Neuroscience. 2011 Mar 10;176:296-307.
kilde
Bowlesenter for alkoholstudier og avdeling for psykiatri, University of North Carolina, Chapel Hill, NC 27713, USA. [e-postbeskyttet]
Abstrakt
Subsecond fluktuasjoner i dopamin (dopamin transienter) i nucleus accumbens er ofte tidsbegrenset til belønninger og signaler og gir et viktig læringssignal under belønningsprosessering. Som mesolimbic dopamin systemet gjennomgår dynamiske endringer i ungdomsårene i rotte, det er mulig at dopamin transienter koder belønning og stimulanspresentasjoner annerledes hos ungdom. Men til dags dato ingen målinger av dopamin transienter i våken ungdom har blitt gjort. Dermed brukte vi rask skann syklisk voltammetri for å måle dopamin transienter i nucleus accumbens kjerne av mann rotter (29-30 dager i alderen) ved baseline og med presentasjon av ulike stimuli som har vist seg å utløse dopamin slipp i voksen rotter. Vi fant det dopamin transienter var påvisbare i ungdom rotter og skjedde med en baseline som ligner på voksen rotter (71-72 dager i alderen). Imidlertid, i motsetning til voksne, ungdom rotter viste ikke pålitelig dopamin transienter ved uventet presentasjon av visuelle, hørbare og luktige stimuli. I motsetning til dette økte kort interaksjon med en annen rotte dopamin transienter i begge deler ungdom og voksen rotter. Mens denne effekten opplevde hos voksne ved en annen interaksjon, fortsatte den hos ungdommene. Disse dataene er den første demonstrasjonen av dopamin transienter i ungdom rotter og avsløre en viktig divergens fra voksne i forekomsten av disse transientene som kan føre til differensiell læring om belønninger.
Copyright © 2011 IBRO. Publisert av Elsevier Ltd. Alle rettigheter reservert.
Introduksjon
Burstfire av dopaminneuroner og de resulterende dopaminfrigivelseshendelsene (aka dopamin-transienter) antas å utgjøre et sentralt læringssignal i hjernen (Schultz, 2007; Roesch et al., 2010), interfacing eksterne belønninger og signaler med appetitiv oppførsel. Dopamin-transienter forekommer spontant i flere dopamin-målområder (Robinson et al., 2002) og er mer fremtredende ved presentasjonen av uventede stimuli (Rebec et al., 1997; Robinson og Wightman, 2004), sosial interaksjon (Robinson et al., 2001; Robinson et al., 2002) og belønninger (Roitman et al., 2008). Den raske dopaminfrigivelseshendelsen blir ofte fulgt av appetitiv atferd, for eksempel nærmer seg en annen rotte eller trykker på en spak for en forsterker (Robinson et al., 2002; Phillips et al., 2003; Roitman et al., 2004). Videre kan nøytrale signaler som normalt ikke fremkaller dopamin-transienter, gjøre det når de gjentatte ganger er parret med en belønning (Stuber et al., 2005b; Stuber et al., 2005a; Day et al., 2007), som viser at dette nevrale signalet gjennomgår læring-indusert plastisitet. Viktig er at dopamin-transienter er et resultat av volumtransmisjon og oppnår høye ekstrasynaptiske konsentrasjoner som kan aktivere ekstrasynaptiske dopaminreseptorer med lav affinitet (Wightman og Robinson, 2002). Dopamin-transienter ser derfor ut til å fungere som et hjernens signal om potensiell og etablert belønning som kan lede oppmerksomhet og lette oppkjøpet av den belønningen.
Det mesolimbiske dopaminsystemet gjennomgår dynamiske endringer i ungdomsårene i rotte. Eksempelvis øker ekspresjonen av dopamin D1 og D2-reseptorer i ventralstriatum fra pre-adolescens til adolescens (f.eks. Andersen et al., 1997), med noen studier som tyder på at bindingen i ungdomsårene er høyere enn i voksen alder (for referanser og diskusjon, se Doremus-Fitzwater et al., 2010; Wahlstrom et al., 2010b). Videre brenner antallet dopaminneuroner (McCutcheon og Marinelli, 2009) og basale dopaminkonsentrasjoner (Badanich et al., 2006; Philpot et al., 2009) viser lignende U-formede kurver, toppende i ungdomsårene. Mens dopamin-transienter ennå ikke er målt i ungdomsrotter, øker oppførselsresponsen til nyhet (Douglas et al., 2003; Stansfield og Kirstein, 2006; Philpot og Wecker, 2008) og sosiale jevnaldrende (Varlinskaya og Spear, 2008) er rapportert hos unge mot voksne rotter.
Den foreliggende studien har til hensikt å gi de første målene av dopamin-transienter i nukleinsystemet (NAc) hos ungdomsrotter og sammenligne dem med de hos voksne. Vi brukte rask skanning syklisk voltammetri, en elektrokjemisk teknikk med den romlige og tidsmessige oppløsningen som kreves for å oppdage dopamin-transienter (Robinson et al., 2008). Vi undersøkte dopaminfrigivelse i tidlig ungdomsår (29 - 30 dager i alderen) gitt at rotter utviser økte nivåer av peer-directed sosiale interaksjoner i denne alderen i forhold til senere ungdoms- og voksenalder (Varlinskaya og Spear, 2008). Følgelig målt vi dopamin transienter under korte sosiale interaksjoner så vel som ved baseline og ved presentasjon av uventede, nye stimuli som har blitt rapportert å utløse dopamintransienter hos voksne rotter (Robinson og Wightman, 2004).
Eksperimentelle prosedyrer
Dyrefag
Alle eksperimenter som er beskrevet her, ble godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee ved University of North Carolina i Chapel Hill, i samsvar med National Institute of Health Guide for pleie og bruk av laboratoriedyr (NIH Publications No. 80-23, revidert 1996). Mannlige Long Evans-rotter ble kjøpt fra Charles River Laboratories (Raleigh, NC) i kohorter på fire på postnatal dag (PND) 21. Hver rotte ble individuelt plassert ved ankomst med mat og vann ad libitum. To av rotter fra hver kohorte ble tildelt ungdomsgruppen og gjennomgått operasjon på PND 26 (67 ± 2 g) og voltammetriske målinger på PND 29 eller 30 (76 ± 3 g). De resterende to rotter fra hver kohorte ble tildelt den voksne gruppen og gjennomgått operasjon på PND 68 (379 ± 12 g) og voltammetriske målinger på PND 71 eller 72 (379 ± 14 g); disse rotter var par innkapslet fra PND 30 - 63.
Kirurgisk forberedelse
Kirurgiske prosedyrer er som beskrevet tidligere (Robinson et al., 2009) med følgende unntak. Rotter ble bedøvet med isofluran; ungdomsratene ble indusert ved 3% og opprettholdt ved 1 - 1.5% under kirurgi, mens voksne rotter ble indusert ved 5% og opprettholdt ved 2%. Rotter ble sikret i en stereotaksisk ramme for implantering av en føringskanyl over NAc, en bipolar stimulerende elektrode i det ventrale tegmentale området og en Ag / AgCl referanse, som tidligere beskrevet. Koordinatene (versus bregma i mm) for styrekanylen var 1.3 anterior og 1.6 lateral (adolescent) eller 1.7 anterior og 1.7 lateral (voksen). Den stimulerende elektroden ble implantert ved en 6 ° vinkel på koordinatene (versus bregma i mm) 4.1 posterior, 1.3 lateral (ung) eller 5.2 posterior, 1.2 lateral (voksen). Postoperativt ble rotter nøye overvåket og fikk ibuprofen (15 mg / kg daglig, po) og spiselig mat.
Eksperimentelt design
Dopaminfrigivelse ble målt ved bruk av hurtig-skanningssyklisk voltammetri som tidligere beskrevet (Robinson et al., 2009). Voltammetrisk opptak ble laget i et spesialbygget pleksiglasskammer. Gulvplass var 21 × 21 cm med en vinklet innsats som strekker seg fra gulvet til 10 cm mot veggen ved en 48 ° vinkel; Dette forhindret rotterne i å treffe elektroden og hodestammen mot kammerets vegg. Rotter ble manuelt opprettholdt mens karbonfiberen ble senket ned i NAc-kjernen via ledningskanylen, og deretter venstre uforstyrret for 15-20 min. Deretter ble voltammetriske opptak gjort hvert 2-4-min for å vurdere tilstedeværelsen av naturlig forekommende dopamin-transienter og elektrisk fremkalt dopaminfrigivelse (16-24-pulser, 40-60 Hz, 120 μA, 2 msek / fase, bifasisk). Når vi bekreftet at elektroden ble plassert nær dopaminterminaler, begynte eksperimentet; Dette var vanligvis 60 - 85 min etter opprinnelig plassering i kammeret. Opptaket var kontinuerlig for 50 min. I løpet av den første 25-min ble 5-stimuli presentert for 3 s i 5-min-intervaller i tilfeldig rekkefølge: huslys, tone, hvit støy, kokoslukt og sitron lukt. Luktene ble presentert på følgende måte (Robinson og Wightman, 2004): eksperimentatoren dyppet en bomullsapplikator i et ekstrakt (McCormick), åpnet døren til opptakskammeret, holdt applikatoren 1 - 2 cm fra rottenes nese i 3 s, trakk seg deretter tilbake og lukket kammerdøren. Etter presentasjon av alle stimuli fortsatte opptaket i 5 minutter, deretter ble en annen Long Evans-rotte hann plassert i buret med testrotten i 60 s og fikk interagere. For ungdomsgruppen var den konspesifikke rotten aldersmatchet med testrotten; for voksne var partneren en litt mindre voksen (87 ± 6% av testrottevekt) i et forsøk på å forhindre fremveksten av aggressive interaksjoner. En annen 60-s-interaksjonsperiode skjedde med samme partner 10 minutter senere. Etter registrering ble rotter gitt en dødelig dose uretan (> 1.5 g / kg, ip) og deretter perfundert med en formalinoppløsning. Hjernen ble fjernet, frossen, snittet (40 um tykkelse) og farget med tionin for å bestemme opptakssteder.
Evaluering av dopamin-transienter
Dopamin-transienter under opptak ble statistisk identifisert som tidligere beskrevet (Robinson et al., 2009). Kort sagt ble hver voltammetrisk skanning bakgrunnsuttrukket og sammenlignet med en mal av elektrisk fremkalt dopaminfrigivelse. Etter identifisering av dopaminfrigivelseshendelser ble hver hendelse undersøkt for å bestemme signal-til-støyforholdet, idet signalet var den maksimale konsentrasjonen av dopamin ([DA]max) og støyen beregnet som rms amplitude i 10-skanningene (1 s) som brukes i bakgrunnsuttraksjonen. Bare dopamin-transienter med et signal-støyforhold på 5 eller høyere var inkludert i studien. For å bestemme dopaminfrigivelse under stimuluspresentasjoner, ble frekvensen av transienter beregnet for en 20s periode som omfattet stimuluspresentasjonen og sammenlignet med frekvensen under 4 min umiddelbart før presentasjonen (basal). For å bestemme dopaminfrigivelsen under sosial interaksjon, ble transientfrekvensen beregnet for en 80s periode som omfattet interaksjonsperioden og sammenlignet med frekvensen under 4 min umiddelbart før interaksjonen (basal). Den maksimale konsentrasjonen av hver dopaminfrigivelseshendelse ble beregnet ved å konvertere strømmen (nA) til konsentrasjonen (μM) etter vitro kalibrering av elektroden (Logman et al., 2000).
Atferdsskåring
Behavioral respons på stimuli presentasjoner (fra oppstart av presentasjon til 2 s etter presentasjonen) ble vurdert fra video på en skala fra 0 - 3 (0, ingen bevegelse; 1, sniffing / hode bevegelse; 2, orienteringsbevegelse / skremmende; 3, bevegelse). Sosial interaksjon ble scoret som den totale varigheten i s av følgende atferd rettet mot den andre rotte: grooming, sniffing, forfølgelse, ano-genital inspeksjon, klatring over / under. Prøver ble scoret for sosial atferd som oppstod i 45 s umiddelbart etter lukking av lyddempende kammerdør etter å ha satt partnerrotten inn i kammeret; denne tidsperioden ble valgt for å unngå forstyrrende innflytelse av å åpne og lukke kammerdørene. Prøver ble også scoret for varighet i s for ikke-sosial lokomotorisk aktivitet via kvadrantkryssinger i samme 45-s periode.
Statistisk analyse
Statistisk analyse av dopamin-transientfrekvens mellom grupper og eksperimentelle forhold ble beregnet ved bruk av ikke-parametrisk multivariat regresjonsanalyse (genmod-prosedyre med Poisson-fordeling, gjentatte tiltak og Wald-parvise kontraster, SAS, SAS Institute Inc., Research Triangle Park, NC). Endringer i amplitude av dopamin-transienter og signal-til-støyforhold mellom grupper og eksperimentelle epoker ble beregnet ved hjelp av lignende regresjonsanalyse med gammafordeling. Behaviorale tiltak ble sammenlignet mellom grupper ved å bruke gjentatte målinger 2-vei ANOVA eller i grupper ved bruk av parede t-tester (GraphPad Prism, GraphPad Software Inc., La Jolla, CA).
Resultater
Tolv ungdommer og ti voksne rotter ble brukt til denne studien. Tre unge rotter ble ikke inkludert på grunn av vanskeligheter ved kirurgi eller under voltammetri, og en voksen rotte ble ikke inkludert på grunn av feil elektrodeplassering. I tillegg ble sosiale data fra en ungdom kastet på grunn av voltammetriske vanskeligheter som ikke påvirket de andre stimulanspresentasjonene. Endelige n er 9 ungdommer og 9 voksne for stimulanspresentasjoner og 8 ungdommer og 9 voksne for de sosiale interaksjonene.
Dopamin transienter ved baseline
Basalhastigheten av dopamin-transienter var overlappende mellom unge og voksne rotter i NAc-kjernen. Når transientfrekvens ble bestemt over alle baselineprøver (filer der ingen stimuluspresentasjoner eller rotteinteraksjoner oppstod) viste ungdomsrotter 1.5 ± 0.4 transienter / min og voksne viste 2.5 ± 0.6. Imidlertid var innenfor hver gruppe en rekke transientfrekvens, som tidligere rapportert hos modne rotter (Robinson et al., 2009; Robinson og Wightman, 2007; Wightman et al., 2007): hos ungdom var basalfrekvensen variert fra 0.2-4.0 transienter per minutt, mens hos voksne var området 0-5.0 transienter per minutt. Viktigst viste elektriskstimulert frigivelse tilstedeværelsen av funksjonelle dopaminterminaler på det voltammetriske registreringsstedet selv når basale dopamin-transienter var fraværende eller sjeldne.
Dopamin transienter ved presentasjon av uventede stimuli
Deretter undersøkte vi om dopamin-transienter var mer sannsynlig å forekomme ved uventet presentasjon av stimuli hos ungdomsrotter. Figur 1A viser at korte presentasjoner av stimuli økte frekvensen av dopamintransienter med 50% over baselinjenivåer hos voksne rotter (Waldkontrast av voksenbaseline vs. stimuli, p <0.05), og replikerte tidligere arbeid (Robinson og Wightman, 2004). I motsetning til dette endret ikke frekvensen av dopaminfrigjøringshendelser signifikant blant ungdomsrottene (Wald kontrast av ungdomsbaseline vs. stimuli, p> 0.86). Sammenlignet mellom gruppene var ikke utgangsfrekvensen forskjellig (Wald kontrast hos ungdom versus voksen baseline, p> 0.19), mens frekvensen under stimuluspresentasjoner var høyere hos voksne rotter (Wald kontrast av ungdom versus voksen stimuli, p <0.05). Voksne rotter var mer sannsynlig å ha dopaminfrigivelse tidslåst for stimuli: 8/9 voksne viste dopaminfrigivelse til minst en stimuluspresentasjon, mens 6/9 ungdommer gjorde det. Videre gjorde voksne rotter som utviste tidslåste dopamintransienter, det ved 3.8 ± 0.4 stimuli (median 4), mens ungdommer som utviste tidslåste transienter gjorde det ved 2.3 ± 0.4 stimuli (median 2).
Vi avgjorde deretter om transienter som forekom under stimuluspresentasjoner var større enn de som var under baseline. Figur 1B viser fordelingen av maksimale konsentrasjoner av dopamintransienter. Regresjonsanalyse avslørte at amplituder ikke var forskjellige mellom ungdoms- og voksne rotter (Wald-kontraster, alle p-verdier> 0.05). Hos ungdomsrotter var de maksimale konsentrasjonene av transienter under stimuleringspresentasjoner ikke signifikant forskjellige fra de under baseline. Hos voksne rotter var dopaminkonsentrasjonen litt høyere under stimuluspresentasjoner, et skifte mot høyre som nærmet seg statistisk signifikans (Waldkontrast av voksenbaseline vs. stimuli, p <0.06). Median og gjennomsnittlig konsentrasjon av dopamintransienter er beskrevet i Tabell 1.
Selv om gruppedata indikerte at dopaminfrigivelseshendelser var mer sannsynlig å forekomme ved uventede stimuluspresentasjoner hos voksne mot unge rotter, illustrerer individuelle plott forskjellene mellom stimuli så vel som i grupper. Figur 1C viser endringen i frekvensen av dopamin-transienter under presentasjonen av en stimulus versus 4-min av basislinjen som går foran den stimulansen. Hos voksne varierte stimuliene i deres effektivitet for å øke dopamin-forbigående hastigheter; de er rangert fra de fleste til minst effektive som følger: dopamin transienter oppstod ved 208% av basale hastigheter ved kokos lukt; 184% på tone; 161% ved sitron lukt; 142% ved hvit støy; og 91% ved lys ut. På ungdomsratene var stimuli generelt mindre effektive for å utløse dopamin-transienter; de er rangert fra de fleste til minst effektive som følger: dopamin transienter oppstod ved 158% av basale priser ved tonen; 127% ved sitron lukt; 123% ved kokosnøtt lukt; 84% ved hvit støy; og 23% ved lys ut.
Likevel, Figur 1C demonstrerer distinkt individuell variabilitet ved å sende ut dopaminrespons til bestemte stimuli innen hver aldersgruppe. For å avgjøre om denne neurokemiske variabiliteten var forbundet med atferdsvariabilitet, scoret vi hver rotte for bevegelse assosiert med stimuluspresentasjonen, som vist i Tabell 2 (en voksen rotte ble ekskludert fra denne analysen på grunn av delvis tap av videoopptaket). Vi brukte deretter Spearman ikke-parametrisk korrelasjon for å sammenligne atferdsmessige og dopaminerge responser på stimuli i hver aldersgruppe. Vi fant at hyppigheten av dopamintransienter ikke var korrelert med atferdsaktivering i noen av aldersgruppene, uansett om stimulansen ble analysert individuelt eller som en gruppe (data ikke vist, alle p-verdier> 0.05), noe som indikerer at atferdsmessige og nevrokjemiske responser på stimuli var ikke direkte relatert. I tillegg overlappet oppførselspoengene til rottene som ikke avga noen dopamintransienter tidslåst til stimuluspresentasjoner (3/9 ungdommer og 1/9 voksne) fullstendig med oppførselspoengene til rottene som hadde dopamintransienter. Imidlertid viste sammenligning av atferdssvar mellom aldersgrupper at ungdommer som gruppe viste betydelig mindre bevegelse ved uventede stimuleringspresentasjoner enn de voksne rottene (Mann-Whitney test, p <0.05).
Dopamin transienter under sosial interaksjon
Deretter målte vi dopaminfrigjøring under 60-s-interaksjon med en annen hannrotte. I motsetning til presentasjonene av ikke-sosiale stimuli, bestemte regresjonsanalyse at dopamintransienter signifikant økte fra baseline under den første interaksjonen med en annen rotte hos både ungdommer og voksne rotter. Gjennomsnittsfrekvensen av transienter økte tre ganger fra baseline, fra 3 ± 1.0 til 0.3 ± 3.0 transienter / min hos ungdomsrotter (Waldkontrast av ungdomsbaseline vs. interaksjon, p <0.9) og fra 0.05 ± 2.0 til 0.5 ± 7.3 i voksne (Wald kontrast av voksenbaseline vs. interaksjon, p <1.3). Ti minutter senere ble dopaminfrigivelse målt under en andre interaksjon med samme rotte. Hos voksne var økningen i forbigående dopamin ikke lenger signifikant (p> 0.001); Selv om gjennomsnittsfrekvensen av transienter økte fra 0.32 ± 1.8 til 0.5 ± 3.7 transienter / min, var denne endringen mer variabel på tvers av rotter. I motsetning til dette viste ungdommer den samme økningen i dopamintransienter under den andre presentasjonen som under den første, fra 1.3 ± 0.8 til 0.2 ± 3.1 transienter / min (p <0.9). Individuelle rottdata etter gruppe og episode er vist i Figur 2A.
Vi undersøkte om forskjeller i atferd under den første og andre interaksjonsepisoden kan forklare mangelen på økning i dopaminutslipp hos voksne rotter under den andre interaksjonen. Tabell 3 viser tiden brukt i sosial etterforskning og bevegelse i løpet av 45-årene av interaksjonsperioden. I dette eksperimentelle kammeret (21 × 21 cm gulvareal) brukte ungdomsrotter mindre tid på aktive sosiale interaksjoner (2-veis gjentatte mål ANOVA: hovedeffekt av gruppe, p <0.05) og mer tid i bevegelse (2-veis gjentatt- måler ANOVA: hovedeffekt av gruppe, p <0.05) enn voksne rotter. Imidlertid observerte vi at ungdomsrottene hadde mer plass til å bevege seg fra hverandre mens de større voksne rottene var mer sannsynlig å være i fysisk nærhet. Dermed ble de kritiske sammenligningene parret t-tester for å sammenligne atferd i gruppen i løpet av den første versus andre interaksjonsperioden. Disse analysene avdekket ingen atferdsforskjeller mellom første og andre interaksjonsperioder i noen av aldersgruppene (alle p-verdier> 0.05). Videre korrelerte verken den absolutte frekvensen av dopamintransienter eller den økte frekvensen fra baseline med sosiale interaksjoner eller bevegelse i interaksjonsperioden (data ikke vist, alle p-verdier> 0.05).
Den maksimale konsentrasjonen av dopamin transienter under interaksjon med en annen rotte ble sammenlignet med konsentrasjoner under baseline. For denne analysen ble data fra begge interaksjonsepisoder samlet for å øke statistisk kraft. Figur 2B viser at fordelingen av dopamin-transient amplitude ble forskjøvet mot større frigivelseshendelser hos både ungdoms- og voksenrotter under spesifikk interaksjon; gjennomsnittlig og median amplituder er oppført i Tabell 1. Fordi sosiale interaksjoner kan produsere bevegelsesassosiert støy i det voltammetriske signalet, undersøkte vi også støynivåer og fant at de faktisk var høyere under interaksjonsepisoder hos både voksne og unge rotter (Wald kontraster av baseline versus interaksjon, p <0.05 for hver gruppe ). Ikke desto mindre var forholdet mellom signal og støy ikke forskjellig på tvers av grupper (Tabell 1: Wald kontraster, alle p-verdier> 0.05), noe som tyder på at støyproblemer ikke bidro til differensialfunnene mellom ungdommer og voksne rotter.
Alle opptak ble gjort i kjernen av NAc, som vist i Figur 3.
Diskusjon
Dopamin nevrotransmisjon er nøkkelen til mange aspekter av motivert atferd, inkludert stimulussalience, belønningsprognose og atferdsmessig tilrettelegging. Som motivert atferd er forskjellig mellom ungdom og voksne, undersøkte den foreliggende studien raske dopaminfrigivelser i tidlig ungdomsrat i forhold til voksne. Vi rapporterer at mens basale frekvenser av dopamin transienter ikke er vesentlig forskjellig mellom de to aldersgruppene, er transienter som svar på uventede stimuli færre hos ungdomsrotter sammenlignet med voksne. I kontrast øker både frekvens og amplitud av dopamin transienter i begge aldersgrupper ved interaksjon med en annen rotte; imidlertid endrer frekvensen hos voksne, men ikke ungdom ved den andre presentasjonen av partnerratten. Dermed varierer raske dopaminfrigivelseshendelser ved presentasjon av stimuli hos ungdomsratene mot voksne, og denne fysiologiske forskjellen kan være forbundet med aldersavhengige forskjeller i behandling av sosiale og ikke-sosiale stimuli.
Begge frekvenser og amplituder av dopamin-transienter i NAc-kjernen var lik mannlige rotter i tidlig ungdomsår (alder 29 - 30 dager) og voksen alder (alder 71 - 72 dager). Disse funnene stemmer overens med elektrofysiologiske opptak av dopaminneuroner i bedøvede rotter. Brenningshastigheter av dopaminneuroner øker fra fødselen til mid-sen ungdomsår, og senker seg over voksenlivet (Pitts et al., 1990; Tepper et al., 1990; Lavin og Drucker-Colin, 1991; Marinelli et al., 2006; McCutcheon og Marinelli, 2009), med toppaktivitet som oppstår i midten til sen ungdomsår. Faktisk, McCutcheon og Marinelli (2009) rapporterte at basale avfyringshastigheter er like ved den tidlige ungdoms- og voksenalderen som er målrettet i den foreliggende studien, og dataene her antyder at mengder av neuronal sprekking også ligner, da dopamin-transienter oppstår ved burst-avfyring av dopaminneuroner (Suaud-Chagny et al., 1992; Sombers et al., 2009). Særlig viste ungdomsratene variabilitet i basalfrekvensen av dopamin-transienter, alt fra steder med få eller ingen spontane transienter til steder med flere per minutt. Dette funnet ligner på "hot" og "cold" opptakssider rapportert hos voksne (Robinson et al., 2009; Robinson og Wightman, 2007; Wightman et al., 2007) og kan gjenspeile variabilitet i eksponeringshastigheter for dopaminneuroner (Hyland et al., 2002). I samsvar med utviklingsstartfrekvenser har mikrodialysestudier rapportert økt dopaminnivå i senere ungdomsår (45 dager i alderen) i forhold til tidlig ungdomsår eller voksenalder (Badanich et al., 2006; Philpot et al., 2009). Således, mens våre funn gir den første evalueringen av basale doser av dopamintransienter mellom ungdoms- og voksenrotter, er det behov for flere tidspunkter under denne dynamiske utviklingsperioden, da dopamin-transienter kan være mer fremtredende i midten av sen ungdom.
I tråd med vår tidligere rapport (Robinson og Wightman, 2004), fant vi at frekvensen av dopamin-transienter økte ved uventet presentasjon av stimuli hos voksne hannrotter, ofte tidsbegrenset til den første presentasjonen av stimulansen. I den tidligere studien presenterte vi lukt og auditiv stimuli som ligner de som brukes heri; i begge studier økte disse stimuliene frekvensen av dopamin-transienter i NAc over basalhastighetene, som ble tolket som et neurokjemisk signal av potensiell utbredelse av stimuli til dyret. Økningen i dopamin-transientfrekvensen som følge av uventet presentasjon av stimuli observert hos voksne var imidlertid ikke pålidelig i NAc-kjerne av tidlig ungdoms rotter, og ungdommene som gruppe viste mindre atferdsrespons på stimuli enn voksne. Selv om fasisk aktivering av dopaminerge nevroner ikke er korrelert med spesifikke motorbevegelser, stimulerer typene stimuli som pleier å fremme bristning og dopamin-transienter ofte atferdsaktivering (Nishino et al., 1987; Romo og Schultz, 1990; Robinson et al., 2002). Dermed angir foreliggende funn en utviklingsforskjell i det dopaminerge og adferdsmessige responset på denne typen romanen stimuluspresentasjon, som begge kan skyldes mangel på salience av disse stimuli for ungdomsratene. Det var viktig at det reduserte atferdsresponsen til stimuli ikke bare var en reduksjon i evnen til å bevege seg (kanskje på grunn av tether eller voltammetrisk hode), da de unge rotter viste både bevegelse og sosialt rettet oppførsel under sosial interaksjon. Videre var det ingen sammenheng mellom atferdsrespons og frekvensen av dopamin-transienter til stimuli når de ble analysert over individuelle rotter innen hver aldersgruppe. Den relative ufølsomheten til uventede, nye stimuli funnet i foreliggende studie kontrasterer med tidligere funn som ungdomsratene ofte viser høyere nivåer av utforskning av nye miljøer og nye objekter enn voksne (f.eks. Douglas et al., 2003; Stansfield og Kirstein, 2006; Philpot og Wecker, 2008), med nyobservasjonsobservasjoner rapportert til topp i rotter i mid-adolescence (35 - 36 dager i alderen, Spear et al., 1980). Ytterligere studier ville være nødvendige for å fastslå ontogenetiske forskjeller mellom atferdsaktivisering og samtidige dopaminfrigivelseshendelser indusert av de korte stimuluspresentasjoner som brukes her i motsetning til responser på nye miljøer og statiske, nye objekter plassert i kjente miljøer som brukt i de tidligere studier.
Både frekvensen og amplituden til dopamin-transienter i NAc-kjernen økte på en pålitelig måte under kort vekselvirkning med en annen rotte i både ungdoms- og voksengrupper. I tråd med vår tidligere rapport (Robinson et al., 2002), den dopaminerge responsen opplevde hos voksne rotter ved den andre presentasjonen av den spesifikke rotte. I motsetning hevde den økte frekvensen av dopamin-transienter hos unge rotter. Denne mangel på habituation kan gjenspeile den økte belønningen forbundet med sosial interaksjon utstilt hos ungdommer mot voksne rotter (f.eks. Douglas et al., 2004). Faktisk har det vist seg at samfunnsaktivitet har spist i tidlig ungdomsår i forhold til senere ungdomsår og voksenliv, en effekt som forstørres når rotter er isolert inntil dager før testingen (Varlinskaya & Spear, 2008), som det var gjort i den nåværende studien. Interessant nok var de to aldersgruppene forskjellig fra den totale mengden sosial aktivitet i forhold til generell lokomotiv. Mens tidligere rapporter indikerer at isolatiserte ungdomsrotter utviser mer sosial adferd og lokomotiv enn voksne under diskrete sosiale interaksjonsforsøk, med disse effektene spesielt utprøvde blant unge ungdommer (Varlinskaya & Spear, 2008), fant vi at lokasjonen var høyere og sosialt rettet oppførsel var lavere i de unge ungdomene vi testet i forhold til deres voksne kolleger. Dette kan skyldes størrelsen på apparatet: ved 21 × 21 cm var de større voksne rotter mer sannsynlig å være i nærheten av den spesifikke partneren enn de mindre ungdomsratene, noe som gjør samfunnskontakt nesten uunngåelig for disse voksne dyrene. I tillegg har bare testrottene tettet, kanskje påvirket sitt adferdsmessige repertoar under sosial interaksjon. Endelig tar den korte tidsperioden for interaksjon (60 s) som brukes her, kun innledende interaksjoner som kan produsere forskjellige aldersrelaterte mønstre av sosial atferd sammenlignet med de lengre interaksjonsperioder (270-600 s) som vanligvis brukes når det gjelder gnagere sosiale interaksjoner (f.eks Varlinskaya & Spear, 2008; Glenn et al., 2003).
Sosialt samspill kan forårsake bevegelsesassosiert elektrisk støy når hodestammen berører kammerveggen eller den andre rotte som kan føre til undervurdering av dopamin-forbigående frekvens under sosial interaksjon. Det var viktig at signalstyrkenivået ikke var forskjellig mellom aldersgrupper eller mellom første og andre interaksjonsperioder, noe som indikerer at den vedvarende økningen i dopamin-transientfrekvens observert hos ungdomsratene i den andre interaksjonsperioden ikke var en støyrelatert artefakt. På samme måte var undersøkelses- og lokomotorisk oppførsel i det vesentlige den samme under begge interaksjoner innen hver aldersgruppe, slik at adferdsforskjeller også ikke forklarer forskjellen i utnyttelse av den dopaminerge reaksjonen mellom unge og voksne rotter. Faktisk, i vår tidligere studie (Robinson et al., 2002) ble det observert at voksne rotter utviste mer intense sosialt rettede oppføringer under en annen interaksjon med en partnerrot, til tross for at de ga færre dopamin-transienter, noe som tyder på at dopamin-transientene ikke er nødvendige for å fremme partner-rettet adferd. Hvis dopamin-transientene tolkes som signaler for belønningsprognose (Schultz og Dickinson, 2000; Schultz, 2007; Roesch et al., 2010) kan opplevelsen av dopaminfrigivelseshendelser hos voksne til gjentatte partnerpresentasjoner reflektere en reduksjon i belønning eller større forutsigbarhet av den andre presentasjonen, og utholdenhet av dopaminfrigivelse hos ungdomsratene kan gjenspeile forbedret belønning eller overraskelse for gjentatt samhandling med en partner .
Mesolimbic dopaminsystemet er involvert i appetitiv oppførsel og belønning oppkjøp (for vurderinger, se Depue og Iacono, 1989; Panksepp, 1998; Depue og Collins, 1999; Ikemoto og Panksepp, 1999; Schultz og Dickinson, 2000; Schultz, 2007). Siden flere aspekter av denne dopaminbanen gjennomgår dynamiske endringer i ungdomsårene, er det ikke overraskende at atferdsmessige og nevrokemiske responser til belønninger og nye stimuli som kan godt forutsi premier, også er dynamiske (for vurderinger, se Chambers et al., 2003; Ernst et al., 2009; Wahlstrom et al., 2010b; Wahlstrom et al., 2010a). Vår oppdagelse at den dopaminergiske responsen på sosial interaksjon ikke fant sted i tidlig ungdomsrotter, er i samsvar med mange studier som har dokumentert økt følsomhet overfor belønninger under ungdomsårene, inkludert sosiale og narkotikabelønning (for gjennomgang og referanser, se Doremus-Fitzwater et al., 2010; Spyd og Varlinskaya, 2010). Nye stimuli er også sentrale og kan utløse dopaminfrigivelse og atferdsmessig tilrettelegging fordi de kunne forutsi belønning eller trussel; Vi observerte imidlertid ikke økt dopaminfrigivelse til kort presentasjon av nye stimuli i tidlig ungdoms rotter. Dermed kan den foreliggende studien ha samplet dopaminfrigivelse på en tid i utvikling (tidlig ungdomsår) der sensitivitet for sosiale belønninger er optimal, men respons på nyhet er ikke. Denne tolkningen fører til flere veier for videre forskning, blant annet undersøkelse av dopaminfrigivelse til roman og sosiale stimuli ved flere tidspunkter over ungdomsårene. Vi planlegger også å undersøke dopaminutslipp under eksplisitt cue-belønning læring (for eksempel Pavlovian conditioning) for å avgjøre om typene stimuli presentasjoner som brukes her, for eksempel lys eller lukt, kan fremkalle en dopaminerg respons hos ungdomsrotter når de forutsier belønning (Day et al., 2007; Roesch et al., 2007).
I sammendraget uttrykkes hurtige dopaminfrigivelseshendelser, eller dopamintransienter, differensielt i tidlig ungdom mot voksen alder. Mens frekvenser og konsentrasjoner av transienter var like ved baseline, observerte vi mindre aktivering av dopaminfrigivelse ved uventede, ikke-sosiale stimuli og mer vedvarende aktivering av sosiale stimuli hos ungdomsratene i forhold til voksne. Disse forskjellene i dopaminfrigivelseshendelser bidrar sannsynligvis til utviklingsforskjeller i følsomhet for tegn og belønninger, særlig sosial belønning. Det vil være verdifullt å bygge videre på disse funnene ved å evaluere flere tidspunkter under ungdomsårene, samt overvåking av dopaminfrigivelse under eksplisitt belønningsassosiert læring.
Erkjennelsene
Takket være Dr. Thomas Guillot III for hjelp med neuroanatomiske koordinater, til Rachel Hay og Sebastian Cerdena for atferdsmessig scoring, til Vahid Sanii for elektrodekalibrering, og til Chris Wiesen ved UNC Odum instituttet for samfunnsvitenskapelig forskning for statistisk kompetanse. Dette arbeidet ble finansiert av NIH (R01DA019071 til LPS) og Bowles Center for alkoholstudier ved University of North Carolina.
Referanser
- Andersen SL, Rutstein M, Benzo JM, Hostetter JC, Teicher MH. Kjønnsforskjeller i overproduksjon og eliminering av dopaminreseptor. NeuroReport. 1997;8: 1495-1498. [PubMed]
- Badanich KA, Adler KJ, Kirstein CL. Ungdom er forskjellig fra voksne i kokain-betinget stedpreferanse og kokaininducert dopamin i kjernen accumbens septi. Eur J Pharmacol. 2006;550: 95-106. [PubMed]
- Chambers RA, Taylor JR, Potenza MN. Utviklingsnervirkulering av motivasjon i ungdomsår: en kritisk periode med avhengighetsproblemer. Amerikanske J Psychiat. 2003;160: 1041-1052.
- Dag JJ, Roitman MF, Wightman RM, Carelli RM. Associativ læring medierer dynamiske skift i dopamin-signalering i kjernen accumbens. Nat Neurosci. 2007;10: 1020-1028. [PubMed]
- Depue RA, Iacono WG. Neurobehavioral aspekter av affektive lidelser. Annu Rev Psychol. 1989;40: 457-492. [PubMed]
- Depue RA, Collins PF. Neurobiologi av personlighetens struktur: dopamin, tilrettelegging av motivasjons motivasjon og ekstraversjon. Behav Brain Sci. 1999;22: 491-517. diskusjon 518-469. [PubMed]
- Doremus-Fitzwater TL, Varlinskaya EI, Spyd LP. Motivasjonssystemer i ungdomsår: Mulige konsekvenser for aldersforskjeller i rusmisbruk og annen risikotaking. Brain Cogn. 2010;72: 114-123. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
- Douglas LA, Varlinskaya EI, Spear LP. Novell-objekt-plassering i ungdoms- og voksne hann- og hunrotter: effekter av sosial isolasjon. Fysiol Behav. 2003;80: 317-325. [PubMed]
- Douglas LA, Varlinskaya EI, Spear LP. Belønning av egenskaper for sosiale interaksjoner hos unge og voksne hann- og hunrotter: påvirkning av sosiale versus isolere boliger av fag og partnere. Dev Psychobiol. 2004;45: 153-162. [PubMed]
- Ernst M, Romeo RD, Andersen SL. Neurobiologi av utviklingen av motivert atferd i ungdomsårene: et vindu inn i en nevrale systemmodell. Pharmacol Biochem Behav. 2009;93: 199-211. [PubMed]
- Glenn RF, Tucci SA, Thomas A, Edwards JE, File SE. Aldersrelaterte kjønnsforskjeller som respons på matmangel i to dyreforsøk av angst. Neurosci Biobehav Rev. 2003;27: 155-161. [PubMed]
- Hyland BI, Reynolds JN, Hay J, Perk CG, Miller R. Firing modi av midterdopamin-celler i den fritt bevegelige rotte. Neuroscience. 2002;114: 475-492. [PubMed]
- Ikemoto S, Panksepp J. Kjernens rolle legger til dopamin i motivert oppførsel: en samlende tolkning med spesiell henvisning til belønningsøkende. Brain Res Brain Res Rev. 1999;31: 6-41. [PubMed]
- Lavin MA, Drucker-Colin R. Ontogeny av den elektrofysiologiske aktiviteten til dopaminerge celler med spesiell henvisning til påvirkning av adrenal medullary grafts på aldring. Brain Res. 1991;545: 164-170. [PubMed]
- Logman MJ, Budygin EA, Gainetdinov RR, Wightman RM. Kvantifisering av in vivo målinger med karbonfibermikroelektroder. J Neurosci Metoder. 2000;95: 95-102. [PubMed]
- Marinelli M, Rudick CN, Hu XT, White FJ. Spenning av dopaminneuroner: Modulasjon og fysiologiske konsekvenser. CNS Neurol Disord Drug Mål. 2006;5: 79-97. [PubMed]
- McCutcheon JE, Marinelli M. Alder alder. Eur J Neurosci. 2009;29: 997-1014. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
- Nishino H, Ono T, Muramoto K, Fukuda M, Sasaki K. Neuronal aktivitet i det ventrale tegmentale området (VTA) under motivert barpressmating i apen. Brain Res. 1987;413: 302-313. [PubMed]
- Panksepp J. Affektive nevrovitenskap: grunnlaget for menneskelige og dyre følelser. Oxford University Press; New York: 1998.
- Paxinos G, Watson C. Rottehjernen i stereotaksiske koordinater. akademisk; New York: 1986.
- Phillips PE, Stuber GD, Heien ML, Wightman RM, Carelli RM. Subsecond dopaminfrigivelse fremmer kokainsøk. Nature. 2003;422: 614-618. [PubMed]
- Philpot RM, Wecker L. Avhengighet av ungdoms nyhetssøkende oppførsel på responsfenotype og effekter av apparatskalering. Oppfør neurosci. 2008;122: 861-875. [PubMed]
- Philpot RM, Wecker L, Kirstein CL. Gjentatt etanoleksponering under ungdomsårene endrer utviklingsbanen for dopaminerg utgang fra nucleus accumbens septi. Int J Dev Neurosci. 2009;27: 805-815. [PubMed]
- Pitts DK, Freeman AS, Chiodo LA. Dopamin neuron ontogeni: elektrofysiologiske studier. Synapse. 1990;6: 309-320. [PubMed]
- Rebec GV, Christensen JR, Guerra C, Bardo MT. Regionale og tidsmessige forskjeller i sanntid dopaminutløp i kjernen accumbens under frit valg nyhet. Brain Res. 1997;776: 61-67. [PubMed]
- Robinson DL, Wightman RM. Nomifensin forsterker subkondens dopamin signaler i ventral striatum av fritt bevegelige rotter. J Neurochem. 2004;90: 894-903. [PubMed]
- Robinson DL, Heien ML, Wightman RM. Frekvensen av dopamin-konsentrasjonstransienter øker i dorsal og ventral striatum hos hannrotter under innføring av spesifikasjoner. J Neurosci. 2002;22: 10477-10486. [PubMed]
- Robinson DL, Hermans A, Seipel AT, Wightman RM. Overvåking av rask kjemisk kommunikasjon i hjernen. Chem Rev. 2008;108: 2554-2584. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
- Robinson DL, Howard EC, McConnell S, Gonzales RA, Wightman RM. Ulikhet mellom tonisk og phasisk etanolinducert dopamin øker i kjernen accumbens av rotter. Alkohol Clin Exp Res. 2009;33: 1187-1196. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
- Robinson DL, Phillips PE, Budygin EA, Trafton BJ, Garris PA, Wightman RM. Under-sekunders endringer i akkumbal dopamin under seksuell oppførsel hos hannrotter. NeuroReport. 2001;12: 2549-2552. [PubMed]
- Robinson DL, Wightman RM. Rask dopaminfrigivelse i fritt bevegelige rotter. I: Michael AC, Borland LM, redaktører. Elektrokjemiske metoder for nevrovitenskap. CRC Press; Boca Raton: 2007. pp. 17-34.
- Roesch MR, Calu DJ, Esber GR, Schoenbaum G. Alt som glitter ... dissocierer oppmerksomhet og utfall forventning fra prediksjon feil signaler. J Neurofysiol. 2010;104: 587-595. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
- Roesch MR, Calu DJ, Schoenbaum G. Dopaminneuroner koder det bedre alternativet hos rotter som bestemmer mellom ulike forsinkelser eller størrelser. Nat Neurosci. 2007;10: 1615-1624. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
- Roitman MF, Wheeler RA, Wightman RM, Carelli RM. Realtids kjemiske responser i kjernen accumbens skiller belønning og aversive stimuli. Nat Neurosci. 2008;11: 1376-1377. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
- Roitman MF, Stuber GD, Phillips PE, Wightman RM, Carelli RM. Dopamin fungerer som en sekundærmodulator av matssøk. J Neurosci. 2004;24: 1265-1271. [PubMed]
- Romo R, Schultz W. Dopaminneuroner av ape midtbanen: uforutsette responser til aktiv berøring under selvinitierte armbevegelser. J Neurofysiol. 1990;63: 592-606. [PubMed]
- Schultz W. Flere dopaminfunksjoner ved forskjellige tidskurs. Annu Rev Neurosci. 2007;30: 259-288. [PubMed]
- Schultz W, Dickinson A. Neuronal koding av prediksjonsfeil. Annu Rev Neurosci. 2000;23: 473-500. [PubMed]
- Sombers LA, Beyene M, Carelli RM, Wightman RM. Synaptisk overflod av dopamin i kjernen accumbens oppstår fra nevronaktivitet i det ventrale tegmentale området. J Neurosci. 2009;29: 1735-1742. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
- Spear LP, Varlinskaya EI. Følsomhet for etanol og andre hedoniske stimuli i en dyremodell av ungdomsår: implikasjoner for forebyggingsvitenskap? Dev Psychobiol. 2010;52: 236-243. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
- Spear LP, Shalaby IA, Brick J. Kronisk administrasjon av haloperidol under utvikling: adferds- og psykofarmakologiske virkninger. Psychopharmacol. 1980;70: 47-58.
- Stansfield KH, Kirstein CL. Effekter av nyhet på atferd hos ungdommen og voksen rotte. Dev Psychobiol. 2006;48: 10-15. [PubMed]
- Stuber GD, Wightman RM, Carelli RM. Utryddelse av kokain selvadministrasjon avslører funksjonelt og tidsmessig forskjellige dopaminerge signaler i kjernen accumbens. Neuron. 2005a;46: 661-669. [PubMed]
- Stuber GD, Roitman MF, Phillips PE, Carelli RM, Wightman RM. Rapid dopamin signalering i kjernen accumbens under kontingent og noncontingent kokain administrasjon. Neuropsychopharmacology. 2005b;30: 853-863. [PubMed]
- Suaud-Chagny MF, Chergui K, Chouvet G, Gonon F. Forholdet mellom dopaminfrigivelse i rottekjernen accumbens og utslippsaktiviteten til dopaminerge neuroner under lokal in vivo påføring av aminosyrer i det ventrale tegmentale området. Neuroscience. 1992;49: 63-72. [PubMed]
- Tepper JM, Trent F, Nakamura S. Postnatal utvikling av den elektriske aktiviteten til rotte nigrostriatal dopaminerge neuroner. Brain Res Dev Brain Res. 1990;54: 21-33.
- Varlinskaya EI, Spear LP. Sosiale interaksjoner hos ungdoms- og voksne Sprague-Dawley-rotter: påvirkning av sosial berøvelse og testkompetansekjennskap. Behav Brain Res. 2008;188: 398-405. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
- Wahlstrom D, White T, Luciana M. Neurobehavioral bevis for endringer i dopamin-systemaktivitet under ungdomsårene. Neurosci Biobehav Rev. 2010a;34: 631-648. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
- Wahlstrom D, Collins P, Hvit T, Luciana M. Utviklingsendringer i dopaminneurotransmisjon i ungdomsår: adferdsmessige implikasjoner og problemstillinger i vurderingen. Brain Cogn. 2010b;72: 146-159. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
- Wightman RM, Heien ML, Wassum KM, Sombers LA, Aragona BJ, Khan AS, Ariansen JL, Cheer JF, Phillips PE, Carelli RM. Dopaminfrigivelse er heterogen i mikro-miljøer av rottekjernen accumbens. Eur J Neurosci. 2007;26: 2046-2054. [PubMed]
- Wightman RM, Robinson DL. Forløpende endringer i mesolimbisk dopamin og deres tilknytning til "belønning" J Neurochem. 2002;82: 721-735. [PubMed]