OPMERKINGEN:
Biol Psychiatry. 2010 Jun 15; 67 (12): 1199-204. doi: 10.1016 / j.biopsych.2009.12.029.
Davis JF, Loos M, Di Sebastiano AR, Brown JL, Lehman MN, Coolen LM.
bron
Afdeling Celbiologie, University of Cincinnati, Cincinnati, Ohio, VS.
Abstract
ACHTERGROND:
Een onvermogen om gedrag te remmen wanneer ze slecht aangepast zijn, is een onderdeel van verschillende psychiatrische ziekten en de mediale prefrontale cortex (mPFC) werd geïdentificeerd als een potentiële bemiddelaar van gedragsremming. De huidige studie testte of de mPFC betrokken is bij de remming van seksueel gedrag in combinatie met aversieve uitkomsten.
Methode:
Met behulp van mannelijke ratten werden effecten van laesies van de infralimbische en prelimbische gebieden van de mPFC op expressie van seksueel gedrag en vermogen om paring te remmen getest met behulp van een paradigma van copulatie-contingente afkeer.
RESULTATEN:
Plaque-laesies van de mediale prefrontale cortex hadden geen invloed op de expressie van seksueel gedrag. Daarentegen blokkeerden mPFC-laesies volledig de acquisitie van seksaversieconditionering en laaide dieren bleven paren, in tegenstelling tot de robuuste gedragsmatige remming van copulatie bij mPFC intacte mannelijke dieren, resulterend in slechts 22% intacte mannelijke dieren die blijven paren. Ratten met mPFC-laesies waren echter in staat om een geconditioneerde plaatsvoorkeur te vormen voor seksuele beloning en geconditioneerde plaatsaversie voor lithiumchloride, hetgeen suggereert dat deze laesies associatieve leer of gevoeligheid voor lithiumchloride niet veranderden.
Conclusies:
De huidige studie geeft aan dat dieren met mPFC-laesies waarschijnlijk in staat zijn om associaties te vormen met aversieve uitkomsten van hun gedrag, maar niet het vermogen hebben om het zoeken naar seksuele beloning te onderdrukken in het licht van aversieve gevolgen. Deze gegevens kunnen bijdragen aan een beter begrip van een veel voorkomende pathologie die ten grondslag ligt aan stoornissen in de impulsbeheersing, aangezien dwangmatig seksueel gedrag een hoge prevalentie heeft van comorbiditeit met psychiatrische stoornissen en de ziekte van Parkinson.
INLEIDING
De mediale prefrontale cortex (mPFC) is betrokken bij veel hogere orde functies van het zoogdierlijke zenuwstelsel, waaronder de regulatie van emotionele opwinding, angstachtig gedrag, evenals gedragsflexibiliteit en besluitvorming (1-5). Op beloning gebaseerde besluitvorming wordt verondersteld te worden beheerst door een neuronaal circuit dat bestaat uit de mPFC, amygdala en striatum (6) waarin de mPFC fungeert als een "top-down" -controller van dit proces (7,8). Een centraal kenmerk van op beloning gebaseerde besluitvorming is de mogelijkheid om "respons-resultaat" -relaties na verloop van tijd te volgen (9). Op deze manier neemt de frequentie van deze acties af wanneer de gevolgen verbonden aan een gedragsactie ongunstig worden. Dit resulteert in een positieve gedragsaanpassing, en deze respons is afhankelijk van de intacte mPFC-functie (8, 10). Het onvermogen om gedragsacties te veranderen zodra ze tot nadelige gevolgen leiden, is een symptoom dat vaak voorkomt bij verschillende verslavende aandoeningen (11-15).
Knaagdier mannelijk seksueel gedrag is een natuurlijk, op beloningen gebaseerd gedrag, waarbij respons-uitkomst relaties worden gemonitord om het doel van copulatie te bereiken (16). Mannelijke ratten onthouden zich echter van het copuleren wanneer seksueel gedrag gepaard gaat met de aversieve stimulus lithiumchloride (LiCl; 17, 18). mPFC-activiteit is gecorreleerd met mannelijk seksueel gedrag bij knaagdierens (19-25) en mensen (26). De precieze rol van de mPFC in seksueel gedrag blijft echter onduidelijk. Het doel van de huidige studie was om de effecten van mPFC-laesies op de expressie van seksueel gedrag te karakteriseren, en op de verwerving van gedragsremming tegen seksueel gedrag bij ratten met behulp van een model van copulatie-afhankelijke aversie. Laesies omvatten de infralimbische (IL) en prelimbische (PL) -kernen van de mPFC, omdat is aangetoond dat deze subregio's uitsteken naar hersengebieden die betrokken zijn bij de regulatie van seksueel gedrag (20). Resultaten van deze studie tonen aan dat intacte mPFC-functie niet vereist is voor normale expressie van seksueel gedrag. In plaats daarvan ondersteunen de resultaten de hypothese dat mPFC de uitvoering van gedragsinhibitie ten aanzien van seksueel gedrag reguleert zodra dit gedrag wordt geassocieerd met aversieve uitkomsten.
MATERIALEN EN METHODES
Dieren
Volwassen mannetjes (250-260 gram) Sprague Dawley-ratten verkregen van Harlan labs (Indianapolis) werden individueel gehuisvest in een kunstmatig verlichte ruimte op een omgekeerde licht / donker cyclus (12: 12 h, lichten op bij 10 AM) bij een temperatuur van 72 ° F. Voedsel en water waren te allen tijde beschikbaar. Ovariëctomie, oestrogeen (sc silastic capsule met 5% 17-beta-estradiol benzoaat) en progesteron (sc injectie 500 μg in 0.1 ml sesamolie) geprimede vrouwelijke Sprague Dawley ratten (210-225 grammen) werden gebruikt in alle paringstesten, die begon vier uur na het begin van de donkere periode en gedrag werd uitgevoerd in een rechthoekige plexiglas testkooi (60 × 45 × 50 cm) onder zwak rode verlichting. Alle procedures werden goedgekeurd door de Animal Care and Use Committee van de University of Cincinnati, University of Western Ontario Animal Care Committee, en conform de NIH- en CCAC-richtlijnen met betrekking tot gewervelde dieren in onderzoek.
Laesie chirurgie
Dieren werden geanesthetiseerd met een 1-ml / kg dosis (87 mg / kg ketamine en 13 mg / kg Xylazine). Dieren werden geplaatst in een stereotaxisch apparaat (Kopf-instrumenten, Tujunga, CA, VS), een incisie werd gemaakt om de schedel bloot te leggen en gaten werden boven de injectieplaatsen geboord met behulp van een dremmelboor (Dremmel, VS). Iboteninezuur (0.25μl, 2% in PBS) werd bilateraal toegediend met behulp van twee injecties op verschillende dorsoventrale coördinaten, elk gedurende een 1.5-minutenperiode met een 5μl Hamilton-injectiespuit op de volgende coördinaten ten opzichte van Bregma (met horizontaal afgestreken schedel): Voor PL en IL laesies: AP = 2.9, ML = 0.6, DV = -5.0 en -2.5. Zweerlaesies werden uitgevoerd met behulp van dezelfde methoden, maar met behulp van vehiculum (PBS) -injecties. Alle dieren mochten herstellen voor 7-10 dagen voorafgaand aan gedragstesten.
Design
Uitdrukking van seksueel gedrag
PL- en IL-laesies werden uitgevoerd bij dieren die seksueel naïef waren voorafgaand aan de operatie. Na herstel mochten de dieren één keer per week paren tot ze één ejaculatie vertoonden, gedurende een totaal van vier opeenvolgende weken na de operatie. Verschillen in seksuele parameters (ie latencies om te monteren, intromissie, ejaculatie en aantallen mounts en intromissies) binnen elk experiment werden geanalyseerd met behulp van een eenwegs ANOVA met laesie-operatie als een factor. Post-hocvergelijkingen werden uitgevoerd met behulp van Fishers PLSD-testen, allemaal met significantieniveaus van 5%.
Verhoogde Plus Maze-experimenten
Dieren met laesies of schijnbehandeling werden getest op het verhoogde plus doolhof (EPM). Deze test werd vijf weken na de operatie en een week na de laatste paarzitting uitgevoerd. De EPM was gemaakt van helder plexiglas en bestond uit vier armen van gelijke lengte die zich uitstrekten van een middenarena die de vorm had van een plusteken. Twee armen van het doolhof stonden open voor de externe omgeving en de andere twee armen van het doolhof waren omsloten door donkere opstelsporen (40cm hoog) die zich over de hele lengte van de arm uitstrekten. Randen tussen het middengebied en de armen werden gedefinieerd door witte strepen op de armen 12cm vanuit het midden van het doolhof. EPM-tests werden uitgevoerd bij weinig licht, 1-4 uur na het begin van de donkere periode. Verschillen tussen schijn- en gelaedeerde dieren werden bepaald met behulp van studenttests met een significantieniveau van 5%.
Geconditioneerde sexaversie
Mannelijke ratten werden onderworpen aan drie koppelingssessies om seksuele ervaring op te doen voorafgaand aan laesie of schijnoperatie. Dieren die een ejaculatie vertoonden tijdens ten minste twee van de drie paringstests voorafgaand aan de operatie werden in deze studie opgenomen en willekeurig verdeeld over vier experimentele groepen: Sham-LiCl, Lesion-LiCl, Sham-Saline en Lesion-Saline. Laesie of schijnoperaties werden 3 dagen na de laatste trainingssessie uitgevoerd. Dieren mochten een week na de operaties herstellen voordat de conditioneringssessies begonnen. Tijdens de conditioneringssessies kreeg de helft van de schijn- en gelaedeerde mannen LiCl onmiddellijk na paring (Sham-LiCl en Lesion-LiCl), terwijl de andere helft van de schijn- en gelaedeerde mannetjes diende als controles en zoutoplossing kreeg onmiddellijk na het paren (Sham-Saline en Lesion-Saline). Op de conditioneringsdag 1 mochten dieren paren met één ejaculatie en werden ze binnen één minuut na ejaculatie ingespoten met een 20ml / kg dosis van hetzij 0.15M LiCl of zoutoplossing en vervolgens terug in hun huiskooien geplaatst. In de ochtend op conditioneringsdag 2 werden alle mannetjes gewogen en kregen aan zoutoplossing geconditioneerde dieren een 20ml / kg dosis 0.15M LiCl toegediend, terwijl dieren met LiCl-conditionering werden geïnjecteerd met een equivalente dosis zoutoplossing. Dit paradigma werd herhaald gedurende twintig achtereenvolgende dagen met in totaal tien volledige conditioneringssessies. Parameters van seksueel gedrag werden tijdens elke proef geregistreerd. Verschillen in percentages van dieren die koppelingen en intromissies vertoonden of ejaculaties werden geanalyseerd voor elke proef met behulp van Chi-Square-analyse met een 5% significantieniveau. Omdat er geen verschillen werden gevonden tussen Sham-Saline en Lesion-Saline-groepen in welke parameter dan ook, werden deze twee groepen gecombineerd voor statistische analyse (n = 9) en vergeleken met de groep Lesion-LiCl of de Sham-LiCl.
Geconditioneerde plaats voorkeur
Seksueel naïeve dieren ondergingen een laesie-operatie zoals hierboven beschreven en mochten één week voorafgaand aan gedragstesten herstellen. Alle gedragstesten begonnen 4 uur na het begin van de donkere periode. Het geconditioneerde plaatsvoorkeurapparaat was verdeeld in drie kamers met een neutrale middenkamer. De ene kant van de kamer had witte muren en een roostervloer, terwijl de andere kant zwart was met roestvrijstalen staven als vloer, de middenkamer was grijs met plexiglasvloeren (Med Associates, St. Albans, VT). Eerst werd een voorafgaande test uitgevoerd om een natuurlijke voorkeur voor elk individu vast te stellen voordat de conditionering begon, alle dieren werden gedurende vijftien minuten in de middenkamer geplaatst met vrije toegang tot alle kamers en de totale tijd doorgebracht in elke kamer werd geregistreerd. Op de volgende dag, dat wil zeggen conditioneringsdag 1, pasten mannen in één ejaculatie in hun thuiskooi, waarna zij onmiddellijk gedurende dertig minuten in de aanvankelijk niet-voorkeurkamer werden geplaatst zonder toegang tot de andere kamers of werden in hun aanvankelijk de voorkeur genietende kamer voor dertig minuten zonder voorafgaand seksueel gedrag. Op de tweede conditioneringsdag kregen mannen de tegenovergestelde behandeling. Dit conditioneringsparadigma werd nog een keer herhaald. De volgende dag werd een posttest uitgevoerd die qua procedure identiek was aan de pre-test. Twee afzonderlijke waarden werden gebruikt om te bepalen of met mPFC gelaedeerde dieren een geconditioneerde plaatsvoorkeur voor geslacht vormden. De eerste score was de verschilscore, gedefinieerd als het verschil tussen de tijd doorgebracht in de aanvankelijk de voorkeur verdienende kamer en de tijd doorgebracht in de aanvankelijk niet-voorkeurkamer. De voorkeursscore werd gedefinieerd als de tijd doorgebracht in de aanvankelijk niet-voorkeurkamer gedeeld door de tijd doorgebracht in de aanvankelijk niet-voorkeurkamer plus de tijd doorgebracht in de aanvankelijk de voorkeur verdienende kamer. De voorkeur- en verschilscores werden voor elk dier vergeleken tussen de pre-test en de posttest met behulp van gepaarde studententests met 5% significantieniveaus. Eerdere studies hebben aangetoond dat paring resulteert in een robuuste geconditioneerde plaatsvoorkeur met dit paradigma, en dat controlebehandelingen niet resulteren in veranderingen in de voorkeur (27-29).
Geconditioneerde plaats aversie
Seksueel naïeve dieren ondergingen een laesie of een schijnoperatie zoals hierboven beschreven en mochten één week voorafgaand aan gedragstesten herstellen. Alle gedragstesten begonnen 4 uur na het begin van de lichtperiode. Met behulp van het hierboven beschreven CPP-apparaat werden LiCl- of zoutoplossinginjecties gepaard met de aanvankelijk de voorkeur hebbende of niet-voorkeurkamer respectievelijk tijdens twee conditioneringsproeven op een tegengebalanceerde wijze. Pre- en posttests werden uitgevoerd en gegevens geanalyseerd zoals hierboven beschreven met behulp van gepaarde studententests met 5% significantieniveaus.
Lesion Verificatie
Voor de controle van de laesie werden de dieren transcardiaal geperfundeerd met 4% paraformaldehyde en werden de hersenen gesegmenteerd (coronaal). Secties werden en immunologisch bewerkt voor neuronale merker NeuN met behulp van een primair antiserum in incubatieoplossing die NeuN herkent (monoklonaal anti-NeuN antiserum; 1: 10,000; Chemicon) en standaard immunoperoxidasemethoden (19). De locatie en de grootte van de ibotenische laesies werd bepaald door het gebied te analyseren in aangrenzende mPFC-secties zonder NeuN-neuronkleuring. Laesies van de mPFC overspanden typisch een afstand van AP + 4.85 tot + 1.70 ten opzichte van bregma (Figuur 1A-C). Laesies werden als voltooid beschouwd als 100% van het IL en 80% van de PL werd vernietigd, en alleen dieren met complete laesies werden opgenomen in statistische analyses (Geslachtgedragsexperiment, laesie n = 11, sham n = 12; EPM-experiment, laesie n = 5, sham n = 4; geconditioneerd sexaversie-experiment, schijn-zoutoplossing n = 4, sham-LiCl n = 9, lesion-saline n = 5, laesie-LiCl n = 12; geconditioneerd plaatsvoorkeursexperiment, laesie n = 5 ; geconditioneerd plaatsaversie-experiment, schijnvertoning n = 12, lesie n = 9).
RESULTATEN
Seksueel gedrag
PL / IL-laesies hadden geen invloed op de seksuele parameters die werden getest bij mannen die seksueel naïef waren voorafgaand aan de operatie (Figuur 1D-F). In overeenstemming hiermee werden geen effecten van PL / IL-laesies op seksueel gedrag gedetecteerd in de seksueel ervaren mannetjes die deel uitmaken van het geconditioneerde seksaversie-experiment, tijdens de eerste proef, dus voorafgaand aan het koppelen van LiCl aan seksueel gedrag (Tabel 1). Vandaar dat PL / IL-laesies geen invloed hadden op seksueel gedrag, onafhankelijk van seksuele ervaring.
Verhoogde plus doolhof
In overeenstemming met eerdere verslagen (27-29), mannelijke ratten met mPFC-laesies-mannetjes vertoonden meer ingangen in de open armen van de EPM vergeleken met controles (Figuur 1G), wat suggereert dat de mPFC-functie van cruciaal belang is voor situaties die een risicobeoordeling vereisen.
Geconditioneerde seksaversie
Effecten van LiCl-conditionering op seksueel gedrag
LiCl-conditionering resulteerde in een significante verlaging van de percentages schijn-mannetjes die koppelingen, intromissies of ejaculatie vertoonden in vergelijking met shaz-zoutcontroles (Figuur 2A-B). MPFC-laesies blokkeerden echter volledig de remming die werd veroorzaakt door LiCl-conditionering. Chi-kwadraatanalyse liet significante verschillen zien tussen groepen die werden gedetecteerd in de percentages van dieren die bergen vertoonden (Figuur 2A), intromissies (niet getoond; gegevens identiek aan Figuur 2A) of ejaculaties (Figuur 2B). In het bijzonder waren de percentages mannetjes die koppelingen, intromissies of ejaculatie vertoonden significant lager in de Sham-LiCl-groep in vergelijking met met zoutoplossing behandelde controledieren (Sham en laesie), wat wijst op een verstorend effect van LiCl-conditionering op copulatie bij schijn-dieren. In tegenstelling hiermee werd geen effect van LiCl-conditionering waargenomen bij mannetjes van Lesion-LiCl (Figuren 2A-B). De mPFC-functie is dus van cruciaal belang voor het verkrijgen van geconditioneerde remming van seksueel gedrag. Het is echter mogelijk dat PL / IL-laesies associatief leren geassocieerd met seksuele beloning verzwakken, en daarom werden in een afzonderlijke studie effecten van PL / IL-laesies op verwerving van een geconditioneerde plaatsvoorkeur voor seksuele beloning getest.
Geconditioneerde plaatsvoorkeur en afkeer
Ratten met mPFC-laesies vertoonden normaal associatief leren van contextuele signalen in combinatie met seksuele beloning, zoals blijkt uit een verhoogde verschilscore en voorkeursscore tijdens de niveautest (Figuur 3A-B). Bovendien hadden laesies geen invloed op associatief leren van contextuele aanwijzingen met LiCl-geïnduceerde malaise, hetgeen wordt aangegeven door significante afnames in verschil- en preferentiescores tijdens de posttest (Figuur 3C-D).
DISCUSSIE
In deze studie rapporteren we dat laesies van de IL- en PL-regio's van de mPFC geen invloed hebben op de expressie van seksueel gedrag, noch de verwerving van een geconditioneerde plaatsvoorkeur voor seksuele beloning. In plaats daarvan voorkomen laesies de verwerving van geconditioneerde seksaversie. Deze resultaten verschaffen functioneel bewijs voor de hypothese dat het vermogen om adaptieve gedragsveranderingen te maken wordt gereguleerd door de IL- en PL-subregio's van de mPFC.
Eerdere gegevens van ons laboratorium wezen erop dat mPFC-neuronen worden geactiveerd tijdens seksueel gedrag bij mannelijke ratten (20). De mPFC-beschadigde ratten in deze studie zijn echter niet te onderscheiden van sham-controleratten in een van de geanalyseerde parameters van seksueel gedrag. In overeenstemming met eerdere verslagen (30, 32) mPFC-laesies produceerden anxiolytische effecten zoals beoordeeld door prestaties op het verhoogde plus-doolhof, wat aangeeft dat ons laesieprotocol effectief was. Daarom suggereren de huidige resultaten dat activering van de IL- en PL-onderverdelingen binnen de mPFC tijdens seksueel gedrag niet noodzakelijk is voor normale expressie van seksueel gedrag. In tegenstelling hiermee toonden een eerdere studie door Agmo en collega's aan dat laesies van het anterior cingulate area (ACA) de mount- en intromission-latenties verhoogden en het percentage mannetjes dat gecopuleerd (25). Daarom is het mogelijk dat de ACA een rol speelt bij de uitvoering van seksueel gedrag, terwijl IL- en PL-regio's remming van gedrag mediëren dat eenmaal is geassocieerd met aversieve uitkomsten.
Hoewel is gemeld dat mPFC-laesies verschillende vormen van geheugenconsolidatie verstoren (33, 34), kunnen de hier beschreven effecten van mPFC-laesies op gedragsinhibitie niet worden toegeschreven aan leerachterstanden. In een afzonderlijke reeks experimenten werden mPFC-gelaedeerde mannetjes getest op het vermogen om een geconditioneerde plaatsvoorkeur in te stellen voor seksueel gedrag. Beloningsgerelateerd associatief leren bleef intact in mPFC-beschadigde dieren omdat deze mannetjes in staat waren een geconditioneerde plaatsvoorkeur te vormen voor een geslachtskamer met seksuele beloning. Deze bevinding stemt overeen met eerdere onderzoeken naar de rol van de PL of complete mPFC voor de verwerving van psychostimulant geïnduceerde CPP (35, 36) Bovendien werd associatief leren voor de aversieve stimulus LiCl niet beïnvloed door mPFC-laesies, consistent met eerdere rapporten dat PFC-laesies de verwerving van geconditioneerde smaakaversie niet konden voorkomen (34). Collectief suggereren deze gegevens dat de eerder waargenomen activatie van de PL / IL-onderverdelingen binnen de mPFC (20) zijn niet nodig voor het verwerven van op beloning gebaseerd associatief leren, maar zijn noodzakelijk voor een juist gebruik van deze informatie in verband met de uitvoering van gedragscontrole. Dit idee komt overeen met de huidige stelling dat een intacte IL-functie noodzakelijk is om de remmende en opwindende inputs te onderzoeken en te beïnvloeden, die informatie over de onvoorziene omstandigheden van de beloning bieden (37). Verder dieren met PL (35) of IL (8, 37, 38) laesies vertonen normaal uitsterven leren ondanks het onvermogen om deze informatie te gebruiken om doelgerichte beslissingen te nemen.
Concluderend geeft de huidige studie aan dat dieren met mPFC-laesies waarschijnlijk in staat zijn om de associaties te vormen met aversieve uitkomsten van hun gedrag, maar niet het vermogen hebben om het zoeken naar seksuele beloning te onderdrukken met het oog op aversieve consequenties. Bij de mens is seksuele opwinding een complexe ervaring waarbij de verwerking van cognitieve-emotionele informatie dient om te bepalen of de hedonistische eigenschappen van een bepaalde stimulus voldoende zijn om als seksuele stimulans te fungeren (39). De huidige gegevens suggereren dat mPFC-disfunctie kan bijdragen aan het nemen van seksueel risico of aan het dwangmatig zoeken naar seksueel gedrag.
Bovendien is mPFC-disfunctie in verband gebracht met verschillende psychiatrische stoornissen (13, 40) suggererend dat disfunctie van de mPFC mogelijk een onderliggende pathologie is die wordt gedeeld met de andere stoornissen en dat dwangmatig seksueel gedrag kan worden geassocieerd met andere stoornissen. Er is inderdaad gemeld dat bij mensen hyperseksualiteit of dwangmatig seksueel gedrag een hoge prevalentie van comorbiditeit met psychiatrische aandoeningen (waaronder middelenmisbruik, angststoornissen en stemmingsstoornissen) heeft (41), en ongeveer 10% prevalentie bij de ziekte van Parkinson, samen met compulsief kopen, gokken en eten (42-44).
voetnoten
Disclaimer uitgever: Dit is een PDF-bestand van een onbewerkt manuscript dat is geaccepteerd voor publicatie. Als service aan onze klanten bieden wij deze vroege versie van het manuscript. Het manuscript zal een copy-editing ondergaan, een typografie en een review van het resulterende bewijs voordat het in zijn definitieve citeervorm wordt gepubliceerd. Houd er rekening mee dat tijdens het productieproces fouten kunnen worden ontdekt die van invloed kunnen zijn op de inhoud en alle wettelijke disclaimers die van toepassing zijn op het tijdschrift.