마우스에서 청색광 (2Hz)으로 VTA의 조명 된 LH 터미널과 일치하는 eYFP 컨트롤과 노란색 조명 (일정)을 NpHR 및 eYFP 대조군을 발현하는 마우스 (그림 5B).

우리는 쇼크 + 라이트 에포크 동안 큐 당 포트 항목의 수가 훨씬 더 높고 eYFP 마우스에 비해 ChR2 마우스에서 유의하게 더 높은 차이 점수 (쇼크 + 라이트 에포크 - 쇼크 전용 에포크)를 관찰했다그림 5C 및 영화 S1). 대조적으로, LH-VTA 경로의 광 저해는 eYFP 마우스에 비해 NpHR 마우스에서 큐 당 포트 등록 및 차이 점수에서 유의 한 감소를 가져왔다 (그림 5D 및 영화 S2). 큐 프리젠 테이션에 수크로오스 전달이 뒤 따르지 않은 세션 내 멸종 실험은 비슷한 경향을 보였다 (그림 S4).

중요한 것은, 우리가 얻은 수크로오스의 변화가 수유 관련 행동의 변화 또는 통증에 대한 민감성에 의해 유발되었는지 여부를 결정하고자했습니다. 우리는 LH - VTA 예측의 광 활성화가 ChR2 그룹에서 잘 먹은 쥐를 먹이는 데 걸린 시간을 유의하게 증가 시킨다는 것을 관찰했다.그림 5이자형). 그러나, LH-VTA 경로의 광 억제는 급식을 유의 적으로 감소시키지 않았다 (그림 5F). 비록이 동물들이 기준 신기원과 비교하여 감소를 탐지 할 수있는 우리의 능력을 향상시키기 위해 박탈 된 음식이라 할지라도 ( 그림 5이자형). ChR2 (그림 5G) 또는 NpHR 그룹 (그림 5H) 뜨거운 물에서 꼬리 철수에 대한 지연 시간의 차이를 관찰 했습니까 (Ben-Bassat et al., 1959, Grotto and Sulman, 1967), LH-VTA 투영을 조작하는 것이 진통을 변경하지 않았 음을 나타냅니다.

이러한 효과를 유발하는 VTA에 대한 LH 입력의 빠른 전송 구성 요소의 구성을 연구하기 위해, 우리는 ChR2-eYFP를 발현하는 LH 입력을 광학적으로 활성화하면서 급성 슬라이스 준비에서 VTA 뉴런에서 전체 세포 패치 클램프 녹음을 수행했습니다 (피규어 6A 및 S5). ~ 65 % DA 뉴런, ~ 30 % GABA 뉴런 및 ~ 5 % 글루타메이트 뉴런을 포함하여 VTA 내에 잘 확립 된 이질성이 있다는 점을 감안할 때 (Margolis et al., 2006, Nair-Roberts et al., 2008, Yamaguchi et al. al., 2007), 우리는 기록하는 동안 세포를 바이오시 틴으로 채웠고, 티로신 하이드 록 실라 제 (TH; 그림 6B), 또한 과극 분극 활성화 양이온 전류 (I_h) 및 매핑 셀 위치 (피규어 6B와 S5).

첫째, 우리는 ChR2 표현 LH 입력의 광 자극 동안 전류 클램프에 기록하고 23 뉴런의 27가 LH 입력의 광 자극에 대한 시간 잠금 응답을 나타냄을 관찰했습니다 (그림 6기음). VTA에서 샘플링 된 대다수의 DA 뉴런은 LH (56 %)에서 순수한 흥분성 입력을 받았고, 다른 하위 세트는 순수한 억제 (30 %; 그림 6기음). 이러한 DA 뉴런의 공간 분포는 VTA가 포함 된 수평 슬라이스의 경우 아틀라스에 매핑됩니다 (그림 6디).

VTA DA 뉴런에 대한 LH 입력의 단일 시냅스 기여도를 설정하기 위해, 우리는 전압 클램프 기록이 테트로도톡신 (TTX) 및 2- 아미노 피리딘 (4AP; Petreanu et al., 4)의 존재하에 수행 된 ChR2007 지원 회로 매핑을 사용했습니다. . 전류 클램프 기록의 관찰과 일치하여, 우리는 기록 된 VTA DA 뉴런의 대부분이 LH (67 %)로부터 독점적으로 흥분성 단 시냅스 입력을 받았음을 관찰했으며, 이는 독점적으로 억제 모노 시냅스 입력 (11 %)을받은 VTA DA 뉴런에 비해 둘 다 (22 %; 피규어 6E와 S6).

Cre 종속 형광 단 (AAV)을 주입하여 VTA GABA 뉴런을 확인했습니다.₅-DIO-mCherry)를 VGAT :: Cre 마우스의 VTA에 넣고 mCherry 발현을 이용하여 VTA GABA 뉴런의 기록을 지시합니다 (n = 24; 그림 6에프). VTA GABA 뉴런의 46 %는 순 자극으로 반응했지만, 54 %는 ChR2- 표현 LH 입력의 광 자극에 대해 순 저해로 반응했다 (그림 6지). 이 셀의 공간 분포는 그림 6H. LH에서 단일 시냅스 입력을 조사한 결과 (위에서 설명한 것처럼), 샘플링 된 GABA 뉴런의 18 %가 독점적으로 흥분성 입력을 받았고 9 % 만 독점적으로 입력을 받았다는 것을 발견했습니다그림 6나는). 그러나 VTA DA 뉴런과 비교하여 더 많은 VTA GABA 뉴런이 흥분성 AMPAR 매개 및 억제 GABA를 모두 받았다는 것을 발견했습니다._ALH로부터의 R- 매개 모노 시냅스 입력 (73 %; 카이 제곱 = 5.0505, p = 0.0246; 피규어 6나 그리고 S6).

우리의 생체 외 기록이 VTA에 대한 GABAergic 및 glutamatergic LH 투영 모두에서 강력한 입력을 지원하는 증거를 제공했음을 감안할 때, 우리는 다음으로 각 구성 요소의 역할을 독립적으로 조사했습니다. 이를 위해, 우리는 소포 성 글루타메이트 수송 체 2 (VGLUT2) 또는 소포 성 GABA 수송 체 (VGAT)를 발현하는 뉴런에서 Cre- 재조합 효소를 발현하는 형질 전환 마우스 라인을 사용했습니다. 우리는 AAV를 주입했습니다₅-DIO-ChR2-eYFP 또는 AAV₅-DIO-eYFP를 VGLUT2 :: Cre 및 VGAT :: Cre 마우스의 LH에 삽입하고 VTA 위에 광섬유를 이식했다 (그림 S7). 이 동물들은 다음과 같은 행동 분석에서 실행되었습니다. 그림 5.

우리는 LH에서 ChR2 또는 eYFP를 발현하는 마우스 사이의 신호 당 수 당 포트 항목 수에 감지 할 수있는 차이점을 관찰하지 못했습니다^과다-VTA 투영법 (그림 7A) 또는 LH^GABA-VTA 투영법 (그림 7비). 그러나 비디오 분석에서 우리는 LH에서 비정상적인 g아 먹는 행동을 발견했습니다^GABA-VTA : 청색 - 광 조사시 ChR2 그룹 영화 S3 및 S4). LH에서^과다-VTA 마우스의 경우, eYFP 그룹과 비교하여 ChR2 그룹에서 광 자극시 공급량이 감소하는 경향이 있었지만, 통계적으로 유의하지는 않았다 (그림 7기음). 대조적으로, 우리는 LH에서 조명시 사육 된 마우스에서 먹이를 먹이는 데 걸린 시간이 강하게 증가하는 것을 관찰했다^GABA-VTA : 컨트롤에 상대적인 ChR2 그룹 (그림 7D 및 영화 S3). 두 그룹 모두에서 꼬리 - 철수 분석에서 빛 자극 효과는 없었다 (피규어 7E 및 7F).

우리가 자당 찾기 과제에서했던 것처럼 먹이를하는 동안 우리는 다시 음식으로 향하지 않는 비정상적인 먹이 관련 모터 서열을 발견했습니다. 우리는 LH에서 대표적인 마우스를 촬영했습니다.^GABA-VTA : ChR2 그룹을 빈 투명 챔버에 넣고 20Hz 광 자극시 바닥이나 빈 공간을 핥고 갉아 먹는 것과 같은 비정상적인 식욕을 돋우는 운동 시퀀스를 관찰했습니다 (영화 S4). 우리는 야생형 LH-VTA에서의 수유 중 이러한 "g아 먹는"행동을 정량화했다 (그림 7G), LH^과다-VTA (그림 7H) 및 LH^GABA-VTA (그림 7I) 그룹과 LH^GABA-VTA : ChR2 마우스가 야생형 또는 LH 이상을 g아 먹었다.^과다-VTA : 광 자극 된 ChR2 마우스 (각각의 eYFP 그룹과 비교하여그림 7J). 우리는 비정상적인 급식 관련 행동이 저주파수에서 적절하게 유도 된 급식과 분리되는지 여부를 고려했다. 그러나 우리가 LH^GABA-VTA : ChR2 그룹은 5Hz 및 10Hz의 청색 광열을 사용하여 자극 빈도와 수유 및 갉아 먹기 사이의 비례 관계를 관찰했습니다 (그림 7케이).

VTA에 대한 LH 투영은 전기 자극 충돌 연구 (Bielajew and Shizgal, 1986)로 탐구되었으며 오랫동안 보상 처리 (Hoebel and Teitelbaum, 1962, Margules and Olds, 1962)에서 역할을 할 것으로 가정되어 왔지만 아직까지 이것을 지적하고 있습니다 역할은 하나의 도전이었습니다. 여기서는 LH-VTA 루프의 개별 구성 요소가 보상 관련 작업의 여러 측면을 처리하는 방법에 대해 자세히 설명합니다.

optogenetic 중재 phototagging의 사용을 통해 (그림 1), 우리는 두 개의 분리 된 LH 뉴런 집단, 즉 VTA (유형 1) 로의 투사 및 VTA로부터의 피드백을받는 세포 (유형 2; 그림 2) - LH 뉴런은 VTA와주고받는 입력을주고받을 수 있기 때문에 이러한 집단은 상호 배타적 일 필요는 없습니다. 흥미롭게도, 우리는 상대적으로 소수의 광 반응성 뉴런이이 두 집단을 캡슐화하는 이정 분포 (bimodal distribution)피규어 S2B와 1이자형). 이를 감안할 때, 유형 2 광 반응 (~ 100ms)의 긴 지연 지연과 함께 우리는 유형 2 뉴런의 활동에 기여하는 하나의 지배적 경로가있을 수 있다고 추측합니다. 또한, DA는 G 단백질 결합 수용체에 결합하기 때문에 동역학은 대부분의 글루 타마 테르 성 시냅스보다 느리고 (Girault and Greengard, 2004)이 100ms 지연 광 반응 단위 클러스터를 설명 할 수 있습니다. 또한 VTA가 편도체와 같은 흥분성 중간 영역을 통해 또는 선조 말단의 층 핵 (NAc) 또는 층 핵 (BNST)을 통한 탈 억제를 통해 다른 원위 영역을 통해 간접 피드백을 제공 할 수도 있습니다.

흥미롭게도, 유형 1 단위의 광 자극은 유형 2 단위에서 흥분 반응을 불러 일으키는 반면, 유형 1 및 2 단위는 뚜렷한 행동 인코딩 특성을 보여줍니다. 예를 들어 보상 예측 신호를 선택적으로 인코딩하는 유형 1 및 유형 2 단위의 수는 상당히 다릅니다 (n = 0/19 유형 1 대 n = 12/34 유형 2, 카이 제곱 = 8.67, p = 0.003). . 이러한 역설적 응답 패턴은 VTA와 같은 중간 회로 요소의 계산 프로세스로 인해 발생할 수 있습니다. VTA와 같은 동작 작업 중에는 능동적 역할을 할 수 있지만 사진 태그 지정 중에는 비활성 상태 일 수 있습니다. 또한 동물의 행동 상태는 이러한 데이터가 처리되는 방식에 영향을 미칠 수 있습니다.

보상 누락 실험을 통해 CR의 LH 신경 부호화와 무조건 자극 (US)의 소비를 구별 할 수있었습니다. 이 실험에서, 유형 2 유닛의 서브 세트는 보상 예측 큐 (CS)와 미국에 응답했으며, 예상 보상이 누락 된 경우에도 발사 속도가 감소 함을 보여주었습니다. 또한, Type 2 유닛의 서브 세트는 예기치 않은 보상 전달 (예 :피규어 4G 및 4H). 이러한 데이터는 VTA의 DA 뉴런이 보상 예측 오류를 인코딩하는 방식을 연상시킵니다 (Cohen et al., 2012, Schultz et al., 1997). 우리는 VTA 뉴런이 보상 예측 오류 신호를 LH 뉴런의 하위 집합으로 전송할 수 있다고 추측합니다.이 신호는 적절한 행동 출력을 결정하기 위해 이러한 신호를 통합하도록 잘 배치되어 있습니다. 특히 LH는 여러 다른 뇌 영역과 견고하게 상호 연결되어 있으며 (Berthoud 및 Münzberg, 2011) 수면 / 각성 및 배고픔 / 포만감과 같은 항상성 상태와 인과 관계가 있습니다 (Carter et al., 2009, Jennings et al. , 2013).

강박 적 보상 추구 행동은 주로 약물 중독의 맥락에서 논의되었으며, 강박 약물 추구에 대한 고전적인 패러다임은 발 충격과 같은 부정적인 결과에 직면하여 약물 추구 행동이 지속되는 정도를 조사하는 것이 었습니다. (Belin et al., 2008, Pelloux et al., 2007, Vanderschuren and Everitt, 2004). 우리는 LH-VTA 경로의 활성화가 강박 적 자당 추구를 촉진하기에 충분한 지 조사 할 수 있도록 자당 추구에 대해이 작업을 조정했습니다. 약물과 자연적 보상의 뚜렷한 차이는 약물 보상이 생존에 필요하지 않다는 점을 감안할 때 어떤 행동이 강박 적 자당 또는 음식 추구 행동을 구성하는지에 대한 논란이 있습니다. 우리 데이터에 대한 대안적인 해석은 LH-VTA 경로의 활성화가 단순히 동기 부여를 증가 시키거나 식욕을 강화하려는 충동을 증가 시킨다는 것입니다. 최근 수십 년 동안 비만의 비율이 증가함에 따라 (Mietus-Snyder and Lustig, 2008), 강박 과식과 설탕 중독은 인간 건강에 큰 위협이되는 만연한 상태입니다 (Avena, 2007). LH-VTA 경로가 활성화 된 후 포만감이있는 (완전 공급 된) 마우스의 섭식 행동은 강박성 과식 장애 (또는 폭식 장애) (DSM-V)로 진단 된 인간에서 볼 수있는 섭식 행동을 연상시킵니다.

반복되는 행동으로 인해 습관이 형성되어 중독을 특징 짓는 강압적 보상을 얻는 것으로 나타났습니다 (Everitt and Robbins, 2005). LH-VTA 뉴런은 컨디셔닝 후 포트 엔트리 만 인코딩한다는 사실은이 경로가 동기 부여 된 동작이 아니라 조건부 응답을 선택적으로 인코딩한다는 것을 의미합니다. 이는 광학적으로이 투상법을 활성화하면 부정적인 결과에 직면하여 강압적 인 보상을받을 수 있다는 우리의 관찰과 일치합니다 (그림 5C)뿐만 아니라 필요가 없을 때 (sated mice에서 볼 수 있듯이, 그림 5이자형). 이 해석은 LH-VTA 경로의 광 저해가 선택적으로 자당 찾기를 선택적으로 감소 시킨다는 사실에 의해 입증되었다 (그림 5D) 그러나 음식이 제한된 생쥐의 먹이를 줄이지 않습니다 (그림 5에프). 강제적 인 과식 또는 폭식 장애를 치료할 때 가장 큰 어려움 중 하나는 일반적으로 수유 행동을 손상시킬 수있는 위험입니다. 번역적인 관점에서, 우리는 자연 먹이 행동을 희생시키지 않으면 서 강박적 인 과식이나 설탕 중독에 대한 치료 적 개입의 개발을위한 잠재적 인 표적으로 특정 신경 회로를 확인했을 수 있습니다.

우리는 glutamatergic LH-VTA 성분 (Kempadoo et al., 2013)에 더해, 투영에 상당한 GABAergic 성분이 있고 (Leinninger et al., 2009), LH 뉴런이 DA와 DA 모두에 직접 시냅스를한다는 것을 보여줍니다. VTA의 GABA 뉴런 (그림 6). 그러나 VTA DA와 GABA 뉴런에 대한 흥분 / 억제 입력의 균형에는 차이가 있습니다.

우리는 VTA 뉴런의 신원을 확인하기 위해 면역 조직 화학 처리를 사용하는 동안, 우리는 또한 I_h, 과분극 활성화 된 내부 정류 비특이적 양이온 전류 (Lacey et al., 1989, Ungless and Grace, 2012). 이 전류의 존재는 DA 뉴런을 식별하기위한 전기 생리학 연구에서 널리 사용되어 왔지만, 투영 대상에 의해 묘사 된 DA 뉴런의 하위 집단에서만 존재하는 것으로 나타났습니다 (Lammel et al., 2011). 이전에 Fields와 동료들의 리뷰에서 "LH 뉴런은 PFC에 대한 VTA 투영에 시냅스하지만 NAc에 투영되는 것은 아닙니다"라는 것이 제안되었지만 (Fields et al., 2007), 우리의 데이터는이 논쟁이 다시 시작되었음을 시사합니다. 추가 조사를 위해. 비록 우리가 LH로부터 net excitation을 받고 아주 작은 I를 가지고있는 DA 뉴런의 부분 집합을 관찰했지만_h (mPFC- 또는 NAc 내측 쉘 - 투사 DA 뉴런과 일치 함), 우리는 또한 순수한 흥분성 입력을 수신 한 DA 뉴런의 서브 세트를 관찰하였고, 큰 I_h (NAc의 측면 껍질로 돌출하는 DA 뉴런의 특성과 일치 함; 그림 S5; Lammel et al., 2011). 반대로, 순 억제 입력을받은 VTA DA 뉴런은 매우 작은 I_h 또는 LH가 mPFC 또는 NAc의 중간 껍질에 투사하는 VTA DA 뉴런에 주로 억제 입력을 보내는 개념과 일치하는이 전류가 부족합니다. 우리는 또한 LH 입력이 내측 및 외측 VTA 모두에서 관찰 될 수 있음을 보여 주며, 이는 VTA 프로젝션 타겟이 내측-측면 축을 따라 공간적 위치에 다소 해당하는 것으로 알려져 있기 때문에 LH가 다양한 프로젝션 타겟이있는 VTA 뉴런에 입력을 제공함을 시사합니다. Lammel et al., 2008).

보상 촉진에서 LH-VTA 경로의 역할은 CaMKIIα 프로모터가 종종 흥분성 프로젝션 뉴런에 대해 선택적인 것으로 생각되기 때문에 VTA에서 글루타메이트 성 전달에 기인합니다 (Kempadoo et al., 2013). 그러나 우리의 데이터는 CaMKIIα 프로모터의 제어하에 ChR2를 발현하는 것이 LH에서 GABAergic 투영 뉴런을 표적으로한다는 것을 분명히 보여줍니다 (그림 6).

LH의 광 자극에 의해 유도 된 거동^GABA-VTA 경로는 열광적이었고, 지시가 잘못되었고, 부적응했습니다 (영화 S4). 한가지 해석은 LH^GABA-VTA 경로는 마우스에 신호를 보내 호감가는 보강자의인지를 유발합니다. 대안적인 해석은 LH^GABA-VTA 경로는 조건화 된 접근법의 신호와 일치하지만, 이러한 비정상적인 수유와 관련된 행동을 유발하는 비 생리 학적 수준 (Berridge and Robinson, 2003)에서 인센티브 특유 또는 강렬한 "원함"을 유도 할 수 있습니다. 이것과 일치하여, LH^GABA-VTA 투영은 실제로 갈망의 격렬한 감각을 일으키거나, 먹이를 촉구합니다. 그러나, 우리의 실험은 LH^GABA-VTA는 강박성 자당 찾기의 증가를 일으키지 않지만 이것은 시험실의 비 음식물에 초점을 맞춘 과도한 g아 먹음과 이상 행동으로 인한 것입니다. 이 조작 동안 마우스의 경험을 결정하는 것은 어렵지만, 적절하게 유도 된 사료 관련 행동은 LH-VTA 경로의 GABA 및 글루탐산 성분 모두의 조율 된 활성화를 필요로한다는 것이 분명하다.

Optogenetic 및 pharmacogenetic 조작은 인과 관계를 수립하기위한 강력한 도구이지만 아직 그들은 신경 회로 요소의 내생, 생리적 특성을 밝히지 않습니다. 우리의 연구는 시냅스 연결, 자연 발생 내생 기능 및 LH-VTA 경로의 인과 관계에 대한 정보를 통합하여 정보가이 회로에 통합되는 방법에 대한 새로운 수준의 통찰력을 제공합니다. 이러한 결과는 연결성뿐만 아니라 유전자 마커에 의한 뉴런의 기능적 역할을 조사하는 것이 중요하다는 것을 강조합니다. LH-VTA 뉴런은 보상을 추구하는 행동을 선택적으로 부호화하지만 환경 자극을 부호화하지는 않았지만 보람있는 자극과 보상 예측 신호는 VTA의 하류에있는 LH 뉴런의 개별 집단에 의해 부호화되었다. 또한, 우리는 강박적인 자당 찾기 및 먹이기 행동에 인과 관계가있는 특정 예측을 확인했습니다. LH-VTA 투상의 이질성은 운전 동기와 적절하게 유도 된 식욕 행동을 조절하는 데 적절한 균형을 유지하는 데 필요합니다. 이러한 발견은 강박적인 과식 장애, 설탕 중독 및 비만과 같은 병리학 적 조건과 관련된 통찰력을 제공합니다