Dopamine stimuleert beloning door stimulatie opgewekte excitatie in de nucleus accumbens te bevorderen (2014)

Introductie

De dopamineprojectie van het ventrale tegmentale gebied (VTA) naar het NAc is een essentieel onderdeel van het neurale circuit dat beloningzoekend gedrag bevordert (Nicola, 2007). Als NAc dopamine-functie experimenteel wordt verminderd, hebben dieren minder kans om moeite te doen om beloning te verkrijgen (Salamone en Correa, 2012) en vaak niet reageren op beloningsvoorspellende signalen (Di Ciano et al., 2001; Yun et al., 2004; Nicola, 2007, 2010; Saunders en Robinson, 2012). Deze tekorten zijn te wijten aan een bijzondere waardevermindering van een specifieke component van beloning: de latentie om het naderingsgedrag te initiëren is toegenomen, terwijl de snelheid van benadering, het vermogen om het doel te vinden en het nodige operante gedrag uit te voeren dat vereist is om een ​​beloning te verdienen, en het vermogen om verbruik consumeren zijn onaangetast (Nicola, 2010). Dopamine moet de benadering bevorderen door de activiteit van NAc-neuronen te beïnvloeden, maar de aard van deze invloed blijft onduidelijk. Grote hoeveelheden NAc-neuronen worden geëxciteerd of geremd door beloningsvoorspellende signalen (Nicola et al., 2004a; Roitman et al., 2005; Ambroggi et al., 2008, 2011; McGinty et al., 2013), en de excitaties beginnen vóór het begin van het gedrag van cued approach en voorspellen de latentie om de motoriek te initiëren (McGinty et al., 2013). Daarom heeft deze activiteit de kenmerken die vereist zijn voor een dopamine-afhankelijk signaal dat de cued-aanpak bevordert, maar of dit wel het geval is, is onbekend.

Neuronen in twee structuren die glutamaterge afferenten naar het NAc, de BLA en dorsale mediale PFC sturen (Brog et al., 1993), zijn enthousiast over beloningsvoorspellende cues (Schoenbaum et al., 1998; Ambroggi et al., 2008), en omkeerbare inactivatie van een van deze structuren (Ambroggi et al., 2008; Ishikawa et al., 2008) of van de VTA (Yun et al., 2004) vermindert de omvang van cue-evoked excitations in de NAc. Deze waarnemingen suggereren dat NAc cue-opgewekte excitaties worden aangedreven door glutamaterge inputs, maar zonder NAc dopamine, zijn zelfs deze sterke exciterende inputs onvoldoende om door cue opgewekte schietverhogingen te veroorzaken. Deze conclusie is echter zwak. Veel NAc-neuronen worden geremd door aanwijzingen (Nicola et al., 2004a; Ambroggi et al., 2011) en het is onbekend of excitaties of remmingen belangrijker zijn voor het activeren van naderingsgedrag. Bovendien zou VTA-inactivatie door verschillende dopamineonafhankelijke mechanismen discriminerende stimulus (DS) -geroepen excitaties kunnen verminderen: verminderde cue-codering in de BLA en PFC, die projecties van de VTA ontvangen (Swanson, 1982); verminderd vuren van GABAergic VTA-neuronen die naar het NAc projecteren (Van Bockstaele en Pickel, 1995); of verminderde afgifte van glutamaat uit dopaminerge neuronen (Stuber et al., 2010). Ten slotte, omdat VTA-inactivatie niet alleen NAc DS-evoked firing vermindert, maar ook DS-evoked approach-gedrag (Yun et al., 2004), Kan DS-excitatie secundair zijn in plaats van een noodzakelijke voorwaarde voor doelgerichte beweging.

Om de rol van NAc-dopamine direct te testen in cue-evoked firing, hebben we een nieuwe probe ontwikkeld voor gebruik bij het gedrag van knaagdieren: een cirkelvormige elektrode-array rond een centrale injectiecanule, die gelijktijdige registratie van unit-firing-activiteit en infusie van dopamine-receptorantagonisten mogelijk maakt in de extracellulaire ruimte rond de opgenomen neuronen (du Hoffmann et al., 2011). Deze regeling stelt ons in staat om verbanden te leggen tussen dopaminereceptoractivatie, NAc neuronale stook en beloningzoekend gedrag: als blokkering van NAc-dopaminereceptoren zowel cue-opgewekte signalen als initiatie van de benadering remt, zou dit sterk bewijs leveren dat de neurale respons afhangt van endogene dopamine en dat dit signaal vereist is voor naderingsgedrag.

Materialen en methoden

Dieren.

Vijftien mannelijke Long-Evan-ratten (275-300 g bij aankomst) werden verkregen bij Charles River en alleen ondergebracht. Een week na hun aankomst werden de ratten dagelijks enkele minuten behandeld, zodat 3 d hen kon wennen aan de onderzoeker. Na gewenning werden de ratten op een beperkt dieet van 13 g rattenvoer per dag geplaatst. Ad libitum er werd voedsel verstrekt voor 7 d na een operatie, waarna dieren opnieuw op het beperkte dieet werden geplaatst. Dierprocedures waren consistent met de National Institutes of Health Guide voor de verzorging en het gebruik van laboratoriumdieren en werden goedgekeurd door het Institutional Animal Care and Use Committee van het Albert Einstein College of Medicine.

Operatiekamers.

Alle gedragsexperimenten en gedragstraining vonden plaats in op maat gemaakte plexiglaskamers (40 cm vierkant, 60 cm hoog). Deze bevonden zich in metalen kasten die dienst deden als kooien van Faraday; kasten waren bekleed met akoestisch schuim en witte ruis werd continu gespeeld via een speciale luidspreker om de hoorbaarheid van extern geluid in de kamer te minimaliseren. Operatiekamers waren uitgerust met een beloningshouder aan de ene muur met oprolbare hendels aan weerszijden ervan. Een fotobundel aan de voorkant van de ontvanger werd gebruikt om de ingangs- en uitgangstijden van de ontvanger te meten. De temporele resolutie van het gedragscontrolesysteem (Med Associates) was 1 ms.

DS-taak.

Dieren werden getraind op de DS-taak volgens procedures die vergelijkbaar waren met die eerder werden gebruikt (Nicola et al., 2004a,b; Ambroggi et al., 2008, 2011; Nicola, 2010; McGinty et al., 2013). Twee signalen werden één voor één gepresenteerd, ofwel een beloningsvoorspellende DS of een neutrale stimulus (NS). De auditieve signalen bestonden uit een sirenetoon (die in frequentie fietste van 4 naar 8 kHz gedurende 400 ms) en een onderbroken toon (6 kHz-toon aan gedurende 40 ms, uit gedurende 50 ms); toewijzing van een bepaalde toon aan de DS of NS werd gerandomiseerd over ratten. Intertriale intervallen (ITI's) werden willekeurig geselecteerd uit een afgekapte exponentiële verdeling met een gemiddelde van 30 seconden en maximaal 150 seconden. De NS werd altijd 10 s aangeboden; hendelpersen tijdens de NS werden geregistreerd maar hadden geen geprogrammeerd gevolg. "Actieve" en "inactieve" hendels werden aan het begin van de training willekeurig toegewezen aan linker en rechter hendels voor elke rat en veranderden daarna niet. Een hendelreactie op de actieve hendel tijdens de DS beëindigde de keu en de eerste daaropvolgende invoer van de houder veroorzaakte afgifte van 10% sucrose-beloning in een putje in de houder. DS-presentaties waarbij het dier niet reageerde, werden na 10 seconden beëindigd. Reacties tijdens de ITI (tussen cue-presentaties) en reacties op de inactieve hendel werden geregistreerd, maar leidden niet tot beloning. Dieren werden getraind op de DS-taak totdat ze reageerden op> 80% van de DS's en <20% NS's in trainingssessies van 2 uur.

Gecannuleerde micro-elektrode-arrays.

Na de initiële training werden ratten geïmplanteerd met gecanuleerde microarrays bestaande uit acht wolfraamelektroden van microgolven die een centrale micro-injectiegeleidingscanule omringden. Deze werden gebouwd en gemonteerd in op maat gemaakte microdrives zoals eerder beschreven (du Hoffmann et al., 2011). Een volledige kloksgewijze draaiing van de aandrijfschroef verplaatste de elektroden en canule als een eenheid ventraal 300 μm (zonder rotatie van de sondes), waardoor we konden opnemen van verschillende unieke populaties van neuronen in hetzelfde dier.

Om de gecannuleerde reeksen te implanteren, werden de ratten voorbereid op een operatie en in een stereotaxisch instrument geplaatst zoals eerder beschreven (du Hoffmann et al., 2011; McGinty et al., 2013). Anesthesie werd geïnduceerd en gehandhaafd met isofluraan (0.5-3%). Dieren ontvingen onmiddellijk vóór de operatie een antibioticum (Baytril) en 24 h na de operatie. Gecannuleerde reeksen werden bilateraal geïmplanteerd in de dorsale NAc-kern (1.4 mm voorste en 1.5 mm laterale van bregma en 6.5 mm ventrale van de schedel). Elektroden en microdrives werden bevestigd aan de schedel met botschroeven en dentaal acryl, en draadobturators werden ingebracht in de geleidecanules, zodat de uiteinden van de obturators gelijk waren met de einden van de geleidingscanules. Na de operatie werd de hoofdhuid behandeld met Neo-Predef om infectie te voorkomen en kregen de dieren de 1-week van herstel voordat ze met experimenten begonnen. Voor postsurgery-analgesie kregen de dieren 10 mg / kg van het niet-steroïde ontstekingsremmende geneesmiddel ketoprofen.

Drugs.

SCH23390 en raclopride werden gekocht bij Sigma. Op testdagen werden geneesmiddelen vers bereid door ze op te lossen in 0.9% steriele zoutoplossing. Geneesmiddelen werden toegediend in doses van 1.1 μg SCH233390 in 0.55 μl zoutoplossing per zijde en 6.4 μg raclopride in 0.8 μl zoutoplossing per zijde. SCH233390 en raclopride werden respectievelijk toegediend via 12 en 17.5 min. In pilootexperimenten hebben we gevonden dat bilaterale infusies van raclopride met blijvende 12 min significante maar voorbijgaande effecten op de DS-responsratio hadden. Om het effect te verlengen verhoogden we dus de duur van de infusie met raclopride, zodat het temporele profiel van de farmacologische effecten ervan vergelijkbaar was met dat van SCH23390. Er werd slechts één bilaterale of unilaterale injectie per registratiesessie (één sessie per dag) uitgevoerd. Alle dieren ontvingen ten minste één enkele bilaterale injectie van één antagonist en één (of meerdere) unilaterale antagonistinjecties. Tijdens enkele unilaterale antagonist-experimenten, injecteerden we gelijktijdig zoutoplossing als een vehiculumcontrole contralateraal aan het halfrond dat antagonist ontving.

Micro-injectie en opname procedure.

Het apparaat voor gelijktijdige micro-injectie en registratie is eerder beschreven (du Hoffmann et al., 2011). De opnamekabel die vanaf de kopstrap leidde, eindigde in een 24-kanaals elektrische commutator met een centraal boorgat (Moog), die de signalen doorgaf aan het elektrofysiologische opnamesysteem. Twee spuiten werden gemonteerd in een enkele injectiespuitpomp die zich buiten de kamer bevond; vloeistofleidingen van de injectiespuiten leidden naar een tweekanaals vloeistofwartel (Instech Laboratories) die boven de commutator was gemonteerd. Vloeistofleidingen daalden van de wartel af door het boorgat van de commutator, liepen langs de opnamekabel en eindigden bij twee 33 gauge micro-injectoren.

Vóór de opnamesessie werden de micro-injectoren opgevuld met medicijnoplossing en vervolgens in de geleidecanules van het dier ingebracht. De microinjectoruiteinden strekten zich 0.5 mm uit voorbij de geleidecanules, zodat de punt van de microinjector zich onder de elektrodepunten en -670 μm van het midden van elke elektrode bevond. Voordat ze met medicijn werden opgevuld, werden de vloeistofleidingen en micro-injectoren gevuld met minerale olie en werd het niveau van het olie-waterige grensvlak gemarkeerd om het post hoc bevestiging dat het medicijn is geïnjecteerd. Ten slotte was de koptrap verbonden met het dier en waren de vloeistofleidingen stevig bevestigd aan de opnamekabel om de micro-injectoren op hun plaats te houden gedurende de duur van het experiment. Op deze wijze bereide dieren mochten de DS-taak uitvoeren voor een basislijnperiode van ten minste 45 min, gedurende welke neurale activiteit werd geregistreerd; vervolgens werd de spuitpomp op afstand aangezet om de medicijnen in de hersenen te infuseren. Bij injectie hoefde het dier niet te worden gehanteerd of de kamerdeur te worden geopend en de gedragssessie werd ononderbroken voortgezet gedurende de perioden van baseline, infusie en postinfusie.

Neurale spanningssignalen werden opgenomen met een versterker in de trap (eenheidsversterking), met versterkte 10,000-tijden en gedigitaliseerd met behulp van commerciële hardware en software (Plexon). We hebben opgenomen van 379-neuronen in 38 opname- / injectiesessies in 15-ratten. Van de 38-sessies werden 7 weggegooid vanwege slecht gedrag tijdens de pre-basislijnperiode of omdat er geen betrouwbare neuronen konden worden geïsoleerd. Onze neurale analyse concentreerde zich dus op 31 opname / injectiesessies waarin we opnamen maakten van 322 goed geïsoleerde neuronen in 12-ratten. Na elke opname / injectiesessie was de microdrive met de elektrodenmatrices voortgeschreden ~150 μm (een halve slag van de microdrive-schroef) om de elektroden ventraal te bewegen om te registreren van een nieuwe populatie van neuronen. Als er weinig (of geen) neuronen werden waargenomen, werd de array om de andere dag naar voren geschoven totdat neuronen werden gedetecteerd.

Analyse.

Gegevens werden verdeeld in pre-injectie-, postinjectie- en hersteltijdperioden, die respectievelijk werden gedefinieerd als de 45 min voor infusie van de antagonisten, de 40 min beginnend met het einde van de injectie en de laatste 33 min (2000 s) van elke sessie (die in totaal 2-3 h duurde). De nainjectieperiode komt overeen met de tijd gedurende welke de geneesmiddelen hun grootste gedragseffecten hebben wanneer ze bilateraal worden geïnjecteerd (Fig 1C).

 

Figuur 1.

Effecten van dopamine-receptorantagonisten op DS-cued-naderingsgedrag. A, Schematische weergave van de DS-taak. B, Mediane (punt) en middelste kwartielen (verticale lijnen) van DS (oranje) en NS (blauw) responsratio's in de pre-injectieperiode voor alle gedragssessies ...

Isolatie van afzonderlijke eenheden werd offline uitgevoerd met Offline Sorter (Plexon) met behulp van hoofdcomponentanalyse. Alleen eenheden met goed gedefinieerde golfvormen (> 100 μV) die duidelijk verschilden van ruisniveaus (<20-50 μV) werden in de daaropvolgende analyses opgenomen. Interspike-intervalverdelingen en kruiscorrelogrammen werden gebruikt om ervoor te zorgen dat afzonderlijke eenheden goed geïsoleerd waren van elkaar en van achtergrondruis (Neural Explorer-software; Nex-Tech). Tijdstempels van geverifieerde pieken werden geanalyseerd met aangepaste routines in de R-softwareomgeving. Peristimulus-tijdhistogrammen geconstrueerd rond de DS en NS, in tijdbakken van 50 ms, werden gebruikt om cue-opgewekte excitaties in Cijfers 2A, , 3,3, , 4,4, , 55A, , 66A, , 77A, , 88A en and1010A-C. Om te bepalen of een neuron een significante DS-opgewekte excitatie vertoonde, werd de Poisson-kansverdelingsfunctie berekend voor de basislijnperiode van de 10 vóór elke keu. Een neuron werd als DS-opgewonden beschouwd als het gemiddelde spike-tellingen boven het bovenste 99% -betrouwbaarheidsinterval van de verdeling van basislijn-afvuurtempo's in een of meer 50 ms-bins tussen 50 en 200 ms na het begin van de cue vertoonde. Voor neuronen met significante DS-opgewekte excitaties in de pre-injectie baseline periode, werd de gemiddelde schietfrequentie in 50 ms bins tijd vergrendeld naar DS en NS onset verkregen voor elke periode in elke sessie, en de gemiddelde en mediaan (Fig. 2C-E, , 55A, , 66A, , 77A, , 88A, , 1010B,C) Vuursnelheden over neuronen werden vergeleken. Omdat neuronen met statistisch detecteerbare NS-excitatie bijna onveranderlijk ook werden opgewekt door de DS [niet getoond, maar eerder gemeld (Ambroggi et al., 2011)], analyseerden we NS-responsen voor alle neuronen met een significant DS-antwoord. Tenzij anders aangegeven, rangschikken alle statistische vergelijkingen binnen de neuron Wilcoxon sommetests.

 

Figuur 2.

DS-opgewekte excitaties voorspellen het daaropvolgende gedrag bij het zoeken naar beloningen en coderen de nabijheid van de hendel. A, Gemiddelde pre-injectie peri-event tijdshistogrammen uitgelijnd met het begin van de DS (oranje trace) of NS (blauwe curve) voor 145 neuronen met significante excitatory ...

 

Figuur 3.

Voorbeeldneuronen tonen aan dat D1- en D2-antagonisten DS-opgewekte excitatie verminderen. Rasters en bijbehorende histogrammen tonen het afvuren van vier verschillende DS-geëxciteerde neuronen die zijn uitgelijnd met het DS-begin. Gegevens zijn afkomstig van de laatste 40-onderzoeken die onmiddellijk voorafgaan aan de start ...

 

Figuur 4.

De effecten van bilaterale dopamine-antagonistinjectie op cue-evoked excitation voorspellen de gedragseffecten op een trial-to-trial basis. A, C, Trial-by-trial-analyse van neuronale codering van de latentie van de rat om de hefboom te bereiken voor dezelfde getoonde neuronen ...

 

Figuur 5.

Activering van D1-receptor is vereist voor DS-opgewekte excitatie. A, Peri-gebeurtenis-tijdshistogrammen uitgelijnd op DS-aanvang voor neuronen met significante DS-opgewekte excitatie in de pre-injectieperiode. Sporen en wolken geven de gemiddelde ± SEM-afvuursnelheid aan ...

 

Figuur 6.

Activering van D2-receptor is noodzakelijk voor DS-opgewekte excitatie. A, Peri-gebeurtenis tijdshistogrammen uitgelijnd op DS onset voor neuronen met significante DS-opgewekte excitatie in de periode voorafgaand aan raclopride-injectie. DS-opgewekte excitaties werden door bilaterale verminderd ...

 

Figuur 7.

Activering van D1-receptor is niet vereist voor NS-opgewekte excitatie. A, Peri-gebeurtenis tijdhistogrammen uitgelijnd met NS-aanvang voor neuronen met significante DS-opgewekte excitatie in de pre-injectieperiode. Deze populaties overlappen elkaar volledig, dus dezelfde neuronen ...

 

Figuur 8.

Activering van D2-receptor is noodzakelijk voor door NS opgewekte excitatie. A, Peri-gebeurtenis tijdhistogrammen uitgelijnd met NS-aanvang voor neuronen met significante DS-opgewekte excitatie in de pre-injectieperiode. NS-excitatie was verminderd in de bilaterale en ipsilaterale omstandigheden ...

 

Figuur 10.

Zoutinfusie heeft geen invloed op DS- of NS-opgewekte excitatie en noch D1- noch D2-receptoractivering is vereist voor het handhaven van de baselinefrequenties. A, Single DS-geëxciteerde neuron opgenomen tijdens zoutoplossing infusie. Conventies zijn identiek aan deze ...

Voor Figuur 4, bepaalden we of de effecten van bilaterale antagonistinjectie op de latentie om de hefboom te bereiken gecorreleerd waren met de effecten van de antagonisten op de omvang van DS-opgewekte excitatie op een trial-by-trial basis. Eerst berekenden we de gemiddelde vuursnelheid van 100 tot 400 ms na DS-aanvang in elke proef voor alle geregistreerde neuronen die significante DS-excitatie vertoonden vóór bilaterale infusie van de antagonisten. Vervolgens berekenden we voor elk neuron de rangcorrelatiecoëfficiënt van Spearman door de trial-by-trial-omvang van DS-opgewekte excitatie te vergelijken met de latentie van de rat om de hefboom te bereiken bij overeenkomstige onderzoeken. Deze correlaties zijn uitgezet in histogrammen in Figuur 4B,D. Alle DS-trials werden in deze analyse opgenomen; als het dier niet op de hendel drukte, werd aan dat onderzoek een wachttijd van 10 s (de maximale lengte van de cue-presentatie) toegewezen. We berekenden deze correlatiecoëfficiënten voor de pre-injectieperiode zoals hierboven gedefinieerd; we verlengden de postinjectieperiode met 1000 s om een ​​bredere bemonstering van latenties te verkrijgen bij onderzoeken waarin de dieren reageerden na bilaterale infusie. Om de significantie van de individuele correlaties te bepalen, gebruikten we een tweezijdige asymptotisch t-approximatie omdat een exacte p waarde kan niet worden berekend wanneer er stropdassen in de ranggegevens aanwezig zijn. Vervolgens hebben we gepaarde Wilcoxon-tests gebruikt om de medianen van de verdelingen van correlatiecoëfficiënten voor en na antagonistinfusie te vergelijken.

Omdat NAc-neuronen lage baseline-afvuursnelheden hebben met lagere grenzen van het betrouwbaarheidsinterval dat vaak nul is, zijn remmingen veel moeilijker te detecteren en te kwantificeren dan excitaties. Dus, naast de hierboven beschreven procedure, die werd gebruikt om excitatie te detecteren, hebben we ook een ROC-analyse (receiver operating characteristic) gebruikt, een meer gevoelige methode, om de kans te kwantificeren dat de activeringssnelheid in opeenvolgende 50 MS-tijdbakken na het begin van de cue begint. was anders dan de activeringssnelheid in de baseline van de 10-precue. Deze analyse werd afzonderlijk uitgevoerd voor pre-injectie en postinjectieperioden. Voor elke bin hebben we het gebied onder de ROC-curve (AUC) berekend; AUC-waarden van 0.5 duiden niet op een verschil met het afvuren van precues, terwijl waarden dichter bij 0 of 1 aangeven dat de kans groter is dat het neuron respectievelijk wordt geremd of geëxciteerd. Om onbevooroordeeld de postcue-neurale activiteit over de gehele populatie van opgenomen neuronen af ​​te beelden, werden activeringssnelheden en AUC-waarden berekend voor 50 ms-bins; om de gegevens te verzachten, werden de bins door 10 ms voorgeschoten voor opeenvolgende AUC-berekeningen. De afgevlakte AUC-waarden werden vervolgens uitgezet als warmtekaarten met 10 ms-resolutie (waarbij elke waarde de AUC voorstelt in de volgende 50-ms) in Cijfers 5B, , 66B, , 77B, , 88B en and1010D,E.

Vervolgens hebben we gekwantificeerd of AUC-waarden, berekend in niet-overlappende bakken van 50 ms, een significant verschil in afvuren weerspiegelden. Voor elke bak hebben we eerst 10,000 bootstrapped AUC-waarden gegenereerd uit willekeurige shuffles van de precue-baseline-vuursnelheid en vuursnelheid in de bijbehorende post-reddingsbak. Vervolgens bepaalden we de tweezijdige kans dat de werkelijke AUC-waarde werd gehaald uit de verdeling van bootstrapped waarden; als de kans <0.05 was, beschouwden we het vuren in de bak als significant verschillend van de precue-basislijn. Ten slotte hebben we het aantal neuronen met afvuursnelheden in elke bak geteld dat significant groter of kleiner was dan het precue basislijnafvuren, en deze waarden uitgezet als fracties van de totale populatie (Fig. 5C, , 66C, , 77C, , 88C, , 99B,D, , 1010F,G).

 

Figuur 9.

Neurale activiteit die is uitgelijnd om beluchtingstoegang te belonen, wordt niet beïnvloed door ipsilaterale of contralaterale D1- of D2-antagonistinjectie. A, C, ROC AUC-waarden worden berekend en weergegeven zoals beschreven in Figuur 5B, behalve tijdbakken zijn langer (200 ms) en uitgelijnd ...

Om de verhoudingen van geëxciteerde of geremde neuronen in de pre-injectie- en postinjectieperioden te vergelijken, gebruikten we een aanpak voor gegevensreductie. Eerst hebben we de fractie van 50 ms-bins berekend tussen 0 en 1 s na het begin van de cue waarin elk neuron significante excitatie of remming vertoonde. Vervolgens vergeleken we deze fracties in de pre-injectie- en postinjectieperioden met een gepaarde Wilcoxon-test. Neuronen die geen significante modulatie vertoonden in een willekeurige bin in zowel pre-injectie- als postinjectieperioden werden uitgesloten van deze analyse en werden niet opgenomen in de grafieken die de mediane fractie van significante bins tonen (dot- en whiskerplots aan de rechterkant van elk deel in Fig. 5C, , 66C, , 77C, , 88C, , 1010F,G). Deze procedure elimineerde de invloed van de grote populatie van neuronen zonder verschil in activiteit tussen het post-DS-venster en de pre-DS-basislijn; deze populatie is van weinig belang, maar draagt ​​wel een groot aantal nulwaarden bij die het mediane aantal significante bins naar 0 vertekenen en obscure dalingen en toenamen in de fractie van significante bins na infusie verbergen.

Vergelijkbare analyses werden uitgevoerd voor consumptiegerelateerd vuren dat plaatsvond na binnenkomst in de beloningshouder. Dieren bleven meestal> 5 s in de opvangbak; daarom, om deze relatief lange tijdsintervallen vast te leggen, tonen we de resultaten met behulp van 200 ms-bakken (Fig 9). Het tijdvenster voor het vergelijken van verhoudingen van neuronen die waren opgewekt in de pre-injectie en postinjectieperioden was van 0 tot 1.5 s, terwijl het van 0 tot 5 s voor remmingen was; een korter analysevenster werd gebruikt voor excitaties omdat ze meestal meer van voorbijgaande aard waren. ROC-analyses werden uitgevoerd op het Albert Einstein College of Medicine High Performance Computing Cluster met behulp van het pROC-pakket voor R.

Om "baseline" -vuurtempo's te vergelijken die buiten de taakgebeurtenissen plaatsvonden, vergeleken we de gemiddelde brandsnelheid in de 10-bins vóór elke DS-pre-injectie en na-injectie van de antagonisten. Deze procedure is functioneel equivalent aan willekeurige bemonstering van baseline-activeringssnelheden omdat DS's op elk moment tijdens een gedragssessie een bijna gelijke kans krijgen. Neuronen werden geclassificeerd als hadden significante DS-opgewekte excitatie (vóór geneesmiddelinfusie) of niet, en vervolgens werden baseline-afvuurtempo's in de pre-injectie- en postinjectieperioden binnen deze groepen vergeleken met een gepaarde Wilcoxon-test (Fig 10H,I). We voerden ook een lineaire fit uit voor DS-opgewekte neuronen en vergeleken de helling van deze lijn met de eenheidslijn (helling van 1).

Als er meerdere vergelijkingen werden uitgevoerd op subsets met gegevens die afkomstig waren van hetzelfde onderwerp (Fig. 2C-E, , 55A,C, , 66A,C, , 77A,C, , 88A,C, , 99B,D, , 1010B,C,F,G), p waarden werden Bonferroni gecorrigeerd; dat wil zeggen, de p waarde werd vermenigvuldigd met het aantal gemaakte vergelijkingen. gecorrigeerd p waarden werden als significant beschouwd als p <0.05. Alle correcties zijn aangebracht met een factor 3 behalve voor Figuur 2C-E, waarin de factor 2 was.

Video volgen.

In een subset van experimenten werd de positie van de rat gemeten met behulp van een overheadcamera (30 frames / s) en een geautomatiseerd volgsysteem (Cineplex; Plexon). Het systeem heeft het x en y posities van twee verschillend gekleurde LED's bevestigd aan de opnamekop. Zoals eerder beschreven (McGinty et al., 2013), berekenden we een zwaartepunt dat het middelpunt tussen de LED-posities voor elk videoframe beschrijft. Ontbrekende gegevenspunten tot 10 opeenvolgende frames werden ingevuld met lineaire interpolatie; in de zeldzame gevallen waarin> 10 frames ontbraken, werden de gegevens verwijderd. Voor elk videoframe hebben we de SD van afstanden berekend tussen de positie van het zwaartepunt in dat frame en in een tijdvenster van ± 200 ms. Deze SD-metingen vormen de locomotorische index (LI) voor dat frame van de video. Log-getransformeerde LI's waren bimodaal verdeeld, met een lagere piek die tijdvakken van weinig of geen beweging vertegenwoordigde en een bovenste piek die de voortbeweging vertegenwoordigde (Drai et al., 2000). Vervolgens hebben we twee Gauss-functies aan de verdeling van LI's gekoppeld en de bewegingsdrempel bepaald als het punt waarop deze functies het minst overlappen.

Bewegingen werden gedefinieerd als ten minste acht opeenvolgende frames met LI's boven de locomotordrempel. Om het tijdstip van het begin van de beweging te bepalen, hebben we de analyse beperkt tot DS-onderzoeken waarbij het dier nog steeds in cue-begin was en vervolgens de latentie tussen het begin van de cue en het eerste frame waarin de LI de bewegingsdrempel overschreed (Fig. 1D-F, , 22B,D). Als er geen waarneembare beweging werd gemeten tijdens een proef, werd de latentie op die proef gedefinieerd als> 10 s (de lengte van de cue-presentatie, Fig 1D). Vergelijkbare resultaten werden verkregen wanneer dergelijke proeven werden weggelaten uit de analyse (gegevens niet getoond). De DS-cued beweging-latentieverdelingen werden vervolgens over ratten gepoold en de medianen werden vergeleken met een Wilcoxon-test. Om latentie te kwantificeren naar maximale snelheid en gemiddelde snelheid van door de DS aangestuurde hendel-gerichte bewegingen, gebruikten we alle proeven die eindigden met een hendelpers, zelfs als de rat bewoog bij DS-aanvang (Fig 1E,F).

Histologie.

Dieren werden diep verdoofd met Euthasol en intracardiaal geperfuseerd met zoutoplossing en 4% formaline. Gelijkstroom (15 μA) werd door elk van de elektroden in de matrices gevoerd voor ~30 s om laesies te genereren. Hersenen werden verwijderd en opgeslagen in formaline totdat ze werden verwerkt. Voordat ze werden gesneden met een cryostaat, werden de hersenen cryobeschermd door onderdompeling in 30% sucrose gedurende meerdere dagen. Secties (50 μm) werden gekleurd voor Nissl-substantie om cannula- en elektrodesporen en laesies zichtbaar te maken (Fig 11).

 

Figuur 11.

Histologische reconstructie van antagonist injectieplaatsen. Figuur toont twee coronale secties van de hersenen van de rat die het grootste deel van de anterieur-posterieure omvang van de NAc (0.8 mm-2.8 mm anterior van bregma) omvatten. Zwarte stippen staan ​​voor ...

Resultaten

We presenteerden ratten met twee auditieve stimuli met variabele intervallen van gemiddeld 30 s: een beloningsvoorspellende DS en een NS (Fig 1A; Nicola et al., 2004a,b; Ambroggi et al., 2008, 2011; McGinty et al., 2013). Een hendelpers tijdens de DS beëindigde de keu en een druppel sucrose werd afgegeven bij binnenkomst in de beloningshouder; als dieren niet reageerden binnen 10 s, werd de cue beëindigd zonder beloning en werd het intertriële interval gestart. Reacties tijdens dit interval en tijdens de NS hadden geen geprogrammeerd gevolg. NS's waren altijd 10 s. Getrainde dieren, die op de meeste DS's maar weinig NS's reageerden (Fig 1B), geïmplanteerd met gecanuleerde reeksen gericht op de NAc-kern. Tijdens experimenten voerden dieren eerst de taak uit voor een 45 min. Pre-injectieperiode gedurende welke NAc neurale activiteit werd geregistreerd. Vervolgens werd de D1-receptorantagonist SCH23390 of de D2 / 3-antagonist-raclopride bilateraal of unilateraal in het NAc ingebracht; dieren bleven in de kamer met taakincontinenties die van kracht waren gedurende de infusie en voor ten minste 75 min. daarna.

In overeenstemming met eerdere studies (Yun et al., 2004; Nicola, 2010), bilaterale infusies van beide antagonisten in de NAc-kern verminderden het aantal DS's waaraan het dier reageerde significant (Fig 1C, donkergrijze sporen) en verhoogde de latentie om voortbeweging te initiëren zoals gemeten door videotracking in een subset van sessies (Fig 1Dgrijs gestreepte sporen). Daarentegen hadden unilaterale infusies met dezelfde doses geen effect op de DS-responsratio (Fig 1C, lichtgrijze sporen), latentie om beweging te initiëren na DS-aanvang (Fig 1D, gestippelde lichtoranje sporen) en latentie om de hendel of bewegingssnelheid te bereiken tijdens hefboombenaderingen (Fig 1E,F). Deze gedragsgegevens tonen aan dat NAc-dopamine in een enkele halfrond voldoende is om het gedrag te handhaven, zelfs al blokkeert de blokkering van D1- of D2 / 3-receptoren in beide hemisferen de respons aanzienlijk. Deze dissociatie biedt een kritisch experimenteel voordeel, omdat het ons in staat stelt om de effecten van dopamine-antagonisten op neurale activiteit te testen wanneer het gedrag verminderd is (bilaterale injectie) en wanneer dit niet het geval is (eenzijdige injectie), waardoor de potentiële verwarring wordt uitgesloten dat waargenomen veranderingen in neurale activiteit na antagonistinfusie zijn ondergeschikt aan veranderingen in gedrag.

We hebben opgenomen van 322 NAc-neuronen in 31 opname- / injectiesessies in 12-ratten. Ongeveer 45% van de opgenomen neuronen was significant opgewonden door DS-presentatie. Deze excitaties vertoonden eigenschappen die vergelijkbaar waren met die eerder gemeld (Yun et al., 2004; Nicola et al., 2004a; Ambroggi et al., 2011; McGinty et al., 2013; Morrison en Nicola, 2014): ze waren groter dan die opgeroepen door NS's (Fig 2A); ze begonnen met een korte latentie na het begin van de cue (~120 ms) en vonden plaats vóór de start van een op een hefboom gerichte beweging (Fig 2B); en hun magnitude was gecorreleerd met de waarschijnlijkheid van een gedragsreactie, bewegingsinitiatielatentie en nabijheid tot de hendel (McGinty et al., 2013; Fig 2C-E).

Bilaterale infusie van ofwel de D1or D2 / D3-antagonist veroorzaakte een sterke vermindering van de omvang van DS-opgewekte excitatie. Zoals getoond in twee voorbeeld neuronen (Fig 3A,C), was dit effect het meest uitgesproken in de minuten onmiddellijk na de infusie, wat overeenkomt met de maximale afname van door cue-opgewekte naderingsgedrag veroorzaakt door de injecties (Fig 3A,C, blauwe rasters en histogrammen). Toen het gedragseffect herstelde, herstelde ook de reactie op het schieten (Fig 3A,Czwarte rasters en histogrammen). Dit patroon van resultaten was consistent voor cue-excited neuronen (Fig. 5A, , 66A, Bilaterale histogrammen en whiskerplots). Ter ondersteuning van de hypothese dat deze excitaties de kracht van de hendel-naderingsbeweging bepalen, voorspelde de omvang van de cue-opgewekte excitatie tijdens de pre-injectieperiode de latentie van het dier om de hendel te bereiken (Fig 4A,C, links). Na bilaterale D1- of D2-antagonistinjectie werden deze latencies duidelijk verschoven naar hogere waarden, vaak zo hoog dat er helemaal geen reactie was binnen de cue-presentatie van de 10 (Fig 4A,Clinker en rechter latentieverdelingen). Opvallend was dat, hoewel cue-evoked firing werd verminderd door de antagonisten, het de kracht van de gedragsreactie tijdens de postinjectie- en herstelperioden bleef voorspellen (Fig 4A,C, juiste rastergrafieken). Deze waarneming geeft aan dat de gedrags- en neurale effecten van het medicijn per proef waren gecorreleerd: hoe groter de afname van het aantal stoken veroorzaakt door een dopamine-antagonist, hoe groter de latentie om de lever te bereiken en hoe lager de kans dat de dier heeft de hendel helemaal bereikt.

Om de consistentie van deze trial-by-trial correlatie te beoordelen, berekenden we, voor elk cue-excited neuron, de Spearman rangcorrelatie tussen de grootte van de excitatie en de latentie om op de hendel te drukken. We hebben een wachttijd van 10 s toegewezen aan onderzoeken waarbij er geen reactie was; latentie in deze proeven was daarom gebonden aan de hoogste rang. (Vergelijkbare resultaten werden verkregen als proeven zonder een DS-cued hendelreactie werden weggelaten uit de analyse; gegevens niet getoond.) Wanneer we de correlatiecoëfficiënten in de pre-injectieperiode vergeleken met die in de gecombineerde postinjectie / herstelperiode, ontdekten we dat bijna alle van de coëfficiënten waren in beide perioden negatief. Bovendien hadden de antagonisten geen significant effect op de mediane coëfficiënt of verschoven ze de verdeling naar nog meer negatieve waarden (Fig 4B,D). Daarom voorspelt niet alleen de populatie van cue-opgewekte neuronen op betrouwbare wijze de latentie van de gedragsrespons, maar de toename van de latentie van de respons veroorzaakt door een antagonist in een bepaald onderzoek wordt robuust voorspeld door de effecten van de antagonist op cue-opgewekte excitatie op dat onderzoek. Deze resultaten leveren sterk bewijs voor een causale rol voor endogeen dopamine bij het bepalen van de kracht van de beloningszoekende reactie op de keu: dopamine verhoogt de cue-opgewekte excitatie van NAc-neuronen, wat op zijn beurt een korte latentiebenadering van de hefboom veroorzaakt.

Een alternatieve interpretatie van deze resultaten is dat verminderde cue-evoked excitatie een gevolg is van een verminderde reactie op gedrag, misschien omdat de excitatie slechts de gedragsrespons volgt (of anticipeert) maar niet causaal is. Als dit het geval is, mag toediening van de antagonisten op een zodanige wijze dat ze het gedrag niet beïnvloeden, niet resulteren in verminderde cue-evoked excitation. Zoals echter aangetoond in twee voorbeeldneuronen (Fig 3B,D), verminderde unilaterale injectie van beide D1or D2 / D3 antagonisten de omvang van cue-evoked excitation aanzienlijk, hoewel unilaterale injecties de gedragsprestaties niet veranderden. Vergelijkbare resultaten werden verkregen bij het middelen over cue-opgewekte excitaties opgenomen in het geïnjecteerde NAc (Fig. 5A, , 66A, Ipsilaterale histogrammen); bovendien laten de gemiddelde gegevens zien dat cue-opgewekte excitaties in neuronen die zijn geregistreerd in de NAc, contralateraal ten opzichte van de injectie, niet werden beïnvloed (Fig. 5A, , 66A, Contralaterale histogrammen). Om de mogelijkheid uit te sluiten dat de verlaging van cue-opgewekte excitatie ipsilateraal naar de injecties toe te schrijven was aan kleine verschillen in gedragsresponskans, herhaalden we de analyse na uitsluiting van alle onderzoeken waarbij het dier geen respons op de hefboompers had; vergelijkbare resultaten werden verkregen (gegevens niet getoond; p <0.05 voor zowel D1- als D2-antagonisten, Wilcoxon). Deze resultaten geven aan dat het onwaarschijnlijk is dat de door antagonisten geïnduceerde vermindering van cue-opgewekte excitatie het gevolg is van verminderde gedragsprestaties.

Hoewel de temporele eigenschappen van cue-evoked excitation redelijk vergelijkbaar waren tussen neuronen, waren remmingen na cue onset diverser, meestal vertonen ze later en minder stereotiepe tijdcursussen dan excitaties (Fig. 5B, , 66B). Analyses van remmingen (en tot op zekere hoogte excitaties) die focussen op een enkel tijdvenster kunnen daarom een ​​aanzienlijk deel van het signaal missen. Bovendien kunnen standaard statistische detectiemethoden niet consistent dalingen van zeer lage basale afvuursnelheden identificeren, waaronder die van veel NAc-neuronen. Om deze problemen te omzeilen, hebben we een meer inclusieve aanpak gekozen, waarin we kwantificeerden, voor 50 ms postcue tijdbakken in elk opgenomen neuron, waarbij de ROC-AUC het verschil vertegenwoordigt tussen vuren in de bak en de baseline van de precue. Warmtekaarten met AUC-waarden in tijdbins die zijn uitgelijnd op DS-begin (Fig. 5B, , 66B) aantonen dat vermindering in DS-opgewekte excitatie na bilaterale en ipsilaterale (maar niet contralaterale) injecties van D1- en D2-antagonisten werd uitgesproken in bijna elk cue-geëxciteerd neuron en zich voordeed over het gehele tijdsverloop van de excitatie. Daarentegen waren remmingen na het begin van de DS niet verminderd. Om deze effecten te kwantificeren, hebben we vastgesteld of elke AUC-waarde een significant verschil ten opzichte van de basislijn aangeeft door een bootstrapped p-waarde te berekenen die de waarschijnlijkheid weergeeft dat de AUC is bemonsterd uit de distributie van AUC's die zijn gegenereerd op basis van willekeurig geschudde baseline- en postcue-bakvuurpercentages (zie Materialen en werkwijzen). Zoals blijkt uit grafieken van het aandeel neuronen met significante (p <0.05) excitatie of remming in elke bak afgestemd op DS onset (Fig. 5C, , 66Clinkergrafieken in elke kolom), werd de fractie van excitaties, maar niet remmingen, verminderd door bilaterale en ipsilaterale injecties van de antagonisten. Deze interpretatie werd statistisch bevestigd door de verhoudingen van significant geëxciteerde en geremde containers in het volledige post-DS-venster van 1 te vergelijken (Fig. 5C, , 66C, puntgrafieken). Excitaties na het begin van DS werden dus verminderd met D1 en D2 antagonistinjectie, maar remmingen waren dat niet.

Inderdaad, het aantal neuronen dat significante remming vertoonde, was toegenomen na sommige soorten injectie (Fig. 5B,C, , 66B,C). Het is onwaarschijnlijk dat deze optredende remmingen hebben bijgedragen aan de gedragseffecten van bilaterale antagonistinfusies omdat ze niet consistent waren (ze deden zich bijvoorbeeld voor na bilaterale en contralaterale, maar niet ipsilaterale D1-antagonistinjectie en na ipsilaterale, maar niet bilaterale D2-antagonistinjectie) en daarom ze verklaren niet de gedragseffecten van de antagonisten. Bovendien waren deze late remmingen het meest prominente ~600 ms na het DS-begin, een tijdstip waarop, in de controleconditie, ~50% van het doelgerichte benaderingsgedrag al was geïnitieerd (Fig 2B). Het is daarom onwaarschijnlijk dat emergente remmingen hebben bijgedragen aan de door antagonisten geïnduceerde toename van de latentie van de initiatie-initiatie of vermindering van de responskans. Intrigerend is dat de grote meerderheid van emergente remmingen optraden in DS-opgewekte neuronen, gewoonlijk tegen het einde van de excitatie (bilaterale D1-antagonist: 14 / 17-neuronen, 82%; ipsilaterale D2-antagonist: 11 / 16-neuronen, 69%; Fig. 5B,C, , 66B,C), in overeenstemming met de mogelijkheid dat ze werden ontmaskerd door de door antagonisten geïnduceerde vermindering van de excitatorische respons en de hypothese ondersteunen dat het afvuren van DS-opgewekte neuronen causaal is voor het initiëren van naderingsgedrag.

NS-presentaties, die zelden hefboom-press responsen uitlokken (Fig 1B), veroorzaakte kleine maar consistente excitatie in dezelfde neuronen die werden opgewonden door de DS (Fig 2A). Verrassend genoeg werden NS-opgewekte excitaties niet verminderd door de D1-antagonist, ofwel in grootte (Fig 7A) of in aantal opgewonden neuronen (Fig 7B,C). D2-antagonistinjectie daarentegen verminderde zowel de omvang als het aantal door NS opgewekte excitaties (Fig 8). NS-opgewekte remmingen werden niet verminderd door beide antagonisten (Fig. 7B,C, , 88B,C). Daarom is onder deze omstandigheden activering van de D1-receptor vereist voor NAc-neuronen om excitaties met grote magnitude te produceren in respons op opvallende beloningsvoorspellende stimuli, terwijl activering van D2-receptor vereist is voor responsen op beloningsvoorspellende en neutrale stimuli.

We hebben de mogelijkheid overwogen dat verminderd beloningszoekgedrag na bilaterale infusies het gevolg zou kunnen zijn van een onderbreking van een neuraal proces met betrekking tot wapening of tot hedonische verwerking van beloning. Dergelijke processen kunnen betrekking hebben op de subpopulaties van NAc-neuronen die worden geremd of geëxciteerd tijdens consumptie van sucrose (Nicola et al., 2004b; Roitman et al., 2005; Taha and Fields, 2005). Omdat dieren beloning bleven verdienen na eenzijdige antagonistinfusie, waren we in staat om te bepalen of neuronale activiteit gerelateerd aan beloningsconsumptie afhankelijk was van dopaminereceptoractivering. We onderzochten het vuren gedurende de 5 seconden nadat het dier de beloningshouder binnenkwam, de tijdsperiode waarin beloningsconsumptie meestal plaatsvindt (Nicola, 2010). Met behulp van ROC-analyse vergeleken we het schieten in 200 ms-bins in dit venster met de basislijn van de precine van de 10; warmtekaarten van de resulterende AUC-waarden vertonen weinig effect van antagonistinjectie ipsilateraal of contralateraal ten opzichte van de injectie (Fig 9A,C). De verhoudingen van geëxciteerde en geremde neuronen werden niet beïnvloed door de antagonisten (Fig 9B,D), wat sterk suggereert dat consumptie-gerelateerde excitaties en remmingen niet afhankelijk zijn van dopamine. Vergelijkbare resultaten werden verkregen toen we dezelfde analyse uitvoerden met behulp van 50 ms-bakken (gegevens niet getoond).

Om de mogelijkheid uit te sluiten dat de waargenomen resultaten het gevolg waren van een andere factor dan de antagonist (bijv. Fysieke verstoring veroorzaakt door de injectie of een component van het geneesmiddeldrager) injecteerden we zoutoplossing in sommige experimenten. Zoals getoond door een voorbeeld neuron (Fig 10A) en door de gemiddelde excitatie over cue-geëxciteerde neuronen (Fig 10B), DS-opgewekte excitaties werden niet veranderd door injectie met zoutoplossing; NS-opgewekte excitaties werden ook niet beïnvloed (Fig 10C). Bovendien had zoutoplossing geen invloed op het aantal neuronen met significante excitatie en remming na DS- of NS-aanvang (Fig 10D-G).

Ten slotte vroegen we of dopamine-receptoractivatie tolerant zou kunnen zijn voor cued approach-gedrag door bij te dragen aan baseline-afvuursnelheden van NAc-neuronen. In tegenstelling tot deze hypothese was er geen significant effect van de D1- of D2-antagonist op de baseline-afvuurtempo's van DS-opgewekte of andere NAc-neuronen (Fig 10H,I).

Discussie

Deze bevindingen suggereren een mechanisme waarbij NAc-dopamine beloningszoekend gedrag bevordert dat wordt opgewekt door omgevingsstimuli: activering van dopaminereceptoren vergemakkelijkt cue-opgewekte excitaties, die op hun beurt korte-latency-initiatie van benadering van met beloning verbonden objecten bevorderen. Deze conclusie wordt sterk ondersteund door de waarneming dat bilaterale dopamine-antagonistinjectie zowel de latentie om beweging te initiëren deed toenemen (Fig 1D) en verminderde de omvang van cue-evoked excitations (Fig. 33​-6). Verminderde cue-evoked excitatie kan geen gevolg zijn van slecht gedrag, omdat eenzijdige injecties het door de DS aangestuurde gedrag niet veranderden (Fig 1C-F), maar toch sterk verminderde DS-opgewekte excitatie in het geïnjecteerde weefsel (Fig. 3B,D, , 5,5, , 6) .6). Deze excitaties waren een overheersende neurale respons in het NAc (voorkomend in 45% van de opgenomen neuronen) en ze gingen allebei vooraf aan het begin van de beweging (Fig 2B) en voorspelde wachttijd voor beweging, met meer vuurwerk bij proeven met kortere latentie (Fig 2D) (McGinty et al., 2013; Morrison en Nicola, 2014). Daarom is cue-evoked excitation zowel dopamine-afhankelijk als noodzakelijk voor een krachtige beloning.

Onze resultaten tonen aan dat cue-evoked excitation, en geen andere vorm van neurale activiteit in het NAc, waarschijnlijk een kritisch signaal is in het neurale circuit dat de latentie van doelgerichte bewegingen bepaalt. Deze conclusie volgt uit de waarneming dat de antagonisten cue-evoked excitation verminderden zonder cue-opgeroepen remmingen, beloningsconsumptie-geassocieerd schieten of baseline-schietfrequenties te verminderen. Bovendien waren de onderzoeken waarbij bilaterale injecties van de antagonisten het meest effectief waren in het verminderen van de opwinding die waarbij de grootste gedragsstoornis werd veroorzaakt (Fig 4), die sterk pleit tegen de mogelijkheid dat een andere niet-gedetecteerde verandering in neuronale codering verantwoordelijk was voor de gedragseffecten. Daarom koppelen onze gegevens de activering van dopaminereceptoren in het NAc, de omvang van de cue-opgewekte excitatie en de latentie van het dier om het zoeken naar beloningen te initiëren, stevig aan elkaar te koppelen.

Eerder werk toonde aan dat VTA-inactivatie die NAc-opgewekte excitaties en remmingen verminderde, dieren er ook van weerhield om benaderend gedrag te vertonen (Yun et al., 2004). Deze studie heeft echter niet de mogelijkheid uitgesloten dat deze veranderingen een indirect circuiteffect waren. Hier laten we zien dat dopamine-receptoren lokaal voor de opgenomen neuronen nodig zijn voor cue-opgewekte excitatie, waarbij de mogelijkheid wordt geëlimineerd dat de antagonistische effecten het gevolg zijn van een actie van dopamine stroomopwaarts van het NAc. Daarentegen werden cue-opgewekte remmingen verminderd door inactivatie van VTA (Yun et al., 2004), werden ze niet verminderd door injectie met lokale dopamine-antagonisten en daarom is het onwaarschijnlijk dat deze remmingen het resultaat zijn van een directe werking van dopamine in het NAc.

De effecten van de D1- en D2-antagonisten op zowel DS-evoked approach-gedrag als DS-evoked firing waren opmerkelijk vergelijkbaar. Deze waarnemingen komen overeen met een lange reeks NAc-micro-injectie-experimenten waarbij D1- en D2-antagonisten bijna ononderscheidbare gedragseffecten produceerden bij doses die vergelijkbaar zijn met de onze (Hiroi en White, 1991; Ozer et al., 1997; Koch et al., 2000; Eiler et al., 2006; Pezze et al., 2007; Lex en Hauber, 2008; Liao, 2008; Nicola, 2010; Shin et al., 2010; Haghparast et al., 2012). Deze resultaten, samen met het contrast tussen de antagonistconcentratie in het injectaat dat vereist is om effecten (mm) en de affiniteit van de geneesmiddelen voor hun doelen (nm) waar te nemen, doen twijfels rijzen of de medicatie-effecten specifiek zijn. Hoewel de effectieve concentratie bij de receptor waarschijnlijk aanzienlijk lager is dan de geïnjecteerde concentratie als gevolg van diffusie, metabolisme en oxidatie van de geneesmiddelen, is de gecombineerde werkzaamheid en tijdsverloop van deze processen onbekend. Daarom is een formele mogelijkheid dat zowel de gedrags- als elektrofysiologische effecten van SCH23390 en raclopride het resultaat zijn van beide geneesmiddelen die één of meer receptoren binden die helemaal niet door dopamine gebonden zijn. Verschillende factoren pleiten tegen deze mogelijkheid. Cue-evoked approach gedrag wordt niet alleen geblokkeerd door SCH23390 en raclopride, maar ook door injectie van de breed-spectrum dopamine receptorantagonist flupenthixol in het NAc (Di Ciano et al., 2001; Saunders en Robinson, 2012), door inactivatie van de VTA (Yun et al., 2004) en door laesie van het NAc met 6-hydroxydopamine (Parkinson et al., 2002), die selectief catecholaminerge vezels doodt. Bovendien verhoogt de NAc-injectie van een dopamineheropnameremmer, een D1- of D2-receptoragonist, of de dopamineasibare amfetamine de kans op cued-benadering (Wyvell en Berridge, 2000; Nicola et al., 2005; du Hoffmann en Nicola, 2013). Ten slotte wordt optogenetische zelfstimulatie van VTA-dopaminneuronen (een gedrag dat ongetwijfeld wordt gehandhaafd door activering van dopamine-neuronen) verzwakt door injectie van SCH23390 of raclopride in het NAc in doses die vergelijkbaar zijn met die welke hier worden gebruikt (Steinberg et al., 2014). Het is moeilijk om een ​​eenvoudig mechanisme voor te stellen dat elk van deze resultaten zou kunnen verklaren zonder te beweren dat SCH23390 en raclopride de cued-benadering benaderen door de effecten van endogeen dopamine te blokkeren.

Een alternatieve mogelijkheid is dat de antagonisten niet alleen hun doelreceptoren binden, maar ook dopamine-receptoren die niet op het doel zijn gericht. Bij concentraties van 10 μm of lager bindt raclopride niet aan D1-achtige receptoren (Hall et al., 1986); hogere concentraties zijn niet getest. Daarom zou raclopride specifiek kunnen zijn voor D2 / D3-receptoren, zelfs bij de mm-injectaatconcentraties die door ons en anderen worden gebruikt, vooral nadat rekening is gehouden met diffusie, metabolisme en oxidatie. Schattingen van de SCH23390-bindingsconstante voor D2-achtige receptoren variëren van 1 tot 5 μm (Bourne, 2001; Mottola et al., 2002); hoewel deze waarden suggereren dat SCH23390 D2 / D3-receptoren bindt aan de geïnjecteerde concentraties, is de functionele werkzaamheid van SCH23390 bij het blokkeren van activering van D2-achtige receptoren door dopamine onbekend. Onze waarneming dat raclopride NS-opgewekte excitatie verlaagde, terwijl SCH23390 niet het idee ondersteunde dat de geneesmiddelen bij verschillende receptoren werkten, maar hun specificiteit niet definitief aantoont. Desalniettemin, zelfs als één of beide geneesmiddelen beide receptortypen zouden blokkeren om DS-opgewekte excitatie te verminderen, zou dit volledig consistent zijn met onze conclusie dat activering van ten minste één vorm van dopaminereceptor vereist is voor DS-opgewekte excitatie. Hoewel de vraag naar de geneesmiddelspecificiteit dus onbeantwoord blijft, verzwakt deze vraag slechts marginaal onze belangrijkste conclusie dat dopamine de cued-benadering vergemakkelijkt door cue-evoked excitation te verhogen.

Als de geneesmiddelen inderdaad specifiek werkten, suggereren onze bevindingen dat D1 en D2 / D3-antagonisten elk gereduceerd cue-evoked firing in de meeste cue-excited neuronen suggereren dat activering van deze receptoren synergetisch leidt tot excitatie in dezelfde neuronen. Terwijl D1- en D2-receptoren worden aangetroffen in grotendeels gesegregeerde neuronenpopulaties in het NAc (Albin et al., 1989; Gerfen et al., 1990), bevatten substantiële hoeveelheden NAc core en shell neuronen die D1-receptoren tot expressie brengen ook mRNA voor D3-receptoren (Le Moine en Bloch, 1996), die worden geblokkeerd door D2-antagonisten, waaronder raclopride. Co-expressie van D1- en D3-receptoren biedt een mogelijk mechanisme waardoor dopamine excitatie in NAc-neuronen zou kunnen bevorderen door een synergistisch effect dat zou worden geblokkeerd door D1- of D2 / 3-antagonisten (Schwartz et al., 1998). Als alternatief (of daarnaast) kan de interactie tussen D1- en D2- (en / of D3) -receptoren plaatsvinden op het lokale circuitniveau (Ga naar en gratie, 2005; Gerfen en Surmeier, 2011). Bijvoorbeeld, dopamine werkt op D1-receptoren om GABA-afgifte op NAc-neuronen te verminderen (Nicola en Malenka, 1997; Hjelmstad, 2004), een effect dat excitatie zou kunnen bevorderen in samenwerking met activering van D2 / D3-receptoren op spiny neuronen (Hopf et al., 2003). Met name stellen deze mechanismen dat dopamine de neuronen van NAc niet direct exciteert, maar eerder hun prikkelbaarheid verhoogt in reactie op glutamaterge input; dus kunnen ze verklaren waarom cue-opgewekte excitaties niet alleen worden geblokkeerd door dopamine-antagonisten, maar ook door inactivatie van de basolaterale amygdala en prefrontale cortex (Ambroggi et al., 2008; Ishikawa et al., 2008), die beide glutamaterge projecties naar het NAc sturen (Brog et al., 1993).

De overeenkomsten en verschillen tussen SCH23390 en raclopride-effecten kunnen het resultaat zijn van twee contrasterende neurale mechanismen, met inbegrip van fasische en tonische dopamine. Omdat zowel D1- als D2 / D3-antagonisten DS-opgewekte excitatie verminderden, maar de kleinere door NS opgewekte excitatie die in dezelfde neuronen plaatsvond, alleen werd verlaagd door de D2 / D3-antagonist (Fig. 8, , 9) 9) lijkt het erop dat dopamine de codering van de stimuluswaarde bevordert via activering van D1-receptoren, maar faciliteert het afvuren van reacties op alle signalen (ongeacht of deze zijn geassocieerd met een waardevolle uitkomst) via D2 / D3-receptoren. Dit kan te wijten zijn aan de grotere fasische dopamine-transiënten die in het NAc worden opgewekt door beloningsvoorspellende dan neutrale signalen (Phillips et al., 2003; Roitman et al., 2004). Omdat D2 / 3-receptoren een hogere affiniteit voor dopamine hebben dan D1-receptoren, kunnen kleine door NS opgewekte dopamine-transiënten voldoende zijn om alleen D2 / 3-receptoren te activeren, terwijl beloningsvoorspellende DS's de dopamineconcentratie kunnen verhogen tot niveaus die hoog genoeg zijn om D1-receptoren te activeren (Grace, 1991).

Als alternatief zou de grootte van cue-opgewekte excitatie kunnen worden geregeld door tonisch, in plaats van fasisch dopamine. Tonische dopaminespiegels kunnen de alternatieve kosten van niet-handelen weerspiegelen (Niv et al., 2007), waardoor de kracht van de operante uitvoering wordt ingesteld. Dus, als voldoende hoge tonische dopamine-niveaus worden bereikt, zouden voldoende dopaminereceptoren kunnen worden geactiveerd om cue-opgewekte excitatie te vergemakkelijken en de latentie van een beloningszoekende benadering te verminderen. Een vergelijkbaar mechanisme kan ook ten grondslag liggen aan de bekende bijdrage van NAc dopamine tot de prestaties van niet-opererende taken die een hoge mate van inspanning vereisen (Salamone en Correa, 2012), waarbij verstoring van dopamine de latenties verhoogt om het operandum te benaderen (Nicola, 2010). Impliciete externe aanwijzingen (bijv. Het zien van de hendel) of interne signalen (bijv. Voortkomend uit timing of honger) kunnen de nadering van opwindende NAc-neuronen in grotere mate in gang zetten wanneer de kans op kosten en het gehalte aan dopamine hoog zijn.

Samenvattend laten onze resultaten, ongeacht het specifieke farmacologische mechanisme, zien dat NAc dopamine beloningszoekend gedrag bevordert door de excitatie van NAc-neuronen te verheffen tot saillante omgevingsstimuli. De grootte van deze excitatie bepaalt de latentie van het subject om een ​​naderingsreactie te initiëren. Via dit mechanisme reguleert dopamine zowel de kracht als de waarschijnlijkheid van op cued beloning zoeken.

voetnoten

Referenties