Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. Abrëll 2011; 300(4): R876–R884.
Verëffentlecht online 2011 Feb 9. doi: 10.1152 / ajpregu.00655.2010
PMCID: PMC3075076
1,2 mythologesch
Mir hu virdru gemellt datt d'Verwaltung vun Insulin an de arcuate Kär vum Hypothalamus d'Motivatioun fir Saccharose reduzéiert, bewäert duerch eng Selbstverwaltungsaufgab, bei Ratten. Well d'Muster vun der Aktivéierung vum Zentralnervensystem (CNS) a Verbindung mat der Sucrose Selbstverwaltung net bewäert gouf, an der heiteger Studie hu mir Ausdrock vu c-Fos als Index vun der neuronaler Aktivatioun gemooss. Mir trainéiert Ratten fir Bar-Press fir Saccharose, no engem fixe Verhältnis (FR) oder progressive Verhältnis (PR) Zäitplang a kartéiert Ausdrock vun der c-Fos Immunreaktivitéit an der ZNS, am Verglach mam c-Fos Ausdrock a gehandhabte Kontrollen. Mir hunn en eenzegaartegen Ausdrock vu c-Fos am medialen Hypothalamus (den arcuate, paraventrikuläre, retrochiasmatesche, dorsomedialen a ventromedialen Käre) an Associatioun mam Ufank vun der PR-Performance an dem Ausdrock vun c-Fos am lateralen Hypothalamus an dem Bettkär observéiert. vun stria terminalis am Zesummenhang mat dem Ufank vun FR Leeschtung. c-Fos Ausdrock gouf am Nukleus accumbens vu béide FR a PR Ratten erhéicht. Eis Etude betount d'Wichtegkeet vu béide Hypothalamic Energie Homeostasis Circuit wéi och limbesch Circuit an der Leeschtung vun enger Liewensmëttelbelounungsaufgab. Gitt d'Roll vum medialen Hypothalamus bei der Reguléierung vum Energiebalance, proposéiert eis Studie datt dës Circuit zur Belounungsreguléierung am gréissere Kontext vun der Energiehomeostasis bäidroe kann.
déi mesolimbesch dopaminergesch (DA) Circuit, inklusiv de ventralen tegmentale Beräich (VTA) a Projektiounen op de Striatum a kortikale Siten, gouf identifizéiert als eng kritesch Roll an de motivéierend oder belounend Aspekter vu ville Klassen vun Drogen vu Mëssbrauch (13, 22-24, 26, 48). Rezent Fuerschung vun eisem Labo an anerer suggeréiert datt dës Circuit och eng grouss Roll spillt an de motivéierende oder belounende Aspekter vum Iessen. Funktionell an anatomesch Interaktioun mat Circuit, déi d'Energiehomeostasis reguléiert, gëtt virgeschloen duerch Berichter iwwer d'Modulatioun vun der Liewensmëttelbelounung duerch den Ernärungsstatus vun den Déieren (10, 14, 16, 43). Modulatioun vun der Belounung, inklusiv Liewensmëttelbelounung, duerch Ernärungs- oder metabolesche Status, ass staark beaflosst vun neuralen an endokrinen Signaler, dorënner Insulin (15), Leptin (11, 18, 21, 30, 32), ghrelin (35), Melanin-konzentréierend Hormon (MCH) (45), an Orexin (5, 7): d'Präsenz vun Rezeptoren, d'biochemesch a cellulär Effizienz, an d'in vivo oder Verhalenseffizienz vun dëse Signaler am Zentralnervensystem (ZNS) goufen an de leschte Jore vill bewisen.
Déi erweidert limbesch Circuit ass och gewise ginn eng Roll bei der Ernierung a Liewensmëttelbelounung ze spillen (2, 19, 28). Wéi och ëmmer, et ginn zousätzlech bäidroende CNS Siten. Notamment ass de lateralen Hypothalamus (LH) laang bekannt als e Site deen d'Ernährung an d'Selbststimulatiounsverhalen vermëttelt (4, 31). Orexinergesch Neuronen a Leptin Signalisatioun am LH goufen als wichteg fir Ernierung a Liewensmëttelbelounung identifizéiert (5, 29, 30). Mir hunn viru kuerzem observéiert datt Insulin, deen entweder an den drëtten zerebrale Ventrikel oder an den arcuate Kär vum Hypothalamus (ARC) verwalt gëtt, d'Saccharose Selbstverwaltung erofgoe konnt, awer d'Insulinverwaltung an de VTA oder Nucleus accumbens huet keen Effekt op dëst spezifescht Belounungsparadigma (15). Also, et schéngt, datt verschidde hypothalamesch Siten eng bedeitend Roll bei der motivéierter Nahrungssich an der Acquisitioun spille kënnen, a konsequent mat dësem, géif een hypothetiséieren datt hypothalamesch Regiounen wesentlech a Verbindung mat der Selbstverwaltung vun der Liewensmëttel aktivéiert ginn. Fir unzefänken dës Hypothese ze testen, hu mir c-Fos Ausdrock an der ZNS vu Ratten kartéiert, déi an engem Sucrose Selbstverwaltungsparadigma trainéiert sinn, no fixe Verhältnisser (FR) Training, oder no progressive Verhältnisser (PR) Training, eng méi streng Aufgab fir d'Motivatioun ze bewäerten (20).
MATERIAL A METHODEN
Themen.
D'Sujete ware männlech Albino Ratten (325-425 g) vu Simonsen (Gilroy, CA). Ratten goufen op Chow ad libitum behalen. Si goufen op engem 12:12-h Liicht-däischter Zyklus mat Luuchten um 6 AM behalen a goufen tëscht 7 AM a Mëttes trainéiert a getest, am postprandialen a postabsorptiven Zoustand. All Prozeduren, déi op de Ratten gemaach goufen, hunn d'National Institutes of Health Richtlinnen fir Déierefleeg gefollegt a goufen vum Animal Care and Use Subcomité vum Research and Development Committee am VA Puget Sound Health Care System guttgeheescht.
Sucrose Selbstverwaltung.
Prozedure ware baséiert op eiser publizéierter Methodologie (15) a goufen op gefidderte Ratten duerchgefouert. D'Experiment enthält dräi Phasen: Autoshaping fir Training ze initiéieren, FR Training, a progressiv Verhältnisser (PR) Training mam PR Algorithmus vu Richardson a Roberts (38). De PR-Algorithmus erfuerdert 1, 2, 4, 6, 9, 12, 16, 20, 28, 36, 48, 63, 83, 110, 145, 191, 251, 331, 437, 575, 759, 999 ( etc) Hiewel dréckt fir erfollegräich Belounungsliwwerungen bannent enger Sessioun (38). Ratten goufen trainéiert fir 5% Saccharose (0.5 ml Belounung) selwer ze administréieren, geliwwert an e flëssege Tropfenbehälter. D'Operant Boxen, kontrolléiert vun engem Med Associates (Georgia, VT) System, haten zwee Heber, awer nëmmen een Hiewel (en aktiven, retractable Hiewel) huet d'Infusiounspompel aktivéiert. Pressen op den aneren Hiewel (en inaktiven, stationären Hiewel) goufen och opgeholl. Wéi mir virdru observéiert hunn, war d'Zuel vun de Pressen op den inaktiven Hiewel ganz niddereg (manner wéi 10 Pressen / Sessioun). D'Saccharoseléisung gouf an e flëssege Tropfenbehälter fir mëndlech Konsum geliwwert (Med Associates, St. Albans, VT). Éischt Training gouf während 1-h Sessiounen ënner engem kontinuéierleche Verstäerkungsplang gemaach (FR1: all Hiewelpress gouf verstäerkt). All Sessioun huet ugefaang mat der Aféierung vum aktiven Hiewel an der Beliichtung vun engem wäisse Hauslicht, dat fir déi ganz Sessioun bliwwen ass. E 5-s Toun (2900 Hz, 20 dB iwwer Hannergrond) a Liicht (7.5 W wäiss Liicht iwwer dem aktiven Hiewel) diskrete Compound Cue begleet all Belounungsliwwerung, mat engem 20-Sen Time-out ugefaang mat der Saccharose Liwwerung. FR Training gouf fir 10 Deeg duerchgefouert; stabil Äntwert gëtt vun der fënnefter Sëtzung erreecht. PR Training gouf fir maximal méiglech 3 h / Dag fir 10 Deeg duerchgefouert. PR Sessiounen opgehalen no 30 min ouni aktiv Hiewel Press reagéiert, op deem Punkt d'Haus Luucht war automatesch ausgeschalt an der aktiv Hiewel zréckgezunn; Ratten goufen aus de Kammer geholl an an hir Heemkäfeg zréckgezunn. "Stop Zäit" gemellt an Table 2 representéiert d'Zäit wou de System ausgeschalt gouf; dofir wier déi lescht aktiv Hiewelpress 30 min virun der Arrêtzäit geschitt. Verhalensdaten (Table 2) representéieren Duerchschnëtt vun Sitzungen 6-10 fir FR Training, an Sitzungen 1-9 fir PR Training. Kontroll-gehandhabte Ratten goufen aus dem Wunnraum geholl an an enger propperer Operatiounskammer mat Hausliicht fir 60 min gesat, am Prozedurraum, fir d'Handhabung an d'Raumerfahrungen vun de Ratten ze simuléieren, déi d'Saccharose selwer verwalten. Si kruten näischt ze iessen oder ze drénken wärend se an den operant Këschte waren, an haten keen Zougang zu Heber.
Um leschten Dag goufen d'Ratten an de Kammeren wéi pro Trainingsdeeg plazéiert a goufen an de Kammeren fir 90 min gehal, duerno goufen se ewechgeholl, fir Anästhesie, Perfusioun a spéider Immunhistochemie. Kontroll Ratten goufen och an de Prozedurraum bruecht an an enger propperer Operatiounskammer gehal, wéi pro Trainingsdeeg, fir 90 min, duerno goufen se anästhetiséiert a perfuséiert. Direkt no där leschter 90-min Sessioun, Ratten goufen déif mat Isofluran Inhalatioun anästhetiséiert a perfuséiert mat 0.9% NaCl gefollegt mat kaler 4% Paraformaldehyd Léisung. Den Timing fir Anästhesie an Euthanasie war baséiert op de bekannten Zäitverlaf vum Peak Ausdrock vum c-Fos Protein bei 90-120 min nom Event. Also, c-Fos Ausdrock reflektéiert d'Aktivatioun vun der ZNS um Ufank vun der Verhalensaufgab, anstatt d'Resultat ze sinn datt d'Déieren d'Aufgab erliewen an d'Saccharose iessen. Gehirer goufen ewechgeholl a postfixéiert a Paraformaldehyd fir e puer Deeg; dann, si goufen dono an 20% sucrose-PBS gesat, no deem goufen se an 30% sucrose-PBS Léisung gesat. Gehirer goufen op engem Kryostat (Leica CM 3050S Kryostat) fir Immunhistochemie gedeelt.
c-Fos Immunhistochemie a Quantitatioun.
Mir hunn eis etabléiert Methodologie benotzt fir immunoreaktivt c-Fos Protein a Gehirer Sektiounen ze quantitéieren (12). Éischte qualitative Bildschierm vum ganze Gehir gouf fir c-Fos Ausdrock duerchgefouert. Slide-mounted 12-μm ganz Gehir Coronal Sektiounen goufen 3 Mol an PBS (Oxoid, Hampshire, UK) gewäsch. Sektiounen goufen dann fir 1 h bei Raumtemperatur an PBS gespaart mat 5% normal Geess oder Iesel serum. Sektioune goufen dann e puer Mol am PBS gewäsch an iwwer Nuecht bei 4 ° C a primäre Antikörperléisungen aus PBS inkubéiert. Sektioune goufen dräimol am PBS gewäsch an duerno an der Däischtert bei Raumtemperatur an enger sekundärer Antikörperléisung aus PBS fir 1 h inkubéiert. Sektioune goufen duerno erëm an PBS gewäsch a montéiert an de Cover rutscht am Vectashield Hard Set Montagemedium (Vector Laboratories, Burlingame, CA) Montagemedium. Digital Biller vu Sektioune goufe mat engem Nikon Eclipse E-800 Fluoreszenzmikroskop ugeschloss, verbonne mat enger Optiphot Kamera a benotzt Image Pro Plus (Media Cybernetics, Silver Spring, MD) Software.
Duerno hu mir eis op eng limitéiert Zuel vu Beräicher fokusséiert, déi e scheinbar Ënnerscheed tëscht Bedéngungen, fir Quantitatioun a fir neuronal Phänotyping weisen. Speziell hu mir eis op Nucleus accumbens Kär a Shell (NAc) konzentréiert; anterior an posterior Bett Kär vun stria terminalis (aBNST, pBNST); medial hypothalamic Regiounen [ventromedial nucleus (VMH), dorsomedial hypothalamus (DMH), paraventricular nucleus (PVN), retrochiasmatic Beräich (RCh), an ARC]; lateral Hypothalamus (LH), dorënner dorsal a ventral Regiounen an der perifornical (peF) Beräich; VTA; Gehirstamm [inferior Olivenueleg, hypoglossal (nXII) Kär vum Solitärtrakt, laterale retikuläre Kär, a C1 / A1 Adrenalin / Noradrenalin Käre]. Atlas-matched 12-μm Sektioune goufen fir c-Fos Ausdrock a Quantitatioun a passende Sektiounen a Regiounen evaluéiert, baséiert op den Atlas vu Paxinos a Watson (34). Weg gesinn Table 1 fir spezifesch stereotaxesch Koordinaten. De primäre Fokus vun den Assays war all Verhalensaufgab mat senger jeweileger Kontroll ze vergläichen (PR vs. PRC; FR vs. FRC). Fir méiglech Differenzen op Basis vu Verhalen vs Kontrollbedéngungen ze optimiséieren, goufen Peak performers aus de PR a FR Gruppen fir Analyse ausgewielt. Also, 4/12 PR an 3/12 FR Ratten goufen analyséiert: Dës Ratten haten eng aktiv Hebelpressnummer (de primäre Verhalensendpunkt) déi méi grouss war wéi eng Standarddeviatioun iwwer dem Mëttel fir hir jeweileg Verhalensgrupp. Eng Ënnerkohort vun de Kontrollraten (5 PRC an 3 FRC Ratten, präsent am Prozedurraum zur selwechter Zäit wéi d'FR oder PR Ratten) gouf och analyséiert. Eng zousätzlech Grupp vun dräi Ratten gouf duerch d'FR Prozedur ("FRext") geholl fir déi zousätzlech Dauer vun der PR Prozedur ze mimikéieren (dh fir insgesamt 20 Deeg, well PR Ratten duerch FR an dann PR geholl ginn) fir ze evaluéieren ob Differenzen tëscht FR a PR ware wéinst der Verhalensaufgab oder der Dauer vun der Prozedur. D'FRext Gehirer goufen net systematesch analyséiert a gepréift, awer spezifesch Regiounen vun Interessi goufen mat den anere véier Gruppen analyséiert, fir d'vergläichend Quantitatioun z'erméiglechen, wéi speziell an de Resultater uginn.
Fir Quantitatioun (bei 40 × Vergréisserung), goufen Atlas-matchte Regiounen ausgewielt. ImagePro Plus Software (Media Cybernetics) gouf benotzt fir e Bild vum gewënschten Gebitt ze erfëllen. E Gebitt gouf fir ze zielen delineéiert, an e Schwell fir positiv Zellzuelen gouf etabléiert. Déi identesch Fläch an Hannergrond (Schwell) goufe fir Sektiounen aus de jeweilegen experimentellen Gruppen benotzt, a Softwarezielung vu positiven Zellen (Quantitatioun) gouf an der selwechter Sessioun fir all experimentell Gruppen duerchgefouert, fir tëscht Sessiounsännerungen am Hannergrond ze verhënneren. Fir statistesch Analyse goufen d'Zuele vun enger individueller Rat nëmmen geholl wann entspriechend oder komplett Sektiounen duerch all Gebitt (wéi definéiert an Table 1) verfügbar waren; Daten fir e spezifescht Gebitt goufen net vun enger Rat geholl wann et onkomplett bilateral Representatioun fir dat Gebitt wier.
Qualitative double-labeled immunofluorescence Analyse.
Gehir Sektioune goufen aus de Ratten geholl, an deenen c-Fos quantitéiert gouf, fir duebel-labeléiert Immunhistochemie. Well mir d'Verhalensleeschtung vun den Déieren net wollte stéieren, goufen se net mat Kolchicin virbehandelt fir d'Visualiséierung vu Peptidneurotransmitter ze optimiséieren. Dofir war d'Visualiséierung vun neuronalen Phänotypen aktivéiert a Verbindung mat der Selbstverwaltungsaufgab limitéiert. Wéi och ëmmer, fir d'Bewäertung vun de Phänotypen vun aktivéierten Neuronen an enger Zuel vun ZNS-Plazen unzefänken, digital Biller (erkaf wéi an der Sektioun uewen beschriwwen) goufen op 20 ×, 40 × oder 60 × (wéi an Figuren Legenden uginn) Vergréisserung geholl. . D'Dual-Staining Prozedur fir Glutamate Decarboxylase (GAD), Tyrosin Hydroxylase (TH), CRF, Neuropeptid Y (NPY), Agouti-verbonne Peptid (AgRP), an Tryptophan Hydroxylase war vergläichbar mat der Assay vu c-Fos-Immunoreaktivitéit op seng eegent, ausser datt eng Mëschung aus c-Fos-Ab an ee vun deenen anere primäre Antikörper fir Iwwernuechtung Inkubatioun bei 4 ° C benotzt gouf; och, béid sekundär Antikörper waren an der selwechter Léisung an inkubéiert fir 1 h am Däischteren bei Raumtemperatur. Eng 20-min 50% Ethanol wäschen virum Blockéiere Schrëtt gouf fir den Orexin Assay benotzt. Initial Optimisatiounsassays goufen duerchgefouert fir eng adequat Verdünnung vun de primäre Antikörper ze bestëmmen. Primär antibodies benotzt goufen Kanéngchen Anti-c-Fos (1:500) (sc-52) a Maus Anti-c-Fos (1:800) (souwuel aus Santa Cruz Biotechnologie, Santa Cruz, CA); Maus Anti-GAD (1:1,000), Maus Anti-Tyrosinhydroxylase (1:500), a Schof Anti-Tryptophan Hydroxylase (all aus Chemicon, Temecula, CA); Kanéngchen Anti-CRF (1:500) (Geschenk vum Dr. Wylie Vale, Salk Institut, CA); Kanéngchen Anti-NPY (1:1,000), Kanéngchen Anti-AGRP (1:1,000), a Geess Anti-orexin A (1:5,000) all aus Phoenix Pharmaceutical (St. Joseph, MO). Sekundär Antikörper benotzt goufen Cy3-konjugéiert Geess Anti-Kanéngchen oder Anti-Maus (Jackson Immunoresearch; West Grove, PA), Alexa Fluor 488 Geess Anti-Maus oder Anti-Kanéngchen oder Iesel Anti-Schof IgG (Molecular Probes, Eugene, ODER) ; all sekundär Antikörper goufen um 1:500 verdünnt. c-Fos /MCH duebel immunostaining war serial assayed; éischtens, fir MCH (1:2,500 primär Antikörper, Millipore) mat Alexa-488-Geess Anti-Kanéngchen (1:500) Secondaire Antikörper. Rutschen goufen mat 5% normale Geessserum reblockéiert a gefierft fir Anti-c-Fos (1:500) an cy3-Goat Anti-Kanéngchen als sekundären Antikörper. Eng 20-min 50% Ethanol wäschen virum Blockéiere Schrëtt gouf fir de MCH Assay benotzt.
Statistesch Analysen.
Gruppdaten ginn als Mëttel ± SE am Text, Tabellen a Figuren presentéiert. Bedeitung ass definéiert als P ≤ 0.05. Statistesch Vergläicher gi gemaach tëscht experimentellen Gruppen (FR vs. PR) oder tëscht experimentellen Gruppen an entspriechend Kontrollen (PR vs. PRC; FR vs. FRC) mat onpaarte Student's t-test. Pearson Korrelatiounskoeffizienten tëscht aktiven Hiewelpressen an c-Fos Ausdrock a verschiddene Gehirregiounen, souwéi Korrelatioun vum c-Fos Ausdrock tëscht verschiddene Gehirregiounen ënner identeschen experimentellen Bedéngungen, goufen mat dem StatPlus: mac LE statisteschen Analyseprogramm fir Mac OS Versioun berechent. 2009 vun AnalystSoft. Mir getest fir linear Korrelatiounen (Pearson's R statistesch) tëscht c-Fos Ausdrock a verschiddene CNS Regiounen. Mir hunn och Korrelatiounen tëscht c-Fos Ausdrock a verschiddenen aktivéierten ZNS Regiounen a Verhalen iwwerpréift. FR a PR Daten vu Ratten, fir déi c-Fos Quantitatioun duerchgefouert gouf, goufen fir dës Korrelatiounen benotzt.
RESULTATER
c-Fos Quantifikatioun.
Wéi mir virdru observéiert hunn, war d'Zuel vun den aktiven Hiewelpressen wesentlech méi grouss fir PR vs FR Leeschtung (Table 2), an d'Zuel vun de Sucrose Belounungen war méi grouss wärend der FR Leeschtung. Sessiounslängt fir d'PR Ratten war ongeféier 90 min (Stoppzäit - 30). Table 3 Lëscht c-Fos immunoreactive Zell zielt an all CNS Regiounen wou quantitation duerchgefouert gouf. D'Muster vum c-Fos Ausdrock fir d'FR a PR Ratten ass zesummegefaasst Figebam. 1. Et war bedeitend Aktivatioun vum medialen Hypothalamus (MHtot, e Komposit vun ARC, PVN, RCh, DMH, a VMH) vu Ratten, déi am PR-Hebel drécken fir Saccharose, awer keng allgemeng Aktivatioun bei Ratten, déi am FR Hiewel drécken fir Saccharose, am Verglach mat jeeweilege Kontrollen. Am medialen Hypothalamus vu PR Ratten ass dës Aktivatioun am PVN, ARC a VMH (Figebam. 2). FR Hiewel pressen, awer net PR Hiewel pressen, war mat bedeitend Aktivatioun bannent der LH assoziéiert (haaptsächlech op Aktivatioun bannent der perifornical Beräich baséiert). Béid aktiv Hiewelpressen an hypothalamesch c-Fos Ausdrock ware vergläichbar tëscht de FRext a FR Gruppen (MH)tot, 946 ± 26 an 911 ± 118; ARC, 176 ± 18 an 186 ± 10; LHtot, 468 ± 79 an 378 ± 34; LHpeF, 200 ± 31 an 173 ± 15, respektiv), suggeréiert datt den Ënnerscheed am Ausdrockmuster tëscht FR- a PR-Gruppen net mat der Dauer vun der Ausbildung / Erfarung ass, awer mat der Natur vun der instrumentaler Aufgab. Fir d'FR Grupp, war et eng bedeitend Erhéijung vun c-Fos Ausdrock am BNST, souwuel aBNST an pBNST observéiert. Béid FR a PR Hiewel drécken ware mat verstäerkten c-Fos-immunopositive Neuronen an der NAc Shell verbonnen; c-Fos Zuelen goufe wesentlech erhéicht am NAc Kär vu Ratten, déi am FR Hiewel drécken engagéiert sinn, mat engem net-bedeitende Trend fir erhéicht c-Fos Ausdrock bei Ratten, déi am PR Hiewel drécken. c-Fos gouf net an der VTA mat der PR Aufgab erhéicht, obwuel e nonsignifikanten Trend zu enger Erhéijung mat der FR Aufgab observéiert gouf. Schlussendlech gouf c-Fos wesentlech erhéicht am hypoglossalen (kranialen Nerv XII) Kär am Gehirstamm vu Ratten, déi fir PR trainéiert goufen, awer net fir FR.
c-Fos Ausdrock gouf an anere CNS Regiounen observéiert, dorënner d'Amygdala an de cerebral cortex (Figebam. 3). Wéi och ëmmer, Ausdrock gouf a béid Kontrollbedéngungen beobachtet wéi och a Verbindung mat PR a FR Aufgaben, suggeréiert datt déi net spezifesch Aspekter vun der Prozedur (Handhabung, Bewegung an de Prozedurraum) zu dëser Aktivatioun gefouert hunn. Quantitatioun an dëse Regiounen gouf net duerchgefouert. Och d'Aktivatioun an de Gehirerstammregiounen aner wéi nXII gouf beobachtet, awer ass a Verbindung mat béide Kontroll- an Task-relatéierte Bedéngungen geschitt, och suggeréiert eng Roll an der net spezifescher Erhuelung oder Verhalensaktivéierung.
Mir getest fir Korrelatiounen tëscht c-Fos Ausdrock a verschiddene CNS Regiounen. D'Kombinatioun vun Daten aus Hiewel-pressende Gruppen, hu mir eng negativ Korrelatioun tëscht c-Fos Ausdrock an der LH an der VMH fonnt; Also ass d'Aktivatioun vum VMH mat enger ofgeholler Gesamtaktivéierung vum LH (Pearson's) assoziéiert. R, -0.7986; t = -3.7534; P = 0.0056). Och hu mir eng bedeitend positiv Korrelatioun tëscht c-Fos Ausdrock an der perifornescher Regioun vum LH an der VTA (Pearson's) observéiert. R, 0.7772; t = 3.493; P = 0.0082), konsequent mat bekannter monosynaptescher Konnektivitéit tëscht dësen zwou Regiounen (kuckt Diskussioun an Refs. 2 an 13). Mir hunn eng bedeitend negativ Korrelatioun tëscht c-Fos Ausdrock an der VTA vs. R, -0.9262; t = -4.9125; P = 0.008) oder fir PR Leeschtung (Pearson's R, -0.9897; t = -9.7624; P = 0.0103), konsequent mat bekannten géigesäitege Input tëscht striatal Regiounen op d'substantia nigra a VTA (2, 13). Mir hunn och fir Korrelatiounen tëscht c-Fos Ausdrock a verschiddene CNS Regiounen a Verhalen getest. D'Kombinatioun vun Daten aus Hiewel-pressende Gruppen, hu mir eng bedeitend positiv Korrelatioun tëscht c-Fos an der ARC observéiert, an aktive Hiewelpressen (Pearson's R, 0.8208; t = 3.8017; P = 0.0067).
Identifikatioun vun Neuronen aktivéiert mat Saccharoseaufnahme a Motivatioun fir Saccharose.
Am Gehirerstamm hunn c-Fos-positiv Neuronen keng positiv Immunofärung fir TH gewisen, den Taux-limitéierten Enzym fir Epinephrin an Norepinephrin (an Dopamin); also, dës catecholaminergic Neuronen schéngen net vun der FR oder PR Aufgaben aktivéiert gin. Wéi och ëmmer, e puer c-Fos-positiv Neuronen hunn eng positiv Immunfärbung fir Tryptophan Hydroxylase gewisen, wat beweist datt eng Bevëlkerung vu Serotonin Neuronen aktivéiert gouf. Wéi gewisen an Figebam. 4, am ARC, c-Fos-positiv Zell Kierper sech vun AGRP-Kierper Faseren ëmgi, an eng ähnlech Muster fir NPY Léngen /c-Fos immunostaining observéiert (net gewisen). Am PVN schéngen c-Fos-positiv Neuronen CRF-positiv Neuronen ze ëmginn, awer keng Kolokaliséierung gouf observéiert (Donnéeën net gewisen). Figebam. 5 weist immunostaining fir béid Orexin an MCH am LH. Orexin Neuronen goufen souwuel am dLH a peLH fonnt. Och wa mir MCH-positiv Neuronen an der peLH observéiert hunn, gouf et wesentlech keng Kolokaliséierung mat c-Fos an där Regioun vum LH. Wéi och ëmmer, mir beobachtet c-Fos Kolokaliséierung an orexin-positiven Neuronen bannent der peLH (Figebam. 6, erop), a ganz limitéiert c-Fos Kolokaliséierung mat MCH am vLH (Figebam. 6, ënnen). Et sollt erëm betount ginn datt souwuel d'Lokaliséierung, wéi och d'Kolokaliséierung mat c-Fos, fir d'Peptidneurotransmitter wéi CRH ënnerschat kënne ginn, well Ratten net mat Kolchicin virbehandelt goufen. Schlussendlech, am Nucleus accumbens Kär a Schuel (Figebam. 7), c-Fos Coimmunostaining mat GAD, dem syntheteschen Enzym fir den Neurotransmitter GABA, gouf beobachtet, fir béid FR a PR Ratten. Et war robust Faarf fir TH bannent der VTA; awer, c-Fos-positiv Neuronen goufen selten observéiert a schéngen net exklusiv mat TH ze kolokaliséieren.
Diskussioun
An der aktueller Studie hu mir Ausdrock vum direkten fréie Gen, c-Fos, benotzt fir d'Muster vun der akuter ZNS Aktivéierung ze evaluéieren, déi mam Ufank vun der Sucrose Selbstverwaltung Hiewel dréckt Aktivitéit assoziéiert, entweder als relativ onerfueren Aufgab (FR) oder als progressiv méi usprochsvoll Aufgab geduecht fir motivéiert Sich no enger Belounung ze reflektéieren, sou wéi Saccharose, a staark limbesch Circuit involvéieren (22, 24, 49) (PR). Hypothalamesch Aktivéierungsmuster ënnerscheede sech tëscht den zwou Aufgaben, mat LH / limbesch Aktivatioun dominéiert an der FR Aufgab a medial hypothalamesch / limbesch Aktivatioun déi an der PR Aufgab dominéiert (kuckt Figebam. 1). Et gi verschidde méiglech Grënn dofir. Als éischt kënnen dës Paradigme als qualitativ ënnerschiddlech Erfahrungen an der CNS "karteieren". Ratten, déi an der FR Leeschtung trainéiert ginn, erwaarden eng einfach, héichbelount Aktivitéit. D'Erwaardung vun engem belountende Liewensmëttel sollt d'c-Fos Muster staark beaflossen, dat an de FR Ratten observéiert gëtt. De scheinbar qualitativen Ënnerscheed am Aktivéierungsmuster suggeréiert datt eng zweet Méiglechkeet - datt d'PR-Déieren einfach méi Erfahrung mat der Aufgab hunn - manner wahrscheinlech ass, an dëst gouf ënnerstëtzt vun eiser Messung vu c-Fos am Hypothalamus vu Ratten, déi 20 FR Sessiounen kruten. , déi Aktivitéit ähnlech wéi d'FR Grupp gewisen huet, net de PR Grupp. Béid vun dëse Méiglechkeete kéinte gepréift ginn andeems d'Schwieregkeet vum FR Training systematesch erhéicht gëtt an d'Verännerunge vun der ZNS Aktivéierung evaluéiert ginn, an deem Fall eng qualitativ Ännerung am Aktivéierungsmuster virauszesoen. Wéi och ëmmer, wou d'Zuel vun den Trainingserfarungen net fir d'ZNS Aktivéierungsmuster ausmécht, kann d'Duerchschnëttszuel vun Saccharose Belounungen an enger Sessioun: d'PR Aufgab kann einfach als "manner belountend" Erfahrung geléiert ginn, an dëst kéint funktionell verbonne sinn mat der Mangel u LH Aktivatioun. Also kann d'ZNS Aktivéierungsmuster am Ufank vun der Sessioun en interoceptive Staat reflektéieren, sou wéi dee vum bedingte Plazparadigma: Stäerkt vun der Aktivatioun bannent limbesche Circuiten ass mat Léieren a Motivatioun gebonnen. Mir hunn d'Variabilitéit vum c-Fos Ausdrock am medialen Hypothalamus vun de FRC Déieren observéiert. Besonnesch bannent der PVN kann dës Verännerlechkeet d'Aktivatioun vun de FR Ratten maskéieren, fir déi en Trend zu erhéicht c-Fos vs FRC Ratten observéiert gouf (Table 3). Wéi och ëmmer, allgemeng medial hypothalamesch Aktivatioun ënnerscheet sech net tëscht FR an FRC Déieren.
Et sollt bemierkt datt och wann eis Zil war CNS Siten z'identifizéieren déi zum Ufank vum Verhalen bäidroen, temporär Resolutioun ass e bësse vun enger Iwwerleeung. Wéi hei ënnendrënner diskutéiert gëtt et elo geschätzt datt verschidde Ënnerkomponente vun instrumentellen oder operante Verhalen duerch Aktivatioun vu verschiddene Populatiounen vun Neuronen vermëttelt ginn (13, 23, 33, 49). Mir kënnen net komplett ausschléissen datt d'Aktivatioun duerch ganz direkt Bar-Pressen oder Lecken vu Belounungen e bëssen zu den Aktivéierungsmuster bäigedroen hunn, déi mir observéiert hunn. Eis Erkenntnisser liwweren d'Basis fir weider Enquête iwwer d'Roll vun spezifesche CNS Siten a verschiddenen Aspekter oder Komponenten vun der Selbstverwaltungsaufgab, a fir sou Studien, Messung vun aneren direkt fréi Genen mat verschiddenen "on" an "off" Zäitcoursen (36) wäert ganz nëtzlech sinn.
D'Korrelatiounen, déi mir am c-Fos Ausdrock tëscht verschiddene Gehirregiounen fonnt hunn, ënnerstëtzen déi bekannt funktionell Konnektivitéit vun hypothalamesche a primäre limbesche Regiounen fir dës speziell Belounungsaufgab, sou wéi tëscht der LH an dem VMH, an tëscht der perifornescher Regioun vum LH an der VTA. (kuckt Diskussioun am Ref. 2 an 13). Mir iwwerpréift och Korrelatiounen tëscht c-Fos Ausdrock a verschidden aktivéiert Regiounen, a Verhalen. D'Korrelatioun tëscht c-Fos am ARC an aktiven Hiewelpressen passt mat der gutt definéierter Roll vun der ARC Aktivitéit an der Nahrungsaufnahme (1); mat eiser viregter Observatioun datt Insulininjektioun speziell an den ARC d'Saccharose Selbstverwaltung reduzéiert huet (15); mat fréiere Berichter vun der kritescher Roll vum ARC, a sengen endorphinergesche Neuronen, an der Acquisitioun an der Leeschtung vu Kokain Selbstverwaltung (40-42); a mat den identifizéierten Projektioune vum ARC op den NAc (17). Also spillt den ARC méiglecherweis eng Schlësselroll am motivéierte Verhalen fir vill Aarte vu belountende Reizen ze sichen an ze kréien, dorënner, awer net limitéiert op, Iessen. Schlussendlech hu mir eng bedeitend Aktivatioun vun der PVN a VMH mat dem Ufank vu PR Sucrose-Sich observéiert. Dëst ass konsequent mat de gutt charakteriséierte Rollen vun dëse medialen hypothalamesche Käre bei der Reguléierung vun der Nahrungsaufnahme, direkter synaptescher Konnektivitéit mam ARC, an identifizéierte Verbindunge mat der limbesche Circuit (1, 27, 37).
Mir hunn eng bedeitend negativ Korrelatioun tëscht c-Fos Ausdrock an der VTA vs der NAc-Shell fonnt, egal ob fir FR oder PR Performance getest. Et war e bëssen iwwerraschend datt méi staark VTA Aktivéierung net a Verbindung mat PR oder FR Sucrose Selbstverwaltung observéiert gouf (vs. jeweileg Kontrollen). Vläicht reflektéiert dës Entdeckung den Timing vun eiser Messung, konzentréiert sech op potenziell CNS Siten déi am Ufank vun der Aufgab aktiv sinn, fir déi dës Déieren gutt trainéiert goufen. Dëst wier konsequent mat den Observatiounen an Thes vum Schultz (44), datt d'Dopamin-neuronal Aktivatioun als Marker vun onerwaarten Reizen oder Belounungen déngt, an dës Aktivatioun fällt a Verbindung mat Training. Wéi och ëmmer, striatal Dopamin Verëffentlechung wärend der Saccharose huelen an ausgebilten Déieren ass gewise ginn als e ganz präzis an temporär diskret Event (39). Also ass et méiglech datt d'Trends, déi mir observéiert hunn, staark bedeitend wiere mat enger méi grousser Studiegrupp (dh méi statistesch Kraaft). Mir hunn d'NAc Aktivatioun beobachtet an Zesummenhang mam Ufank vu béide FR a PR Saccharose huelen. Béid Aktivatioun an Inhibitioun vun NAc Neuronen goufen a Verbindung mat instrumentaler Belounungsleistung gemellt, an d'Muster vun der Aktivatioun / Aktivitéit ass ofhängeg vun der Ausbildung an der Ëmwelt, an ass mat verschiddene Bestanddeeler vum Verhalen assoziéiert (zB Orientéierung, Approche, Intake) (6, 33, 50). Wéi uewen diskutéiert, Miessung vun c-Fos géif net esou spezifesch Aktivitéit erfaassen. De Carlezon huet virgeschloen datt "Belounung" haaptsächlech mat enger Ofsenkung vun der Aktivitéit vun den NAc Neuronen assoziéiert ass, dh mëttel spiny Neuronen (3). Dëst ass net konsequent mat eisen Beobachtungen - wesentlech verstäerkte NAc c-Fos am Verglach mat Handhabungskontrollen a c-Fos-positiven Neuronen, déi mat GAD kolokaliséiert sinn, konsequent mat der Aktivatioun vu mëttleren spiny Neuronen (GABAergic) - awer mir hunn net spezifesch NAc neuronal "Inhibitioun bewäert. ". NAc Aktivatioun an Hemmung kënne souwuel während instrumental Aufgaben optrieden, mat anatomeschen an temporärer Spezifizitéit. Aus der Perspektiv vun dëser Etude kann ee schléissen datt den NAc am Ufank vun der instrumentaler Saccharose-Nemm involvéiert ass, mam NAc Kär bäidréit zur motorescher Aktivatioun an der NAc Shell bäidroe fir béid motoresch a motivational Aspekter vun der Aufgab.
Mir hunn och d'Aktivatioun vu béide grousse Regioune vun der BNST (anterior a posterior) bei FR Ratten observéiert. De BNST ass en Deel vum limbesche Circuit, deen neuroendokrine Äntwerte op widderholl Stimulatiounserfarungen moduléiert (8, 9), an an engem gréissere Sënn ass mat der Léieren iwwer widderhuelend Reizen assoziéiert. Och wa seng Roll am meeschten ëmfaassend a Relatioun zu widderholl Stressorerfarungen opgekläert gouf, proposéiert eis Entdeckung eng méi breet Roll fir de BNST: De BNST kann d'ZNS-Reaktiounen op widderhuelend positiv, souwéi negativ oder stresseg Reizen moduléieren. Zënter datt mir dës Aktivatioun um Ufank vum FR observéiert hunn, awer net PR, Leeschtung, kann d'BNST Rekrutéierung un déi verstäerkte Sucrose Belounungen vun FR Training gebonne sinn. Eis Observatioun vu keng direkter Aktivatioun vu CRF Neuronen suggeréiert datt instrumental Äntwert fir Saccharose kee grousse Stress ass; awer, c-Fos Ausdrock an anere PVN Neuronen ass konsequent mat Modulatioun vun Stress Circuit (46). Tatsächlech hunn Ulrich-Lai a Kollegen gemellt datt, mat enger anerer Diät / Ernärungsparadigma, d'Saccharosezufuhr moduléiert d'PVN Funktioun (47). Schlussendlech hu mir d'Aktivatioun vum Kär vum hypoglossalen Nerv a Verbindung mat PR observéiert awer net FR Leeschtung. D'Bedeitung vun dëser kann nëmme spekuléiert ginn; eng Méiglechkeet ass datt de Geschmaachsrelevanz vun der Saccharose bei Ratten erhéicht ka ginn, déi manner Saccharosebelounungen iessen.
Sucrose-Sich an Saccharose-Neme soll als Multimodalitéitserfarung ugesi ginn, dynamesch an der Zäit, well d'Intake géif zu periphere Signaler am Zesummenhang mam kaloresche Inhalt vun der Saccharose resultéieren, souwéi Gewunnecht a bannent Sessioun Alliéierten (25). Wärend eis Fuerschung sech op den Afloss vu periphere endokrine Signaler konzentréiert huet, dh Insulin a Leptin, fir d'Liewensmëttelbelounung ze moduléieren, kënnen hir Effekter, ofwiesselnd, direkt zentral vermëttelt ginn duerch Sender an Neuropeptiden, déi eng Roll a kuerz- oder laangfristeg spillen. Ernierung oder Liewensmëttelbelounung (kuckt Diskussioun am Ref. 14). Déi aktuell Etude gëtt e puer Abléck an dëser; mir hunn eng Aktivatioun vun Neuronen observéiert déi entweder MCH oder Orexin ausdrécken, zwee Neuropeptiden déi orexigenesch sinn. Dës Erkenntnisser kënnen tatsächlech d'Roll vum MCH oder Orexin an der Nahrungsbelounung ënnerschätzen, well d'Immunozytochemie bei net-colchicin-behandelte Ratten ouni Zweifel d'Visualiséierung vu béide vun dësen Neuropeptiden limitéiert. D'Identifikatioun vun aktivéierten Orexin Neuronen am LH ass allgemeng konsequent mat de ville Studien, déi Orexin Neuronen an der Ernierung implizéiert, Liewensmëttelbelounung a méi generaliséierter Reizbelounung (zB 5, 7, 29). Mir hunn d'Aktivatioun vu peFLH Orexin Neuronen observéiert. Aston-Jones a Kollegen (5) hunn d'Rollen vu verschiddene Populatiounen vun LH Orexin Neuronen am Belounungsverhalen dissektéiert an hunn peFLH Orexin Neuronen an der Erwiermung implizéiert, am Géigesaz zu der Belounung per se. Eis Entdeckung suggeréiert also eng Roll fir LH Orexin an der Erwiermung, a vläicht Orientéierung op den aktive Hiewel oder Hiweiser fir Saccharose ze huelen.
Würdeg zukünfteg Iwwerleeung ass d'Eenzegaartegkeet oder d'Generaliséierung vun der Saccharose als e belountende Stimulus. Ob d'Muster vun fréi CNS Aktivéierung mir hei Rapport ass spezifesch fir Liewensmëttel als Reiz, oder generaliséiert op aner belountende Reizen, bleift ze bestëmmen. Wéi uewen ugewisen, besonnesch an der FR Aufgab, gëtt d'Intake vun enger Zuel vun Saccharose Belounungen erwaart metabolesch Konsequenzen ze hunn, mat Modulatioun vun der Hormonverëffentlechung (zum Beispill Cholezystokinin, Ghrelin, Insulin) a Verännerungen an der peripherer an ZNS neural Aktivatioun. Dës Ännerunge géifen net erwaart ginn eng direkt Roll an de fréie CNS Aktivéierungsmuster ze spillen, déi mir gemooss hunn, awer kënnen eng Roll spillen beim Léieren iwwer Sucrose Belounung während Training. Erëm kënnen Neuropeptide wéi Orexin kritesch implizéiert sinn.
Eis Studie stellt, fir eis Wëssen, déi éischt Demonstratioun vun der Aktivatioun vu spezifesche medialen hypothalamesche Käre beim Ufank vun der Sucrose Selbstverwaltung duer, souwuel de PVN, implizéiert an Homeostasis a Stressreaktiounsfäegkeet, an den ARC, wat kritesch ass fir Energiehomeostasis, nährstoffaarme Sensatioun, a Reguléierung vun der Nahrungsaufnahme. Wichteg ass datt mir d'Aktivatioun vum medialen Hypothalamus an dem NAc observéiert hunn, a Verbindung mat PR-Start, suggeréiert datt souwuel homeostatesch wéi och e puer limbesch Site eng Roll bei der Initiatioun vun der Sucrose Selbstverwaltung spillen. Zousätzlech limbesch Circuitplazen kënnen zu engem spéideren Zäitpunkt an der Aufgab rekrutéiert ginn.
Perspektiven a Bedeitung
Wärend historesch Studien vu motivationalen a Belounungsverhalen am meeschte staarken CNS limbesche Circuit implizéiert hunn, ass e grousse Beweis vu Beweiser ukomm, déi déi kritesch funktionell Interaktioun tëscht limbesch an energiehomeostasis Circuit betount. Déi aktuell Etude proposéiert elo déi wahrscheinlech Wichtegkeet vu spezifesche medialen hypothalamesche Käre bei motivéierter Aarbecht fir Saccharose. Extrapoléierend vun dëser Studie kënnen zukünfteg Studien evaluéieren ob d'Roll vum medialen Hypothalamus erfuerderlech ass an ob seng Aktivatioun implizéiert ass an der motivéierter Sich no anere Belounungen wéi Drogen vu Mëssbrauch. Zousätzlech bidden d'Resultater vun dëser Etude d'Begrënnung fir d'Ënnersichunge vu motivéierte Verhalen an Ëmstänn ze studéieren, déi mat der verännerter medialer hypothalamescher Physiologie begleet sinn, sou wéi an der Adipositas.
GRANTS
Dës Fuerschung gouf ënnerstëtzt vum National Institutes of Health Grant DK40963. Dr Dianne Figlewicz Lattemann ass e Senior Research Career Scientist, Biomedical Laboratory Research Program, Department of Veterans Affairs Puget Sound Health Care System, Seattle, Washington. Dr Sipols gëtt ënnerstëtzt vum Letteschen Conseil de Science Grant 04.1116.
ACKNOWLEGMENTS
Mir soen dem Dr. Yavin Shaham, Stephen Benoit, Christine Turenius, an JE Blevins fir Rotschléi an hëllefräich Diskussiounen.
Referenze
;
