Dopamīns veicina atalgojuma meklējumus, veicinot cue-izsaukto ierosmi kodolkrāsās (2014)

Ievads

Dopamīna projekcija no ventrālās tegmentālās zonas (VTA) uz NAc ir būtiska nervu ķēdes sastāvdaļa, kas veicina atalgojuma meklēšanu (Nicola, 2007). Ja NAc dopamīna funkcija tiek samazināta eksperimentāli, dzīvniekiem ir mazāka varbūtība pūles, lai iegūtu atalgojumu (Salamone un Correa, 2012) un bieži vien nespēj atbildēt uz atalgojuma prognozēšanas \ tDi Ciano et al., 2001; Yun et al., 2004; Nicola, 2007, 2010; Saunders un Robinson, 2012). Šie trūkumi ir saistīti ar atalgojuma meklējuma specifiskas sastāvdaļas pazemināšanos: palielinās aizkavēšanās pieejas uzvedības uzsākšanai, savukārt pieejas ātrums, spēja atrast mērķi un veikt nepieciešamo operatīvo uzvedību, kas nepieciešama, lai gūtu atalgojumu, un spēja neietekmē atalgojumuNicola, 2010). Dopamīnam ir jāveicina pieeja, ietekmējot NAc neironu darbību, taču šīs ietekmes raksturs paliek neskaidrs. Liela daļa NAc neironu ir satraukti vai kavēti ar atalgojumu un prognozēm (Nicola et al., 2004a; Roitman et al., 2005; Ambroggi et al., 2008, 2011; McGinty et al., 2013), un ierosmes sākas pirms radušās pieejas uzvedības sākuma un prognozē aizkavēšanos lokomotīves uzsākšanai (McGinty et al., 2013). Tāpēc šai aktivitātei ir raksturīgās pazīmes, kas vajadzīgas no dopamīna atkarīgam signālam, kas veicina piesardzīgu pieeju, bet vai tas tā notiek, nav zināms.

Divu struktūru neironi, kas nosūta glutamāģiskos afferentes uz NAc, BLA un muguras mediālo PFC (Brog et al., 1993), ir satraukti ar atlīdzību prognozējošām norādēm (Schoenbaum et al., 1998; Ambroggi et al., 2008) un atgriezeniski inaktivējot kādu no šīm struktūrām (Ambroggi et al., 2008; Ishikawa et al., 2008) vai VTA (Yun et al., 2004) samazina cc izraisīto ierosinājumu lielumu NAc. Šie novērojumi liecina, ka NAc cue izraisītās ierosmes izraisa glutamaterģiskas ieejas, bet bez NAc dopamīna pat šie spēcīgie ierosmes ievadi nav pietiekami, lai stimulētu cue izraisītu šaušanas palielināšanos. Tomēr šis secinājums ir neskaidrs. Norādes kavē daudzus NAc neironus (Nicola et al., 2004a; Ambroggi et al., 2011), un nav zināms, vai uzbudinājumi vai kavējumi ir svarīgāki, lai aktivizētu pieejas uzvedību. Turklāt VTA inaktivācija varētu mazināt diskriminējošo stimulu (DS) ierosinātos ierosinājumus, izmantojot vairākus no dopamīna neatkarīgus mehānismus: samazinātu bižele kodējumu BLA un PFC, kas saņem projekcijas no VTA (Swanson, 1982); samazināta GABAergic VTA neironu izšaušana, kas izplūst NAc (Van Bockstaele un Pickel, 1995); vai samazināta glutamāta izdalīšanās no dopamīnerģiskiem neironiem (Stubers et al., 2010). Visbeidzot, tā kā VTA inaktivācija samazina ne tikai NAc DS izraisīto šaušanu, bet arī DS izraisītās pieejas izturēšanos (Yun et al., 2004), DS ierosināšana varētu būt sekundāra, nevis nepieciešama mērķa kustības nosacījums.

Lai tieši pārbaudītu NAc dopamīna lomu šaušanā, ko izraisīja cue, mēs izstrādājām jaunu zondi izmantošanai grauzēju uzvedībā: apļveida elektrodu bloks, kas apņem centrālo injekcijas kanulu, kas ļauj vienlaikus reģistrēt vienības dedzināšanas aktivitāti un dopamīna receptoru antagonistu infūziju. ārpusšūnu telpā, kas ieskauj reģistrētos neironus (du Hoffmann et al., 2011). Šis izkārtojums ļauj mums izveidot saikni starp dopamīna receptoru aktivizēšanu, NAc neironu dedzināšanu un atlīdzību meklējošu uzvedību: ja NAc dopamīna receptoru bloķēšana kavē gan norāžu izraisītus signālus, gan pieejas uzsākšanu, tas sniegtu pārliecinošu pierādījumu tam, ka neironu reakcija ir atkarīga no endogēno dopamīnu un ka šis signāls ir nepieciešams pieejas uzvedībai.

Materiāli un metodes

Dzīvnieki.

Piecpadsmit tēviņi Long-Evan žurkām (275 – 300 g pēc ierašanās) tika iegūti no Čārlza upes un atsevišķi izmitināti. Vienu nedēļu pēc ierašanās žurkas vairākas minūtes katru dienu apstrādāja ar 3 d, lai tās pieradinātu pie eksperimenta. Pēc pieradināšanas žurkas ievietoja ierobežotā skaitā 13 g žurku čau dienā. Ad libitum pārtika tika piegādāta 7 d pēc operācijas, pēc kuras dzīvnieki tika ievietoti atpakaļ ierobežotajā barībā. Procedūras dzīvniekiem bija saskaņā ar Nacionālajiem laboratoriju dzīvnieku kopšanas un lietošanas veselības institūtiem, un tās apstiprināja Alberta Einšteina Medicīnas koledžas Dzīvnieku aprūpes un lietošanas institucionālā komiteja.

Operantu palātas.

Visi uzvedības eksperimenti un uzvedības apmācība notika individuāli izgatavotās Plexiglas kamerās (40 cm kvadrātā, 60 cm augstumā). Tie atradās metāla skapīšu iekšpusē, kas kalpoja par Faraday būriem; skapīši tika izklāti ar akustiskām putām, un caur īpašu skaļruni nepārtraukti skanēja baltais troksnis, lai mazinātu ārējā trokšņa dzirdamību kamerā. Operantu kameras bija aprīkotas ar atlīdzības trauku uz vienas sienas ar ievelkamām svirām abās tās pusēs. Tvertnes ieiešanas un iziešanas laikos mēra fotokameru, kas atradās pāri tvertnes priekšpusei. Uzvedības kontroles sistēmas (Med Associates) laika izšķirtspēja bija 1 ms.

DS uzdevums.

Dzīvnieki tika apmācīti veikt DS uzdevumu, ievērojot līdzīgas procedūras, kas tika izmantotas iepriekš (Nicola et al., 2004a,b; Ambroggi et al., 2008, 2011; Nicola, 2010; McGinty et al., 2013). Divas norādes tika pasniegtas pa vienai - vai nu atalgojumu prognozējošs DS, vai neitrāls stimuls (NS). Dzirdes signālus veidoja sirēnas signāls (kura frekvence no 4 līdz 8 kHz pārsniedz 400 ms) un periodisks signāls (6 kHz signāls ieslēgts 40 ms, izslēgts - 50 ms); īpaša toņa piešķiršana DS vai NS tika randomizēta žurkām. Starpposma intervāli (ITI) tika izvēlēti nejauši no saīsināta eksponenciālā sadalījuma ar vidējo 30 s un maksimālo 150 s. NS vienmēr tika pasniegta 10 s; sviras spiedieni NS laikā tika reģistrēti, bet tiem nebija ieprogrammētu seku. Apmācības sākumā katrai žurkai kreisās un labās sviras nejauši tika piešķirtas “aktīvās” un “neaktīvās” sviras, kuras vēlāk nemainījās. Sviras reakcija uz aktīvās sviras DS laikā pārtrauca signālu, un pirmais nākamais ievads tvertnē izraisīja 10% saharozes atlīdzības piegādi akā, kas atrodas tvertnē. DS prezentācijas, kuru laikā dzīvnieks nereaģēja, tika pārtrauktas pēc 10 s. Atbildes ITI laikā (starp cue prezentācijām) un atbildes uz neaktīvo sviru tika reģistrētas, taču tās neizraisīja atlīdzības piegādi. Dzīvnieki tika apmācīti veikt DS uzdevumu, līdz 80 stundu apmācības laikā viņi reaģēja uz> 20% DS un <2% NS.

Kanulētu mikroelektronu bloki.

Pēc sākotnējās apmācības žurkām tika implantēti kanulēti mikroarhīvi, kas sastāv no astoņiem volframa mikrotrauma elektrodiem, kas ieskauj centrālo mikroinjekcijas virzošo kanulu. Tie tika konstruēti un uzstādīti pēc pasūtījuma izgatavotos mikrodiskos, kā aprakstīts iepriekš (du Hoffmann et al., 2011). Pilnīgs piedziņas skrūves pagrieziens pulksteņrādītāja virzienā elektrodus un kanulu pārvietoja kā vienību pa 300 μm (bez zondes griešanās), ļaujot mums reģistrēt no vairākām unikālām neironu populācijām vienā dzīvniekā.

Lai implantētu kanulētos blokus, žurkas sagatavoja operācijai un ievietoja stereotaksiskā instrumentā, kā aprakstīts iepriekš (du Hoffmann et al., 2011; McGinty et al., 2013). Anestēzija tika ierosināta un uzturēta ar izoflurānu (0.5 – 3%). Dzīvnieki saņēma antibiotiku (Baytril) tieši pirms operācijas un 24 h pēc operācijas. Kanulēti bloki divpusēji tika implantēti muguras NAc kodolā (1.4 mm priekšpusē un 1.5 mm sāniski no bregmas un 6.5 mm ventrālā virzienā no galvaskausa). Elektrodi un mikrodiski tika piestiprināti pie galvaskausa ar kaulu skrūvēm un zobu akrilu, un stieples obturētāji tika ievietoti virzošajās kanulās tā, lai obturatoru gali būtu vienā līmenī ar virzošo kanulu galiem. Pēc operācijas galvas ādu apstrādāja ar Neo-Predef, lai novērstu infekciju, un dzīvniekiem pirms eksperimentu uzsākšanas tika atļauta 1 atveseļošanās nedēļa. Pretsāpju pēcoperācijas anestēzijai dzīvniekiem iedeva nesteroīdo pretiekaisuma līdzekli ketoprofēnu 10 mg / kg.

Narkotikas.

SCH23390 un racloprīds tika iegādāti no uzņēmuma Sigma. Pārbaudes dienās zāles tika svaigi pagatavotas, izšķīdinot tās 0.9% sterilajā fizioloģiskajā šķīdumā. Zāles tika ievadītas 1.1 μg SCH233390 devās 0.55 μl fizioloģiskā šķīduma vienā pusē un 6.4 μg racloprīda 0.8 μl fizioloģiskā šķīduma vienā pusē. SCH233390 un racloprīds tika ievadīti attiecīgi 12 un 17.5 min. Pilot eksperimentos mēs atklājām, ka divpusējām racloprīda infūzijām, kas ilgst 12 min, bija nozīmīga, bet īslaicīga ietekme uz DS atbildes koeficientu. Tādējādi, lai pagarinātu iedarbību, mēs palielinājām racloprīda infūzijas ilgumu tā, lai tā farmakoloģiskās iedarbības laicīgais profils būtu līdzīgs SCH23390. Vienā ierakstīšanas sesijā tika veikta tikai viena divpusēja vai vienpusēja injekcija (viena sesija dienā). Visi dzīvnieki saņēma vismaz vienu viena antagonista divpusēju injekciju un vienu (vai vairākas) vienpusējas antagonista injekcijas. Dažu vienpusēju antagonistu eksperimentu laikā mēs vienlaikus infuzējām fizioloģisko šķīdumu kā nesēja kontroli, kas ir vienpusēja ar puslodi, kas saņēma antagonistu.

Mikroinjekcijas un ierakstīšanas procedūra.

Aparāts vienlaicīgai mikroinjekcijai un reģistrēšanai ir aprakstīts iepriekš (du Hoffmann et al., 2011). Ierakstīšanas kabelis, kas ved no galvas pakāpes, beidzās ar 24 kanālu elektrisko komutatoru ar centrālo urbumu (Moog), kas nodeva signālus elektrofizioloģiskajai reģistrēšanas sistēmai. Divas šļirces tika uzstādītas vienā šļirces sūknī, kas atrodas ārpus kameras; šķidruma līnijas no šļircēm noveda pie divkanālu šķidruma šarnīra (Instech Laboratories), kas uzstādīts virs komutatora. Šķidruma līnijas nokritās no šarnīra caur komutatora urbumu, skrēja gar ierakstīšanas kabeli un beidzās ar diviem 33 gabarītu mikroinjektoriem.

Pirms reģistrēšanas sesijas mikroinjektorus atkārtoti uzpildīja ar zāļu šķīdumu un pēc tam ievietoja dzīvnieka vadošajās kanulās. Mikroinjekcijas uzgaļi izstiepās par 0.5 mm ārpus vadošajām kanulēm tā, ka mikroinjektora gals atradās zem elektroda galiem un ~ 670 μm no katra elektroda centra. Pirms zāļu piepildīšanas šķidruma līnijas un mikroinjektorus piepildīja ar minerāleļļu, un, lai atvieglotu eļļas un ūdens saskares līmeni, tika atzīmēts post hoc apstiprinājums, ka narkotika tika ievadīta. Visbeidzot, galvas stadija tika savienota ar dzīvnieku, un šķidruma līnijas tika stingri nostiprinātas pie ierakstīšanas kabeļa, lai eksperimenta laikā mikroinjektorus noturētu vietā. Šādi sagatavotiem dzīvniekiem tika atļauts veikt DS uzdevumu bāzes periodā vismaz 45 min, kura laikā tika reģistrēta neironu aktivitāte; pēc tam šļirces sūknis tika attālināti ieslēgts, lai ievadītu narkotikas smadzenēs. Injicēšanai nebija nepieciešama dzīvnieka apstrāde vai kameras durvju atvēršana, un izturēšanās seanss turpinājās nepārtraukti visā sākotnējā, infūzijas un pēcinfūzijas periodos.

Neironu sprieguma signāli tika reģistrēti ar galviņas pastiprinātāju (vienotības palielinājums), 10,000 reizes tika pastiprināti un digitalizēti, izmantojot komerciālo aparatūru un programmatūru (Plexon). Mēs ierakstījām no 379 neironiem 38 ierakstīšanas / injekcijas sesijās 15 žurkām. No 38 sesijām 7 tika izmests sliktas izturēšanās dēļ pirmsinjekcijas sākuma periodā vai tāpēc, ka nevienu neironu nevarēja ticami izolēt. Tādējādi mūsu neironu analīze koncentrējās uz 31 ierakstīšanas / injekcijas sesijām, kurās mēs ierakstījām no 322 labi izolētiem neironiem 12 žurkām. Pēc katras ierakstīšanas / iesmidzināšanas sesijas mikrodisku, kas satur elektrodu blokus, virzīja uz priekšu ∼150 μm (puse no mikrodrives skrūves puses), lai elektrodus virzītu vēdera virzienā, lai reģistrētu no jauna neironu kopuma. Ja tika novēroti daži (vai nebija) neironi, masīvs tika uzlabots katru otro dienu, līdz tika atklāti neironi.

Analīze.

Dati tika sadalīti pirmsinjekcijas, pēcinjekcijas un atveseļošanās periodos, kas attiecīgi tika definēti kā 45 min pirms antagonistu infūzijas, 40 min sākot ar injekcijas beigām un pēdējais 33 min (2000 s) katra sesija (kas kopumā ilga 2 – 3 h). Pēcinjekcijas periods atbilst laikam, kurā narkotikām ir vislielākā uzvedība, ja tās injicē divpusēji (Fig. 1C).

 

Skaitlis 1.

Dopamīna receptoru antagonistu ietekme uz uzvedību, kas balstīta uz DS. A, DS uzdevuma shēma. B, DS (oranža) un NS (zila) reakcijas koeficientu vidējā (punktveida) un vidējā kvartiļa (vertikālās līnijas) vidējā preinjekcijas periodā visām uzvedības sesijām ...

Atsevišķu vienību izolēšana tika veikta bezsaistē ar Offline Sorter (Plexon), izmantojot galveno komponentu analīzi. Turpmākajās analīzēs tika iekļautas tikai vienības ar precīzi definētām viļņu formām (> 100 μV), kas skaidri atšķīrās no trokšņa līmeņiem (<20-50 μV). Lai pārliecinātos, ka atsevišķas vienības ir labi izolētas viena no otras un no fona trokšņiem, tika izmantoti starppīķu intervālu sadalījumi un savstarpējas korelogrammas (Neural Explorer programmatūra; Nex-Tech). Verificēto pīķu laika zīmogi tika analizēti ar pielāgotu rutīnu R programmatūras vidē. Peristimulus laika histogrammas, kas konstruētas ap DS un NS, 50 ms laika nodalījumos, tika izmantotas, lai kvantificētu un noteiktu signālu izraisītos ierosmes Skaitļi 2A, , 3,3, , 4,4, , 55A, , 66A, , 77A, , 88A, un Un1010A – C. Lai noteiktu, vai neironam ir ievērojama DS izraisīta ierosme, tika aprēķināta Puasona varbūtības sadalījuma funkcija 10 bāzes līnijas periodam pirms katras norādes. Neironu uzskatīja par DS satrauktu, ja tā vidējais smaiļu skaits bija virs augšējā 99% ticamības intervāla, sākot no bāzes līnijas dedzināšanas ātrumu sadalījuma vienā vai vairākās 50 ms tvertnēs starp 50 un 200 ms pēc cue parādīšanās. Neironiem ar ievērojamu DS izraisītu ierosmi pirmsinjekcijas sākumstadijā katrā sesijas periodā tika iegūts vidējais dedzināšanas ātrums 50 ms laika periodos, kas fiksēts līdz DS un NS sākumam, un vidējais un vidējais (Att. 2C – E, , 55A, , 66A, , 77A, , 88A, , 1010B,C) tika salīdzināti neironu dedzināšanas ātrumi. Tā kā neironus ar statistiski nosakāmu NS ierosmi gandrīz vienmēr vienmēr ierosināja arī DS [nav parādīts, bet ziņots iepriekš (Ambroggi et al., 2011)], mēs analizējām NS atbildes visiem neironiem ar ievērojamu DS reakciju. Ja nav norādīts citādi, visi statistiskie salīdzinājumi, kas izmantoti neironu Vilkoksona ranga summas testos.

 

Skaitlis 2.

DS ierosinātie ierosinājumi prognozē turpmāku uz atlīdzību vērsto uzvedību un kodē sviras tuvumu. A, Vidējās pirmsinjekcijas peri-notikuma laika histogrammas, kas saskaņotas ar DS (oranžās pēdas) vai NS (zilas pēdas) sākumu 145 neironiem ar nozīmīgu ierosmi ...

 

Skaitlis 3.

Neironu piemēri parāda, ka D1 un D2 antagonisti samazina DS izraisīto ierosmi. Rasteri un atbilstošās histogrammas parāda četru dažādu DS ierosmes izraisītu neironu atdevi, kas ir saskaņoti ar DS sākumu. Dati ir no pēdējiem 40 izmēģinājumiem tieši pirms starta ...

 

Skaitlis 4.

Divpusējās dopamīna antagonista injekcijas ietekme uz niecīgu ierosmi prognozē uzvedības ietekmi uz izmēģinājumu pamata. A, C, Izmēģinājuma izmēģinājums ar žurku latentuma neironu kodēšanu, lai sasniegtu sviru tiem pašiem parādītajiem neironiem ...

 

Skaitlis 5.

D1 receptoru aktivizēšana ir nepieciešama DS ierosinātai ierosināšanai. A, Periodisko notikumu laika histogrammas pielīdzinātas DS sākumam neironiem ar ievērojamu DS izraisītu ierosmi pirmsinjekcijas periodā. Pēdas un mākoņi norāda vidējo ± SEM šaušanas ātrumu ...

 

Skaitlis 6.

D2 receptoru aktivizēšana ir nepieciešama DS ierosinātai ierosināšanai. A, Periodisko notikumu laika histogrammas tika saskaņotas ar DS sākumu neironiem ar ievērojamu DS izraisītu ierosmi periodā pirms racloprīda injekcijas. DS izraisītās ierosmes tika samazinātas ar divpusēju palīdzību ...

 

Skaitlis 7.

D1 receptoru aktivizēšana nav nepieciešama NS ierosinātai ierosināšanai. A, Peri-notikuma laika histogrammas pielīdzinātas NS sākumam neironiem ar ievērojamu DS izraisītu ierosmi pirmsinjekcijas periodā. Šīs populācijas pilnībā pārklājas, tātad tie paši neironi ...

 

Skaitlis 8.

D2 receptoru aktivizēšana ir nepieciešama NS ierosinātai ierosināšanai. A, Peri-notikuma laika histogrammas pielīdzinātas NS sākumam neironiem ar ievērojamu DS izraisītu ierosmi pirmsinjekcijas periodā. NS ierosme tika samazināta divpusējos un divpusējos apstākļos ...

 

Skaitlis 10.

Sāls infūzija neietekmē DS vai NS izraisītu ierosmi, un nedz D1, nedz D2 receptoru aktivizēšana nav nepieciešama, lai saglabātu sākotnējo dedzināšanas ātrumu. A, Vienreizējs DS ierosmes izraisīts neirons, kas reģistrēts fizioloģiskā šķīduma infūzijas laikā. Konvencijas ir identiskas tām ...

Par Skaitlis 4, mēs noskaidrojām, vai divpusējās antagonistu injekcijas ietekme uz latentumu, lai sasniegtu sviru, katrā pētījumā ir korelēta ar antagonistu iedarbību uz DS ierosinātās ierosmes lielumu. Pirmkārt, mēs aprēķinājām vidējo šaušanas ātrumu no 100 līdz 400 ms pēc DS sākuma katrā izmēģinājumā visiem reģistrētajiem neironiem, kuriem bija ievērojama DS ierosme pirms antagonistu divpusējas infūzijas. Pēc tam katram neironam mēs aprēķinājām Spīrmena rangu korelācijas koeficientu, salīdzinot DS ierosinātās ierosmes lielumu katrā pētījumā un žurkas latentumu, lai sasniegtu sviru attiecīgajos izmēģinājumos. Šīs korelācijas tika attēlotas histogrammās Skaitlis 4B,D. Visi DS izmēģinājumi tika iekļauti šajā analīzē; ja dzīvnieks nenospieda sviru, šim izmēģinājumam tika piešķirts 10 s latentais laiks (maksimālais kijas noformējuma garums). Mēs aprēķinājām šos korelācijas koeficientus pirmsinjekcijas periodam, kā noteikts iepriekš; mēs pagarinājām pēcinjekcijas periodu par 1000 s, lai iegūtu plašāku latentuma paraugu ņemšanu izmēģinājumos, kuros dzīvnieki reaģēja pēc divpusējas infūzijas. Lai novērtētu atsevišķo korelāciju nozīmīgumu, mēs izmantojām divpusīgu asimptotiku t- tuvināšana, jo precīza p vērtību nevar aprēķināt, ja ranga datos ir saites. Tad mēs izmantojām pāra Vilkoksona testus, lai salīdzinātu korelācijas koeficientu sadalījuma mediānas pirms un pēc antagonistu infūzijas.

Tā kā NAc neironiem ir zems sākotnējais dedzināšanas ātrums ar zemākām ticamības intervāla robežām, kas bieži vien ir nulle, inhibīcijas ir daudz grūtāk noteikt un kvantitatīvi noteikt nekā ierosmes. Tādējādi papildus iepriekš aprakstītajai procedūrai, kas tika izmantota ierosināšanas noteikšanai, jutīgāka metode tika izmantota arī uztvērēja darbības raksturlielumu (ROC) analīze, lai kvantitatīvi noteiktu varbūtību, ka šaušanas ātrums secīgās 50 ms laika joslās pēc norādes sākuma atšķīrās no izšaušanas ātruma 10 s sākotnējā stāvoklī. Šī analīze tika veikta atsevišķi pirmsinjekcijas un pēcinjekcijas periodiem. Katrai tvertnei mēs aprēķinājām laukumu zem ROC līknes (AUC); 0.5 AUC vērtības neliecina par atšķirību no precīzas dedzināšanas, turpretim vērtības, kas tuvāk 0 vai 1, norāda uz lielāku varbūtību, ka attiecīgi neirons tiek inhibēts vai ierosināts. Lai objektīvi attēlotu pēcnāves neironu aktivitāti visā reģistrēto neironu populācijā, 50 ms tvertnēm tika aprēķinātas dedzināšanas pakāpes un AUC vērtības; lai izlīdzinātu datus, XINUMX ms tika uzlaboti tvertnes secīgiem AUC aprēķiniem. Pēc tam izlīdzinātās AUC vērtības tika iezīmētas kā siltuma kartes ar 10 ms izšķirtspēju (ar katru vērtību, kas apzīmē AUC nākamajā 10 ms) Skaitļi 5B, , 66B, , 77B, , 88B, un Un1010D,E.

Pēc tam mēs kvantificējām, vai AUC vērtības, kas aprēķinātas nepārklājas 50 ms tvertnēs, atspoguļo būtiskas atšķirības šaušanā. Katrai atkritumu tvertnei vispirms tika ģenerētas 10,000 0.05 sāknēšanas AUC vērtības no nejaušām iepriekšējās bāzes izšaušanas ātruma un šaušanas ātruma nejaušām sajaukšanām attiecīgajā postavīra tvertnē. Pēc tam mēs noteicām divējādu varbūtību, ka faktiskā AUC vērtība tika iegūta no sāknēšanas vērtību sadalījuma; ja varbūtība bija <XNUMX, mēs uzskatījām, ka šaušana atkritumu tvertnē ievērojami atšķiras no iepriekš noteiktā. Visbeidzot, mēs saskaitījām neironu skaitu, kuru degšanas ātrums katrā atkritumu tvertnē bija ievērojami lielāks vai mazāks par iepriekšējo bāzes šaušanu, un šīs vērtības uzzīmējām kā visu iedzīvotāju daļu (Att. 5C, , 66C, , 77C, , 88C, , 99B,D, , 1010F,G).

 

Skaitlis 9.

Ipsilaterālas vai kontralaterālas D1 vai D2 antagonistu injekcijas neietekmē neironu aktivitāti, kas pielīdzināta iekļūšanai tvertnē. A, C, ROC AUC vērtības tiek aprēķinātas un parādītas, kā aprakstīts Skaitlis 5B, izņemot laika tvertnes ir garākas (200 ms) un izlīdzinātas ...

Lai salīdzinātu satraukto vai kavēto neironu proporcijas pirmsinjekcijas un pēcinjekcijas periodos, mēs izmantojām datu samazināšanas pieeju. Pirmkārt, mēs aprēķinājām 50 ms daļu daļu no 0 un 1 s pēc norādes sākuma, kurā katram neironam bija ievērojama ierosme vai kavēšana. Tālāk mēs salīdzinājām šīs frakcijas pirmsinjekcijas un pēcinjekcijas periodos ar pāra Vilkoksona testu. Neironi, kuriem nebija ievērojamas modulācijas nevienā atkritumu tvertnē gan pirmsinjekcijas, gan pēcinjekcijas laikā, tika izslēgti no šīs analīzes, un tie netika iekļauti grafikos, kur parādīta nozīmīgo tvertņu vidējā frakcija (punktu un ūsu parauglaukumi katras daļas labajā pusē katrā pusē). Att. 5C, , 66C, , 77C, , 88C, , 1010F,G). Šī procedūra izslēdza lielu neironu populācijas ietekmi bez aktivitātes atšķirības starp logu pēc DS un sākotnējo DS līmeni; šai populācijai nav lielas intereses, tomēr tā rada lielu skaitu nulles vērtību, kas novirza nozīmīgo tvertņu vidējo skaitu virzienā uz 0 un aizēno, un pēc infūzijas gan samazinās, gan palielinās nozīmīgo tvertņu daļa.

Līdzīgas analīzes tika veiktas attiecībā uz šaušanu, kas saistīta ar patēriņu, kas notika pēc ievadīšanas atlīdzības tvertnē. Dzīvniekiem bija tendence palikt tvertnē> 5 s; tāpēc, lai attēlotu šos salīdzinoši garos laika intervālus, mēs parādām rezultātus, izmantojot 200 ms tvertnes (Fig. 9). Laika logs neironu proporciju salīdzināšanai, kas bija satraukti pirmsinjekcijas un pēcinjekcijas periodos, bija no 0 līdz 1.5 s, turpretim inhibīcijām tas bija no 0 līdz 5. ierosinājumiem tika izmantots īsāks analīzes logs, jo tie parasti bija īslaicīgāki. ROC analīzes tika veiktas Alberta Einšteina Medicīnas koledžas Augstas veiktspējas skaitļošanas klasterī, izmantojot pROC paketi R.

Lai salīdzinātu “bāzes līnijas” izdalīšanās ātrumu, kas notiek ārpus uzdevuma notikumiem, mēs salīdzinājām vidējo izdalīšanās ātrumu 10 atkritumu tvertnēs pirms katras DS preinjekcijas un pēc antagonistu ievadīšanas. Šī procedūra ir funkcionāli ekvivalenta izlases veida izlaidei sākotnējā izdalīšanās ātrumā, jo DS tiek uzrādītas ar gandrīz vienādu varbūtību jebkurā laikā uzvedības sesijā. Neironi tika klasificēti kā tādi, kas uzrāda būtisku DS izraisītu ierosmi (pirms zāļu infūzijas) vai nē, un pēc tam šajās grupās sākotnējās dedzināšanas likmes pirmsinjekcijas un pēcinjekcijas laikā tika salīdzinātas ar pāra Vilkoksona testu (Fig. 10H,I). Mēs arī veica lineāru piemērotību DS ierosinātiem neironiem un salīdzināja šīs līnijas slīpumu ar vienotības līniju (1 slīpums).

Ja datu apakšgrupās, kas nāk no viena un tā paša subjekta, tika veikti vairāki salīdzinājumi (Att. 2C – E, , 55A,C, , 66A,C, , 77A,C, , 88A,C, , 99B,D, , 1010B,C,F,G), p vērtības tika koriģētas pēc Bonferroni; ti, p vērtību reizināja ar veikto salīdzinājumu skaitu. Labots p vērtības tika uzskatītas par nozīmīgām, ja p <0.05. Visi labojumi tika veikti ar koeficientu 3, izņemot Skaitlis 2C – E, kurā koeficients bija 2.

Video izsekošana.

Eksperimentu apakšgrupā žurkas atrašanās vieta tika mērīta, izmantojot augšējo kameru (30 kadri / s) un datorizētu izsekošanas sistēmu (Cineplex; Plexon). Sistēma izsekoja x un y divu atšķirīgi krāsainu gaismas diožu, kas piestiprinātas ierakstīšanas galviņai, pozīcijas. Kā aprakstīts iepriekš (McGinty et al., 2013), mēs aprēķinājām centroidu, kas apraksta centra punktu starp LED pozīcijām katram video kadram. Trūkstošie datu punkti līdz 10 secīgiem kadriem tika aizpildīti ar lineāru interpolāciju; retos gadījumos, kad trūka> 10 kadru, dati tika izmesti. Katram video kadram mēs aprēķinājām SD attālumu starp centroida stāvokli šajā kadrā un laika logā ± 200 ms. Šie SD mērījumi veido kustības indeksu (LI) šim videoklipa kadram. Log-transformētie LI bija bimodāli sadalīti, ar zemāko virsotni, kas pārstāv laikmetus ar nelielu kustību vai bez tās, un augšējo virsotni, kas pārstāv kustību (Drai et al., 2000). Pēc tam mēs divas Gausa funkcijas pielīdzinājām LI sadalījumam un noteicām kustības slieksni kā punktu, kurā šīs funkcijas pārklājās vismazāk.

Kustības tika definētas kā vismaz astoņi secīgi kadri ar LI, kas pārsniedz lokomotora slieksni. Lai noteiktu kustības sākuma laiku, mēs aprobežojāmies ar DS izmēģinājumiem, kuros dzīvnieks joprojām atradās kājas sākumā, un pēc tam aprēķinājām latentumu starp kijas sākumu un pirmo kadru, kurā LI pārsniedza kustības slieksni (Att. 1D – F, , 22B,D). Ja izmēģinājumā netika izmērīta redzama kustība, šī izmēģinājuma latentums tika definēts kā> 10 s (norādes prezentācijas garums, Fig. 1D). Līdzīgi rezultāti tika iegūti, ja šādus pētījumus izlaida no analīzes (dati nav parādīti). Pēc tam DS-cued kustības latentuma sadalījums tika apvienots starp žurkām un mediānas tika salīdzinātas ar Vilkoksona testu. Lai kvantitatīvi noteiktu latentumu līdz maksimālajam ātrumam un vidējam ātrumam, kas vērsts uz DS vērstu sviru kustībām, mēs izmantojām visus izmēģinājumus, kas beidzās ar sviras nospiešanu, pat ja žurka kustējās DS sākumā (Fig. 1E,F).

Histoloģija.

Dzīvnieki tika dziļi anestēti ar Euthasol un inficēti intrakardiāli ar fizioloģisko šķīdumu un 4% formalīnu. Each15 s caur katru no masīvu elektrodiem passed30 s tika izvadīta līdzstrāva (30 μA), lai radītu bojājumus. Smadzenes tika noņemtas un glabātas formalīnā, līdz tās tika apstrādātas. Pirms šķēlēšanas ar kriostatu smadzenes tika pasargātas ar krioterapiju, vairākas dienas iegremdējot 50% saharozē. Sekcijas (XNUMX μm) tika iekrāsotas Nissl vielai, lai vizualizētu kanulu un elektrodu sliedes un bojājumus (Fig. 11).

 

Skaitlis 11.

Antagonistu injekcijas vietu histoloģiskā rekonstrukcija. Attēlā ir parādīti divi žurku smadzeņu koronālie griezumi, kas aptver lielāko daļu NAc priekšējā un aizmugurējā līmeņa (0.8 mm – 2.8 mm priekšpusē no bregmas). Melni punkti apzīmē ...

rezultāti

Mēs piedāvājām žurkām ar diviem dzirdes stimuliem ar mainīgiem intervāliem, aprēķinot vidējo 30 s: atlīdzību prognozējošo DS un NS (Fig. 1A; Nicola et al., 2004a,b; Ambroggi et al., 2008, 2011; McGinty et al., 2013). Sviras nospiešana DS laikā izbeidza norādi, un, nonākot atlīdzības traukā, tika piegādāts saharozes piliens; ja dzīvnieki nereaģēja 10 s laikā, bižele tika pārtraukta, nesaņemot atlīdzību, un tika sākts starplaiks. Atbildes šajā intervālā un NS laikā nebija ieprogrammētas. NS vienmēr bija 10. Apmācīti dzīvnieki, kas reaģēja uz lielāko daļu DS, bet tikai dažus NS (Fig. 1B), tika implantēti ar kanulētiem blokiem, kas mērķēti uz NAc kodolu. Eksperimentu laikā dzīvnieki vispirms veica uzdevumu 45 min pirmsinjekcijas periodā, kura laikā tika reģistrēta NAc neironu aktivitāte. Pēc tam D1 receptoru antagonists SCH23390 vai D2 / 3 antagonists racloprīds divpusēji vai vienpusēji tika infūzēts NAc; dzīvnieki palika kamerā ar neparedzētiem gadījumiem, kas bija spēkā visā infūzijas laikā un vismaz 75 minūtes pēc tam.

Saskaņā ar iepriekšējiem pētījumiem (Yun et al., 2004; Nicola, 2010), abu antagonistu divpusējas infūzijas NAc kodolā ievērojami samazināja DS, uz kurām dzīvnieks reaģēja (Fig. 1C, tumši pelēkas pēdas) un palielināja latentumu kustības uzsākšanai, ko mēra ar video izsekošanu sesiju apakškopā (Fig. 1D, pelēkās punktotās pēdas). Turpretī vienlaicīgas tādu pašu devu infūzijas neietekmēja DS atbildes koeficientu (Fig. 1C, gaiši pelēkas pēdas), latentums kustības uzsākšanai pēc DS sākuma (Fig. 1D, raustītas gaiši oranžas krāsas pēdas) un latentums, lai sasniegtu sviru vai kustības ātrumu, tuvojoties svirai (Fig. 1E,F). Šie uzvedības dati parāda, ka NAc dopamīns vienā puslodē ir pietiekams, lai uzturētu izturēšanos, kaut arī D1 vai D2 / 3 receptoru bloķēšana abās puslodēs nopietni pasliktina reakciju. Šī disociācija piedāvā kritiskas eksperimentālas priekšrocības, jo ļauj mums pārbaudīt dopamīna antagonistu ietekmi uz neironu aktivitāti, ja ir traucēta uzvedība (divpusēja injekcija) un kad tā nav (vienpusēja injekcija), tādējādi izslēdzot iespējamo neskaidrību par novērotajām izmaiņām. neironu aktivitātē pēc antagonistu infūzijas ir sekundāras izmaiņas uzvedībā.

Mēs ierakstījām no 322 NAc neironiem 31 ierakstīšanas / injekcijas sesijās 12 žurkām. Apmēram 45% no reģistrētajiem neironiem bija ievērojami satraukti ar DS prezentāciju. Šiem ierosinājumiem bija līdzīgas īpašības, par kurām ziņots iepriekš (Yun et al., 2004; Nicola et al., 2004a; Ambroggi et al., 2011; McGinty et al., 2013; Morisons un Nikola, 2014): tie bija lielāki nekā tie, kurus izsauca NS (Fig. 2A); tie sākās ar nelielu latentumu pēc cue parādīšanās (∼120 ms) un notika pirms sviru virzītas kustības uzsākšanas (Fig. 2B); un to lielums tika korelēts ar uzvedības reakcijas varbūtību, kustības uzsākšanas latentumu un sviras tuvumu (McGinty et al., 2013; Fig. 2C – E).

Divpusēja D1or D2 / D3 antagonista infūzija strauji samazināja DS izraisītās ierosmes lielumu. Kā parādīts divos neironu piemēros (Fig. 3A,C), šis efekts visspilgtāk izpaudās minūtēs tūlīt pēc infūzijas, kas atbilst maksimālajai kju izsauktās pieejas izturēšanās samazināšanai, ko rada injekcijas (Fig. 3A,C, zilie rastra un histogrammas). Kad uzvedības efekts atjaunojās, atjaunojās arī reakcija uz šautuvi (Fig. 3A,C, melnie rastra un histogrammas). Šis rezultātu modelis bija konsekvents visiem ar uzbudinātiem neironiem (Att. 5A, , 66A, Divpusējās histogrammas un ūsas parauglaukumi). Atbalstot hipotēzi, ka šie uzbudinājumi nosaka sviras tuvošanās kustības sparu, bižele izraisītā ierosmes lielums pirmsinjekcijas periodā paredzēja dzīvnieka latentumu sasniegt sviru (Fig. 4A,C, pa kreisi). Pēc divpusējās D1 vai D2 antagonistu injekcijas šie latenti tika ievērojami pārvietoti uz augstākām vērtībām, bieži vien tik lielām, ka 10 s bižutērijas prezentācijā vispār nebija atbildes (Fig. 4A,C, kreisās un labās latentuma sadalījums). Pārsteidzoši, kaut arī antagonisti samazināja izstarošanu, ko izraisīja cue, tas turpināja prognozēt uzvedības reakcijas intensitāti pēcinjekcijas un atveseļošanās periodos (Fig. 4A,C, labais rastra parauglaukums). Šis novērojums norāda, ka zāļu izturēšanās un neirālie efekti tika savstarpēji saistīti katrā pētījumā: jo lielāks dopamīna antagonista izraisītais dedzināšanas samazinājums, jo lielāks latentums sasniegt sviru un jo mazāka ir varbūtība, ka dzīvnieks vispār sasniedza sviru.

Lai novērtētu šīs korelācijas konsekvenci katrā pētījumā, katram no ar ko satrauktajiem neironiem mēs aprēķinājām Spīrmena pakāpes korelāciju starp ierosmes lielumu un sviras nospiešanas latentumu. Mēs piešķīrām 10 s latentumu izmēģinājumiem, kuros nebija atbildes; Tāpēc latentums šajos pētījumos tika piesaistīts visaugstākajā pakāpē. (Līdzīgi rezultāti tika iegūti, ja analīzē tika izlaisti pētījumi bez DS samazinātas sviras atbildes; dati nav parādīti.) Salīdzinot korelācijas koeficientus pirmsinjekcijas periodā ar koeficientiem kombinētajā pēcinjekcijas / atveseļošanās periodā, mēs atklājām, ka gandrīz visi koeficienti abos periodos bija negatīvi. Turklāt antagonisti vai nu būtiski neietekmēja mediānas koeficientu, vai arī mainīja sadalījumu uz vēl vairāk negatīvām vērtībām (Fig. 4B,D). Tādēļ ne tikai ar signālu uzbudināto neironu populācija droši prognozē uzvedības reakcijas latentumu, bet antagonista izraisīto reakcijas latentuma pieaugumu noteiktā izmēģinājumā ir precīzi prognozēta ar antagonista ietekmi uz signālu izraisītu ierosmi šajā izmēģinājumā. Šie rezultāti sniedz pārliecinošus pierādījumus par endogēnā dopamīna cēloņsakarību, nosakot atalgojuma meklētāja reakcijas sparu: dopamīns palielina NAc neironu ierosmes izraisīto ierosmi, kas savukārt izraisa īsu latentuma pieeju svirai.

Alternatīva šo rezultātu interpretācija ir tāda, ka samazināta uzrādītā ierosme ir samazinātas uzvedības reakcijas sekas - varbūt tāpēc, ka uzbudinājums tikai izseko (vai paredz) uzvedības reakciju, bet nav tās cēlonis. Ja tas tā būtu, tad antagonistu pielietošana tādā veidā, lai tie neietekmētu uzvedību, nedrīkst izraisīt samazinātu norāžu izraisītu ierosmi. Tomēr, kā parādīts divos neironu piemēros (Fig. 3B,D), vienpusēja vai nu D1or D2 / D3 antagonistu injekcija ievērojami samazināja norāžu izraisītās ierosmes apmēru, kaut arī vienpusējas injekcijas nemainīja uzvedības rādītājus. Līdzīgi rezultāti tika iegūti, aprēķinot vidējo rādītāju starp ierosinātām NAc reģistrētām ierosmēm.Att. 5A, , 66A, Vienpusējas histogrammas); turklāt vidējie dati rāda, ka neitrālajos rādītājos ierosinātie ierosinājumi neironos, kas reģistrēti NAc pretrunā ar injekciju, netiek ietekmēti (Att. 5A, , 66A, Kontralaterālās histogrammas). Lai izslēgtu iespēju, ka cue izraisītās ierosmes samazinājums injekciju injekcijās vienpusēji bija saistīts ar nelielām atšķirībām izturēšanās reakcijas varbūtībā, mēs atkārtojām analīzi, izslēdzot visus izmēģinājumus, kuros dzīvnieks neveicināja sviras spiedienu; tika iegūti līdzīgi rezultāti (dati nav parādīti; p <0.05 gan D1, gan D2 antagonistiem (Wilcoxon). Šie rezultāti norāda, ka antagonistu izraisīta uzbudinājuma ierosmes samazināšanās, visticamāk, nebūs uzvedības traucējumu sekas.

Kaut arī norādes izraisītās ierosmes laikā uz neironiem bija diezgan līdzīgas īpašības, inhibīcijas pēc norādes sākšanas bija daudzveidīgākas, parasti tām raksturojams vēlāk un mazāk stereotipiski laika virzieni nekā ierosinājumiem (Att. 5B, , 66B). Tāpēc inhibīciju (un zināmā mērā arī ierosinājumu), kas koncentrējas uz vienu laika logu, analīzēs, iespējams, tiek nokavēta ievērojama signāla daļa. Turklāt ar standarta statistiskās noteikšanas metodēm nevar konsekventi noteikt samazinājumu no ļoti zema pamata sadedzināšanas ātruma, ieskaitot daudzos NAc neironus. Lai apietu šos jautājumus, mēs izvēlējāmies iekļaujošāku pieeju, kurā kvantitatīvi noteicām 50 ms pēcapstrādes laika tvertnes katrā reģistrētajā neironā - ROC AUC, kas atspoguļo atšķirību starp dedzināšanu atkritumu tvertnē un izejas bāzes līniju. AUC vērtību siltuma kartes laika tvertnēs, kas ir saskaņotas ar DS sākumu (Att. 5B, , 66B) parādīt, ka DS izraisītās ierosmes samazināšanās pēc divpusējām un ipsilaterālām (bet ne kontralaterālām) D1 un D2 antagonistu injekcijām bija izteikta gandrīz katrā ar ko ierosinātu neironā un notika visā ierosināšanas laikā. Turpretī inhibīcijas pēc DS sākuma netika samazinātas. Lai kvantitatīvi novērtētu šos efektus, mēs noteicām, vai katra AUC vērtība norāda uz būtisku atšķirību no sākotnējā stāvokļa, aprēķinot sākotnēji izmantoto p vērtību, kas atspoguļo varbūtību, ka AUC tika ņemts no AUC sadalījuma, kas iegūts no nejauši sajauktas bāzes līnijas un post-bin atkritumu dedzināšanas ātruma (sk. Materiālus un Metodes). Kā parāda diagrammas par to neironu proporciju, kuriem ir nozīmīgs (p <0.05) ierosme vai kavēšana katrā tvertnē, saskaņota ar DS sākumu (Att. 5C, , 66C, kreisie diagrammas katrā kolonnā), ierosinājumu frakcija, bet ne inhibīcija, tika samazināta ar antagonistu divpusējām un divpusējām injekcijām. Šī interpretācija tika apstiprināta statistiski, salīdzinot ievērojami satraukto un kavēto tvertņu proporcijas visā 1 logā pēc DS (Att. 5C, , 66C, punktu lauciņi). Tādējādi ierosmes pēc DS sākuma tika samazinātas ar D1 un D2 antagonistu injekcijām, bet inhibīcijas nebija.

Patiešām, pēc dažu veidu injekcijām tika palielināts neironu skaits, kuriem bija nozīmīga inhibīcija (Att. 5B,C, , 66B,C). Maz ticams, ka šie iespējamie kavējumi veicināja divpusējo antagonistu infūziju uzvedību, jo nebija konsekventi (piemēram, tie notika pēc divpusējas un kontralaterālas, bet ne ipsilaterālas D1 antagonista injekcijas un pēc ipsilaterālas, bet ne divpusējas D2 antagonista injekcijas), un tāpēc tie neizskaidro antagonistu uzvedības ietekmi. Turklāt šie novēloti kavējumi bija visizteiktākie ∼600 ms pēc DS sākuma - laiks, kurā kontroles apstākļos jau bija uzsākta ∼50% no mērķa sasniegšanas pieejas (Fig. 2B). Līdz ar to ir maz ticams, ka iespējamie kavējumi veicināja antagonistu izraisīto pieejas uzsākšanas latences palielināšanos vai reakcijas varbūtības samazināšanos. Interesanti, ka lielākā daļa radušos kavējumu notika DS ierosinātos neironos, parasti līdz ierosmes beigām (divpusējs D1 antagonists: 14 / 17 neironi, 82%; ipsilaterālie D2 antagonisti: 11 / 16 neironi, 69%; Att. 5B,C, , 66B,C), atbilstoši iespējai, ka viņus atmaskoja antagonistu izraisītā ierosmes reakcijas mazināšanās, un apstiprinot hipotēzi, ka DS ierosmes izraisītu neironu izšaušana ir cēlonis pieejas uzvedībai.

NS prezentācijas, kas reti izraisīja atbildes uz presi (Fig. 1B), izraisīja nelielu, bet pastāvīgu ierosmi tajos pašos neironos, kurus DS ierosināja (Fig. 2A). Pārsteidzoši, ka D1 antagonists NS ierosinātos ierosinājumus nemazināja ne lielumā (Fig. 7A) vai uzbudināto neironu skaitā (Fig. 7B,C). Turpretī D2 antagonistu injekcija samazināja gan NS izraisīto ierosinājumu lielumu, gan skaitu (Fig. 8). NS izraisītos kavējumus nesamazināja neviens antagonists (Att. 7B,C, , 88B,C). Tādēļ šajos apstākļos D1 receptoru aktivizēšana ir nepieciešama NAc neironiem, lai radītu liela apjoma ierosmes, reaģējot uz ievērojamiem atlīdzību prognozējošiem stimuliem, turpretī D2 receptoru aktivizēšana ir nepieciešama, lai reaģētu gan uz atlīdzību prognozējošiem, gan neitrāliem stimuliem.

Mēs izskatījām iespēju, ka samazināta atalgojuma meklēšanas izturēšanās pēc divpusējām infūzijām varētu būt saistīta ar pastiprināšanu saistītā neirālā procesa pārtraukšanu vai atlīdzības hedonisko apstrādi. Šādi procesi var ietvert NAc neironu subpopulācijas, kuras tiek inhibētas vai ierosinātas saharozes patēriņa laikā (Nicola et al., 2004b; Roitman et al., 2005; Taha un lauki, 2005). Tā kā dzīvnieki turpināja nopelnīt atlīdzību pēc vienpusējas antagonistu infūzijas, mēs varējām noteikt, vai neironu aktivitāte, kas saistīta ar atlīdzības patēriņu, ir atkarīga no dopamīna receptoru aktivācijas. Mēs pārbaudījām apšaudi 5 sekunžu laikā pēc dzīvnieka iekļūšanas atalgojuma tvertnē - laika posmā, kurā parasti notiek atlīdzības patēriņš (Nicola, 2010). Izmantojot ROC analīzi, mēs salīdzinājām šaušanu 200 ms tvertnēs šajā logā ar 10 s precīzās bāzes līnijas; iegūto AUC vērtību siltumkartes rāda nelielu antagonistu injekcijas efektu vai nu divpusējā, vai pretrunā ar injekciju (Fig. 9A,C). Antagonisti neietekmēja ierosināto un kavēto neironu proporcijas (Fig. 9B,D), stingri norādot, ka uz patēriņu saistītie ierosinājumi un kavējumi nav atkarīgi no dopamīna. Līdzīgi rezultāti tika iegūti, veicot vienu un to pašu analīzi, izmantojot 50 ms tvertnes (dati nav parādīti).

Lai izslēgtu iespēju, ka novērotos rezultātus radīja kāds cits faktors, nevis antagonists (piemēram, fiziski traucējumi, ko izraisīja injekcija vai kāds narkotiku nesēja komponents), dažos eksperimentos mēs ievadījām fizioloģisko šķīdumu. Kā parādīja neirona piemērs (Fig. 10A) un pēc vidējās ierosmes starp uzbudinātiem neironiem (Fig. 10B), Fizioloģiskā šķīduma injekcija nemainīja DS izraisītos ierosinājumus; Arī NS ierosinātie ierosinājumi netika ietekmēti (Fig. 10C). Turklāt fizioloģiskā šķīduma injekcija neietekmēja to neironu proporcijas, kuriem pēc DS vai NS parādīšanās bija ievērojama ierosme un inhibīcija (Fig. 10D – G).

Visbeidzot, mēs jautājām, vai dopamīna receptoru aktivizēšana varētu būt pieļaujama piesardzīgas pieejas uzvedībai, veicinot NAc neironu sākotnējo dedzināšanas ātrumu. Neskatoties uz šo hipotēzi, nedz D1, nedz D2 antagonistam nebija būtiskas ietekmes uz DS-ierosmes vai citu NAc neironu sākotnējo dedzināšanas ātrumu (Fig. 10H,I).

diskusija

Šie atklājumi liek domāt par mehānismu, kā NAc dopamīns veicina uz atlīdzību vērstu uzvedību, ko izraisa vides stimuli: dopamīna receptoru aktivizēšana atvieglo norāžu izraisītu ierosmi, kas savukārt veicina īslaicīgas ierosināšanas uzsākšanu ar atlīdzību saistītajiem objektiem. Šo secinājumu stingri apstiprina novērojums, ka divpusēja dopamīna antagonista injekcija palielināja latentumu kustības uzsākšanai (Fig. 1D) un samazināja norāžu izraisīto ierosinājumu apjomu (Att. 33​-6). Samazināta izstarojuma izraisīta ierosināšana nevar būt traucētas uzvedības sekas, jo vienpusējas injekcijas nemainīja uz DS vērstu uzvedību (Fig. 1C – F), tomēr pamatīgi samazināja DS izraisīto ierosmi ievadītajos audos (Att. 3B,D, , 5,5, , 6) .6). Šie ierosinājumi bija dominējošā neirālā atbilde NAc (rodas 45% no reģistrētajiem neironiem), un tie abi bija pirms kustības sākuma (Fig. 2B) un paredzamo kustības uzsākšanas latenci ar lielāku aktivizēšanu izmēģinājumos ar īsāku latentumu (Fig. 2D) (McGinty et al., 2013; Morisons un Nikola, 2014). Tāpēc kijas izraisītā uzbudināšanās ir atkarīga gan no dopamīna, gan nepieciešama enerģiskai atlīdzības meklēšanai.

Mūsu rezultāti pierāda, ka ar kiju izraisīta ierosināšana un neviena cita neironu aktivitātes forma NAc, visticamāk, ir kritisks signāls neironu ķēdē, kas nosaka uz mērķi vērstu kustību latentumu. Šis secinājums izriet no novērojuma, ka antagonisti samazināja norāžu izraisītu ierosmi, nesamazinot norāžu izraisītos kavējumus, atalgojumu, kas saistīts ar patēriņu, vai sākotnējo degšanas ātrumu. Turklāt tie pētījumi, kuros antagonistu divpusējās injekcijas bija visefektīvākās ierosmes mazināšanai, bija tie, kuros tie izraisīja vislielākos uzvedības traucējumus (Fig. 4), stingri iebilstot pret iespēju, ka kādas citas neatklātas izmaiņas neironu kodējumā ir atbildīgas par uzvedības efektiem. Tāpēc mūsu dati cieši saista dopamīna receptoru aktivāciju NAc, signālu izraisītas ierosmes lielumu un dzīvnieka latentumu, lai sāktu atalgojuma meklēšanu.

Iepriekšējais darbs parādīja, ka VTA inaktivācija, kas samazināja NAc izraisītu ierosinājumu un kavējumus, neļāva dzīvniekiem parādīt piesardzīgu tuvošanās izturēšanos (Yun et al., 2004). Tomēr šis pētījums nenovērsa iespēju, ka šīs izmaiņas bija netiešs ķēdes efekts. Šeit mēs parādīsim, ka reģistrētajiem neironiem lokālie dopamīna receptori ir nepieciešami ierosināšanai ar cue izraisītu ierosinājumu, izslēdzot iespēju, ka antagonistu iedarbība rodas no dopamīna darbības augšpus NAc. Pretstatā tam, kaut arī cue izraisīti kavējumi tika samazināti ar VTA inaktivāciju (Yun et al., 2004), tos nesamazināja vietēja dopamīna antagonista injekcija, un tāpēc maz ticams, ka šie kavējumi būs tiešas dopamīna darbības rezultāts NAc.

D1 un D2 antagonistu ietekme gan uz DS izraisīto pieejas izturēšanos, gan uz DS izraisīto šaušanu bija ievērojami līdzīga. Šie novērojumi saskan ar garu NAc mikroinjekciju eksperimentu virkni, kurā D1 un D2 antagonisti devā, kas līdzīga mūsējām, izraisīja gandrīz neatšķirīgu uzvedības efektu (Hiroi un White, 1991; Ozers un citi, 1997; Koch et al., 2000; Eiler et al., 2006; Pezze et al., 2007; Lex un Hauber, 2008; Liao, 2008; Nicola, 2010; Shin et al., 2010; Haghparast et al., 2012). Šie rezultāti kopā ar pretstatu starp antagonistu koncentrāciju injicētajā vielā, kas nepieciešama, lai novērotu iedarbību (mm), un zāļu afinitāti pret mērķiem (nm), liek apšaubīt, vai zāļu iedarbība ir specifiska. Kaut arī zāļu difūzijas, metabolisma un oksidācijas dēļ efektīvā koncentrācija receptoros, iespējams, ir ievērojami zemāka par ievadīto koncentrāciju, šo procesu kopējā efektivitāte un laika gaita nav zināma. Tāpēc viena formāla iespēja ir tāda, ka SCH23390 un racloprīda uzvedības un elektrofizioloģiskā ietekme ir abu zāļu rezultāts, kas saista vienu vai vairākus receptorus, kurus dopamīns vispār nesaista. Vairāki faktori iebilst pret šo iespēju. Kue izraisītās pieejas uzvedību bloķē ne tikai SCH23390 un racloprīds, bet arī ar plaša spektra dopamīna receptoru antagonista flupentiksola injekcijām NAc (Di Ciano et al., 2001; Saunders un Robinson, 2012), deaktivizējot VTA (Yun et al., 2004) un NAc bojājot ar 6-hidroksidopamīnu (Parkinsona et al., 2002), kas selektīvi nogalina kateholamīnerģiskās šķiedras. Turklāt NAc dopamīna atpakaļsaistes bloķētāja, D1 vai D2 receptoru agonista vai dopamīna reducētāja amfetamīna injekcija palielina piesardzīgas pieejas varbūtību (Wyvell un Berridge, 2000; Nicola et al., 2005; du Hoffmann un Nicola, 2013). Visbeidzot, VTA dopamīna neironu optoģenētiskā pašstimulācija (uzvedību, kuru neapšaubāmi uztur dopamīna neironu aktivizēšana) tiek vājināta, SCH23390 vai racloprīdu injicējot NAc devās, kas līdzīgas šeit lietotajām (Steinberg et al., 2014). Ir grūti iedomāties vienkāršu mehānismu, kas varētu ņemt vērā katru no šiem rezultātiem, neizmantojot SCH23390 un racloprīda bloķētu pieeju, bloķējot endogēnā dopamīna iedarbību.

Alternatīva iespēja ir tā, ka antagonisti saista ne tikai savus mērķa receptorus, bet arī ārpus mērķa esošos dopamīna receptorus. Koncentrācijā 10 μm vai mazāk, racloprīds nesaista D1 līdzīgos receptorus (Hall et al., 1986); augstākas koncentrācijas nav pārbaudītas. Tāpēc racloprīds var būt specifisks D2 / D3 receptoriem pat tad, ja mūsu un citu izmantotā injekciju koncentrācija ir mm, it īpaši pēc difūzijas, metabolisma un oksidācijas. Aplēses par SCH23390 saistīšanās konstantes pie D2 līdzīgajiem receptoriem diapazonā no 1 līdz 5 μm (Burns, 2001; Mottola et al., 2002); Lai arī šīs vērtības liek domāt, ka SCH23390 saistās ar D2 / D3 receptoriem ievadītajās koncentrācijās, SCH23390 funkcionālā efektivitāte, bloķējot D2 līdzīgu receptoru aktivizēšanu ar dopamīna palīdzību, nav zināma. Mūsu novērojums, ka racloprīds mazināja NS izraisīto ierosmi, turpretī SCH23390 neatbalstīja domu, ka narkotikas darbojās pie dažādiem receptoriem, bet galīgi nepierāda to specifiskumu. Neskatoties uz to, pat ja viena vai abas zāles bloķēja abus receptoru veidus, lai samazinātu DS izraisīto ierosmi, tas pilnībā atbilstu mūsu secinājumam, ka DS izraisītā ierosināšanai ir nepieciešama vismaz vienas formas dopamīna receptora aktivizēšana. Tādējādi, kaut arī jautājums par narkotiku specifiku joprojām nav atbildēts, šis jautājums tikai nedaudz vājina mūsu galveno secinājumu, ka dopamīns atvieglo piesardzīgu pieeju, palielinot norāžu izraisītu ierosmi.

Ja patiesībā narkotikas rīkojās specifiski, mūsu secinājumi, ka D1 un D2 / D3 antagonisti katrs samazināja kodu izraisītu dedzināšanu lielākajā daļā ar ko ierosinātiem neironiem, liek domāt, ka šo receptoru aktivizēšana sinerģiski izraisa ierosmi tajos pašos neironos. Tā kā D1 un D2 receptori ir sastopami NAc neironu lielā mērā segregētā populācijā (Albin et al., 1989; Gerfen et al., 1990) ievērojamā proporcijā NAc kodola un apvalka neironu, kas ekspresē D1 receptorus, ir arī mRNS D3 receptoriem (Le Moine un Bloch, 1996), kurus bloķē D2 antagonisti, ieskaitot racloprīdu. D1 un D3 receptoru līdzekspresija nodrošina potenciālu mehānismu, ar kura palīdzību dopamīns varētu veicināt ierosmi NAc neironos ar sinerģistisku efektu, kuru bloķētu vai nu D1, vai D2 / 3 antagonisti (Schwartz et al., 1998). Alternatīvi (vai papildus) mijiedarbība starp D1 un D2 (un / vai D3) receptoriem var notikt lokālās shēmas līmenī (Goto un Grace, 2005; Gerfen un Surmeier, 2011). Piemēram, dopamīns iedarbojas uz D1 receptoriem, lai samazinātu GABA izdalīšanos NAc neironos (Nicola un Malenka, 1997; Hjelmstade, 2004), efekts, kas varētu stimulēt uzbudinājumu vienlaikus ar D2 / D3 receptoru aktivizēšanu spinālajos neironos (Hopf et al., 2003). Proti, šie mehānismi pieļauj, ka dopamīns tieši nemudina NAc neironus, bet drīzāk palielina to uzbudināmību, reaģējot uz glutamaterģisko ievadi; tādējādi viņi varētu izskaidrot, kāpēc cue izraisītos ierosinājumus bloķē ne tikai dopamīna antagonisti, bet arī bazolaterālās amigdala un prefrontālās garozas inaktivācija (Ambroggi et al., 2008; Ishikawa et al., 2008), kas abi nosūta glutamaterģiskas prognozes NAc (Brog et al., 1993).

Līdzības un atšķirības starp SCH23390 un racloprīda iedarbību var izraisīt divi kontrastējoši neironu mehānismi, kas ietver fāzisko un tonizējošo dopamīnu. Tā kā gan D1, gan D2 / D3 antagonisti samazināja DS izraisīto ierosmi, bet mazāku NS izraisītu ierosinājumu, kas notika tajos pašos neironos, mazināja tikai D2 / D3 antagonists (Att. 8, , 9), 9), šķiet, ka dopamīns veicina stimula vērtības kodēšanu, aktivizējot D1 receptorus, bet atvieglo reakciju uz visām norādēm (neatkarīgi no tā, vai tās ir saistītas ar vērtīgu iznākumu) caur D2 / D3 receptoriem. Tas varētu būt saistīts ar lielākiem fāziskiem dopamīna pārejas gadījumiem, ko NAc ierosina atlīdzību prognozējoši nekā neitrāli norādījumi (Phillips et al., 2003; Roitman et al., 2004). Tā kā D2 / 3 receptoriem ir augstāka afinitāte pret dopamīnu nekā D1 receptoriem, ar maziem NS izraisītiem dopamīna pārejiem var būt pietiekami, lai aktivizētu tikai D2 / 3 receptorus, turpretī atlīdzību prognozējošie DS var paaugstināt dopamīna koncentrāciju līdz pietiekami augstam līmenim, lai aktivizētu D1 receptorus. (Grace, 1991).

Kā alternatīvu cue izraisītās ierosmes lielumu varētu regulēt ar tonizējošu, nevis fāzisku dopamīnu. Tonizējošais dopamīna līmenis var atspoguļot bezdarbības alternatīvās izmaksas (Niv et al., 2007), tādējādi iestatot operatīvās darbības sparu. Tādējādi, ja tiek sasniegts pietiekami augsts tonizējošā dopamīna līmenis, varētu aktivizēties pietiekami daudz dopamīna receptoru, lai atvieglotu ierosināšanu un samazinātu atlīdzības meklēšanas pieejas latentumu. Līdzīgs mehānisms var būt pamatā arī labi zināmajam NAc dopamīna ieguldījumam neizpildītu operatīvu uzdevumu veikšanā, kas prasa lielu piepūli (Salamone un Correa, 2012), kurā dopamīna traucējumi palielina latentumu, lai tuvotos operandumam (Nicola, 2010). Netiešie ārējie norādījumi (piemēram, sviras redzamība) vai iekšējās norādes (piemēram, rodas laika vai bada dēļ) varētu izraisīt aizraujošu NAc neironu pieeju lielākā mērā, ja alternatīvu izmaksas un dopamīna līmenis ir augsts.

Kopumā, neatkarīgi no konkrētā farmakoloģiskā mehānisma, mūsu rezultāti parāda, ka NAc dopamīns veicina atalgojuma meklēšanu, paaugstinot NAc neironu ierosmi līdz nozīmīgiem vides stimuliem. Šīs ierosmes lielums nosaka subjekta latentumu, lai uzsāktu pieejas reakciju. Izmantojot šo mehānismu, dopamīns regulē gan cued atlīdzības meklējuma spēku, gan varbūtību.

Zemsvītras piezīmes

Atsauces