Kilde
Institutt for cellbiologi, University of Cincinnati, Cincinnati, Ohio, USA.
Abstrakt
BAKGRUNN:
En manglende evne til å hemme atferd når de blir maladaptive, er en komponent i flere psykiatriske sykdommer, og den mediale prefrontale cortexen (mPFC) ble identifisert som en potensiell mediator for atferdshemming. Den nåværende studien testet om mPFC er involvert i hemming av seksuell oppførsel når det er forbundet med aversive resultater.
METODER:
Ved bruk av hannrotter, ble effekter av lesjoner av infralimbiske og prelimbiske områder av mPFC på uttrykk for seksuell atferd og evne til å hemme parring, testet ved hjelp av et paradigme av kopiering-kontingent aversjon.
RESULTATER:
Medial prefrontal cortex lesjoner endret ikke uttrykk for seksuell oppførsel. I motsetning til at mPFC-lesjonene blokkerte fullstendig oppkjøpet av kjønnsavstandskondisjonering, og lesionerte dyr fortsatte å mate, i motsetning til den robuste adferdshemmingen mot kopiering i intakte mannlige dyr i mPFC, resulterte i bare 22% av intakte hanndyr fortsatte å mate. Imidlertid var rotter med mPFC-lesjoner i stand til å danne en betinget plasspreferanse for seksuell belønning og betinget stedaversjon for litiumklorid, noe som tyder på at disse lesjonene ikke endret associativ læring eller følsomhet for litiumklorid.
KONKLUSJON:
Den nåværende studien indikerer at dyr med mPFC-lesjoner sannsynligvis er i stand til å danne assosiasjoner med aversive utfall av deres oppførsel, men mangler evnen til å undertrykke søking av seksuell belønning i møte med aversive konsekvenser. Disse dataene kan bidra til en bedre forståelse av en vanlig patologi som ligger til grunn for impulskontrollforstyrrelser, ettersom tvangsmessig seksuell oppførsel har høy forekomst av komorbiditet med psykiatriske lidelser og Parkinsons sykdom.
INNLEDNING
Den mediale prefrontale cortexen (mPFC) er involvert i mange høyere ordrefunksjoner i pattedyrnervesystemet, inkludert regulering av emosjonell opphisselse, angstliknende atferd, samt adferdsmessig fleksibilitet og beslutningstaking (1-5). Belønningsbasert beslutningstaking antas å være kontrollert av en nevronkrets bestående av mPFC, amygdala og striatum (6) der mPFC fungerer som en "top-down" kontroller av denne prosessen (7,8). En sentral funksjon av belønningsbasert beslutningsprosesser er evnen til å spore relasjoner med respons-utfall over tid (9). På denne måten, når konsekvensene forbundet med en atferdshandling blir uheldig, reduseres frekvensen av disse handlingene. Dette resulterer i en positiv adferdsmessig tilpasning, og dette svaret er avhengig av intakt mPFC-funksjon (8, 10). En manglende evne til å endre atferdsaksjoner når de fører til negativ konsekvens er et symptom som er vanlig for en rekke vanedannende lidelser (11-15).
Gnagere mannlig seksuell atferd er en naturlig belønningsbasert oppførsel der respons-utfallssamarbeid overvåkes for å oppnå målet om kopiering (16). Imidlertid unngår mannlige rotter fra å kopulere når seksuell oppførsel er parret med aversive stimulus litiumklorid (LiCl; 17, 18). mPFC-aktivitet har vært korrelert med mannlig seksuell atferd hos gnagere (19-25) og mennesker (26). Imidlertid er den nøyaktige rollen som mPFC-fakultetet i seksuell oppførsel fortsatt uklart. Målet med den foreliggende studien var å karakterisere effekten av mPFC-lesjoner på uttrykket av seksuell oppførsel, og på oppkjøpet av adferdshemming mot seksuell oppførsel hos rotter ved hjelp av en modell av kopulasjons-kontingent aversjon. Lesjoner inkluderte infralimbic (IL) og prelimbic (PL) kjernene til mPFC, da disse subregionene har vist seg å projisere til hjernens områder involvert i regulering av seksuell oppførsel (20). Resultater fra denne studien viser at intakt mPFC-funksjon ikke er nødvendig for normalt uttrykk for seksuell oppførsel. I stedet støtter resultatene hypotesen om at mPFC regulerer utførelsen av atferdshemming mot seksuell atferd når denne oppførselen er forbundet med aversive resultater.
MATERIALER OG METODER
dyr
Voksne mannlige (250-260 gram) Sprague Dawley rotter oppnådd fra Harlan labs (Indianapolis) ble plassert individuelt i et kunstig belyset rom på en reversert lys / mørk syklus (12: 12 h, lyser av ved 10 AM) ved en temperatur på 72 ° F. Mat og vann var til enhver tid tilgjengelig. Ovariektomiserte østrogener (sc silastisk kapsel med 5% 17-beta-østradiolbenzoat) og progesteron (sc injeksjon 500 μg i 0.1 ml sesamolje) primerte Sprague Dawley rotter (210-225 gram) ble brukt i alle parringstester som begynte fire timer etter starten av den mørke perioden og oppførelsen ble utført i en rektangulær plexiglas testbur (60 × 45 × 50 cm) under dim rød belysning. Alle prosedyrer ble godkjent av Dyrpleie- og brukskomiteen ved University of Cincinnati, University of Western Ontario Animal Care Committee, og i samsvar med NIH- og CCAC-retningslinjene for hvirveldyr i forskning.
Lesjon kirurgi
Dyrene ble bedøvet med en 1-ml / kg dose (87 mg / kg ketamin og 13 mg / kg xylazin). Dyr ble plassert i et stereotaksisk apparat (Kopf instruments, Tujunga, CA USA), et snitt ble gjort for å avsløre skallen, og hull ble boret over injeksjonsstedene ved bruk av en dremmel-bor (Dremmel, USA). Iboteninsyre (0.25μl, 2% i PBS) ble infused bilateralt ved bruk av to injeksjoner ved forskjellige dorsoventrale koordinater, hver over en 1.5-minutters periode ved bruk av en 5μl Hamilton-sprøyte ved følgende koordinater i forhold til Bregma (med kraniet nivellert horisontalt): For PL og IL lesjoner: AP = 2.9, ML = 0.6, DV = -5.0 og -2.5. Sham lesjoner ble utført ved bruk av samme metoder, men ved bruk av vehikel (PBS) injeksjoner. Alle dyr fikk lov til å gjenvinne i 7-10 dager før adferdstesting.
Design
Uttrykk av seksuell oppførsel
PL og IL lesjoner ble utført hos dyr som var seksuelt naive før operasjonen. Etter utvinning fikk dyrene å mate en gang i uken til visning av en utløsning, i totalt fire påfølgende uker etter operasjonen. Forskjeller i seksuelle parametere (dvs. latens for montering, intromisjon, utløsning og antall monteringer og intromissjoner) innenfor hvert eksperiment ble analysert ved hjelp av en enveis ANOVA med lesjonkirurgi som en faktor. Post-hoc sammenligninger ble utført ved bruk av Fishers PLSD tester, alle med 5% signifikansnivåer.
Elevated Plus Maze Experiments
Dyr med lesjoner eller skyggebehandling ble testet på forhøyet pluss labyrint (EPM). Denne testen ble utført fem uker etter operasjonen og en uke etter den siste parringsøkten. EPM ble laget av klar plexiglas og besto av fire armer av like lengde som strekker seg fra en midtarena som dannet formen av et plustegn. To våpen av labyrinten var åpne for det ytre miljøet, og de andre to armene i labyrinten ble omsluttet av mørke sidestykker (40cm høye) som strekte seg langs hele armens lengde. Border mellom mellomområdet og armene ble definert av hvite striper på armene som ligger 12cm fra midten av labyrinten. EPM-tester ble utført under svakt belysning, 1-4 timer etter utbruddet av den mørke perioden. Forskjeller mellom skam og lesioned dyr ble bestemt ved bruk av student t-tester med 5% signifikansnivå.
Kondisjonert Sex Aversion
Mannlige rotter ble utsatt for tre parringstimer for å få seksuell erfaring før lesjon eller skurkirurgi. Dyr som viste en utløsning i minst to av tre pre-kirurgi paringstester ble inkludert i denne studien og tilfeldig fordelt over fire eksperimentelle grupper: Sham-LiCl, Lesion-LiCl, Sham-Saline og Lesion-Saline. Lesjon eller skyggeoperasjoner ble utført 3 dager etter siste treningsøkt. Dyr fikk lov til å gjenopprette i en uke etter operasjonene før kondisjonering begynte. Under kondisjonssesjonene mottok halvparten av skam og lesioned hanner LiCl umiddelbart etter parring (Sham-LiCl og Lesion-LiCl), mens den andre halvdelen av sham og lesioned menn tjente som kontroller og mottatt saltoppløsning umiddelbart etter parring (Sham-Saline og Lesion-Saline). På konditioneringsdag 1 fikk dyr lov til å mate til en utløsning og ble injisert innen ett minutt etter utløsning med en 20ml / kg dose av enten 0.15M LiCl eller saltvann og deretter plassert tilbake i sine hjembur. Om morgenen på kondisjoneringsdag 2 ble alle hanner veid og saltvannskondisjonerte dyr fikk en 20ml / kg dose 0.15M LiCl, mens LiCl-betingede dyr ble injisert med en ekvivalent dose saltvann. Dette paradigmet ble gjentatt i løpet av tjue påfølgende dager i alt ti komplette kondisjonssessioner. Parametre for seksuell oppførsel ble registrert under hver prøveperiode. Forskjeller i prosent av dyr som viste monteringer og intromissjoner, eller ejakulasjoner ble analysert for hvert forsøk ved hjelp av Chi-Square analyse med et 5% signifikansnivå. Siden ingen forskjeller ble oppdaget mellom Sham-Saline og Lesion-Saline-gruppene i noen parameter, ble disse to gruppene kombinert for statistisk analyse (n = 9) og sammenlignet med enten Lesion-LiCl eller Sham-LiCl-gruppen.
Konditionert stedpreferanse
Seksuelt naive dyr gjennomgikk lesjonkirurgi som beskrevet ovenfor og fikk lov til å gjenvinne i en uke før adferdstesting. Alle atferdstesting startet 4 timer etter den mørke perioden. Det konditionerte stedinnstillingsapparatet ble delt inn i tre kamre med et nøytralt senterkammer. Den ene siden av kammeret hadde hvite vegger og et gulvgulv, mens den andre siden var svart med rustfritt stålstenger som gulv, midtkammeret var grått med plexiglasgulv (Med Associates, St. Albans, VT). Først ble det utført en pre-test for å etablere en naturlig preferanse for hvert individ før kondisjonen startet. Alle dyrene ble plassert i sentrumskammeret med fri tilgang til alle kamre i femten minutter, og den totale tiden som ble brukt i hvert kammer ble registrert. På neste dag, dvs. konditioneringsdag 1, parret menn med en utløsning i sitt hjem bur der de umiddelbart ble plassert i det første ikke-foretrukne kammeret i tretti minutter uten tilgang til de andre kamrene eller ble plassert i deres opprinnelig foretrukne kammer for tretti minutter uten tidligere seksuell oppførsel. På den andre kondisjoneringsdagen fikk menn motsatt behandling. Dette kondisjoneringsparadigmet ble gjentatt en gang til. Den neste dagen ble det gjennomført en posttest som var prosedyrisk identisk med pre-testen. To separate verdier ble brukt for å avgjøre om mPFC-lesjonerte dyr dannet en betinget stedspreferanse for kjønn. Den første poengsummen var differansepunktet, definert som forskjellen mellom tiden brukt i det først foretrukne kammeret og tiden som ble brukt i det i utgangspunktet ikke-foretrukne kammer. Foretrukket score ble definert som tiden brukt i det opprinnelig ikke-foretrukne kammer dividert med tiden brukt i det innledningsvis ikke-foretrukne kammer pluss tiden brukt i det først foretrukne kammeret. Foretrukket og forskjell score ble sammenlignet for hvert dyr mellom pre-test og post test ved bruk av parede student t-tester med 5% signifikansnivåer. Tidligere studier har vist at parring resulterer i robust betinget stedspreferanse ved hjelp av dette paradigmet, og at kontrollbehandlinger ikke resulterer i endringer i preferanse (27-29).
Konditionert sted Aversion
Seksuelt naive dyr gjennomgikk lesjon eller sjokkoperasjon som beskrevet ovenfor og fikk lov til å gjenvinne i en uke før adferdstesting. Alle atferdstesting startet 4 timer etter begynnelsen av lysperioden. Ved anvendelse av CPP-apparatet beskrevet ovenfor ble LiCl- eller saltinjeksjonene parret med henholdsvis det først foretrukne eller ikke-foretrukne kammer under to kondisjoneringsforsøk på en motbalansert måte. Før- og etterprøver ble utført og dataanalysert som beskrevet ovenfor ved bruk av parede teltester med 5% signifikansnivåer.
Lesjon Verification
For lesjonsbekreftelse ble dyrene perfusjonert transkartielt med 4% paraformaldehyd, og hjernene ble snittet (koronalt). Seksjoner ble og immunprosessert for neuronal markør NeuN under anvendelse av et primært antiserum i inkubasjonsløsning som gjenkjenner NeuN (monoklonalt anti-NeuN antiserum; 1: 10,000; Chemicon) og standard immunoperoxidase metoder (19). Plasseringen og størrelsen på de iboteniske lesjonene ble bestemt ved å analysere området i tilstøtende mPFC-seksjoner uten NeuN-neuronfarging. Lesjoner av mPFC spenner vanligvis en avstand fra AP + 4.85 til + 1.70 i forhold til bregma (Figur 1A-C). Lesjoner ble ansett fullstendige hvis 100% av IL og 80% av PL ble ødelagt, og bare dyr med fullstendige lesjoner ble inkludert i statistiske analyser (Sex adferd eksperiment, lesjon n = 11, sham n = 12; EPM eksperiment, lesjon n = 5, sham n = 4; Kondisjonert sex aversjon eksperiment, sham-saltoppløsning n = 4, sham-LiCl n = 9, lesjon-saltvann n = 5, lesjon-LiCl n = 12; betinget stedpreferanseeksperiment, lesjon n = 5 ; betinget sted aversjon eksperiment, sham n = 12, lesjon n = 9).
RESULTATER
Seksuell adferd
PL / IL-lesjoner påvirket ikke noen seksuell parameter som ble testet hos menn som var seksuelt naive før operasjonen (Figur 1D-F). I samråd ble det ikke påvist noen effekter av PL / IL-lesjoner på seksuell oppførsel hos de seksuelt erfarne mennene som ble inkludert i det betingede sexaversjonsforsøket, under første forsøk, derfor før parring av LiCl med seksuell oppførsel (Tabell 1). Derfor har ikke PL / IL-lesjoner påvirket seksuell oppførsel uavhengig av seksuell erfaring.
Elevated Plus Maze
I samråd med tidligere rapporter (27-29), hanrotter med mPFC lesjoner menn viste flere oppføringer i EPM's åpne armer i forhold til kontroller (Figur 1G), noe som tyder på at mPFC-funksjonen er kritisk for situasjoner som krever risikovurdering.
Tilstandsdyktig sex aversjon
Virkninger av LiCl-kondisjonering på seksuell oppførsel
LiCl-kondisjonering resulterte i en signifikant reduksjon av prosentandelen av sham hanner som viste monteringer, intromissjoner eller utløsning i forhold til sham saltvann kontroller (Figur 2A-B). Imidlertid blokkerte mPFC-lesjoner fullstendig inhiberingen forårsaket av LiCl-kondisjonering. Chi-square analyse viste betydelige forskjeller mellom grupper oppdaget i prosentandel av dyr som viste monteringer (Figur 2A), intromissjoner (ikke vist; data identisk med Figur 2A), eller ejakulasjoner (Figur 2B). Spesifikt var prosentandeler av menn som viste monteringer, intromissjoner eller ejakulasjon signifikant lavere i Sham-LiCl-gruppen sammenlignet med saltbehandlede kontrolldyr (Sham og Lesion), hvilket indikerer en forstyrrende effekt av LiCl-kondisjonering ved kopiering i Sham-dyr. I kontrast ble det ikke observert effekt av LiCl-kondisjonering i Lesion-LiCl hanner (Tall 2A-B). Dermed er mPFC-funksjonen kritisk for oppkjøpet av betinget inhibering av seksuell oppførsel. Imidlertid er det mulig at PL / IL lesjoner demper assosiativ læring assosiert med seksuell belønning, og i en separat studieffekter av PL / IL lesjoner ved oppkjøp av et betinget sted ble preferanse for seksuell belønning testet.
Konditionert stedpreferanse og avvik
Rotter med mPFC-lesjoner viste normal assosiativ læring av kontekstuelle tegn som var parret med seksuell belønning, som indikert ved en økt forskjellsscore og preferansepoeng under posttesten (Figur 3A-B). Videre påvirket lesjonene ikke associativ læring av kontekstuelle signaler med LiCl-indusert sykdom, indikert ved signifikante reduksjoner i forskjell og preferansescores i posttestet (Figur 3C-D).
DISKUSJON
I denne studien rapporterer vi at lesjoner av IL- og PL-områdene i mPFC ikke påvirker uttrykket for seksuell atferd, og heller ikke oppkjøpet av et betinget stedsperspektiv på seksuell belønning. I stedet hindrer lesjoner oppkjøpet av betinget kjønnsavhengighet. Disse resultatene gir funksjonelt bevis for hypotesen om at evnen til å foreta adaptive atferdsendringer er regulert av IL og PL underregioner av mPFC.
Tidligere data fra laboratoriet indikerte at mPFC-neuroner er aktivert under seksuell oppførsel hos hannrotter (20). Imidlertid er de mPFC-lesjonerte rotter i denne studien skiller seg fra skamkontrollrotter i noen av de analyserte parametrene av seksuell oppførsel. I samråd med tidligere rapporter (30, 32) mPFC-lesjoner forårsaket anxiolytiske effekter som vurderes av ytelse på forhøyet pluss labyrint, noe som indikerer at vår lesjonsprotokoll var effektiv. Derfor foreslår de nåværende resultatene aktivering av IL- og PL-underdelingene i mPFC under seksuell oppførsel, ikke nødvendig for normalt uttrykk for seksuell oppførsel. I motsetning til dette viste en tidligere studie av Agmo og kollegaer at lesjoner av det fremre cingulatområdet (ACA) økte monterings- og intromissjonslatenser og reduserte prosentandelen menn som kopierte (25). Derfor er det mulig at ACA spiller en rolle i utførelsen av seksuell oppførsel, mens IL og PL-regioner formidler inhibering av atferd når de er forbundet med aversive utfall.
Selv om mPFC-lesjoner har blitt rapportert å forstyrre ulike former for minnekonsolidering (33, 34), kan effektene av mPFC-lesjoner på atferdshindring rapportert her ikke tilskrives læringsunderskudd. I et eget sett med eksperimenter ble mPFC-lesioned hanner testet for evnen til å etablere et betinget stedsperspektiv på kjønnsadferd. Belønningsrelatert assosiativ læring forblir intakt hos mPFC-lesjonerte dyr, da disse mennene var i stand til å danne et betinget stedpreferanse til et seksuelt belønnet parret kammer. Dette funnet er i samsvar med tidligere studier som undersøker rollen til PL eller komplett mPFC for anskaffelse av psykostimulerende inducerte CPP (35, 36). Videre ble associativ læring for aversive stimulus LiCl ikke påvirket av mPFC-lesjoner, i samsvar med tidligere rapporter at PFC-lesjoner ikke forhindret oppkjøpet av betinget smakaversjon (34). Samlet foreslår disse dataene at den tidligere observerte aktiveringen av PL / IL-delene i mPFC (20) er ikke nødvendig for oppkjøp av belønningsrelatert assosiativ læring, men er nødvendig for riktig utnyttelse av denne informasjonen som den angår utførelsen av atferdskontroll. Denne oppfatningen er i samsvar med dagens påstand om at intakt IL-funksjon er nødvendig for å undersøke og opptre på hemmende og eksitatoriske innganger som formidler informasjon om belønningsavviksforutsetningene (37). Videre, dyr med PL (35) eller IL (8, 37, 38) lesjoner viser normal utryddelseslæring til tross for manglende evne til å utnytte denne informasjonen for å gjøre målrettede beslutninger.
Som konklusjon viser den nåværende studien at dyr med mPFC-lesjoner sannsynligvis er i stand til å danne foreningene med aversive utfall av deres oppførsel, men mangler evnen til å undertrykke søker av seksuell belønning i møte med aversive konsekvenser. Hos mennesker er seksuell arousal en kompleks opplevelse hvor behandling av kognitiv-emosjonell informasjon tjener til å avgjøre om de hedonale egenskapene til en bestemt stimulus er tilstrekkelige til å fungere som et seksuelt incitament (39). De nåværende dataene tyder på at mPFC-dysfunksjon kan bidra til seksuell risikovurdering eller til tvangssøken etter seksuell oppførsel. Videre har mPFC-dysfunksjon vært assosiert med flere psykiatriske lidelser (13, 40) som tyder på at dysfunksjonen av mPFC kan være en underliggende patologi som deles med de andre lidelsene, og at tvangsmessig seksuell oppførsel kan være forbundet med andre lidelser. Faktisk er det rapportert hos mennesker at hypersexualitet eller tvangsmessig seksuell adferd har en høy prevalens av comorbiditet med psykiatriske lidelser (inkludert rusmisbruk, angst og humørsykdom) (41) og ca.10% prevalens i Parkinsons sykdom sammen med tvangsmessig kjøp, gambling og spising (42-44).
Fotnoter
Ansvarsfraskrivelse: Dette er en PDF-fil av et unedited manuskript som har blitt akseptert for publisering. Som en tjeneste til våre kunder gir vi denne tidlige versjonen av manuskriptet. Manuskriptet vil gjennomgå copyediting, typeetting og gjennomgang av det resulterende beviset før det publiseres i sin endelige form. Vær oppmerksom på at under produksjonsprosessen kan det oppdages feil som kan påvirke innholdet, og alle juridiske ansvarsfraskrivelser som gjelder for journalen gjelder.