bron
Afdeling Neuroscience, Universiteit van Pittsburgh, Pittsburgh, PA 15260, VS.
Abstract
Adolescenten reageren vaak anders dan volwassenen op dezelfde opvallende, motiverende contexten, zoals interacties tussen peers en aangename stimuli. Het afbakenen van de verschillen in neurale verwerking van adolescenten is van cruciaal belang om dit fenomeen te begrijpen, evenals de grondslagen voor ernstige gedrags- en psychiatrische kwetsbaarheden, zoals drugsmisbruik, stemmingsstoornissen en schizofrenie. Wij geloven dat leeftijdgerelateerde veranderingen in de manieren waarop saillante stimuli worden verwerkt in belangrijke hersengebieden ten grondslag liggen aan de unieke voorkeuren en kwetsbaarheden van adolescentie. Omdat gemotiveerd gedrag centraal staat, is het van cruciaal belang dat leeftijdsafhankelijke vergelijkingen van hersenactiviteit worden uitgevoerd tijdens motivationele contexten. We vergeleken de activiteit van een enkele eenheid en de lokale veldpotentialen in de nucleus accumbens (NAc) en het dorsale striatum (DS) van adolescente en volwassen ratten tijdens een door beloning gemotiveerde instrumentele taak. Deze regio's zijn betrokken bij gemotiveerd leren, belonen en selecteren van acties. We rapporteren adolescente neurale verwerkingsverschillen in de DS, een regio die over het algemeen meer geassocieerd wordt met leren dan met belonen bij volwassenen. Specifiek, adolescenten, maar niet volwassenen, hadden een groot aantal neuronen in de DS die geactiveerd werden in afwachting van een beloning. Meer vergelijkbare responspatronen werden waargenomen in NAc van de twee leeftijdsgroepen. DS-activiteitsverschillen van een enkele eenheid werden gevonden ondanks vergelijkbare lokale veldpotentiaaloscillaties. Deze studie toont aan dat een regio die kritisch betrokken is bij het leren en de vorming van gewoonten bij adolescenten zeer gevoelig is voor beloning. Het suggereert dus een mechanisme voor de manier waarop beloningen het gedrag van adolescenten anders kunnen vormgeven en voor hun verhoogde kwetsbaarheid voor affectieve stoornissen.
Tijdens de adolescentie treden er ontelbare veranderingen in de neurologische ontwikkeling op (1) die van invloed kunnen zijn op hoe opvallende gebeurtenissen, zoals het belonen van stimuli, worden verwerkt. Dergelijke neurale verwerkingsveranderingen zouden ten grondslag kunnen liggen aan enkele van de gebruikelijke gedragspatilecties die bij adolescenten bij zoogdiersoorten worden waargenomen, zoals het nemen van verhoogde risico's (1-5), evenals de toegenomen tendensen om stoornissen zoals verslaving, depressie en schizofrenie te ontwikkelen (6-8). Voordat we het neurale substraat van deze kwetsbaarheden kunnen begrijpen, moeten we eerst meer leren over de typische neurale verwerkingspatronen van het brein van de adolescent, vergeleken met die van de volwassene.
In wezen is elke gedrags- en psychiatrische kwetsbaarheid van adolescentie duidelijk tijdens motivationele contexten. Het is daarom belangrijk om de neurale activiteit van adolescenten te vergelijken met die van volwassenen tijdens gemotiveerd gedrag. Gemotiveerd gedrag is actie die een aanpassing in de fysieke relatie tussen een organisme en stimuli vergemakkelijkt (bijv. De kans op of nabijheid van een bepaalde beloning) (9). Dergelijke gedragscontexten zullen de analyse van neurale activiteit echter natuurlijk bemoeilijken: hoe weten we dat neurale verschillen niet alleen een weerspiegeling zijn van een verschil in gedragsprestaties tussen de twee leeftijdsgroepen? Is een verschil in neurale verwerking simpelweg te wijten aan een gedragsverandering, of zijn er meer fundamentele verschillen in de manier waarop adolescenten opvallende gebeurtenissen coderen en verwerken in een motiverende context? We hebben in vivo elektrofysiologische opnames met één eenheid uitgevoerd om de neurale activiteit van adolescenten te vergelijken met die van volwassenen tijdens opvallende gebeurtenissen wanneer gedragsprestaties niet te onderscheiden waren tussen de twee groepen (bijv. Latentie voor het ophalen van beloningen in late sessies wanneer de taak goed was geleerd). Daarbij hebben we effectief gebruik gemaakt van een "gedragsklem" waarmee we fundamentele leeftijdsgerelateerde verwerkingsverschillen konden identificeren die niet werden verstoord door prestaties.
Hoewel veel van de hersenen van de adolescent nog op deze manier moeten worden onderzocht, hebben we ons vooral gericht op het dorsale striatum (DS) en nucleus accumbens (NAc) vanwege hun centrale rol in gemotiveerd gedrag. Samen zijn deze hersenregio's betrokken bij associatie-onderzoek, gewoontevorming, beloningsverwerking en de adaptieve controle van gedragspatronen (10-13). Het striatum ontvangt projecties van corticale regio's die betrokken zijn bij sensorische, motorische en cognitieve processen (14), evenals dopaminerge input (15). Het NAc, onderdeel van het ventrale striatum, ontvangt afferenten van de amygdala (16) en prefrontale cortex (17) en dopaminerge afferenten uit het ventrale tegmentale gebied (18). Het NAc wordt beschouwd als de sleutel tot de vertaling van motivatie naar actie (19) en staat centraal in enkele huidige hypothesen met betrekking tot de neurobiologische onderbouwing van risicobereidheid en sensatiezucht bij adolescenten (5, 20, 21).
Resultaten
Neurale eenheidsactiviteit werd geregistreerd van de DS en NAc (Fig. S1) van adolescent (n = 16) en volwassen (n = 12) ratten toen ze leerden om een instrumentale actie (zak) te associëren met een beloningsresultaat (voedselpellet; Fig 1A). Gedragsgegevens worden gecombineerd weergegeven (Fig 1 B-D), omdat er geen statistische verschillen tussen regio's werden waargenomen. Er waren geen significante verschillen in leeftijd tussen de trainingen in het aantal proeven per sessie [F(1, 1) = 1.74, P = 0.20]; de latentie van de keu naar de instrumentale zak [F(1, 1) = 0.875, P = 0.36]; of latentie van de instrumentale zak naar de ingang in de voedseltrog [F(1, 1) = 0.82, P = 0.36]. De latentie van cue onset tot instrumentale poke leek in de vroege sessies anders te zijn, hoewel dit niet statistisch significant was en werd aangestuurd door drie uitbijtere dieren die de associatie nog niet hadden geleerd (Fig 1C, Inzet). Vanaf sessie 4 verder bereikten alle metingen een stabiel maximum in beide leeftijdsgroepen. Tijdens deze sessies was de gemiddelde latentie voor volwassenen en adolescenten van de instrumentale respons op de toegang tot de voedseltrog (gemiddelde ± SEM) 2.47 ± 0.12 s en 2.54 ± 0.17 s, respectievelijk.
Consistente DS neurale populatie reacties rond de instrumentale por en voedsel via entry werden waargenomen toen ratten de actie-uitkomst associatie leerden kennen en talloze testen uitvoerden in elke sessie (dwz sessies 4-6; Fig. S2A). Een nader onderzoek van deze activiteit tijdens sessies 4-6 onthult overeenkomsten in de activiteit van sommige neuronale groepen, maar aanzienlijke verschillen in andere (Fig 2). Ongeveer 10% van de opgenomen neuronen werd geactiveerd bij de aanzet tot het begin van het experiment, waarbij enkele cellen werden geremd (Fig 2 A en C, Links). De uitkeringen van adolescent en volwassen schiettarief Z-scores was op dit moment niet anders (Z = 1.066, P = 0.29; Fig 2B, Links). Er waren ook geen leeftijdsgerelateerde verschillen in de proporties van geactiveerde, geremde en niet-significante neuronen in de cue [χ2(2, n = 570) = 2.35, P = 0.31; Tabel 1]. Het aandeel geactiveerde cellen en hun activiteitsgrootheid nam in beide groepen toe vóór de instrumentele respons, hoewel dergelijke groottetoenames groter waren bij adolescenten (Z = -2.41, P = 0.02; Fig 2B, Centreren). Leeftijdgerelateerde verschillen in de proporties van het antwoordtype tijdens de 0.5 s vóór de instrumentale zak waren significant [χ2(2, n = 570) = 10.01, P <0.01], een effect aangedreven door een groter deel van door volwassenen geremde eenheden (Z = 3.05, P <0.01; Tabel 1). Direct na de instrumentele respons werden cellen die eerder geactiveerd waren geremd, net als veel eenheden die niet eerder in dienst waren genomen (Fig 2A, Centreren). Dit leidde tot een voorbijgaande neerwaartse afbuiging van de populatieactiviteit, die opnieuw toenam naar leeftijdsgebonden snelheden, met voortgezette statistische verschillen tussen adolescente en volwassen activiteit tijdens de 0.5 s na de instrumentele respons (Z = 2.19, P = 0.03; Fig 2B, Centreren). Gedurende deze periode verschilden de verhoudingen van antwoordtypen opnieuw tussen de twee [χ2(2, n = 570) = 10.57, P <0.01], vanwege een groter aantal door volwassenen geactiveerde eenheden (Z = 2.87, P <0.01; Fig 2C, Centreren en Tabel 1). Veel van dezelfde neuronen die hun activiteit vóór de instrumentale zak verhoogden, werden tijdelijk geremd en vervolgens opnieuw geactiveerd voordat ze de voedseltrog binnengingen (heatplotrijen die een rood-blauw-rood patroon in Fig 2A, Centreren). De timing van dit patroon verschilde tussen adolescenten en volwassenen. Een aanzienlijk deel van de adolescente neuronen bleef geactiveerd tot de beloning. Dergelijke "beloningsanticipatie-neuronen" waren schaars bij volwassenen (Fig 2A, Rechts). Naast de verschillen in tijdsverloop bereikten adolescente neuronen die in de 0.5 s geactiveerd waren voordat ze in de voedseltrog terechtkwamen, ook een hogere magnitude (Z = -7.63, P <0.01; Fig 2B, Rechts). Dit algemene activiteitspatroon was tijdens sessies relatief stabiel 4-6 (Film S1), hoewel uit een willekeurige steekproef van eenheden binnen een eenheid variabiliteit voor sommige eenheden blijkt (Fig. S3). De verhoudingen van geactiveerde en geremde eenheden verschilden [χ2(2, n = 570) = 41.18, P <0.01], waarbij respectievelijk adolescenten en volwassenen significant grotere hoeveelheden geactiveerde (Z = -6.21, P <0.01) en geremde eenheden (Z = 4.59, P <0.01; Fig 2C, Rechts en Tabel 1). In de 0.5 s bleven adolescenten na het bereiken van de voedseltrog een sterkere activiteit vertonen (Z = -6.43, P <0.01). De verhoudingen van geactiveerd, geremd en niet-significant bleven anders dan vlak voor het binnengaan in de voerbak [χ2(2, n = 570] = 31.18, P <0.01; Fig 2C, Rechts en Tabel 1). Nogmaals, adolescenten hadden een groter aandeel geactiveerde eenheden (Z = -4.89, P <0.01) en een kleiner deel van de geremde eenheden op dit moment (Z = 4.36, P <0.01).
In het NAc ging de gemiddelde activiteit van adolescente en volwassen spiking van kleine of variabele taakgerelateerde reacties naar meer consistente patronen (Fig. S2B). Per sessie 4 hadden beide groepen een vergelijkbare toename en vervolgens een afname van de fasische activiteit op de instrumentale zak. Dit patroon was meer uitgesproken in de aanloop naar en volgende beloning (voedsel via toegang). Een nadere beschouwing van de NAc-fasische neurale activiteit onthult een aantal nauwe overeenkomsten in het patroon en de omvang van neuronale activering en remming, samen met enkele opmerkelijke verschillen (Fig 3). In het bijzonder leidde het begin van het cue-licht tot de activering van ongeveer 10% NAc-neuronen bij zowel adolescenten als volwassenen, waarbij weinig neuronen geremd werden en er op dit moment geen significant leeftijdsgerelateerd verschil in de proportie geactiveerde of geremde neuronen [ χ2(2, n = 349) = 1.51, P = 0.47], en geen verschillen in algemene bevolkingsactiviteit (Z = 1.82, P = 0.07; Fig 3, Links). Nadat neuronen waren geactiveerd voor een proef, bleven ze meestal geactiveerd totdat het dier de voerbak binnenging. De temporele dynamiek was zodanig dat een deel van de neuronen sterker werd geactiveerd rond zowel de instrumentale por als de voedselinvoer. Geen leeftijdsgebonden verschillen in activiteit van de bevolking (Z = -0.16, P = 0.87) of verhoudingen in de eenheidscategorie [χ2(2, n = 349) = 0.22, P = 0.90] werden gevonden in de 0.5 s voorafgaand aan de instrumentale zak. Na de instrumentale zak vertoonden volwassenen een hogere gemiddelde activiteit (Z = 4.09, P <0.01) en verschillen in de verhoudingen per eenheidscategorie [χ2(2, n = 349) = 7.23, P = 0.03] door een groter aantal volwassen geactiveerde neuronen (Z = 2.53, P = 0.01; Fig 3C, Centreren en Tabel 1). Evenzo werd een hogere gemiddelde volwassen activiteit waargenomen in de 0.5 s vóór de voedselinvoer (Z = 2.67, P <0.01), en opnieuw werden verschillende verhoudingen van de eenheidscategorieën waargenomen [χ2(2, n = 349) = 6.64, P = 0.04] vanwege aanzienlijk grotere hoeveelheden volwassen geactiveerde eenheden (Z = 2.32, P = 0.02; Fig 3C, Rechts en Tabel 1). Gedurende deze periode vertoonde de neurale activiteit van proef tot test nog steeds enige mate van stabiliteit, maar minder dan in de DS (Film S2). Er was geen significant leeftijdsgebonden verschil in bevolkingsactiviteit in de 0.5 s na binnenkomst in de voedseltrog (Z = -0.61, P = 0.54), hoewel er verschillen in de verhoudingen tussen de eenheden waren [χ2(2, n = 349) = 7.81, P = 0.02]. Dit weerspiegelde een significant groter aantal geremde adolescente eenheden op dit moment (Z = -2.81, P <0.01; Fig 3C, Rechts en Tabel 1). Dus, hoewel er enkele verschillen tussen de groepen waren, was het algemene patroon van neurale responsen (en activiteit door eenheden heen) meer vergelijkbaar in de NAc dan in de DS.
Gemiddelde genormaliseerde LFP-spectrogrammen waren vergelijkbaar voor adolescenten en volwassenen in zowel het NAc als DS (Fig 4). Voordat voedsel binnenkwam, vertoonden in het NAc zowel adolescenten als volwassenen een verminderd vermogen in β (13-30 Hz) en γ (> 30 Hz) -banden, met meer uitgebreide γ-vermogensverminderingen bij volwassenen. Na binnenkomst in de voedseltrog vertoonden beide groepen voorbijgaande β-vermogensstijgingen gecentreerd rond 20 Hz. Er was een tendens tot een groter LFP-vermogen van adolescenten bij lagere frequenties zoals θ (3-7 Hz) en α (8-12 Hz), waarbij significante leeftijdsgebonden verschillen werden gevonden ∼500 ms na binnenkomst van voedsel (Fig 4 A en B). Soortgelijke patronen werden waargenomen in de DS, met een iets sterkere toename van de volwassenheid van de β-kracht onmiddellijk na het binnenkomen in de voedseltrog (Fig 4 C en D). Over het geheel genomen zijn de statistische contrastkaarten (Fig 4 B en D) demonstreren de gelijkenis in de op beloning betrekking hebbende LFP-activiteit van adolescenten en volwassenen over vele frequenties, met verschillende genoteerde uitzonderingen.
Discussie
We vonden een sterke beloningsgerelateerde activering in de adolescente maar niet in volwassen DS, een structuur die verband houdt met de vorming van gewoonten en de adaptieve controle van gedragspatronen (11-13, 22). Het NAc reageerde op dezelfde manier in beide leeftijdsgroepen; Hoewel sommige unit-activiteitsverschillen werden gezien in het NAc, waren deze verschillen kleiner en meer van voorbijgaande aard, en het tijdsverloop van neurale activiteit was sterk vergelijkbaar tussen groepen in dit gebied. Deze bevindingen demonstreren regionale heterogeniteit gerelateerd aan beloningverwerking in de functionele volwassenheid van basale ganglia-structuren tijdens de adolescentie en suggereren met de DS een tot nu toe over het hoofd gezien locus van neurale verwerkingsverschillen tussen adolescenten die direct relevant kunnen zijn voor aan leeftijd gerelateerde kwetsbaarheden. We ontdekten ook dat hoewel significante leeftijdgerelateerde verschillen werden gezien op het niveau van eenheden, dergelijke verschillen niet gemakkelijk waarneembaar waren in de kracht van LFP-oscillaties, die meer verwant zijn aan de regionale signalen op grotere schaal van fMRI en EEG (23).
Fasische neurale activiteitsgegevens suggereerden dat de precieze rol van de DS tijdens beloningsverwachtingen, of de invloed van belonende stimuli op de neurale representaties, anders is bij adolescenten versus volwassenen. Beide groepen hadden eenheden die aan het begin van proeven werden geactiveerd, kortstondig geremd bij de instrumentele respons en vervolgens weer geactiveerd. Hiervan, in overeenstemming met andere studies, werden volwassen eenheden vroeger gereactiveerd en keerde terug naar de basiswaarde vóór beloning (24, 25). De activering van hun adolescente tegenhangers, daarentegen, hield aan tot de tijd van het ophalen van de beloning. Dus, alleen adolescenten hadden een aanzienlijke groep van wat beschreven zou kunnen worden als beloningsverwachtingsneuronen in de DS. Hoewel anderen eerder de voorarmactiviteit in de DS hebben waargenomen (24-26), het kritieke punt hier is dat adolescenten en volwassenen een ander evenwicht en tijdsverloop hebben in hun patronen van dergelijke activiteit. Het striatum wordt verondersteld een directe rol te spelen in situaties / actie-associaties (25) en kan als acteur fungeren in een "actor-criticus" -model voor het beïnvloeden van gedrag in de richting van meer voordelige acties (27). Het striatum ontvangt dopamine-input van de substantia nigra- en glutamaatprojecties uit corticale regio's; het stuurt GABA-projecties naar globus pallidus, dat verder naar thalamus projecteert en uiteindelijk terugkeert naar de cortex. Afferente signalen van een onvolgroeide prefrontale cortex of basale ganglia-regio's konden gedeeltelijk rekening houden met de leeftijdsspecifieke patronen die momenteel worden waargenomen in de DS. Inderdaad, we hebben eerder een verminderde remming en verhoogde activering waargenomen in de puberale orbitofrontale cortex (OFC) tijdens deze taak (28), die rechtstreeks naar dit DS-gebied projecteert (29).
In overeenstemming met eerdere rapporten van toegenomen LFP θ- en β-oscillaties in de DS tijdens vrijwillig gedrag (30, 31), zowel adolescenten als volwassenen vertoonden deze voor en na voedsel via de toegang. Ondanks de substantiële eenheidsactiviteitsverschillen in de DS, waren de LFP-oscillaties sterk vergelijkbaar tussen de twee leeftijdsgroepen in zowel de DS als de NAc. Deze bevinding is van cruciaal belang omdat menselijke adolescentiestudies zich hebben gericht op grootschalige functionele metingen zoals fMRI en EEG. We laten zien dat robuuste leeftijdsafhankelijke verschillen in de activiteit van een eenheid kunnen worden gevonden, zelfs wanneer grotere regionale oscillaties, die beter correleren met fMRI-signalen, vergelijkbaar zijn (23). Hoewel de functies van basale ganglia LFP-oscillaties onbekend zijn, worden ze gemoduleerd door gedragscontext (30, 31), wat hetzelfde was voor de twee leeftijdsgroepen.
In het NAc waren, afgezien van enkele tijdelijke verschillen, de proporties van gerekruteerde geactiveerde en geremde eenheden en het tijdsverloop van hun responsen in het algemeen vergelijkbaar, zoals weerspiegeld in de gemiddelde genormaliseerde populatieactiviteit. Manipulaties van het NAc beïnvloeden motivatie, baseline gedragsactiviteit en het leren en uitvoeren van instrumentaal gedrag (32-35). In de huidige studie waren de neurale activiteitsverschillen in NAc van adolescenten bescheiden en voorbijgaand vergeleken met die in de DS. fMRI-onderzoeken bij mensen zijn inconsistent in vergelijkingen van aan beloning gerelateerde NAc-activiteit bij adolescenten versus volwassenen. Sommige studies hebben sterkere NAc-signalen voor adolescenten laten zien (36, 37) en anderen hebben zwakkere gevonden (38) of meer complexe contextafhankelijke patronen (39). Deze studie, die subcorticale single-unit- en LFP-activiteit registreert bij adolescente kinderen die wakker zijn, werpt een licht op dit probleem: we laten zien dat dergelijke leeftijdgerelateerde verschillen kunnen afhangen van het type signaal dat wordt gemeten. Onze bevindingen komen ook overeen met eerder bewijs dat functionele volwassenheid eerder wordt bereikt in het NAc dan in andere regio's zoals de OFC (37, 28). Als we echter vaststellen dat de activiteit van de adolescent DS-eenheid verschilt van die van de volwassene, concluderen we dat dit niet eenvoudig een corticale versus subcorticale onderscheiding is zoals is voorgesteld (40).
Het is belangrijk om te benadrukken dat de verschillen in neurale activiteit in de huidige studie werden waargenomen ondanks een gebrek aan gemeten gedragsverschillen. Vanwege de rol van de DS bij de uitvoering van gedragspatronen, kunnen neurale verschillen deels te wijten zijn aan ongemeten gedragsverschil. Hoewel dergelijke verschillen altijd mogelijk zijn, lijken ze in de huidige studie om een paar redenen hoogst onwaarschijnlijk. Neurale vergelijkingen werden alleen gemaakt wanneer ratten zeer bekwaam waren met de taak en waarnamen dat ze zeer taakgericht waren. De periode met de grootste neurale verschillen was de tijd tussen de instrumentele respons en de intrede in de voedseltrog, terwijl de gemiddelde latentie van dit gedrag in essentie identiek was voor de twee leeftijdsgroepen. Bovendien werden neurale verschillen consequent waargenomen op bepaalde plaatsen (bijv. Tijdens anticipatie van de beloning) maar niet op andere (bijv. Respons op de aanzet voor het begin van de proef), en hoewel het tijdsverloop van neuronale activering vaak aanzienlijk verschilde, was het tijdsverloop van neuronale inhibitie was over het algemeen vergelijkbaar in beide hersengebieden van elke leeftijdsgroep. Samen zijn deze bevindingen consistent met de interpretatie dat er fundamentele leeftijdgerelateerde neurale verwerkingsverschillen bestaan, vooral in de DS, zelfs tijdens vergelijkbaar gedrag / contexten, wat spreekt van verschillen in neurale architectuur, verwerkingsefficiëntie en / of de fysiologische impact van saillant evenementen.
Concluderend hebben we vastgesteld dat beloningsgerelateerde opvallende gebeurtenissen sterk bijdragen aan de DS van adolescenten, maar niet aan volwassenen, wat zou kunnen wijzen op een nieuwe locus binnen netwerken die verantwoordelijk zijn voor leeftijdsgerelateerde gedrags- en psychiatrische kwetsbaarheden. Deze basale ganglia-structuur speelt een centrale rol bij normaal leren en geheugen, gewoontevorming en andere aspecten van gemotiveerd gedrag, en de disfunctie ervan is geassocieerd met psychiatrische problemen (41-43). Daarom zal meer leren over hoe de activiteit van deze regio verandert door ontwikkeling, samen met de interactie met andere belangrijke hersengebieden, van cruciaal belang zijn voor ons begrip van de mechanismen van kwetsbaarheden van adolescenten en het toekomstige ontwerp van klinische interventies. De complexiteit van adolescente gedrags- en psychiatrische kwetsbaarheid is waarschijnlijk multifactorieel, waarbij veel hersenregio's betrokken zijn. De DS is dus slechts een van de vele interacterende regio's die samen (en niet op zichzelf) waarschijnlijk cruciaal zijn voor de gedrags- en psychiatrische kwetsbaarheden van de adolescentie. Het is onze hoop dat we met technieken zoals elektrofysiologische opname van adolescenten en de gedragsklemaanpak om leeftijdgerelateerde neurale verwerkingsverschillen in gedragscontext te bestuderen, de substraten van kwetsbaarheid van adolescenten op netwerkniveau beginnen te waarderen.
Materialen en methoden
Onderwerpen en chirurgie.
Dierprocedures werden goedgekeurd door de Animal Care and Use Committee van de Universiteit van Pittsburgh. Volwassen man (postnatale dag 70-90, n = 12) en zwangere dam (embryonale dag 16; n = 4) Sprague-Dawley-ratten (Harlan) werden gehuisvest in geconditioneerde vivaria met 12-h licht / donker-cyclus (licht aan bij 7: 00 PM) en ad libitum toegang tot voer en water. Nesten werden geruimd tot niet meer dan zes mannelijke pups, die vervolgens werden gespeend op de postnatale dag 21 (n = 16). Volwassen operaties werden uitgevoerd na een minimum van 1 wk van gewenning aan huisvesting. Adolescente operaties werden uitgevoerd op de dag na de geboorte 28-30. Achtdraads micro-elektrode-arrays werden geïmplanteerd in NAc of DS (SI-materialen en -methoden). Opnamen werden gemaakt zoals eerder beschreven (28) terwijl ratten een gedragstaak uitvoerden. Afzonderlijke eenheden werden geïsoleerd met behulp van Offline Sorter (Plexon) door middel van een combinatie van handmatige en semi-automatische sorteertechnieken (44).
Gedrag.
Gedragstestprocedures werden uitgevoerd zoals eerder beschreven (28, 45). Ratten leerden een instrumentale zak uit te voeren voor beloningen voor voedselpellets (Fig 1A en SI-materialen en -methoden). Bij elke sessie werd het totale aantal onderzoeken, de gemiddelde latentietijd vanaf het begin van de proef tot de instrumentele respons en de latentie van de instrumentele respons op het ophalen van pellets beoordeeld. Age × sessie herhaalde metingen ANOVA's werden uitgevoerd met behulp van SPSS-software op al deze metingen (α = 0.05), met lower-bound df-correcties waarbij de aanname van bolvormigheid werd geschonden.
Elektrofysiologie Analyse.
Elektrofysiologische gegevens werden geanalyseerd met behulp van op maat geschreven Matlab (MathWorks) -scripts samen met functies uit de Chronux-toolbox (http://chronux.org/). Analyses met een enkele eenheid waren gebaseerd op peri-event time-activeringshistogrammen in vensters rond taakgebeurtenissen. Activiteit met één eenheid was Z-score genormaliseerd op basis van de gemiddelde en SD-activeringssnelheden van elke eenheid tijdens de basislijnperiode (een 2-s-venster beginnend met 3 s vóór cue-begin). De gemiddelde activiteit van de populatie-eenheid werd uitgezet rond taakgebeurtenissen. Statistische vergelijkingen van activiteit van adolescente en volwassen eenheden werden gemaakt op een vooraf bepaald tijdstip van interesse (0.5-s vensters na de keu, vóór en na de instrumentale zak, en voor en na binnenkomst in de voedseltrog) met behulp van Wilcoxon-ranglijsttests ( gepresenteerd als Z-waarden), Bonferroni gecorrigeerd voor meerdere vergelijkingen. De nulhypothese werd in deze analyse afgewezen toen P. 0.01. Films S1 en S2 representeren lokaal geschatte scatterplot geëgaliseerde (LOESS) gemiddelde genormaliseerde activeringssnelheidactiviteit in vijf onderzoeken die in single-trial-stappen door videoframes bewegen tijdens sessies 4-6. Videotijd vertegenwoordigt de evolutie van activiteit door de proeven van elke sessie. Eenheden werden ook gecategoriseerd als geactiveerd of geremd in bepaalde tijdvensters als ze drie opeenvolgende 50-ms-bins bevatten met Z ≥ 2 of Z ≤ -2, respectievelijk. Deze criteria werden gevalideerd als lage valse categoriseringspercentages via niet-parametrische bootstrapanalyses zoals eerder beschreven (39) (SI-materialen en -methoden). Zodra eenheden werden gecategoriseerd, χ2 analyses werden uitgevoerd op a priori vensters van belang voor alle geactiveerde, geremde en niet-significante eenheden. Alleen van belang χ2 testen werden gevolgd door post hoc Z-tests voor twee verhoudingen om de onderliggende significante categorieverschillen te bepalen. De nulhypothese werd afgewezen wanneer P <0.05, aangegeven in Tabel 1 vetgedrukt. Om het tijdsverloop van de rekrutering van eenheden (dat wil zeggen als geactiveerd of geremd) te visualiseren, werden categorieanalyses uitgevoerd in bewegende 500-vensters (in 250-ms-stappen) in grotere vensters die waren vergrendeld voor taakgebeurtenissen.
Na het verwijderen van proeven waarbij het onbewerkte LFP-spanningsspoor clippingartefacten of uitschieters bevatte (± 3 SD van de gemiddelde spanning), werden voor het proefmodel gemiddelde energiespectra voor elk onderwerp berekend met behulp van snelle Fourier-transformatie (SI-materialen en -methoden). Krachtspectra werden gemiddeld voor elke leeftijdsgroep. T-score contrastkaarten die het genormaliseerde LFP-vermogen van adolescente en volwassen spectrogrammen vergelijken voor elke x-frequentiebak werden geplot om leeftijdgerelateerde overeenkomsten en verschillen te benadrukken.
Dankwoord
Ondersteuning voor dit werk werd geleverd door het National Institute of Mental Health, de Pittsburgh Life Sciences Greenhouse en een Andrew Mellon Foundation Predoctoral Fellowship (to DAS).
voetnoten
De auteurs verklaren geen belangenconflict.
Dit artikel is een PNAS Directe inzending.
Dit artikel bevat ondersteunende informatie online op www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1114137109/-/DCSupplemental.
;
