Proc Natl Acad Sci US A. 2007 Mar 20; 104 (12): 5181-6. Epub 2007 Mar 9.
Ventura R, Morrone C, Puglisi-Allegra S.
bron
Santa Lucia Foundation, Europees Centrum voor Hersenonderzoek (CERC), Via del Fosso di Fiorano 65, 00143 Rome, Italië. [e-mail beveiligd]
Abstract
Recent bewijs suggereert dat belonende en aversieve stimuli dezelfde hersengebieden beïnvloeden, inclusief mediale prefrontale cortex en nucleus accumbens. Hoewel het bekend is dat nucleus accumbens reageert op opvallende stimuli, ongeacht hun hedonische valentie, met selectieve verhoogde dopamine-afgifte, is er weinig bekend over de rol van de prefrontale cortex bij motivatie met betrekking tot beloning en aversie of over de betrokken neurotransmitters. Hier zien we dat selectieve norepinefrine depletie in de mediale prefrontale cortex van muizen de toename van de afgifte van norepinephrine door de prefrontale cortex en van dopamine door nucleus accumbens afschafte die wordt veroorzaakt door voedsel, cocaïne of lithiumchloride en de plaatsconditionering beïnvloed door zowel lithium als chloride (afkeer) en voedsel of cocaïne (voorkeur). Dit is bewijs dat prefrontale corticale norepinephrine transmissie noodzakelijk is voor motivationele saillantie toeschrijving aan zowel beloning- als aversiegerelateerde stimuli door modulatie van dopamine in nucleus accumbens, een hersengebied dat betrokken is bij alle gemotiveerde gedragingen.
Zowel dieren als mensen hebben de neiging om naar beloningen te zoeken en straffen te vermijden. Dit duidelijk adaptieve gedrag houdt het vermogen in om de waarde van het belonen en straffen van stimuli te vertegenwoordigen, voorspellingen hierover vast te stellen en deze voorspellingen te gebruiken om gedrag te sturen (1). Voor zover emoties kunnen worden gedefinieerd als "toestanden die worden opgewekt door bekrachtigers (beloningen en straffen)" (2), kan het begrijpen van de hersengebieden die betrokken zijn bij het verwerken van motiverend opvallende beloning of aversieve stimuli relevant zijn voor het begrijpen van talloze emotionele tekortkomingen bij mensen.
Recente gegevens geven aan dat nucleus accumbens (NAc) en prefrontale cortex (pFC) een algemeen substraat vormen voor de verwerking van zowel belonende als aversieve stimuli (3-7). Ventraal striatum (of NAc) is betrokken bij de verwerking van de informatie die ten grondslag ligt aan de motivatiecontrole van doelgericht gedrag, en onderzoek bij mensen en dieren ondersteunt een algemene rol voor dit hersengebied bij het verwerken van zowel belonende als aversieve stimuli, ongeacht de valentie (3-8 ).
Bovendien suggereert een groot aantal gegevens dat pFC rechtstreeks betrokken is bij doelgericht gedrag en bij affectieve verwerking (1, 9). Hoewel dopamine-overdracht in NAc is voorgesteld als bemiddelaar voor een gedeeld "motiverende opvallendheid" -proces in positieve en negatieve valentie (3, 6), is de rol van pFC in dit proces en het betrokken neurochemische substraat nog steeds onbekend.
Norepinephrine transmissie in pFC wordt geactiveerd door aversieve stimuli (10, 11) en door aversieve en geconditioneerde appetitieve stimuli (12, 13). Bovendien is recent aangetoond dat norepinephrine in mediale pFC (mpFC) betrokken is bij de belonende effecten van sommige veel gebruikte drugs door zijn modulerende werking op dopamine-afgifte in NAc (14, 15). Dit suggereert dat de prefrontale corticale norepinephrine-transmissie accumulerend dopamine gebruikt om motiverende opvallende stimuli te verwerken.
Hier gaan we, met behulp van muizen, na of het prefrontale corticale norepinefrine / mesoaccumbens dopamine-systeem een veelvoorkomend neuraal substraat is dat betrokken is bij de verwerking van affectief positieve en negatieve stimuli. We onderzochten in het bijzonder of norepinephrine in mpFC, via zijn modulerende werking op het dopaminerge mesolimbische systeem, noodzakelijk is voor het toekennen van motivationele saillantie aan beloning- en aversiegerelateerde stimuli.
Omdat ervaring een belangrijke bepalende factor is voor de motivatie-impact van een bepaalde stimulus (7), hebben we de effecten geëvalueerd van de eerste blootstelling aan belonende natuurlijke (eetbare voedingsmiddelen, melkchocolade) en farmacologische (cocaïne) stimuli en een aversieve farmacologische stimulus [lithiumchloride (LiCl)] op prefrontale corticale norepinefrine en accuma- le dopamine-afgifte door intracerebrale microdialyse. Om te bepalen of norepinefrine-prefrontale transmissie de toegenomen cumulatieve dopamine-uitstroom reguleert die wordt veroorzaakt door de eerste blootstelling aan deze motiverend opvallende stimuli, hebben we ook de effecten geëvalueerd van selectieve norepinefrineverarming in mpFC op dopaminevrijgave in NAc en op norepinefrinevrijstelling in mpFC geïnduceerd door eerste blootstelling deze stimuli.
Ten slotte onderzochten we de effecten van selectieve noradrenerge prefrontaal uitputting op geconditioneerde plaats voorkeur (CPP) geïnduceerd door chocolade en cocaïne en op geconditioneerde plaatsaversie (CPA) geïnduceerd door LiCl. Voor deze studie werd een plaatsverzaringsprocedure gekozen omdat het de beoordeling van de verwerving van geconditioneerde appetijtelijke en aversieve eigenschappen aan stimuli in combinatie met primaire beloningen en aversieve gebeurtenissen mogelijk maakte en omdat uit een groot aantal gegevens blijkt dat het een betrouwbare maat is voor onderliggende processen. motivationele saillantie toeschrijving aan stimuli (3, 16).
RESULTATEN
Experimenteer 1.
Om te evalueren of de eerste blootstelling aan zowel belonende als aversieve saillante stimuli prefrontale norepinefrine en de totale dopamine-uitstroom beïnvloedt, evalueerden we, via intracerebrale microdialyse, de effecten van systemische cocaïne- of LiCl- en chocoladeconsumptie op norepinefrine-afgifte in mpFC en dopamine-uitstroom in NAc. Bovendien, om vast te stellen of corticale noradrenerge transmissie nodig is voor accuma- laire dopamine-uitstroom veroorzaakt door de eerste blootstelling aan deze motiverend saillante stimuli, hebben we de effecten van selectieve noradrenerge depletie op de accuma- le dopamine-respons geïnduceerd door cocaïne, chocolade en LiCl bepaald. Cocaïne, chocolade en LiCl veroorzaakten een tijdsafhankelijke toename in uitstroom van norepinefrine in mpFC van schijn-behandelde groepen, bereikend een maximale toename van ≈200% bij 40 min, ≈70% bij 120 min, en ≈100% bij 60 min, respectievelijk (afbeelding 1a). Hoewel verhoogde afgifte van norepinephrine in de pFC in reactie op cocaïne op grote schaal is gemeld, is dit voor zover ons het eerste rapport is van toegenomen uitstroom van norepinefrine geïnduceerd door de eerste blootstelling aan chocolade of systemische LiCl in mpFC. Deze stimuli veroorzaakten ook een parallelle tijdsafhankelijke toename in dopamine-uitstroom in NAc van schijn-behandelde dieren (Figuur 1b), in overeenstemming met de opvatting dat dit gebied een belangrijke rol speelt in de verwerking van opvallende stimuli ongeacht hun valentie (3 , 6). De effecten van deze uitputting op de afgifte van norepinefrine in mpFC werden eveneens beoordeeld. Prefrontale norepinefrine depletie werd verkregen door selectieve neurotoxische depletie van prefrontale corticale norepinefrine afferenten (norepinefrine-verarmde groepen) in mpFC na bescherming van dopamine door een selectieve opname inhibitor. Deze methode veroorzaakte een sterke uitputting van de niveaus van norepinephrine in de weefsels (≈90%), waardoor de niveaus van dopamine vrijwel onaangetast bleven. Controledieren (schijn-behandelde groepen) werden onderworpen aan dezelfde behandeling als de norepinefrine-verarmde muizen maar kregen een intracerebrale drager. (Norepinephrine weefselniveaus waren als volgt: sham-behandelde groep, 698 ± 26 ng / g nat weefsel; norepinefrine-verarmde groep, 63 ± 17 ng / g nat weefsel. Dopamine-weefselniveaus waren als volgt: schijn-behandelde groep, 203 ± 18 ng / g vochtige doekjes, groep die norepinefrine-verarmd is, 189 ± 16 ng / g vochtig weefsel.)
Fig. 1.
Prefrontale corticale norepinefrine-uitputting op extracellulair noradrenaline in mpFC en dopamine in NAc. Extracellulair norepinefrine (NE) in mpFC (a) en dopamine (DA) in NAc (b) van schijnbehandelde of norepinefrine-verarmde dieren geïnjecteerd met zoutoplossing, (meer ...)
Selectieve norepinefrine depletie in mpFC verminderde de toename van de cumulatieve dopamine en prefrontale corticale noradrenaline-afgifte geïnduceerd door zowel medicijnen als chocolade (Fig. 1), hoewel het geen significant basaal extracellulair dopamine in NAc beïnvloedde (schijn-behandelde groep, 1.35 ± 0.15 pg per 20 μl; norepinefrine-verarmde groep, 1.29 ± 0.18 pg per 20 μl) of basaal extracellulair norepinefrine in mpFC (schijn-behandelde groep, 1.31 ± 0.18 pg per 20 μl; norepinefrine-verarmde groep, 1.26 ± 0.17 pg per 20 μl). De gemiddelde basale waarden van dopamine in NAc en norepinephrine in mpFC voor elke groep [zoutoplossing, cocaïne (20 mg / kg), LiCl (3 meq / kg) en chocolade] verschilde niet significant
Onze resultaten geven aan dat intacte noradrenerge transmissie binnen mpFC een noodzakelijke voorwaarde is voor de stimulatie van dopamine-afgifte geïnduceerd door zowel belonende als aversieve stimuli binnen NAc, en suggereert daarom sterk zijn belangrijke rol in motiverende opvallendheid.
Experimenteer 2.
Om te onderzoeken of norepinephrine prefrontale transmissie noodzakelijk is voor het verkrijgen van de geconditioneerde appetijtelijke en aversieve eigenschappen voor stimuli gecombineerd met primaire beloningen en aversieve gebeurtenissen, hebben we de effecten van selectieve prefrontale norepinefrine depletie op plaatsconditionering beoordeeld.
Prefrontale noradrenerge uitputting schafte zowel door cocaïne als door chocolade geïnduceerde CPP alsook CPA geïnduceerd door LiCl af. Hoewel sham-behandelde dieren dus een aanzienlijke voorkeur vertoonden voor het cocaïne- of chocolade-gepaarde compartiment en een significante afkeer van het LiCl-gepaarde compartiment (Fig. 2a), vertoonden norepinefrine-verarmde dieren geen voorkeur voor beide compartimenten (Fig. 2b). ).
Fig. 2.
Prefrontale corticale norepinefrine-uitputting bij conditionering op de plaats. Effecten van voedselconsumptie (1 g melkchocolade; sham-behandelde groep, n = 8; noradrenaline-verarmde groep, n = 8) en systemische injectie (ip) van zoutoplossing (Sal) (sham-behandelde groep, (meer…)
Merk op dat we in voorlopige experimenten hebben opgemerkt dat zowel CPP als CPA van schijnbehandelde dieren niet te onderscheiden waren van die van naïeve dieren. Dieren die in beide compartimenten een zoutoplossing hadden ondergaan vertoonden geen voorkeur voor een van beide compartimenten ongeacht de laesietoestand (schijnbehandeling of norepinefrine uitgeput). Het gedrag van norepinefrine-arme dieren behandeld met cocaïne, chocolade of LiCl was vergelijkbaar met die van dieren die tijdens de training alleen de voertuigoplossing hadden ervaren; dat wil zeggen, ze toonden geen voorkeur voor beide compartimenten.
DISCUSSIE
Hier rapporteren we bewijs dat prefrontale corticale transmissie van norepinephrine, door modulatie van dopamine in NAc, een noodzakelijke voorwaarde is voor motivationele saillantie-attributie aan zowel beloning- als aversiegerelateerde stimuli.
Ten eerste, omdat eerdere ervaringen een belangrijke determinant zijn van de motivationele impact van een bepaalde stimulus (7), evalueerden we, door intracerebrale microdialyse, de effecten van de eerste blootstelling aan systemische cocaïne of LiCl, evenals de effecten van chocoladeverbruik op norepinephrine of dopamine release in respectievelijk mpFC en NAc. Cocaïne, chocolade en LiCl produceerden een tijdsafhankelijke toename van het totale dopamine alsook in de uitstroom van prefrontale norepinefrine van schijn-behandelde groepen. Een significante toename van norepinefrine-overloop was duidelijk in de mpFC van schijn-behandelde dieren binnen 20 min van het ontvangen van chocolade; de overloop keerde vervolgens terug naar basislijnniveaus en werd gevolgd door een grote aanhoudende toename. Hoewel deze bifasische chocolade-geïnduceerde toename van norepinephrine in mpFC niet parallel liep aan de toename van dopamine in NAc, had de initiële toename waarschijnlijk te maken met de invloed van smakelijk voedsel en de toename van dopamine in NAc. Aan de andere kant kan de tweede grote toename een neurochemisch verband vertegenwoordigen tussen de corticale opwinding die nodig is voor het verwerken van ruimtelijke informatie met betrekking tot het zoeken en lokaliseren van de voedselbeloning (17). In feite is gesuggereerd dat een verhoogde norepinefrine-uitstroom dient om de aanwezigheid van stimuli met hoge motivationele saillantie (17) te signaleren. Deze verhoogde uitstroom van norepinefrine zou dus de selectieve aandacht kunnen toelaten die vereist is om naar smakelijk voedsel te zoeken en zou kunnen helpen bij het verkrijgen van geconditioneerde appetijteigenschappen voor stimuli die gepaard gaan met voedsel. Echter, postingestieve effecten van voedselinname op norepinefrine kan niet worden uitgesloten.
Hoewel toegenomen dopamineafgifte in NAc veroorzaakt door belonende of aversieve stimuli en verhoogde afgifte van norepinephrine in de pFC in reactie op cocaïne op grote schaal is gerapporteerd, is dit voor zover ons het eerste rapport is van toegenomen uitstroom van norepinefrine geïnduceerd door blootstelling aan chocolade of LiCl in mpFC. Het belangrijkste is dat we hier aantonen dat prefrontale corticale noradrenerge transmissie nodig is voor de accuma- nale dopamine-uitstroom veroorzaakt door de eerste blootstelling aan deze motiverend opvallende stimuli. In feite was er geen significante toename in zowel prefrontale norepinefrine als totale dopamine-uitstroom, geïnduceerd door deze stimuli, bij norepinefrine-verarmde muizen. Norepinephrine in mpFC kan de dopamine-afgifte van mesoaccumbens activeren door excitatoire prefrontale corticale projectie naar capillaire cellen in het ventrale tegmentale gebied (18, 19) en / of door cortico-accumulatie glutamaterge projecties (20). Bovendien kan een rol voor pFC-projecties naar de locus coeruleus bij het uitoefenen van een excitatoire invloed worden overwogen omdat is aangetoond dat deze kern vasculaire dopamineuronen van het tegmentale gebied (21-23) activeert, hetgeen zou kunnen leiden tot verhoogde dopamineafgifte in NAc.
Onze resultaten tonen dus, in overeenstemming met eerdere rapporten, aan dat zowel ongeconditioneerde belonende als aversieve stimuli de norepinefrine-uitstroom in mpFC (10-15) evenals dopamine-afgifte in NAc (3, 24) verhogen. Het belangrijkste is echter dat ze aantonen dat intacte noradrenerge transmissie binnen mpFC een noodzakelijke voorwaarde is voor de stimulatie van dopamine-afgifte geïnduceerd door zowel belonende als aversieve farmacologische en natuurlijke stimuli binnen NAc. Daarom wijzen ze op prefrontale norepinefrine en accumbal dopamine transmissie als een neuraal systeem waarvan de activering door ongeconditioneerde belonende en aversieve stimuli waarschijnlijk een substraat is voor motivationele saillantie. Deze zienswijze wordt ondersteund door resultaten van gedragsexperimenten op de effecten van prefrontale norepinefrine-uitputting op door cocaïne, chocolade of LiCl geïnduceerde plaatsconditionering.
De tweede belangrijke bevinding van deze studie is dus dat prefrontale corticale norepinefrine depletie zowel CPP veroorzaakt door cocaïne of voedsel als CPA geïnduceerd door LiCl schaadt. Hoewel schijnbehandelde dieren een significante voorkeur vertoonden voor het cocaïne- of chocolade-gepaarde compartiment en een significante afkeer van het LiCl-gepaarde compartiment, vertoonden norepinefrine-verarmde dieren geen voorkeur voor beide compartimenten, wat aantoont dat intacte prefrontale corticale norepinefrine-transmissie noodzakelijk is voor de verwerving van geconditioneerde eigenschappen voor stimuli in combinatie met primaire belonende of aversieve gebeurtenissen in een plaatsvervangende procedure.
De huidige resultaten geven aan dat, in prefrontale cortex norepinephrine-verarmde muizen, het gebrek aan norepinephrine-afgifte geïnduceerd door blootstelling aan belonende en aversieve stimuli (cocaïne, voedsel of LiCl, ongeconditioneerde stimulus) motivationele saillantie-attributie aan geconditioneerde stimulus (ruimtelijk patroon) gedurende de paringssessies. Merk ook op dat prefrontale norepinefrine depletie niet interfereerde met associatieve of mnemonische processen omdat, zoals eerder aangetoond, norepinefrine-verarmde dieren in staat bleken om een passieve vermijdingstaak (15) te leren en om de context te associëren met de medicijneffecten (14). Er is echter nader onderzoek nodig om de precieze aard van stoornissen van prefrontale corticale norepinefrine-verarmde dieren te begrijpen.
Dopaminerge transmissie binnen NAc wordt verondersteld om de hedonistische impact van beloning of sommige aspecten van beloningsleren te mediëren (zie referentie 25 voor beoordeling). Onze resultaten, in overeenstemming met een andere kijk (3), laten zien dat dopamine-overdracht in NAc een rol speelt in zowel positief als aversief gemotiveerd gedrag; Maar het belangrijkste is echter dat ze aantonen dat dit motivatieproces geregeerd wordt door prefrontale corticale norepinephrine. In feite produceert selectieve prefrontale noradrenaline depletie het blok van zowel door cocaïne of chocolade geïnduceerde CPP en door LiCl geïnduceerde CPA en de verslechtering van dopamineafgifte in NAc geïnduceerd door deze saillante stimuli in controlemuizen, hetgeen aldus aantoont dat noradrenergische prefrontale transmissie, door modulatie van dopamine-afgifte binnen NAc, is een noodzakelijke voorwaarde voor de motivationele verwerking van zowel beloning- als aversiegerelateerde stimuli.
Samenvattend tonen de huidige resultaten van gedrags- en microdialyse-experimenten aan dat prefrontale norepinephrinetransmissie niet alleen de belonende eigenschappen van vaak misbruikte geneesmiddelen medieert, zoals gesuggereerd door eerdere studies (14, 15), maar noodzakelijk is voor motivationele saillantie-attributie aan zowel beloning- als aversiegerelateerde stimuli, waaruit verder blijkt dat verslavende geneesmiddelen, evenals aversieve farmacologische stimuli, hetzelfde neurobiologische mechanisme als natuurlijke stimuli gebruiken.
Samengevat breiden onze gegevens eerdere bevindingen uit die wijzen op het mesolimbische dopaminerge systeem als een "salience-systeem" dat betrokken is bij alle gemotiveerde gedragingen (3, 6, 26). Ze tonen ook aan dat dit systeem onder norepinefrine-prefrontale corticale controle staat, en ondersteunen daarmee de opvatting dat belonende en aversieve stimuli gelijksoortige routes in het centrale zenuwstelsel beïnvloeden (7).
Onze resultaten bieden inzichten in de neurobiologie van beloning en aversie, omdat ze laten zien dat het verwerken van zowel belonende als aversieve opvallende stimuli dezelfde hersengebieden omvat; dat wil zeggen dat ze wijzen op prefrontale noradrenerge en ophopende dopaminerge transmissie als een gemeenschappelijk neuraal systeem. Het begrijpen van de neurotransmittersystemen die worden geactiveerd door affectief belonende of aversieve stimuli en hun moleculaire mechanismen, zal helpen een basis te verschaffen voor het ophelderen van het functioneren van neurale systemen die betrokken zijn bij zowel positieve als negatieve emoties..
MATERIALEN EN METHODES
Dieren.
Mannelijke muizen van de ingeteelde C57BL / 6JIco-stam (Charles River Laboratories, Wilmington, MA), die gewoonlijk worden gebruikt bij neuro-gedragsfenotypering, 8-9 weken oud ten tijde van de experimenten, werden gehuisvest zoals eerder beschreven (14, 15). Elke experimentele groep bestond uit zes tot acht dieren. Alle experimenten werden uitgevoerd in overeenstemming met de Italiaanse nationale wetgeving (Decreto Wetgevend nr. 116, 1992) die het gebruik van dieren voor onderzoek regelt.
Drugs.
Chloorhydraat, 6-hydroxydopamine (6-OHDA), GBR 12909, cocaïne-hydrochloride en LiCl werden gekocht bij Sigma-Aldrich (St. Louis, MO). Cocaïne (20 mg / kg), LiCl (3.0 meq / kg), chloraalhydraat (350-450 mg / kg) en GBR 12909 (15 mg / kg) werden opgelost in zoutoplossing (0.9% NaCl) en ip geïnjecteerd in een volume van 10 ml / kg. 6-OHDA werd opgelost in zoutoplossing die natriummetabisulfiet (0.1 M) bevatte. Voor experimenten met voedsel was de beloning melkchocolade (1 g; Nestlé, Vevey, Zwitserland).
Microdialyse.
Dieren werden geanesthetiseerd met chloraalhydraat (450 mg / kg), gemonteerd in een stereotaxisch frame (David Kopf Instruments, Tujunga, CA) uitgerust met een muisadapter en eenzijdig geïmplanteerd met een geleidecanule (roestvrij staal, buitendiameter van de schacht van 0.38 mm ; Metalant AB, Stockholm, Zweden) in mpFC of in NAc (14, 15). De lengte van de geleidecanule was 1 mm voor mpFC en 4.5 mm voor NAc. De geleidecanule werd gefixeerd met epoxylijm en dentaal cement werd toegevoegd voor verdere stabilisatie. De coördinaten van bregma [gemeten volgens de methoden van Franklin en Paxinos (27)] waren als volgt: + 2.52 anteroposterior en 0.6 lateraal voor mpFC en + 1.60 anteroposterior en 0.6 lateraal voor NAc [meestal inclusief de shell-subdivisie (27)]. De sonde (dialysemembraanlengte van 2 mm voor mpFC en 1 mm voor NAc en buitendiameter van 0.24 mm, MAB 4 cuprophane microdialyseprobe; Metalant AB) werd geïntroduceerd 24 h vóór microdialyse-experimenten. De dieren werden licht verdoofd met chloraalhydraat (350 mg / kg) om het handmatig inbrengen van de microdialyseprobe in de geleidecanule te vergemakkelijken. Dieren werden teruggebracht naar hun huiskooien. De slang van de uitlaat en inlaatsonde werd beschermd door lokaal aangebrachte parafilm. De membranen werden getest op in vitro herstel van dopamine en norepinephrine (relatieve recovery was als volgt: dopamine, 10.7 ± 0.82%; norepinephrine, 12.2 ± 0.75%; n = 20) op de dag vóór gebruik om het herstel te verifiëren.
De microdialyse-sonde was verbonden met een CMA / 100-pomp (Carnegie Medicine, Stockholm, Zweden) via PE 20-buizen (Metalant AB) en een vloeistofwartel met twee kanalen met ultralaag koppel (model 375 / D / 22QM; Instech Laboratories, Plymouth Meeting, PA) om vrij verkeer mogelijk te maken. Kunstmatige cerebrospinale vloeistof (147 mM NaCl / 1 mM MgCL / 1.2 mM CaCl2 / 4 mM KCl) werd door de dialysesonde gepompt met een constante stroomsnelheid van 2 μl / min. Experimenten werden uitgevoerd 22-24 uur na plaatsing van de sonde. Elk dier werd in een ronde kooi geplaatst die was voorzien van microdialyse-apparatuur (Instech Laboratories) en met bodembedekking voor thuiskooien op de vloer. Dialyse-perfusie werd 1 uur later gestart. Na het begin van de dialyseperfusie werden muizen ≈2 uur ongestoord gelaten voordat de basislijnmonsters werden verzameld. De gemiddelde concentratie van de drie monsters die onmiddellijk vóór de behandeling waren verzameld (<10% variatie), werd als basale concentratie genomen. Voordat microdialyse-experimenten begonnen, werden de muizen toegewezen aan een van de verschillende behandelingen (zoutoplossing, cocaïne, chocolade of LiCl) binnen elke groep (schijnbehandeling of uitgeput norepinefrine). Voor experimenten met voedsel werden de dieren 28 dagen voordat de experimenten begonnen op een schema voor voedselgebrek (4) geplaatst.
Dialysaat werd elke 20 min verzameld voor 120 (voor cocaïne en LiCl-groepen) of 160 (voor voedselgroepen) min. Alleen gegevens van muizen met een correct geplaatste canule worden gerapporteerd. Plaatsingen werden beoordeeld door methyleenblauwkleuring. Twintig microliter van de dialysaatmonsters werden geanalyseerd met HPLC. De resterende 20 μl werd bewaard voor mogelijke latere analyse. Concentraties (pg per 20 μl) werden niet gecorrigeerd voor probe-herstel. Het HPLC-systeem bestond uit een Alliance HPLC-systeem (Waters, Milford, MA) en een coulometrische detector (model 5200A; Coulochem II, ESA, Chelmsford, MA) voorzien van een conditioneringscel (M 5021) en een analytische cel (M 5011) . De conditionerende cel werd ingesteld op 400 mV, elektrode 1 werd ingesteld op 200 mV en elektrode 2 werd ingesteld op -250 mV. Een Nova-Pack C18 kolom (3.9 x 150 mm; Waters) gehandhaafd op 33 ° C werd gebruikt. De stroomsnelheid was 1.1 ml / min. De mobiele fase was zoals eerder beschreven (14, 15). De bepalingsdetectielimiet was 0.1 pag.
Norepinephrine Depletion in mpFC.
Anesthesie en chirurgische set zijn hierboven beschreven. Dieren werden geïnjecteerd met GBR 12909 (15 mg / kg) 30 min voor 6-OHDA micro-injectie om dopaminergische neuronen te beschermen. Bilaterale injectie van 6-OHDA (1.5 μg per 0.1 μl voor 2 min voor elke zijde) werd gemaakt in mpFC [coördinaten waren + 2.52 anteroposterior, ± 0.6 lateral, en -2.0 ventral met betrekking tot bregma (27)] door een roestvrij staal canule (buitendiameter van 0.15 mm; Unimed, Lausanne, Zwitserland) verbonden met een 1-pl-spuit door een polyethyleen buis en aangedreven door een CMA / 100-pomp. De canule werd na het einde van de infusie nog een extra 2 min op zijn plaats gelaten. Met schijn behandelde dieren werden onderworpen aan dezelfde behandeling maar kregen een intracerebrale drager. Dieren werden gebruikt voor microdialyse of gedragsexperimenten 7 dagen na de operatie.
Norepinephrine en dopamine weefselniveaus in mpFC werden beoordeeld zoals eerder beschreven (14, 15) om de mate van uitputting te evalueren.
Plaats conditionering.
Gedragsexperimenten werden uitgevoerd met behulp van een plaatsconditioneringsapparaat (14, 15, 29). Het apparaat bestond uit twee grijze plexiglaskamers (15 × 15 × 20 cm) en een centrale steeg (15 × 5 × 20 cm). Twee schuifdeuren (4 × 20 cm) verbonden de steeg met de kamers. In elke kamer werden twee driehoekige parallellepipeda (5 × 5 × 20 cm) gemaakt van zwart plexiglas en gerangschikt in verschillende patronen (die altijd hetzelfde oppervlak van de kamer bedekten) als geconditioneerde stimuli. Dieren werden gebruikt voor gedragsexperimenten 7 dagen na de operatie. Vóór conditionering werden de muizen ingedeeld in een van de verschillende behandelingen (zoutoplossing, cocaïne, chocolade of LiCl) binnen elke groep (met schijnbehandeling behandeld of norepinefrine uitgeput).
De trainingsprocedure voor het conditioneren van plaatsen werd eerder beschreven (14, 15). In het kort, op dag 1 (pretest), waren muizen vrij om het hele apparaat voor 20 min. Te verkennen. Tijdens de volgende 8-dagen (conditioneringsfase) werden de muizen dagelijks om 40 min in een van de twee kamers opgesloten. Voor place-conditioning met farmacologische stimuli werd een van de patronen consistent gepaard met zoutoplossing en de andere met cocaïne (20 mg / kg ip, CPP) of LiCl (3.0 meq / kg ip, CPA) tijdens de conditioneringsfase. Deze doses werden gekozen op basis van eerdere onderzoeken die aantoonden dat C57BL / 6JIco-muizen een sterkere CPP vertonen bij een cocaïnedosis van 20 mg / kg (30, 31) en een trend naar aversie bij CPA-testen bij een LiCl-dosis van 3.0 meq / kg (32). Voor dieren in de controlegroep werden beide kamers gepaard met zoutoplossing. Voor CPP met voedsel werd een van de patronen consequent gepaard met standaardvoer (1 g standaard standaarddieet voor muizen) en de andere met smakelijk voedsel (1 g melkchocolade). De dieren werden geplaatst op een voedselbeperkingsschema (28) 4 dagen voordat de conditionering begon. Dit schema duurde gedurende de conditionering.
Voor alle experimenten met plaatsconditionering werden de paringen gebalanceerd, zodat voor de helft van elke experimentele groep de ongeconditioneerde stimulus (cocaïne, chocolade of LiCl) gepaard ging met een van de twee patronen; voor de andere helft van elke groep was de ongeconditioneerde stimulus gepaard met het andere patroon. Het testen op de expressie van CPP of CPA werd uitgevoerd op dag 10 met behulp van de pretestprocedure. Gedragsgegevens werden verzameld en geanalyseerd door het volledig geautomatiseerde videotrackingsysteem EthoVision (Noldus, Wageningen, Nederland). In het kort wordt het experimentele systeem opgenomen door een CCD-videocamera. Het signaal wordt vervolgens gedigitaliseerd (door een hardwareapparaat dat een framegrabber wordt genoemd) en doorgegeven aan het geheugen van de computer. Later worden de digitale gegevens geanalyseerd met behulp van de EthoVision-software om de "bestede tijd" (in seconden) te verkrijgen, die wordt gebruikt als ruwe gegevens voor voorkeursscores in elke sector van het apparaat door elke proefpersoon.
Statistieken.
Plaats conditionering.
Voor plaatsconditioneringsexperimenten werden statistische analyses uitgevoerd door de tijd (in seconden) doorgebracht in gecentreerde (Center), geneesmiddel / chocolade-gepaarde (gepaarde) en zout / standaard voedsel-gepaarde (ongepaarde) compartimenten op de testdag te berekenen. In het geval van dieren die zoutoplossing bij beide compartimenten kregen, werd het gepaarde compartiment geïdentificeerd als het eerste compartiment waaraan ze waren blootgesteld.
Effecten van selectieve prefrontale corticale norepinefrine-uitputting op place-conditioning.
Gegevens van plaats-conditioning experimenten werden geanalyseerd met behulp van herhaalde metingen ANOVA met één tussen factor (voorbehandeling, twee niveaus: schijnbehandeling behandeld en norepinephrinedepleted) en één binnen factor (paren, drie niveaus: Center, Paired en ongepair) voor elke behandeling [ zoutoplossing / zoutoplossing, zoutoplossing / cocaïne (20 mg / kg), zoutoplossing / LiCl (3 meq / kg) en standaardvoedsel / chocolade]. Omdat de belangrijke vergelijkingen die zijn tussen gepaarde en ongepaarde compartimenten, werden gemiddelde vergelijkingen van de tijd doorgebracht in deze kamers gemaakt door het gebruik van ANOVA met herhaalde metingen binnen elke groep.
Tweeweg-ANOVA onthulde een significante voorbehandeling × koppelingsinteractie voor cocaïne [F (2, 28) = 3.47; P <0.05], LiCl [F (2, 28) = 4.55; P <0.05] en chocolade [F (2, 28) = 3.5; P <0.05].
ANOVA met herhaalde metingen binnen elke groep onthulde een significant effect van de paringsfactor alleen voor nepbehandelde dieren die met cocaïne waren geïnjecteerd [F (1, 14) = 24.3; P <0.0005], LiCl [F (1, 14) = 10.3; P <0.01], of chocolade [F (1, 14) = 7.31; P <0.05].
Norepinephrine uitputting in mpFC.
De effecten van prefrontale norepinefrine-uitputting op weefselniveaus van dopamine en norepinefrine in mpFC werden geanalyseerd door tweeweg-ANOVA. De factoren waren als volgt: laesie (twee niveaus: behandeld met schijnbehandeling en uitgeput met norepinefrine) en experiment (twee niveaus: gedragsexperiment en microdialyse-experimenten). Individuele vergelijkingen tussen groepen werden waar nodig uitgevoerd door middel van een post-hoc-test, Duncan's multiple-range test. Statistische analyses werden uitgevoerd op gegevens van gedrags- en microdialyse-experimenten. Tweeweg-ANOVA voor effecten van prefrontale norepinefrine-uitputting op dopamine- en norepinefrineweefselniveaus in mpFC toonde een significant laesie-effect alleen voor norepinefrine [F (1, 188) = 2.02; P <0.0005], maar geen experimentele effecten.
Microdialyse.
Statistische analyses werden uitgevoerd op ruwe gegevens (concentraties van pg per 20 μl). De effecten van prefrontale norepinefrine-uitputting op norepinefrine-afgifte in mpFC of op dopamine-uitstroom in NAc van dieren die werden uitgedaagd met cocaïne (20 mg / kg) of LiCl (3 meq / kg) werden geanalyseerd door ANOVA met herhaalde metingen met twee tussenfactoren (voorbehandeling, twee niveaus, schijnbehandeling en norepinefrine uitgeput; en behandeling, drie niveaus, zoutoplossing, cocaïne en LiCl) en één binnen factor (tijd, zeven niveaus, 0, 20, 40, 60, 80, 100 en 120). De effecten van prefrontale norepinefrine-uitputting op norepinefrine-afgifte in mpFC of op dopamine-uitstroom in NAc van dieren blootgesteld aan chocolade werden geanalyseerd door ANOVA met herhaalde metingen met één tussenfactor (voorbehandeling, twee niveaus, schijnbehandeling en norepinefrine uitgeput) en één binnen factor ( tijd, negen niveaus, 0, 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140 en 160). Eenvoudige effecten werden voor elk tijdpunt beoordeeld door een eenrichtings-ANOVA. Individuele vergelijkingen tussen groepen werden waar nodig uitgevoerd door middel van een post-hoc-test, de test met meerdere bereiken van Duncan.
Statistische analyses voor de effecten van farmacologische stimuli op de prefrontale norepinefrine-uitstroom lieten een significante voorbehandeling × behandeling × tijdinteractie zien [F (12, 180) = 4.98; P <0.005]. Statistische analyses voor effecten van chocoladeverbruik op de afgifte van norepinefrine onthulden een interactie van voorbehandeling × tijd [F (8, 80) = 7.77; P <0.005]. Eenvoudige effectanalyses onthulden een significant effect van tijd alleen voor de schijnbehandelde groep en een significant verschil tussen schijnbehandelde en norepinefrine-verarmde groepen na injectie met cocaïne of LiCl en na chocoladeverbruik.
Statistische analyses voor effecten van farmacologische stimuli op de accumulatie van dopamine-uitstroom lieten een significante voorbehandeling × behandeling × tijdsinteractie zien [F (12, 180) = 10.02; P <0.0005]. Statistische analyses van chocoladegegevens onthulden een significante voorbehandeling x tijdinteractie [F (8, 80) = 2.12; P <0.05]. Eenvoudige effectanalyses onthulden een significant effect van tijd alleen voor de schijnbehandelde groepen en een significant verschil tussen schijnbehandelde en norepinefrine-verarmde groepen na injectie met drugs (cocaïne of LiCl) en na chocoladeconsumptie.
ACKNOWLEDGMENTS
We bedanken Dr. E. Catalfamo voor bekwame hulp. Dit onderzoek werd ondersteund door Ministero della Ricerca Scientifica e Tecnologica (PRIN 2005), Università "La Sapienza" Ateneo (2004 / 2005) en Ministero della Salute (Progetto Finalizzato RF03.182P).
AFKORTINGEN
NAc nucleus accumbens
pFC prefrontale cortex
mpFC mediale pFC
CPP geconditioneerde plaatsvoorkeur
CPA geconditioneerde plaatsaversie
6-OHDA 6-hydroxydopamine.
Voetnoten
De auteurs verklaren geen belangenconflict.
Dit artikel is een directe inzending van PNAS.
REFERENTIES
1. O'Doherthy J. Curr Opin Neurobiol. 2004; 14: 769-776. [PubMed]
2. Rolt ET. Gedrag Brain Sci. 2000, 23:. 177-191 [PubMed]
3. Berridge KC, Robinson TE. Brain Res Rev. 1998; 28: 309-369. [PubMed]
4. Becerra L, Breiter HC, Wise R, Gonzalez RG, Borsook D. Neuron. 2001, 32:. 927-946 [PubMed]
5. Gottfried JA, O'Doherthy J, Dolan RJ. J Neurosci. 2002; 22: 10829-10837. [PubMed]
6. Jensen J, Mcintosh AR, Crawley AP, Mikulis DJ, Remington GR, Kapur S. Neuron. 2003, 40:. 1251-1257 [PubMed]
7. Borsook D, Becerra L, Carlezon WA, Jr, Shaw M, Renshaw P, Elman I, Levine J. Eur J Pain. 2007, 11:. 7-20 [PubMed]
8. Wise R. Nat Rev Neurosci. 2004, 5:. 483-494 [PubMed]
9. Bechara A, Tranel D, Damasio H. Brain. 2000, 123:. 2189-2202 [PubMed]
10. McQuade R, Creton D, Stanford SC. Psychopharmacology. 1999, 145:. 393-400 [PubMed]
11. Dazzi L, Seu E, Cherchi G, Biggio G. Eur J Pharmacol. 2003, 476:. 55-61 [PubMed]
12. Feenstra MGP, Teske G, Botterblom MHA, de Bruin JP. Neurosci Lett. 1999, 272:. 179-182 [PubMed]
13. Mingote S, de Bruin JPC, Feenstra MGP. J Neurosci. 2004, 24:. 2475-2480 [PubMed]
14. Ventura R, Cabib S, Alcaro A, Orsini C, Puglisi-Allegra S. J Neurosci. 2003, 23:. 1879-1885 [PubMed]
15. Ventura R, Alcaro A, Puglisi-Allegra S. Cereb Cortex. 2005, 15:. 1877-1886 [PubMed]
16. Di Chiara G, Bassareo V, Fenu S, De Luca MA, Spina L, Cadoni C, Acquas E, Carboni E, Valentini V, Lecca D. Neuropharmacology. 2004, 47:. 227-241 [PubMed]
17. Aston-Jones G, Rajkowski J, Cohen J. Biol Psychiatry. 1999, 46:. 1309-1320 [PubMed]
18. Shi WX, Pun CL, Zhang XX, Jones MD, Bunney BS. J Neurosci. 2000, 20:. 3504-3511 [PubMed]
19. Sesack SR, Pickel VM. J Comp Neurol. 1992, 320:. 145-160 [PubMed]
20. Darracq L, Drouin C, Blanc G, Glowinski J, Tassin JP. Neuroscience. 2001, 103:. 395-403 [PubMed]
21. Jodo E, Chiang C, Aston-Jones G. Neuroscience. 1998, 83:. 63-79 [PubMed]
22. Grenhoff J, Nisell M, Ferre S, Aston-Jones G, Svensson TH. J Neural Transm. 1993, 93: 11-25.
23. Liprando LA, Miner LH, Blakely RD, Lewis DA, Sesack SR. Synapse. 2004, 52:. 233-244 [PubMed]
24. Salamone JD, Correa M, Mingote S, Weber SM. J Pharmacol Exp Ther. 2003, 305:. 1-8 [PubMed]
25. Everitt BJ, Robbins TW. Nat Neurosci. 2005, 11:. 1481-1487 [PubMed]
26. Horvitz JC. Gedrag Brain Res. 2002, 137:. 65-74 [PubMed]
27. Franklin KBJ, Paxinos G. The Mouse Brain: In stereotaxische coördinaten. San Diego: Academisch; 1997.
28. Ventura R, Puglisi-Allegra S. Synapse. 2005, 58:. 211-214 [PubMed]
29. Cabib S, Orsini C, Le Moal M, Piazza PV. Wetenschap. 2000, 289:. 463-465 [PubMed]
30. Romieu P, Phan VL, Martin-Fardon R, Maurice T. Neuropsychopharmacology. 2002, 4:. 444-455 [PubMed]
31. Orsini C, Bonito-Oliva A, Conversi D, Cabib S. Psychopharmacology. 2005, 181:. 327-336 [PubMed]
32. Risinger FO, Cunningham CL. Pharmacol Biochem Behav. 2000, 1:. 17-24 [PubMed]
;
