Biologische substraten van beloning en aversie: een nucleus accumbens-activiteitshypothese (2009)

A. Farmacologisch bewijs

Het is duidelijk dat drugsmisbruik (Di Chiara en Imperato, 1988) en natuurlijke beloningen (Fibiger et al., 1992; Pfaus, 1999; Kelley, 2004) hebben de algemene werking van het verhogen van extracellulaire concentraties van dopamine in het NAc. Bovendien verminderen laesies van het NAc de lonende effecten van stimulerende middelen en opiaten (Roberts et al., 1980; Kelsey et al., 1989). Farmacologisch onderzoek bij ratten (bijv. Caine et al., 1999) en apen (bijv. Caine et al., 2000) suggereren dat de D2-achtige receptorfunctie een cruciale rol speelt bij de beloning. Er zijn echter studies uitgevoerd met directe micro-infusie van geneesmiddelen op dit gebied die het sterkste bewijs hebben geleverd voor zijn rol in het belonen van staten. Ratten zullen bijvoorbeeld het dopamine-afgevende middel amfetamine zelf rechtstreeks in het NAc toedienen (Hoebel et al., 1983), wat de versterkende effecten aantoont die extracellulair dopamine in dit gebied verhogen. Ratten zullen ook zelf de dopamineheropnameremmer cocaïne toedienen in het NAc, hoewel dit effect verrassend zwak is in vergelijking met dat gerapporteerd met amfetamine (Carlezon et al., 1995). Deze observatie heeft geleid tot speculatie dat de belonende effecten van cocaïne buiten het NAc worden gemedieerd, in gebieden zoals de olfactorische tuberkel (Ikemoto, 2003). Ratten zullen echter gretig zelf de dopamineheropnameremmer nomifensine in het NAc toedienen (Carlezon et al., 1995), wat suggereert dat de lokale anesthetische eigenschappen van cocaïne onderzoeken compliceren waarbij het medicijn direct op neuronen wordt aangebracht. Co-infusie van de dopamine D2-selectieve antagonist sulpiride verzwakt de intracraniale zelftoediening van nomifensine, wat een sleutelrol aantoont voor D2-achtige receptoren bij de belonende effecten van intra-NAc-micro-infusies van dit geneesmiddel. Samen met bewijs uit verschillende andere onderzoeken (voor een overzicht, zie Rompré en Wise, 1989), zijn deze studies volledig in overeenstemming met de theorieën in de 1980's dat dopaminewerken in het NAc een noodzakelijke en voldoende rol spelen bij beloning en motivatie. .

Hoewel er weinig controverse is dat dopamine-acties in het NAc voldoende zijn voor beloning, begon ander werk het idee aan te vechten dat ze noodzakelijk zijn. Ratten zullen zelf morfine zelf toedienen in het NAc (Olds, 1982), weg van de triggerzone (de VTA) waarin het medicijn werkt om extracellulair dopamine te verhogen in de NAc (Leone et al., 1991; Johnson en North, 1992). Overwegend dat μ- en δ-opioïde receptoren zich direct op NAc MSN's bevinden (Mansour et al., 1995), deze gegevens waren de eerste om te suggereren dat de beloning kan worden geactiveerd door gebeurtenissen die parallel plaatsvinden met (of stroomafwaarts van) die worden geactiveerd door dopamine. Ratten zullen ook zelf fencyclidine (PCP), een complex geneesmiddel dat een dopamineheropnameremmer en een niet-competitieve NMDA-antagonist is, zelf in het NAc toedienen (Carlezon en Wise, 1996). Twee bewijslijnen suggereren dat dit effect niet afhankelijk is van dopamine. Ten eerste wordt intracraniële zelftoediening van PCP niet beïnvloed door co-infusie van de dopamine D2-selectieve antagonist sulpiride; en ten tweede zullen ratten zelf andere niet-competitieve (MK-801) of competitieve (CPP) NMDA-antagonisten zonder directe effecten op dopaminesystemen zelf in het NAc (Carlezon en Wise, 1996). Deze gegevens leverden het vroege bewijs dat blokkade van NMDA-receptoren in het NAc voldoende is voor beloning en, bij uitbreiding, kan beloning onafhankelijk zijn van dopamine. Van blokkade van NMDA-receptoren wordt verwacht dat ze een algehele vermindering van de exciteerbaarheid van NAc MSN's produceren zonder de excitatoire input van de basislijn beïnvloed door AMPA-receptoren te beïnvloeden (Uchimura et al., 1989; Pennartz et al. 1990). Belangrijk is dat ratten ook zelf NMDA-antagonisten toedienden in diepe lagen van de PFC (Carlezon en Wise, 1996), die rechtstreeks naar het NAc projecteren (zie Kelley, 2004) en zijn geconceptualiseerd als onderdeel van een remmende ("STOP!") motivatiecircuit (Childress, 2006). Samen beschouwd, leverden deze onderzoeken twee essentiële bewijsstukken op die een prominente rol hebben gespeeld in de formulering van onze huidige werkhypothese: ten eerste dat dopamine-afhankelijke beloning wordt verzacht door blokkade van D2-achtige receptoren, die remmende receptoren zijn die voornamelijk tot expressie worden gebracht in het NAc op de MSN's van de indirecte route; en ten tweede, gebeurtenissen die naar verwachting de algehele prikkelbaarheid van het NAc zouden verlagen (bijv. stimulatie van G_i-gekoppelde opioïde receptoren, verminderde stimulatie van exciterende NMDA-receptoren, verminderde stimulerende input) zijn voldoende voor beloning. Deze interpretatie heeft geleid tot de ontwikkeling van een beloningsmodel waarbij de kritieke gebeurtenis een verminderde activering van MSN's in het NAc is (Carlezon en Wise, 1996).

Andere farmacologische bewijzen ondersteunen deze theorie en impliceren calcium (Ca2 +) en zijn tweede messenger-functies. Geactiveerde NMDA-receptorpoort Ca2 +, een intracellulair signaalmolecuul dat invloed kan hebben op membraandepolarisatie, afgifte van neurotransmitters, signaaltransductie en genregulatie (zie Carlezon en Nestler, 2002; Carlezon et al., 2005). Micro-injectie van de L-type Ca2 + antagonist diltiazem direct in het NAc verhoogt de lonende effecten van cocaïne (Chartoff et al., 2006). De mechanismen waardoor diltiazem-geïnduceerde veranderingen in Ca2 + influx de beloning beïnvloeden zijn onbekend. Een mogelijkheid is dat blokkering van Ca2 + influx via L-type kanalen met voltage-besturing de snelheid van het schieten van neuronen in het ventrale NAc vermindert (Cooper en White, 2000). Het is echter belangrijk op te merken dat diltiazem alleen niet lonend was, tenminste niet bij de doses die in deze onderzoeken werden getest. Dit zou erop kunnen duiden dat basislijnniveaus van Ca2 + influx via L-type kanalen binnen het NAc normaal laag zijn en moeilijk verder te reduceren. Een verwante mogelijkheid is dat micro-injectie van diltiazem aversieve acties van cocaïne vermindert die worden gemedieerd binnen het NAc, waardoor beloningen worden ontmaskerd. De activiteit van het transcriptiefactor cAMP-responselement-bindend eiwit (CREB) binnen het NAc is bijvoorbeeld geassocieerd met aversieve toestanden en reducties in cocaïnebeloning (Pliakas et al., 2001; Nestler en Carlezon, 2006). De activering van CREB hangt af van fosforylatie, wat kan gebeuren via activering van L-type Ca2 + -kanalen (Rajadhyaksha et al., 1999). Gefosforyleerd CREB kan expressie van dynorfine, een neuropeptide dat kan bijdragen aan aversieve toestanden via activering van K-opioïde receptoren in het NAc, induceren (voor een overzicht, zie Carlezon et al., 2005). De mogelijke rol van intra-NAc Ca2 + bij het reguleren van belonende en aversieve toestanden is een veel voorkomend thema in ons werk dat hieronder in meer detail zal worden uitgelegd.

B. Moleculair bewijs

Muizen zonder dopamine D2-achtige receptoren hebben een verminderde gevoeligheid voor de belonende effecten van cocaïne (Welter et al., 2007). Ablatie van D2-achtige receptoren vermindert ook de lonende effecten van morfine (Maldonado et al., 1997) -Verondersteld door het vermogen van het medicijn om dopamine te stimuleren via VTA-mechanismen te verminderen: Leone et al., 1991; Johnson en North, 1992) En laterale hypothalamische hersenstimulatie (Elmer et al., 2005). Eén interpretatie van deze bevindingen is dat verlies van D2-achtige receptoren in het NAc het vermogen van dopamine om de indirecte route te remmen, een verondersteld mechanisme van beloning, vermindert. Deze bevindingen, in combinatie met het bewijs dat menselijke verslaafden dopamine D2-achtige receptorbinding in het NAc hebben verminderd, suggereren dat deze receptor een essentiële rol speelt bij het coderen van beloning (Volkow et al., 2007).

Andere ontwikkelingen in de moleculaire biologie hebben de detectie van neuroadaptieve responsen op drugs van misbruik mogelijk gemaakt en het vermogen om dergelijke veranderingen in afzonderlijke hersengebieden na te bootsen om hun betekenis te onderzoeken. Eén zo'n verandering zit in de expressie van glutamaatreceptoren van het AMPA-type, die alomtegenwoordig in de hersenen tot expressie worden gebracht en die zijn samengesteld uit verschillende combinaties van de receptorsubeenheden GluR1-4 (Hollmann et al., 1991; Malinow en Malenka, 2002). Drugs van misbruik kunnen GluR-expressie in het NAc veranderen. Bijvoorbeeld herhaalde intermitterende blootstelling aan cocaïne verhoogt GluR1-expressie in het NAc (Churchill et al., 1999). Verder is GluR2-expressie verhoogd in het NAc van muizen die zijn gemanipuleerd om AFosB tot expressie te brengen, een neuroadaptatie gekoppeld aan verhoogde gevoeligheid voor misbruik door geneesmiddelen (Kelz et al., 1999). Studies waarin virale vectoren werden gebruikt om GluR1 selectief te verhogen in het NAc geven aan dat deze neuroadaptatie de neiging heeft om cocaïne aversie te maken bij conditioneringstests, terwijl verhoogde GluR2 in het NAc de cocaïnebeloning verhoogt (Kelz et al., 1999). Mogelijke verklaringen voor dit patroon van bevindingen houden waarschijnlijk Ca2 + en het effect ervan op neuronale activiteit en intracellulaire signalering in. Verhoogde GluR1-expressie begunstigt de vorming van GluR1-homomere (of GluR1-GluR3-heteromere) AMPAR's, die Ca2 + -permeabel zijn (Hollman et al., 1991; Malinow en Malenka, 2002). GluR2 daarentegen bevat een motief dat Ca2 + influx voorkomt; dus verhoogde expressie van GluR2 zou de vorming van GluR2-bevattende Ca2 + -impermeabele AMPAR's bevorderen (en theoretisch het aantal Ca2 + -permeabele AMPAR's verminderen). Aldus hebben GluR2-bevattende AMPAR's fysiologische eigenschappen die hen functioneel onderscheiden van die welke deze subeenheid missen, in het bijzonder met betrekking tot hun interacties met Ca2 + (Fig 1).

Fig 1

Schematische voorstelling van de subeenheid-samenstelling van AMPA (glutamaat) -receptoren. Voor de eenvoud zijn de receptoren afgebeeld met 2-subeenheden. GluR2 bevat een motief dat Ca2 + flux door de receptor blokkeert, en dus heteromerische receptoren die bij ...

Deze vroege onderzoeken hadden betrekking op conditioneringsstudies, die over het algemeen een herhaalde blootstelling aan misbruikt drugs vereisen en vermoedelijk cycli van beloning en aversie (ontwenning) inhouden. Meer recente studies onderzochten hoe veranderingen in GluR-expressie-modellering die verkregen door herhaalde blootstelling aan geneesmiddelen van invloed zijn op intracraniële zelfstimulatie (ICSS), een operante taak waarbij de omvang van de bekrachtiger (boventherapiebeloning) nauwkeurig wordt gecontroleerd (Wise, 1996). Verhoogde expressie van GluR1 in NAc-schaal verhoogt de ICSS-drempelwaarden, terwijl een verhoogde GluR2 deze verlaagt (Todtenkopf et al., 2006). Het effect van GluR2 op ICSS is kwalitatief vergelijkbaar met dat van drugsgebruik (Wise, 1996), wat suggereert dat het een toename in de lonende impact van de stimulatie weerspiegelt. Daarentegen is het effect van GluR1 kwalitatief vergelijkbaar met dat veroorzaakt door prodepressieve behandelingen waaronder terugtrekking van geneesmiddelen (Markou et al., 1992) en K-opioïde receptoragonisten (Pfeiffer et al., 1986; Wadenberg, 2003; Todtenkopf et al., 2004; Carlezon et al., 2006), wat suggereert dat het een afname weerspiegelt van de lonende impact van de stimulatie. Deze bevindingen wijzen erop dat verhoogde expressie van GluR1 en GluR2 in NAc-schaal duidelijk verschillende gevolgen heeft voor gemotiveerd gedrag. Bovendien bevestigen ze eerdere observaties dat verhoogde GluR1- en GluR2-expressie in NAc-schaal tegengestelde effecten hebben in cocaation-conditioningonderzoeken (Kelz et al., 1999), en breid de generaliseerbaarheid van deze effecten uit tot gedragingen die niet gemotiveerd zijn door misbruik drugs. Misschien nog belangrijker is dat ze meer bewijs leveren om Ca2 + flux binnen het NAc te impliceren in verminderde beloning of verhoogde aversie. Omdat Ca2 + een rol speelt bij zowel neuronale depolarisatie als genregulatie, zullen veranderingen in GluR-expressie en AMPAR-subunitsamenstelling in NAc-schaal waarschijnlijk fysiologische en moleculaire reacties initiëren, die vermoedelijk een wisselwerking hebben om de motivatie te veranderen. Nogmaals, de mechanismen waarmee Ca2 + signaaltransductie genen kan activeren die betrokken zijn bij aversieve toestanden worden hieronder in detail beschreven.

A. Farmacologisch bewijs

Een deel van het vroegste bewijs dat NAc een rol speelt in aversieve toestanden is afkomstig van onderzoeken met opioïde receptorantagonisten. Micro-injecties van een breedspectrum opioïde receptorantagonist (methylnaloxonium) in het NAc van opiaat-afhankelijke ratten vestigt geconditioneerde plaatsaversingen (Stinus et al., 1990). In opiaat-afhankelijke ratten kan geprecipiteerd ontwennen direct-vroege genen en transcriptiefactoren in het NAc induceren (Gracy et al., 2001; Chartoff et al., 2006), wat duidt op activering van MSN's. Selectieve K-opioïde agonisten, die de effecten van het endogene K-opioïde liganddynorphin nabootsen, produceren ook aversieve toestanden. Micro-injecties van een κ-opioïde agonist in het NAc veroorzaken geconditioneerde plaatsaversingen (Bals-Kubik et al., 1993) en verhoog ICSS-drempels (Chen et al., 2008). Inhibitie (G._i-gekoppeld) K-opioïde receptoren zijn gelokaliseerd op de terminals van VTA dopamine-ingangen naar het NAc (Svingos et al., 1999), waar ze lokale dopamine-afgifte reguleren. Als zodanig staan ​​ze vaak in aanhechting aan μ- en δ-opioïde receptoren (Mansour et al., 1995) en stimulatie produceert de tegenovergestelde effecten van agonisten bij deze of andere receptoren bij gedragstests. In feite zijn extracellulaire concentraties van dopamine in het NAc door systemische (DiChiara en Imperato, 1988; Carlezon et al., 2006) of lokale micro-infusies van K-opioïde agonist (Donzati et al., 1992; Spanagel et al., 1992). Verminderde functie van dopamine-systemen in de hersenen is in verband gebracht met depressieve toestanden waaronder anhedonie bij knaagdieren (Wise, 1982) en dysforie bij mensen (Mizrahi et al., 2007). Dus lijkt één weg naar afkeer te zijn verminderde dopamine-input naar het NAc, wat de stimulatie van remmende dopamine D2-achtige receptoren zou verminderen die kritiek lijken voor beloning (Carlezon en Wise, 1996).

Andere studies lijken een belangrijke rol te bevestigen van dopamine D2-achtige receptoren bij het onderdrukken van aversieve reacties. Micro-injecties van een dopamine D2-achtige antagonist in de NAc van opiaat-afhankelijke ratten precipiteert tekenen van somatische opiaatontwenning (Harris en Aston-Jones, 1994). Hoewel de motivationele effecten in dit onderzoek niet werden gemeten, veroorzaken behandelingen die opiaatontwenning remmen vaak aversieve toestanden krachtiger dan ze somatische tekenen van ontwenning veroorzaken (Gracy et al., 2001; Chartoff et al., 2006). Interessant is echter dat micro-injecties van een dopamine D1-achtige agonist in het NAc ook somatische tekenen van ontwenning produceren in opiaat-afhankelijke ratten. De gegevens tonen aan dat een ander pad naar afkeer verhoogde stimulering van exciterende dopamine D1-achtige receptoren bij ratten is met door opiaat-afhankelijkheid geïnduceerde neuroadaptaties in het NAc. Misschien niet verrassend, een gevolg van D1-achtige receptorstimulatie in opiaat-afhankelijke ratten is fosforylatie van GluR1 (Chartoff et al., 2006), wat zou leiden tot verhoogde oppervlakte-expressie van AMPA-receptoren op de MSN's van de directe route.

B. Moleculair bewijs

Blootstelling aan misbruik drugs (Turgeon et al., 1997) en stress (Pliakas et al., 2001) activeer de transcriptiefactor CREB in de NAc. Door virale vector geïnduceerde verhoging van de CREB-functie in het NAc vermindert de belonende effecten van geneesmiddelen (Carlezon et al., 1998) en hypothalamische hersenstimulatie (Parsegian et al., 2006), wat wijst op anhedonie-achtige effecten. Het maakt ook lage doses van cocaïne aversief (een vermeend teken van dysforie), en verhoogt het immobiliteitsgedrag in de gedwongen zwemtest (een vermoedelijk teken van "gedragsmatige wanhoop") (Pliakas et al., 2001). Veel van deze effecten kunnen worden toegeschreven aan CREB-gereguleerde toename van de dynorfunctie (Carlezon et al., 1998). Inderdaad, K-opioïde receptor-selectieve agonisten hebben effecten die kwalitatief vergelijkbaar zijn met die geproduceerd door verhoogde CREB-functie in het NAc, die tekenen van anhedonie en dysforie produceren in beloningsmodellen en toegenomen onbeweeglijkheid in de gedwongen zwemtest (Bals-Kubik et al., 1993; Carlezon et al., 1998; Pliakas et al., 2001; Mague et al., 2003; Carlezon et al., 2006). Daarentegen produceren K-selectieve antagonisten een antidepressivum-achtig fenotype dat lijkt op dat wat wordt waargenomen bij dieren met verstoorde CREB-functie in het NAc (Pliakas et al., 2001; Newton et al., 2002; Mague et al., 2003). Deze bevindingen suggereren dat een biologisch belangrijke consequentie van door drugs of stress geïnduceerde activering van CREB in het NAc een verhoogde transcriptie van dynorfine is, wat belangrijke tekenen van depressie veroorzaakt. Dynorfine-effecten worden waarschijnlijk gemedieerd via stimulering van K-opioïde receptoren die de afgifte van neurotransmitters uit mesolimbische dopamine-neuronen remmen, waardoor de activiteit VTA-neuronen worden verminderd, zoals hierboven is uitgelegd. Dit pad naar aversie lijkt een verminderde dopamine-input naar het NAc te zijn, wat reducties zou veroorzaken in de stimulatie van remmende dopamine D2-achtige receptoren die cruciaal lijken voor beloning (Carlezon en Wise, 1996). Zoals hieronder wordt uitgelegd, is er ook bewijs dat verhoogde expressie van CREB in het NAc de prikkelbaarheid van MSN's direct verhoogt (Dong et al., 2006) naast het verlies van door D2 gereguleerde remming, wat de mogelijkheid vergroot dat meerdere effecten bijdragen aan de aversieve reacties.

Herhaalde blootstelling aan misbruikt drugs kan GluR1-expressie in het NAc verhogen (Churchill et al., 1999). Door virale vector geïnduceerde verhoging van verhoogd GluR1 in het NAc verhoogt de aversie van geneesmiddelenresistentieonderzoek, een 'atypisch' type sensibilisatie van het geneesmiddel (dwz verhoogde gevoeligheid voor de aversieve in plaats van de belonende aspecten van cocaïne). Deze behandeling verhoogt ook de ICSS-drempels (Todtenkopf et al., 2006), wat wijst op anhedonie-achtige en dysforia-achtige effecten. Interessant is dat deze motivatie-effecten vrijwel identiek zijn aan die veroorzaakt door de verhoogde CREB-functie in het NAc. Deze overeenkomsten verhogen de mogelijkheid dat beide effecten deel uitmaken van hetzelfde grotere proces. In een mogelijk scenario kan blootstelling aan geneesmiddelen veranderingen in de expressie van GluR1 in het NAc teweegbrengen, wat zou leiden tot lokale verhogingen van de oppervlakte-expressie van Ca2 + -permeabele AMPA-receptoren, die Ca2 + influx zou verhogen en CREB zou activeren, wat leidt tot wijzigingen in natrium kanaalexpressie die van invloed is op de uitgangswaarde en de prikkelbare prikkelbaarheid van MSN's in het NAc (Carlezon en Nestler, 2002; Carlezon et al., 2005; Dong et al., 2006). Als alternatief kunnen vroege wijzigingen in de CREB-functie voorafgaan aan wijzigingen in de GluR1-uitdrukking. Deze relaties worden momenteel intensief bestudeerd in verschillende NIDA-gefinancierde laboratoria, waaronder de onze.

A. Het testen van de hypothese met elektrofysiologie

Een voorbehoud ten aanzien van de inhibitie / beloningshypothese is dat wijdverspreide en langdurige remming van NAc-branden, zoals in onderzoeken van inactivatie of laesie, geen lonende effecten lijkt te produceren (bijv. Yun et al., 2004b). Dit verhoogt de mogelijkheid dat het niet per se belemmerd wordt door het NAc dat de beloning codeert, maar eerder het overgangen van normale basale schietfrequenties tot lagere snelheden die optreden wanneer stimulerende stimuli aanwezig zijn. Langdurige remming kan de dynamische informatie verslechteren die normaal wordt gecodeerd in de tijdelijke depressies van NAc-afvuren.

Op elektrofysiologie gebaseerde tests van de voorspellingen van deze hypothese vallen in twee basiscategorieën. De eerste categorie omvat het manipuleren van de gedragstoestand van een dier om aanhoudende veranderingen in de responsiviteit te produceren voor belonende stimuli gevolgd door het testen op elektrofysiologische correlaten van deze gewijzigde beloningstoestand. De vroege terugtrekkingstoestand van chronische blootstelling aan psychostimulantia wordt bijvoorbeeld gekenmerkt door anhedonie en een gebrek aan respons op natuurlijke belonende stimuli. Wat zou de inhibitie / beloningshypothese voorspellen over de elektrofysiologische status van NAc-neuronen tijdens deze toestand? De belangrijkste voorspelling is dat NAc-neuronen afnamen vertonen in de activiteitsonderdrukking die normaal wordt geproduceerd door blootstelling aan een belonende stimulus (bijv. Sucrose). Voor zover ons bekend is dit nog niet onderzocht. Mogelijke mechanismen voor een dergelijke afname van de remming, indien deze optreedt, kunnen bestaan ​​uit algemene toenamen in neuronale exciteerbaarheid die wordt veroorzaakt door elke combinatie van veranderingen in intrinsieke prikkelbaarheid (bijv. Verhoogde Na + of Ca2 + stromen, verlaagde K + stromen) of synaptische transmissie (bijv. Afname in glutamaterge of toenames in GABAergische transmissie). Aan de andere kant suggereren de beschikbare gegevens over NAc MSN-exciteerbaarheid tijdens vroege psychostimulantontwenning dat deze in deze fase daadwerkelijk is verlaagd (Zhang et al., 1998.; Hu et al., 2004; Dong et al., 2006; Kourrich et al., 2007). Zoals hierboven opgemerkt, is het mogelijk dat een langdurige depressie van de prikkelbaarheid beloningsgerelateerde informatie in transiënte vuurremmingen vermindert, misschien door een "vloer" -effect te creëren en de omvang van deze remmingen te verminderen. Deze mogelijkheid moet nog worden getest.

Gezien de kennelijke link tussen NAc en ventrale pallidum in beloning codering (zie hierboven), zouden we voorspellen dat eventuele exciteerbaarheidsveranderingen geproduceerd door aanhoudende modulatie van de beloningstoestand van een dier in het bijzonder evident kunnen zijn in striatopallidal / D2 neuronen. Hoewel het bestuderen van de gedetailleerde fysiologische eigenschappen van deze neuronen in het verleden moeilijk was, is de recente ontwikkeling van een lijn van BAC-transgene muizen die GFP in deze neuronen tot expressie brengt (Gong et al., 2003; Lobo et al., 2006) heeft het mogelijk gemaakt om ze in te visualiseren in vitro plakpreparaten, wat het potentieel voor fysiologische karakterisering van D2-cellen aanzienlijk vergemakkelijkt.

De tweede categorie van op elektrofysiologie gebaseerde tests omvat het gebruik van genetische manipulatie (zie hieronder) om de functionele expressie van sleutelcomponenten van de cellulaire machinerie voor exciteerbaarheid of excitatiemodulatie in NAc-neuronen te veranderen. In theorie zou dit modulatie van de remmingen of excitaties die geassocieerd zijn met beloning of afkeer respectievelijk in NAc-neuronen mogelijk maken. Met dit in gedachten zouden misschien de meest bruikbare doelwitmoleculen diegenen zijn die deelnemen aan activiteitafhankelijke modulatie van neuronale exciteerbaarheid in plaats van het handhaven van basale schietfrequenties. Deze doelen zouden waarschijnlijk een betere mogelijkheid bieden om de responsiviteit van stimuli te moduleren dan meer algemene doelen (bijv. Na + kanaalsubeenheden), waardoor de evaluatie van de inhibitie / beloningshypothese mogelijk wordt. De afvuurfrequentie van actieve neuronen kan bijvoorbeeld worden geregeld door verschillende ionische geleidingen die spike-na-hyperpolarisaties (AHP's) produceren. Door zich te richten op NAc-neuronen met genetische (of mogelijk zelfs farmacologische) manipulatie gericht op de kanalen die AHP's produceren, kan het mogelijk zijn de grootte van aversiegerelateerde excitatorische responsen in deze neuronen te verminderen en aldus te testen of deze fysiologische verandering correleert met verminderd gedrag indices van afkeer.

B. Testen van de hypothese met gedrags-farmacologie

Een van de meest voor de hand liggende farmacologische tests zou zijn om te bepalen of ratten dopamine D2-achtige agonisten zelf rechtstreeks in het NAc toedienen. Interessant is dat eerdere studies aangeven dat, terwijl ratten zelfcombinaties van D1-achtige en D2-achtige agonisten in het NAc toedienen, ze zelf geen geneesmiddelencomponent toedienen, tenminste niet bij de geteste doses (Ikemoto et al., 1997). Aan de oppervlakte lijkt deze bevinding mogelijk onze werkhypothese ongeldig te maken, elektrofysiologisch bewijs suggereert dat co-activering van D1- en D2-receptoren op NAc-neuronen, onder sommige omstandigheden, een vermindering van hun membraanexcitabiliteit kan veroorzaken die niet wordt waargenomen als reactie op agonist alleen (O'Donnell en Grace, 1996). Daarnaast is meer werk nodig om de gedragseffecten van intra-NAc-microinfusies van GABA-agonisten te bestuderen; historisch gezien is dit werk gehinderd door slechte oplosbaarheid van benzodiazepinen - waarvan bekend is dat ze verslavend zijn (Griffiths en Ator, 1980) ondanks hun neiging om de dopaminefunctie in het NAc te verlagen (Hout, 1982; Finlay et al., 1992: Murai et al., 1994) En het relatief kleine aantal onderzoekers dat hersen-micro-injectieprocedures gebruikt samen met beloningsmodellen. Nog andere manieren om onze hypothese te testen zou zijn om de effecten van manipulaties in hersengebieden stroomafwaarts van D2-receptor-bevattende MSN's te bestuderen. Nogmaals, vroeg bewijs suggereert dat beloning wordt gecodeerd door activering van het ventrale pallidum, een veronderstelde consequentie van remming van de MSN's van de indirecte route (Tindell et al., 2006).

C. Testen van de hypothese met genetische manipulatie

De ontwikkeling van genetische manipulatietechnieken die de richting van induceerbare of conditionele mutaties naar specifieke hersengebieden mogelijk maken, zal een belangrijk hulpmiddel zijn om onze hypotheses te testen. Muizen met constitutieve deletie van GluRA (een alternatieve nomenclatuur voor GluR1) vertonen veel veranderingen in de gevoeligheid voor misbruik door drugs (Vekovischeva et al., 2001; Dong et al., 2004; Mead et al., 2005, 2007), waarvan sommige in overeenstemming zijn met onze werkhypothese en sommige niet. Het vroege verlies van GluR1 in de ontwikkeling kan de responsiviteit op talloze soorten stimuli, waaronder misbruikende middelen, drastisch veranderen. Bovendien missen deze GluR1-mutante muizen het eiwit in de hersenen, terwijl het hier besproken onderzoek zich richt op mechanismen die binnen NAc voorkomen. Deze punten zijn vooral belangrijk omdat verwacht wordt dat verlies van GluR1 in andere hersenregio's dramatische, en soms zeer verschillende, effecten zal hebben op drugsgerelateerd gedrag. Als slechts één voorbeeld hebben we aangetoond dat modulatie van GluR1-functie in de VTA het tegenovergestelde effect heeft op medicatieresponsen vergeleken met modulatie van GluR1 in de NAbc (Carlezon et al., 1997; Kelz et al., 1999). De bevindingen in GluR1-deficiënte muizen zijn niet inconsistent met de gecombineerde bevindingen van de NAc en de VTA: constitutieve GluR1-mutante muizen zijn gevoeliger voor de stimulerende effecten van morfine (een effect dat zou kunnen worden verklaard door het verlies van GluR1 in het NAc) , maar ze ontwikkelen geen progressieve toename van de respons op morfine (een effect dat zou kunnen worden verklaard door het verlies van GluR1 in de VTA) testen gebeurt onder omstandigheden die sensitisatie bevorderen en extra hersenregio's omvatten. Dienovereenkomstig moet men voorzichtig zijn bij het toewijzen van ruimtelijke en temporele interpretaties aan gegevens van constitutieve knockout-muizen: de literatuur wordt vol met voorbeelden van eiwitten die dramatisch verschillende (en soms tegengestelde) effecten hebben op gedrag afhankelijk van de hersengebieden die worden bestudeerd (zie Carlezon et al., 2005).

Voorlopige studies van muizen met induceerbare expressie van een dominant-negatieve vorm van CREB - een manipulatie die de prikkelbaarheid van NAc MSN's vermindert - zijn overgevoelig voor de belonende effecten van cocaïne, terwijl ze ongevoelig zijn voor de aversieve effecten van een κ-opioïde agonist (DiNieri et al., 2006). Hoewel deze bevindingen consistent zijn met onze werkhypothese, kunnen verdere studies (bijv. Elektrofysiologie) helpen om de fysiologische basis van deze effecten te karakteriseren. Hoe dan ook, een verhoogd vermogen om de expressie van genen die de prikkelbaarheid van NAc MSN's regelen ruimtelijk en in de tijd te reguleren, maakt het mogelijk om geleidelijk verfijndere tests van onze werkhypothese uit te voeren.

Gefinancierd door het National Institute on Drug Abuse (NIDA) verleent DA012736 (aan WAC) en DA019666 (aan MJT) en een McKnight-Land Grant hoogleraarschap (aan MJT). Wij danken MJ Kaufman, B. deB. Fredrick en SS Negus voor toestemming om ongepubliceerde gegevens te citeren uit hun hersenafbeeldingsstudies bij apen.