- Wai Chong Wong,
- Kerstin A. Ford,
- Nicole E. Pagels,
- James E. McCutcheon,
- Michela Marinelli
+ Notatki autora
Obecny adres JE McCutcheona: Department of Psychology, University of Illinois at Chicago, Chicago, IL 60607.
Wkład autorów: badania WCW, JEM i MM; WCW, KAF, NEP i MM przeprowadzili badania; Analizowane dane WCW, KAF, NEP, JEM i MM; WCW, JEM i MM napisali artykuł.
- The Journal of Neuroscience, 13 March 2013, 33(11): 4913-4922; doi: 10.1523/JNEUROSCI.1371-12.2013
- Abstrakcyjny
- Pełny tekst
- Pełny tekst (PDF)
Abstrakcyjny
U ludzi okres dojrzewania jest okresem podwyższonej skłonności do rozwoju uzależnienia od kokainy. Nie wiadomo, czy można to przypisać większemu dostępowi i ekspozycji na kokainę w tym wieku, czy też mózg nastolatka jest szczególnie podatny na uzależniające właściwości kokainy. Tutaj poddaliśmy samce szczurów płci męskiej (P42) i dorosłe (XP88) szerokiej gamie procedur samodzielnego podawania kokainy. Ponadto, aby ustalić, czy różnice behawioralne są związane z różnicami rozwojowymi w aktywności dopaminergicznej, zbadaliśmy i manipulowaliśmy aktywnością neuronów dopaminowych. W porównaniu do dorosłych, dorastające szczury łatwiej przyjmowały kokainę, były bardziej wrażliwe na niższe dawki, wykazywały większą eskalację spożycia kokainy i były mniej podatne na wzrost cen (tj. Były bardziej „nieelastyczne”). Równolegle młodzież wykazywała także podwyższoną aktywność neuronów dopaminowych brzusznej okolicy nakrywkowej, co jest cechą, o której wiadomo, że wiąże się ze zwiększonym zachowaniem do samodzielnego podawania. Farmakologiczna manipulacja dopaminą D2 funkcja receptora z chinpirolem (agonistą) lub etiklopridem (antagonistą), w celu zmiany aktywności neuronów dopaminowych, wyeliminowała różnice wieku w samopodawaniu kokainy. Dane te sugerują związek przyczynowy między behawioralnymi i elektrofizjologicznymi determinantami uzależnienia od kokainy. Podsumowując, młodzież wykazuje cechy behawioralne i elektrofizjologiczne podwyższonej odpowiedzialności uzależnień.
Wprowadzenie
Okres dojrzewania to okres zwiększonej skłonności do rozwoju uzależnienia od kokainy u ludzi (Kandel i in., 1992; Chambers i in., 2003; Johnston i in., 2011), co objawia się szybszym postępem choroby i poważniejszymi objawami (Anthony i Petronis, 1995; Patton i wsp., 2004; Reboussin i Anthony, 2006; Chen i wsp., 2009). Nie jest jasne, czy taka zwiększona podatność wynika z większej ekspozycji na lek i eksperymentów, czy też młodzież jest bardziej wrażliwa na uzależniające właściwości kokainy. Ustalenie tego u ludzi jest trudne, ponieważ nie można wyjaśnić różnic w możliwościach zażywania narkotyków w różnym wieku. Podobnie nie można badać zażywania kokainy przy braku czynników niebiologicznych, takich jak wpływ społeczno-ekonomiczny na używanie narkotyków.
Korzystając z modeli zwierzęcych, możemy badać przyjmowanie leków w warunkach równego dostępu do narkotyków. Chociaż żadne pojedyncze zadanie behawioralne nie może modelować każdego elementu uzależnienia, różne procedury samodzielnego administrowania mogą modelować specyficzne aspekty przyjmowania narkotyków (do przeglądu, patrz Lynch i Carroll, 2001). Obecna literatura pokazuje, że w porównaniu z dorosłymi szczurami dorastające szczury przyjmują więcej pewnych narkotyków (Schramm-Sapyta i in., 2009), takich jak alkohol (Doremus i in., 2005; Siegmund i in., 2005), nikotyna i amfetamina (Levin i in., 2007; Shahbazi i in., 2008). Jednak badania nad kokainą są niespójne i, niestety, zastosowano jedynie procedury nabywania pojedynczej dawki. Niektóre badania pokazują, że młodzież ma większe spożycie niż dorośli (Anker i Carroll, 2010; Schramm-Sapyta i in., 2011), podczas gdy inni pokazują, że młodzież i dorośli nie różnią się (Leslie i in., 2004; Belluzzi i in., 2005; Frantz i in., 2007; Kantak i in., 2007; Kerstetter i Kantak, 2007; Harvey i in., 2009; Li i Frantz, 2009). Aby zaradzić tym rozbieżnościom, użyliśmy szerokiej gamy dawek kokainy i procedur samodzielnego podawania w celu modelowania wielu wymiarów zażywania narkotyków, a mianowicie spożycia i wrażliwości [nabycie samorządu, przy użyciu krótkiego (ShA) / długiego (LgA) procedury dostępu], eskalacja spożycia i spożycie kokainy jako funkcja ceny (spożycie kokainy, gdy stosunek do uzyskania leku jest zwiększony). Stosując te procedury, odkryliśmy, że w porównaniu z dorosłymi szczurami, dorastające szczury wykazywały podwyższone zachowania związane z samopodawaniem kokainy.
Podwyższone samopodawanie kokainy wiąże się ze zwiększoną aktywnością neuronów dopaminowych brzusznej strefy nakrywkowej (VTA) u dorosłych szczurów (Marinelli i biały, 2000). Co ciekawe, aktywność neuronów dopaminowych jest również podwyższona w okresie dojrzewania (McCutcheon i Marinelli, 2009; McCutcheon i in., 2012). Staraliśmy się ustalić związek przyczynowy między behawioralnymi i fizjologicznymi miarami odpowiedzialności uzależnień poprzez podawanie leków, które modyfikują aktywność neuronów dopaminowych podczas samo-podawania kokainy. W szczególności przetestowaliśmy hipotezę, że zmniejszenie zwiększonej aktywności neuronów dopaminowych u dorastających szczurów zmniejszy ich podwyższone spożycie kokainy do poziomów obserwowanych u dorosłych; odwrotnie, zwiększenie aktywności neuronów dopaminowych u dorosłych zwiększy ich spożycie kokainy do poziomów obserwowanych u młodzieży.
Materiały i Metody
Tematy
Samce szczurów Sprague Dawley otrzymano z kolonii Portage (Charles River). Trzymano je po trzy na klatkę w cyklu 12 h światło / ciemność, w stałej temperaturze 22 ± 2 ° C i wilgotności 66% ± 25, z ad libitum dostęp do żywności i wody przez cały czas. Dorastające szczury odsadzono dokładnie w dniu poporodowym 21 (P21). Wszystkie szczury przybyły do wiwarium „1 tydzień przed rozpoczęciem eksperymentów. W tym czasie aklimatyzacji szczury traktowano co najmniej raz. Początek dojrzewania określono od około P35 do P44, stosując metodę separacji balano-napletkowej (Kolho i in., 1988); wystąpiło w przybliżeniu P41. Wszystkie eksperymenty trwały 7 – 10 d, chyba że określono i zostały rozpoczęte, gdy dorastające szczury w okresie przedpokwitaniowym, dorastające szczury w okresie po urodzeniu (zwane dalej „szczurami dorastającymi”) i dorosłe szczury były odpowiednio w P35, P42 i P88. Wszystkie badania przeprowadzono podczas ciemnej fazy cyklu światło / ciemność, gdy szczury są aktywne. Badania przeprowadzono w okresie N2 roku.
Samokontrola kokainy
Szczury badane pod kątem samo-podania kokainy lub narzucone eksperymentalnie infuzje kokainy otrzymywały dożylnie cewnikowanie prawej żyły szyjnej zewnętrznej w znieczuleniu gazem izofluranowym (indukcja 5%, konserwacja 2-3%). Cewnik SILASTIC (objętość martwa 10 – 12 μl) przymocowano do żyły szyjnej i przepuszczono podskórnie, aby wyjść z obszaru środkowego łopatki. W okresie pooperacyjnym w okresie week1 tygodnia, cewnik przepłukano codziennie sterylną solą fizjologiczną (100 μl), aby zapobiec zatykaniu. Na dzień przed rozpoczęciem sesji samodzielnego podawania szczury umieszczano w komorach do samodzielnego podawania (41 x 24 cm powierzchnia podłogi, 21 cm wysokości; MED Associates) do przyzwyczajenia do komór dla 1.5 h. Zrobiono to, aby zapobiec zakłóceniom zachowań eksploracyjnych w zachowaniu samorządu. W eksperymencie pilotażowym zauważyliśmy, że dorastające szczury badają komorę bardziej niż dorośli i że ta aktywność konkuruje z zachowaniem samo-administracyjnym. Dlatego okres przyzwyczajenia służył do usunięcia tego uprzedzenia wiekowego.
Komory do samodzielnego podawania były wyposażone w dwa otwory do wsuwania nosa naprzeciw siebie, umieszczone 2 cm nad podłogą w każdym z krótkich boków komory. Komory zostały zamontowane wewnątrz kabiny tłumiącej dźwięk. W okresie aklimatyzacji zakryto dziury w nosie. Podczas samodzielnego podawania, szturchanie nosa w jeden z otworów („aktywny” otwór) dostarczyło jeden wlew leku [tj. Ustalony stosunek 1 (FR1); jedno szturchnięcie nosem jest równoważne jednemu naparowi, chyba że zaznaczono inaczej]; spowodowało to również oświetlenie światła wewnątrz aktywnego otworu dla 10. Był czas oczekiwania 10 – 30, aby zapobiec przedawkowaniu we wszystkich eksperymentach, z wyjątkiem eksperymentu, który testował spożycie jako funkcję rosnącego stosunku (ceny), który nie miał limitu czasu. Nos szturchający w drugą dziurę („nieaktywny”) nie miał żadnych konsekwencji. Wlewy podawano za pomocą pompy strzykawkowej w objętości 200 μl / kg (tj. 30 μl dla szczura 150 g) i prędkości ∼12 μl / s. Liczba szturchnięć nosa i liczba naparów zostały zebrane przez Menedżera pakietów oprogramowania MED Associates dla systemu Windows. Patencję cewników badano raz na szczura z Brevitalem (5 mg / kg, iv) pod koniec doświadczenia; szczury, które nie zareagowały natychmiast na znieczulenie, zostały wyeliminowane z badań. Łącznie 18 szczurów 455 (∼4%) wykluczono z badań.
Eksperyment 1: różnice wieku w nabywaniu samorządu
ShA.
Różne kohorty szczurów mogły samodzielnie podawać sól fizjologiczną lub kokainę (75 – 1200 μg / kg na infuzję) dla 1.5 h codziennie dla 7 – 10 d. Te dawki kokainy definiuje się jako bardzo niskie (75 μg / kg na infuzję), niskie (150 μg / kg na infuzję), umiarkowanie niskie (300 μg / kg na infuzję), umiarkowane (600 μg / kg na infuzję) i wysokie (1200 μg / kg na infuzję). Młodzież przedurodzeniowa była badana tylko przy umiarkowanie niskiej dawce (300 μg / kg na wlew). Zbadano zachowanie samo-podawania kokainy przy umiarkowanej dawce (600 μg / kg na wlew) również badano w oddzielnej kohorcie szczurów w celu ustalenia kryterium nabycia.
LgA.
Aby zbadać nabywanie leków, gdy przedłużono codzienny dostęp do leków, oddzielna kohorta szczurów mogła samodzielnie podawać kokainę dla 6 h codziennie w umiarkowanej dawce (600 μg / kg na wlew) dla 10 d.
Eksperyment 2: różnice wieku w eskalacji samokontroli kokainy
Oddzielna kohorta szczurów była najpierw szkolona do samodzielnego podawania umiarkowanej dawki kokainy (600 μg / kg na infuzję) dla 4 d (dwa razy dziennie, przez osiem sesji 1.5 h). Umiarkowane wysokie dawki są wymagane do ustalenia eskalacji (Ahmed i Koob, 1998; Mantsch i in., 2004). Ponieważ spożycie w umiarkowanych dawkach różniło się między nastolatkami i dorosłymi (Rys. 1) i może to wpłynąć na późniejszą eskalację, zrównaliśmy ilość przyjmowanej kokainy w ciągu wieków w początkowej fazie szkolenia. W tym celu szczury usunięto z komór samopodawania po osiągnięciu infuzji 15 – 20 lub po maksimum 3 h. Po fazie treningowej szczury poddano badaniu eskalacji. W badaniu eskalacji szczury badano 6 h codziennie (LgA) lub 1.5 h codziennie (ShA) dla 12 d.
Eksperyment 3: różnice wieku w spożyciu kokainy jako funkcja ceny
Osobnej grupie szczurów pozwolono na samodzielne podawanie wysokiej dawki kokainy (1200 μg / kg na infuzję) dla 1.5 h codziennie. Podczas pierwszego 2 d użyliśmy FR1 (jeden nos jest równoważny jednemu naparowi). Stały stosunek (tj. Cena) był następnie zwiększany co drugi dzień (FR3, FR6, FR9, FR12 i FR24), aby szczury ukończyły dwie sesje po każdej cenie. Analizę przeprowadzono na drugiej sesji, którą szczury ukończyły po każdej cenie. Liczba naparów własnych (tj. Zużycie) dopasowano do wykładniczej krzywej popytu ustalonej przez Hursha i Silberberga (2008; Hursh i Roma, 2013): log Q = log Q0 + k(e−α (Q0×C) - 1). Krzywa ta służy do oszacowania poziomu „motywacji” do spożycia leku (Hursh, 1993) oraz sposób, w jaki spożycie kokainy jest odporne na rosnącą cenę (tj. „elastyczność popytu na kokainę”) (Bickel i in., 2000). W związku z tym jest to dobra metoda oceny odpowiedzialności za nadużycia (Hursh, 1993). Q reprezentuje konsumpcję (liczba naparów własnych) i Q0 to poziom konsumpcji po najniższej możliwej cenie. C reprezentuje cenę (tj. stosunek) i k jest ustawiona na stałą, która uwzględnia szacowany zakres zużycia w jednostkach logarytmicznych (k = 0.91 w tych badaniach). α określa się jako „istotną wartość” i reprezentuje elastyczność popytu na kokainę. Zachowanie jest uważane za „nieelastyczne”, gdy konsumpcja jest niewrażliwa na cenę (tj. Konsumpcja jest utrzymywana pomimo wzrostu ceny), i zmienia się na „elastyczną”, gdy konsumpcja jest wrażliwa na cenę (tj. Konsumpcja spada wraz ze wzrostem ceny). Większy spadek oznacza bardziej elastyczne zachowanie i większą α (Hursh i Silberberg, 2008) w stosunku do nieelastycznego zachowania. Korzystając z tego równania, możemy obliczyć Pmax, która jest ceną, po której zachowanie zmienia się z nieelastycznego w elastyczne (Bickel i in., 2000).
Eksperyment 4: różnice wieku w poziomach kokainy i jej metabolitów
Osobnej grupie szczurów pozwolono na samodzielne podawanie umiarkowanej dawki kokainy (600 μg / kg na infuzję) dla 1.5 h codziennie dla 2 d. Te początkowe sesje samodzielnego podawania (dni 1 i 2) uwzględniono w celu zminimalizowania wszelkich efektów awersyjnych spowodowanych kolejnymi bezkontynentalnymi wlewami kokainy (Twining i in., 2009). Następnie szczury otrzymywały infuzje kokainy 21 z komputera podczas codziennych sesji 1.5 h dla następnego 5 d. Wlewy podawano w odstępach czasowych, co 1.5 min dla pierwszych trzech wlewów i co 5 min dla pozostałych. Celem tego projektu było naśladowanie sesji samodzielnego podawania, przy jednoczesnym zapewnieniu równej ekspozycji na kokainę w różnych grupach. W dniu testu (dzień 7) szczury odcięto 2 min po otrzymaniu ostatniego wlewu kokainy. Krew pnia zbierano do probówek 5 ml zawierających fluorek sodu (10 mg) i szczawian potasu (8 mg); probówki były następnie przechowywane w -20 ° C. Po ekstrakcji i usunięciu móżdżku mózgi świeżo zamrażano na suchym lodzie i przechowywano w -80 ° C. Próbki wysyłano do Centrum Toksykologii Człowieka na Uniwersytecie w Utah, gdzie mierzono kokainę i metabolity (benzoiloekgoninę, ester etylowy ekgoniny, norkokainę) za pomocą chromatografii cieczowej - tandemowej spektrometrii masowej (Lin i wsp., 2001, 2003).
In vivo zapis zewnątrzkomórkowy neuronów dopaminowych VTA
Oddzielną grupę szczurów znieczulono wodzianem chloralu (400 mg / kg, ip). Kaniulowano boczną żyłę ogonową do dożylnego podawania dodatkowych środków znieczulających lub leków. Szczury umieszczono w aparacie stereotaktycznym (David Kopf Instruments). Temperaturę ciała monitorowano za pomocą termometru doodbytniczego (Medline Industries) i utrzymywano w 37 ± 0.5 ° C z poduszką grzejną (Fintronics). Monitorowaliśmy głębokość znieczulenia, zapewniając brak reakcji na uszczypnięcie tylnej łapy i zapewniając tempo oddychania 60 – 80 oddechy / min dla młodzieży i 52 – 72 oddechy / min dla dorosłych. W niektórych eksperymentach pomiary stanu uśpienia i czuwania zbierano za pomocą elektroencefalogramów korowych w celu dalszego zapewnienia stabilnego stanu znieczulenia. Szklaną elektrodę wyciągnięto z szklanej pipety 2 o średnicy zewnętrznej mm, za pomocą ściągacza elektrody pionowej (Narishige PE-2) i połamano pod mikroskopem do średnicy końcówki 1 – 2 μm. Elektroda została wypełniona szybkim zielonym barwnikiem 1% (Thermo Fisher Scientific) w roztworze 2 m NaCl. Impedancja elektrody wynosiła 1.5 – 2.1 MΩ mierzona w 135 Hz (Winston Electronics BL1000-B). Nad VTA wywiercono otwór na zadziory (współrzędne podano poniżej). Elektrodę obniżono brzusznie 5 lub 6 do powierzchni korowej odpowiednio dla młodzieży i dorosłych, a następnie powoli posuwano się do obszaru ciał neuronów dopaminowych za pomocą hydraulicznego mikrodysku (David Kopf Instruments). Elektrody obniżono w obszarze VTA, wzdłuż wcześniej zdefiniowanych „ścieżek” (w odstępie 0.2 mm); powierzchnia pobierana u dorosłych wynosiła 3.2 – 4.0 mm przednia do lambda, 0.2 – 1.4 mm boczna od linii środkowej i 7.5 – 8.5 mm brzuszna od powierzchni korowej dla dorosłych. Powierzchnia próbkowana u nastolatków wynosiła 2.4 – 3.4 mm przedniej do lambda, 0.3 – 0.7 mm bocznej od linii środkowej i 7.5 – 8.5 mm brzusznej od powierzchni korowej. Współrzędne te zostały przeskalowane, aby uzyskać podobne końcowe miejsca zapisu, pomimo różnic w rozmiarach mózgu w różnym wieku.
Podczas pozakomórkowego rejestrowania neuronów dopaminowych sygnały elektryczne wprowadzano do wzmacniacza o wysokiej impedancji (Fintronics), filtrowano pasmowo w 400 i 500 Hz lub w 50 i 800 Hz, wyświetlano na oscyloskopie (Tektronix R5110) i monitorowano przez dyskryminator okienkowy i wzmacniacz audio (Grass AM8; Grass Instruments). Wyjścia cyfrowe były przesyłane przez interfejs (seria Digidata 1200; Molecular Devices) do komputera osobistego z oprogramowaniem AxoScope (Molecular Devices), które określało aktywność strzelania online i zapisywało wszystkie dane do przyszłej analizy. Przechowywane dane analizowano za pomocą specjalnego programu, który określa charakterystykę wypalania.
Neurony dopaminowe zidentyfikowano na podstawie lokalizacji anatomicznej w VTA i zgodnie ze standardowymi kryteriami fizjologicznymi (Bunney i in., 1973). W skrócie, kryteria te są następujące: charakterystyczny trójfazowy (+ / - / +) przebieg o długim czasie trwania 2.5–3.5 ms mierzony od początku do końca przy użyciu filtrów 400–500 Hz lub> 1.1 ms od początku do końca ujemnego piku używając filtrów 50–800 Hz. Schematy wypalania wykazują również niskie spontaniczne częstotliwości wypalania 0.5–10 Hz (Grace i Bunney, 1984; Marinelli i in., 2006) z przerywanymi seriami, które są skupiskami impulsów wysokiej częstotliwości (Grace i Bunney, 1983). Kryteria te są ∼90% dokładne przy wykrywaniu neuronów dopaminowych (Ungless and Grace, 2012). Aby zbadać związane z wiekiem różnice w aktywności neuronów dopaminowych, zebraliśmy maksymalnie trzy do czterech komórek na szczura. Każdy zapis składał się z co najmniej 3 minut stabilnej aktywności (zmiana <5%). Przeanalizowaliśmy szybkość strzelania (skoki w czasie) i wzór wypalania. W tym ostatnim przypadku wielkość aktywności rozrywającej obliczono jako procent impulsów wyemitowanych w serii w stosunku do całkowitej liczby impulsów. Obliczyliśmy również częstotliwość zdarzeń wybuchowych i ich właściwości (liczba skoków / impulsów i czas trwania serii w milisekundach).
Pod koniec zapisu szczury głęboko znieczulono dodatkowym hydratem chloralu. Położenie końcówki elektrody oznaczono przez przepuszczenie prądu katodowego 28 μA przez elektrodę dla ∼30 min. To odłożyło dyskretną plamkę barwnika. Następnie mózgi usunięto i przechowywano w 10% Formalin, aż seryjne skrawki koronalne (40 μm) pocięto na zamrażający mikrotom (Leica Microsystems). Montowano skrawki, a umiejscowienie elektrod weryfikowano za pomocą mikroskopii świetlnej przy użyciu atlasów wewnętrznych dla młodzieży i dorosłych szczurów o masie równoważnej do tej w tym badaniu. Ponieważ zarejestrowano do czterech komórek na szczura, a tylko ostatnia komórka u każdego szczura była oznaczona przez barwnik; lokalizacje innych komórek ekstrapolowano na podstawie ich zarejestrowanej odległości od końcowej komórki. Biorąc pod uwagę różnicę w wielkości mózgu w ciągu wieków, wykorzystaliśmy współczynnik korekcji do ekstrapolacji tych odległości u nastolatków. Obliczono to przez porównanie długości, szerokości i wysokości śródmózgowia w mózgach dorastających i dorosłych. Współczynnikami korygującymi były 1.14 dla przednio-tylnego, 1.06 dla mediolateralnego i 1.09 dla dorsoventralnego. Następnie zweryfikowaliśmy, że wszystkie komórki znajdują się w regionie dopaminergicznym VTA, mapując je w dodatkowym atlasie wewnętrznym pokazującym regiony dopaminergiczne VTA (barwienie immunohistochemiczne dla hydroksylazy tyrozynowej).
Wpływ leków modyfikujących aktywność neuronów dopaminowych na samopodawanie kokainy
Osobnej grupie szczurów pozwolono na samodzielne podawanie umiarkowanej dawki kokainy (600 μg / kg na infuzję) dla 1.5 h codziennie dla 6 d. Podczas pierwszego 2 d użyliśmy FR1 (jeden nos jest równoważny jednemu naparowi). Następnie FR został zwiększony do 3 (trzy szturchnięcia nosem są równoważne jednej infuzji) dla następnego 4 d. Dziesięć minut przed rozpoczęciem ostatniej sesji, szczury otrzymały zastrzyk leku, który zwiększył lub zmniejszył aktywność neuronów dopaminowych w śródmózgowiu, działając na dopaminę D2-klasy autoreceptorów (odtąd nazywane „D2 receptory ”). W szczególności szczury otrzymały D2 agonista receptora chinpirol [20 μg / kg, sc, dawka selektywna autoreceptorowo, która zmniejsza aktywność neuronów dopaminowych (Marinelli i in., 2003)], D2 antagonista receptora etliklopde [20 μg / kg, sc, dawka, która zwiększa aktywność neuronów dopaminowych (Marinelli i in., 2003)] lub soli fizjologicznej (podskórnie) jako kontrola. Biorąc pod uwagę, że młodzież i dorośli wykazują podobną wrażliwość D2 receptory (McCutcheon i in., 2012), te farmakologiczne manipulacje powinny skutkować podobnym wpływem na szybkość odpalania neuronów dopaminowych w ciągu wieków.
Narkotyki
HCl dostarczono hojnie przez National Institute on Drug Abuse lub zakupiono od Sigma-Aldrich i rozpuszczono w roztworze soli fizjologicznej 0.9; pH roztworu utrzymywano na 6.5-7.0 z 0.1N NaOH. Brevital, chlorowodorek chinpirolu i chlorowodorek etiklopridu zakupiono od Henry Schein i rozpuszczono w roztworze soli fizjologicznej 0.9%. Izofluran i 0.9% roztwór soli fizjologicznej zakupiono od Butler Schein. Wodzian chloralu zakupiono od Sigma-Aldrich i rozpuszczono w wodzie dejonizowanej.
Analizy statystyczne
Uderzenia nosa i wlewy analizowano za pomocą ANOVA przy użyciu, w stosownych przypadkach, czynników międzyosobniczych wieku (młodzież w porównaniu z dorosłymi lub młodzież w wieku przedszkolnym, młodzież i dorośli), dawka (sól fizjologiczna vs kokaina) i stan dostępu (ShA vs LgA), oraz czynniki wewnątrzosobowe otworu (aktywne vs nieaktywne), dni treningu (różne czasy trwania według eksperymentu), ustalony stosunek (FR1, FR3, FR6, FR9, FR12 i FR24) i punkt czasowy (wstępne leczenie vs. po leczeniu). Zastosowano test Newmana-Keulsa post hoc ćwiczenie. Odsetek szczurów, które osiągnęły przejęcie, oceniono za pomocą dokładnego testu Fishera. Aktywność neuronów dopaminowych analizowano za pomocą Studenta t test (młodzież vs dorośli). Poziomy kokainy i jej metabolitów we krwi i mózgu również analizowano z udziałem Studenta t test (młodzież vs dorośli), chyba że próbki były poniżej progu wykrywalności; w tym przypadku użyliśmy Manna – Whitneya U test (młodzież vs dorośli). Powyższe dane przeanalizowano za pomocą Statistica (StatSoft). Elastyczność popytu analizowano za pomocą Prism 6 (oprogramowanie GraphPad). Różnice w wykładniczych wartościach krzywej popytu Q0 a α analizowano za pomocą F test (Cassidy i Dallery, 2012). Poziom istotności wynosił 0.05 dla wszystkich testów.
Efekt
Samokontrola kokainy
Eksperyment 1: różnice wieku w nabywaniu samorządu
ShA.
Porównaliśmy zachowanie w przypadku samodzielnego podawania soli fizjologicznej i pięciu dawek kokainy. W przypadku wszystkich dawek spożycie kokainy zazwyczaj ustabilizowało się po podaniu 2 d kokainy (dane nieprzedstawione); dlatego profile akwizycji pokazane w Rysunek 1A zawierać tylko dane od dnia 3.
Nabycie zachowań związanych z samopodawaniem kokainy we wszystkich dawkach kokainy. A, Spożycie soli fizjologicznej lub kokainy przy bardzo niskim (75 μg / kg na infuzję), niskie (150 μg / kg na infuzję), umiarkowanie niskie (300 μg / kg na infuzję), umiarkowane (600 μg / kg na infuzję), lub wysoka (1200 μg / kg na infuzję) dawka podczas codziennego ShA (1.5 h). Każdy punkt reprezentuje średnią ± SEM dla każdej grupy w każdej sesji samo-podawania 1.5 h. Młodzież (n = 6, 8, 8, 16, 20 i 12) i dorośli (n = 6, 8, 9, 11, 18 i 13) odpowiednio w dawkach 0, 75, 150, 300, 600 i 1200 μg / kg na infuzję; n = 14 dla młodzieży w okresie przedpokwitaniowym w dawce 300 μg / kg na infuzję. B, Nabycie kokainy do samodzielnego podawania w różnych dawkach kokainy u młodzieży w stosunku do dorosłych. Każdy punkt reprezentuje średnią ± SEM z ostatnich dni samodzielnego podawania 3 w dawkach pokazanych na A.
As Rysunek 1A pokazy, młodzież i dorośli samodzielnie podają podobne ilości soli fizjologicznej (efekt wieku, F(1,10) = 0.01, ns), kokaina w bardzo niskiej dawce (75 μg / kg na wlew, efekt wieku, F(1,14) = 0.03, ns), i kokainy w wysokiej dawce (1200 μg / kg na infuzję, efekt wieku, F(1,23) = 0.22, ns). Młodzież samodzielnie podawała więcej kokainy niż dorośli w niskiej dawce (150 μg / kg na wlew, efekt wieku, F(1,15) = 11.27, p <0.01), umiarkowanie niska dawka (300 μg / kg na wlew, efekt wieku, F(2,38) = 9.85, p <0.001) i umiarkowaną dawkę (600 μg / kg na wlew, efekt wieku, F(1,36) = 19.83, p <0.001). Szczury w okresie przedpokwitaniowym badano również przy umiarkowanie małej dawce (300 μg / kg na wlew). Spożycie różniło się w zależności od wieku (efekt wieku, F(2,38) = 2.85, p <0.001). W szczególności nastolatki i dorośli przed okresem dojrzewania wykazywali podobne spożycie kokainy (ns), podczas gdy nastolatki wykazywały większe spożycie niż zarówno nastolatki przed okresem dojrzewania, jak i dorośli (p < 0.001). Rysunek 1B pokazuje średnie spożycie dla każdej dawki, powyżej ostatniego 3 d samopodawania w każdej dawce. Nie przeprowadzono bezpośrednich porównań grupowych, ponieważ różne dawki były testowane w oddzielnych eksperymentach przez kilka miesięcy. Najniższa dawka (75 μg / kg) nie została uwzględniona, ponieważ średnie grupy były przekrzywione przez jednego nastolatka szczura i jednego dorosłego szczura wykazującego bardzo duże ilości przyjmowanego leku, jak to często bywa w przypadku bardzo niskich dawek. Rysunek ilustruje klasyczną krzywą zależności odpowiedzi od dawki w kształcie litery U dla kokainy samopodawającej (Lynch i Carroll, 2001) w obu grupach wiekowych.
Następnie zbadaliśmy, czy nastolatkowie nabywają samopodawanie szybciej niż dorośli, badając proporcję szczurów, które osiągnęły nabycie kokainy we własnym zakresie i liczbę dni potrzebnych do zdobycia. Aby wykonać ten eksperyment, ustaliliśmy kryterium nabycia zgodnie z propozycją Mitchell i in. (2005) wykorzystanie koryta bimodalnego rozkładu odpowiedzi na aktywnym urządzeniu, skumulowane we wszystkich sesjach samo-podawania. Rynna reprezentuje punkt zmiany zachowania, w którym szczury reagujące mniej niż wartość minimalna nie nauczyły się jeszcze związku między szturchaniem nosa a nagrodą, podczas gdy szczury reagujące bardziej niż wartość minimalna uzyskały zachowanie samopodawania. Użyliśmy oddzielnej dużej kohorty szczurów (nastolatków, n = 55; dorośli ludzie, n = 58), w którym młodzież ponownie wykazała większe spożycie niż dorośli (Rys. 2A; efekt wieku, F(1,111) = 26.89, p <0.001). Dorośli wykazywali bimodalną dystrybucję szturchańców, z doliną przy 15 szturchnięciach. Natomiast nastolatki nie wykazywały rozkładu bimodalnego, ponieważ brakowało im wysokiego odsetka niskich wskaźników odpowiedzi (Rys. 2C), sugerując szybsze nabywanie samorządu. W rzeczywistości, stosując kryterium nabywania infuzji 15, młodzież wykazywała szybsze i większe tempo nabywania niż dorośli (Rys. 2B; Dokładny, dwustronny, Fishera p = 0.001). Ponadto do ostatniego dnia 29% dorosłych nie spełniło kryteriów nabycia, w przeciwieństwie do 5% u nastolatków. Dlatego nastolatkowie częściej niż dorośli nabyli kokainę samodzielnie i nabyli ją szybciej.
Wzór nabywania kokainy do samodzielnego podawania w umiarkowanej dawce (600 μg / kg na wlew) podczas ShA (1.5 h). A, Spożycie w kohorcie używane w celu ustalenia kryteriów nabycia. Każdy punkt reprezentuje średnią ± SEM dla każdej grupy w każdej sesji samo-podawania 1.5 h. Wstawka, Reprezentatywny zapis infuzji od nastolatka i dorosłego szczura podczas sesji samorządowej 1.5 h. B, Stopień akwizycji kokainy we własnym zakresie. Linie reprezentują procent szczurów spełniających kryteria nabywania. C, Dystrybucja nosa szturcha w aktywną dziurę podczas nabywania kokainy samopodawania. Liczba szturchnięć nosa od wszystkich szczurów i wszystkich sesji jest rozdzielana w odstępach 5. Słupki to liczba aktywnych dziur w nosie w każdym przedziale przedziału. Młodzież, n = 55; dorośli ludzie, n = 58.
LgA.
Aby upewnić się, że różnice w spożyciu kokainy nie są związane z niewystarczającym czasem pobierania próbek, porównaliśmy także zachowanie nabytych nastolatków w porównaniu z dorosłymi szczurami podczas LgA w celu samodzielnego podania kokainy. Tak jak Rysunek 3 pokazuje, że młodzież wykazała większe spożycie kokainy w porównaniu z dorosłymi w procedurze LgA (sesje 6 h) (efekt wieku, F(1,19) = 25.45, p <0.001; efekt sesji, F(9,171) = 9.89, p <0.001; interakcja wiek × sesja, F(9,171) = 3.41, p < 0.001).
Nabycie zachowania polegającego na samodzielnym podawaniu kokainy w umiarkowanej dawce (600 μg / kg na wlew) podczas LgA (6 h). Każdy punkt reprezentuje średnią ± SEM infuzji każdej grupy w każdej sesji samo-podawania 6 h. Młodzież, n = 9; dorośli ludzie, n = 12.
Eksperyment 2: różnice wiekowe w eskalacji samokontroli kokainy
Aby wyrównać spożycie między grupami, podczas sesji treningowych poprzedzających test eskalacji, spożycie było ograniczone do infuzji 15 – 20 na sesję (Rys. 4A; efekt wieku, F(1,18) = 2.56, ns; efekt sesji, F(7,126) = 3.53, p <0.01; interakcja wiek × sesja, F(7,126) = 0.39, ns). Podczas tych sesji szkoleniowych młodzież osiągała szybciej niż dorośli osiągając 15-20 infuzje (Rys. 4A, wstawka; t(20) = -2.92, p <0.01). Następnie szczury podzielono na grupy ShA i LgA, z podobnym spożyciem podczas treningu (wpływ warunków dostępu, F(1,18) = 0.006, ns; wiek × interakcja grupy, F(1,18) = 0.12, ns).
Eskalacja samopodawania kokainy w umiarkowanej dawce (600 μg / kg na infuzję). A, Ograniczone sesje treningowe, w których wszystkie grupy były ograniczone do samodzielnego administrowania wlewami 15 – 20 na sesję, dwa razy dziennie dla 4 d, z każdą sesją trwającą maksymalnie 3 h. Wstawka, czas wymagany do osiągnięcia infuzji 15 – 20 na sesję (czarny pasek, młodzież, biały pasek, dorośli). B, Spożycie podczas sesji 6 h LgA. C, Spożycie podczas 1.5 hw grupie ShA i pierwsze 1.5 hw grupie LgA. Każdy punkt reprezentuje średnią ± SEM infuzji każdej grupy w każdej sesji samo-podawania. Młodzież LgA, n = 5; młodzież ShA, n = 5; dorośli LgA, n = 6; i dorośli ShA, n = 6. *p <0.05; **p <0.01; ***p <0.001 w porównaniu z dniem 1.
Najpierw przeanalizowaliśmy spożycie w 6 hw grupach LgA. Tak jak Rysunek 4B pokazuje, że nastolatki przyjmowały więcej kokainy niż dorośli ogółem (efekt wieku, F(1,9) = 12.27, p <0.01); spożycie zmieniało się w czasie (efekt sesji, F(11,99) = 6.76, p <0.001), a zależność między grupami wiekowymi również zmieniała się w czasie (interakcja wiek × sesja, F(11,99) = 8.31, p <0.001). W rzeczywistości eskalację spożycia kokainy obserwowano u nastolatków (efekt sesji u nastolatków, F(11,44) = 3.4, p <0.002), ale nie u dorosłych (efekt sesji u dorosłych, F(11,55) = 1.2, ns). W szczególności spożycie kokainy u nastolatków zaczęło wzrastać od sesji 4 (p <0.05 w porównaniu z sesją 1), a następnie nadal wzrastał (all p wartości <0.01). Wręcz przeciwnie, spożycie kokainy u dorosłych nigdy nie wzrosło (ns dla wszystkich sesji w porównaniu z sesją 1).
Następnie porównaliśmy eskalację w warunkach ShA i LgA, analizując spożycie od pierwszego 1.5 h każdej sesji z obu grup szczurów (Ahmed i Koob, 1998); zrobiono to z wiekiem i warunkiem dostępu, między czynnikami międzyosobniczymi a sesją jako czynnikiem wewnątrz podmiotowym. Tak jak Rysunek 4C pokazuje, że młodzież brała więcej kokainy niż ogół dorosłych (efekt wieku, F(1,18) = 13.04, p <0.001); spożycie zmieniało się w czasie (efekt sesji, F(11,99) = 3.54, p <0.001), a zależność między grupami wiekowymi a warunkami dostępu również zmieniała się w czasie (interakcja wiek × sesja, F(11,198) = 4.55, p <0.001; warunek dostępu × sesja interakcja, F(11,198) = 1.84, p <0.05). Późniejsza analiza każdej grupy (oddzielonej wiekiem i warunkami dostępu) ujawniła główny efekt sesji tylko u dorastających szczurów w warunkach LgA (młodzież LgA, F(11,44) = 3.38, p <0.01; dorosły LgA, F(11,55) = 1.20, ns; młodzieńczy ShA, F(11,44) = 1.78, ns; dorosły ShA, F(11,55) = 1.65, ns). Post hoc testy wykazały, że dla młodzieży z LgA, spożycie wzrosło od sesji 8 w stosunku do sesji 1 (p <0.05). Tak więc, nawet gdy brano pod uwagę tylko pierwsze 1.5 godziny badania, eskalację spożycia kokainy obserwowano u nastolatków z LgA, ale nie u nastolatków z ShA lub u dorosłych w warunkach ShA lub LgA.
Eksperyment 3: różnice wieku w spożyciu kokainy jako funkcja ceny
As Rysunek 5A pokazuje, że nastolatkowie nosili więcej kokainy niż dorośli w wysokiej dawce (1200 μg / kg na wlew). W przypadku aktywnego otworu odpowiedź wzrosła wraz ze wzrostem wymagania FR (tj. Cena) (efekt stosunku, F(4,68) = 15.55, p <0.001) i dotyczyło to częściej nastolatków niż dorosłych (Rys. 5; efekt wieku, F(1,17) = 11.38, p <0.01; interakcja wiek x współczynnik, F(4,68) = 2.85, p <0.05). W szczególności młodzież odpowiadała częściej niż dorośli przy wysokich cenach (FR6, p <0.01; FR12, p <0.05; i FR24, p <0.05), ale nie po niskich cenach (FR1 i FR3, ns). Nieaktywna odpowiedź dziury nie zmieniła się wraz ze wzrostem współczynnika (efekt współczynnika, F(4,68) = 1.77, ns) w każdej grupie wiekowej (efekt wieku, F(1,17) = 3.04, ns; interakcja wiek x stosunek, F(4,68) = 0.41, ns). Dyskryminacja między dziurą aktywną i nieaktywną przejawiała się silnie wraz ze wzrostem stosunku, przy czym dyskryminacja stawała się widoczna na wcześniejszym etapie u młodzieży niż u dorosłych (efekt dziury, F(1,17) = 63.09, p <0.001; interakcja stosunek x otwór, F(4,68) = 21.10, p <0.001; interakcja stosunek x dziura x wiek, F(4,68) = 3.71, p <0.01). W szczególności młodzież dyskryminowana w FR6, FR12 i FR24 (p <0.05), podczas gdy dorośli dyskryminowali tylko w FR12 i FR24 (p < 0.05).
Samo podawanie kokainy (1200 μg / kg na wlew) jako funkcja ceny. A, Liczba nosa szturcha, gdy cena kokainy wzrasta, zwiększając FR, aby uzyskać lek. B, Zużycie kokainy (liczba naparów własnych) jako funkcja ceny (tj. Stosunek), wykreślone w skali logarytmicznej i dopasowane zgodnie z wykładniczym równaniem popytu. Q0, Poziom konsumpcji w najniższej cenie; α, elastyczność popytu na kokainę; Pmax, cena, po której zachowanie zmienia się z nieelastycznego na elastyczne. R2, kwadrat współczynnika korelacji (tj. współczynnik determinacji) dla dopasowania krzywej. Każdy punkt reprezentuje średnią ± wartości SEM dla każdej grupy drugiego dnia dla każdego stosunku. Młodzież, n = 7; dorośli ludzie, n = 12. *p <0.05; **p <0.01 w porównaniu z dorosłymi.
Przeanalizowaliśmy sposób, w jaki zużycie (tj. Liczba naparów własnych) zmienia się w funkcji ceny (tj. Stosunku), dopasowując dane do wykładniczej krzywej popytu ustalonej przez Hursh i Silberberg (2008). Dane zarówno od młodzieży, jak i od dorosłych dobrze pasują do krzywej (R2 = 0.94 dla młodzieży; R2 = 0.96 dla dorosłych), a wartości z tych krzywych są pokazane w Rysunek 5B. P0 (maksymalne zużycie w najniższej cenie) było podobne w każdym wieku (F(1,5) = 0.001, ns). Konsumpcja spadła w funkcji ceny, a spadek był mniej gwałtowny u nastolatków niż dorosłych. Oznacza to, że młodzież miała mniejszą α niż dorośli (F(1,5) = 10.45, p <0.05), co wskazuje, że popyt był bardziej nieelastyczny u nastolatków niż u dorosłych.
Eksperyment 4: różnice wiekowe w poziomach kokainy i jej metabolitów w mózgu
Nastąpił trend, aby młodzież miała niższy poziom kokainy we krwi (923.24 ± 67.32 vs 1119.73 ± 66.94 ng / ml, t(9) = -2.05, p = 0.070), ale nie w mózgu (5135.20 ± 281.25 vs 6947.00 ± 971.28 ng / g, t(9) = −1.64, ns). Nastąpił również trend, aby młodzież miała niższy poziom metabolitu kokainy, benzoiloekgoniny, we krwi (754.72 ± 81.09 vs 1086.70 ± 133.07 ng / ml, t(9) = -2.02, p = 0.074) i w mózgu (123.30 ± 13.80 vs 184.38 ± 25.15 ng / g, t(9) = -2.00, p = 0.076). Nie stwierdzono istotnych różnic wieku w poziomach estru metylowego ekgoniny-metabolitu kokainy we krwi (105.84 ± 5.08 vs 87.27 ± 9.48 ng / ml, t(9) = 1.62, ns) lub mózg (138.54 ± 9.62 vs 146.44 ± 5.36 ng / g, U(11) = 14.00, Z = −0.09, ns). Nie stwierdzono również różnic w metabolicie norkokainy we krwi (8.28 ± 0.96 vs 11.77 ± 1.72, t(9) = −1.67, ns). Poziomy norkokainy w mózgu były niewykrywalne w większości próbek (danych nie pokazano).
In vivo zapis zewnątrzkomórkowy neuronów VTA
W porównaniu do dorosłych, młodzież wykazywała wyższe szybkości wypalania neuronów dopaminowych VTA przez ∼1 Hz (∼24%) (Rys. 6A; t(41) = 2.33; p <0.05). Stopień wybuchu był podobny na przestrzeni wieków. Mierzono to jako odsetek skoków wyemitowanych w seriach (Rys. 6A; t(41) = 0.30; ns) oraz częstotliwość zdarzeń serii (0.46 ± 0.08 vs 0.51 ± 0.09 Hz, t(41) = −0.40; ns). Młodzież wykazywała jednak większe zdarzenia serii niż dorośli, z większą liczbą skoków na wybuch (Rys. 6A; t(41) = 2.28; p <0.05) i trend w kierunku dłuższych czasów trwania wyładowań (256.76 ± 35.12 vs 157.60 ± 33.40 ms, t(47) = 2.01, p = 0.051). Tak jak Rysunek 6B pokazuje, że obszar próbkowania VTA był porównywalny w różnych wiekach (efekt wieku, F(1,41) = 2.71, ns; interakcja wieku × struktury, F(2,82) = 0.28, ns). Współrzędne (w milimetrach) dla młodzieży w porównaniu z dorosłymi były następujące: przednio-tylne, 3.57 ± 0.04 vs 3.66 ± 0.05; mediolateralny, 0.84 ± 0.05 vs 0.97 ± 0.07; dorsoventral, 7.79 ± 0.05 vs 7.84 ± 0.04. Wyniki były podobne, jeśli analizowano tylko ostatnią zarejestrowaną komórkę oznaczoną szybkim zielonym barwnikiem (dane nie pokazane).
A, Aktywność neuronów dopaminowych. Lewo, szybkość wypalania; środkowe, pękające kolce (procent); prawo, kolce na wybuch. Każdy pionowy pasek reprezentuje średnią ± SEM każdej grupy. Młodzież, n = Komórki 24 od szczurów 11; dorośli ludzie, n = Komórki 19 od szczurów 11. *p <0.05 w porównaniu z dorosłymi. B, Lokalizacja neuronów dopaminowych próbkowanych w VTA. Lokalizacje (w milimetrach) są przednio-tylne od lambda (AP), mediolateralne z linii środkowej (ML) i dorsoventralne z powierzchni kory (DV). Każde koło / kwadrat reprezentuje położenie pojedynczego neuronu dopaminowego. C, Reprezentatywne obrazy histologiczne z komórek reprezentowanych przez kwadraty w B. Umieszczenie elektrody jest oznaczone czarną strzałką. Czarna linia jest markerem odniesienia i jest częścią oka elementu mikroskopu.
Wpływ leków modyfikujących aktywność neuronów dopaminowych na samopodawanie kokainy
Zbadaliśmy zależność między aktywnością neuronów dopaminowych i samopodawaniem, modyfikując farmakologicznie aktywność neuronów dopaminowych i badając jej wpływ na samopodawanie kokainy w umiarkowanej dawce (600 μg / kg na infuzję). Chinpirol, a D2 agonistą receptora, stosowano do zmniejszania aktywności neuronów i etiklopridu, D2 antagonistę receptora zastosowano do zwiększenia aktywności neuronów (Marinelli i in., 2003). Szczury najpierw szkolono w FR1 dla 2 d (dane nie pokazane); następnie zostali przeszkoleni w FR3 na dodatkowe dni 4. Szczury podzielono następnie na trzy grupy z podobnym spożyciem kokainy (działanie leku, F(2,61) = 2.08, ns), które zostały zaplanowane do otrzymania soli fizjologicznej, chinpirolu (0.2 μg / kg, sc) lub etliklopidu (0.2 μg / kg, sc). Jak pokazano w Rysunek 7, podczas leczenia wstępnego różnice we spożyciu kokainy przez młodzież i dorosłych utrzymywały się we wszystkich grupach (efekt wieku, F(1,61) = 31.08, p <0.001; efekt leku, F(2,61) = 2.08, ns; wiek × interakcja lekowa, F(2,61) = 1.68, ns). Następnie porównaliśmy zachowanie przed (przed leczeniem, średnio 3 d przed leczeniem) a po leczeniu (po leczeniu). Dokonano tego za pomocą punktu czasowego (przed i po) jako czynnika wewnątrzosobniczego i wieku (młodzież i dorośli) oraz leku (sól fizjologiczna, chinpirol, etiklopryd) jako czynników międzyosobniczych. Zachowanie zmieniło się w zależności od podawanego leku (interakcja lek × punkt czasowy: F(2,61) = 14,43, p <0.001) i wieku badanych (wiek x interakcja punkt czasowy, F(1,61) = 11.96, p <0.001; interakcja wiek × lek × punkt czasu, F(2,61) = 6.84, p <0.01). W szczególności, leczenie solą fizjologiczną nie miało wpływu na żadną z grup wiekowych, tak że młodzież utrzymywała wyższe spożycie kokainy niż dorośli (po leczeniu, młodzież w porównaniu z dorosłymi, p <0.05; leczenie wstępne vs leczenie końcowe, ns). Chinpirol hamował spożycie kokainy u młodzieży, sprawiając, że młodzież była „podobna do dorosłych” (po leczeniu, młodzież vs dorośli, ns; młodzież przed leczeniem vs młodzież po leczeniu, p <0.05). Etiklopryd zwiększał spożycie kokainy u dorosłych, czyniąc je „podobnymi do dorastania” (po leczeniu, młodzież vs dorośli, ns; dorośli przed leczeniem vs dorośli po leczeniu, p <0.001). Aby upewnić się, że działanie chinpirolu nie jest artefaktem wysokiego wyjściowego (przed chinpirolem) zachowania nastolatków, powtórzyliśmy naszą analizę po wykluczeniu trzech dorastających szczurów z wysokim wyjściowym spożyciem w tej grupie. Wyniki były podobne, nawet po usunięciu tych szczurów (dane niepokazane).
Samo podawanie kokainy w umiarkowanej dawce (600 μg / kg na infuzję) przed (Pre) i po (Po) podaniu leków, które modyfikują aktywność neuronów dopaminowych. Każdy pionowy pasek reprezentuje średnią ± SEM infuzji / 1.5 h każdej grupy. Wartości wstępne są średnie podczas 3 d przed podaniem leku. Wartości post są natychmiast po podaniu leku. Młodzież, n = 11, 12 i 11 odpowiednio dla soli fizjologicznej, chinpirolu i etliklopidu; dorośli ludzie, n = 11 w każdej grupie. *p <0.05; ***p <0.001 w porównaniu z dorosłymi. #p <0.05; # # #p <0.001 w porównaniu z pre.
Dyskusja
Nasze wyniki pokazują, że w porównaniu z dorosłymi, nastolatkowie wykazują większe spożycie kokainy, szybciej przyjmują kokainę, wykazują zwiększone spożycie kokainy, ciężej pracują na lek i są mniej wrażliwi na wzrost cen (tj. Są bardziej nieelastyczni) . Co więcej, podwyższone samopodawanie kokainy wiązało się ze zwiększoną aktywnością neuronów dopaminowych VTA i można je odwrócić za pomocą chinpirolu, leku, który hamuje aktywność tych neuronów.
W porównaniu z dorosłymi, młodzież wykazywała większe spożycie kokainy w dawkach od niskich do umiarkowanych (150 – 600 μg / kg na infuzję). Podwyższone spożycie kokainy obserwowano, gdy szczurom podawano kokainę ShA lub LgA, co sugeruje, że różnica między młodzieżą a dorosłymi nie była artefaktem niewystarczającego czasu pobierania próbek. Nasze wyniki są zgodne z dwoma badaniami wykazującymi, że młodzież podała sobie więcej kokainy niż dorośli w umiarkowanie niskiej dawce [400 μg / kg na infuzję (Anker i Carroll, 2010)] lub umiarkowanie wysoką dawkę [800 μg / kg na infuzję (Schramm-Sapyta i in., 2011)]. Rozszerzyliśmy tę pracę, stosując szerszy zakres dawek, co pozwala nam stwierdzić, że młodzież jest bardziej wrażliwa na kokainę niż dorośli. Nabycie kokainy w podobnych, umiarkowanych dawkach można wykorzystać do zbadania różnic w wrażliwości na satysfakcjonujące efekty kokainy (Piazza et al., 1989).
Różnice w zachowaniu były specyficzne dla kokainy, ponieważ nie było różnic wieku w odpowiedzi na sól fizjologiczną. Podobnie nie zaobserwowano różnic przy bardzo niskiej dawce kokainy (75 μg / kg na infuzję), która może być poniżej progu dla szczurów, aby uzyskać samopodawanie. Przy dużej dawce (1200 μg / kg na infuzję) młodzież i dorośli nie różnili się pod względem spożycia kokainy. Oczekiwano tego, ponieważ różnice w wrażliwości na leki nie są obserwowane przy tak dużych dawkach (Piazza et al., 2000). Odkrycie to jest również zgodne z wynikami badań, które nie wykazały większego spożycia u młodzieży w porównaniu z dorosłymi stosującymi duże dawki kokainy (Kantak i in., 2007; Kerstetter i Kantak, 2007).
U ludzi sugeruje się, że początek dojrzewania zbiega się z początkiem nadużywania substancji (Patton i wsp., 2004). Tutaj odkryliśmy, że podwyższenie samopodawania kokainy wystąpiło tylko u dorastających szczurów, u których dojrzewanie miało miejsce, nie wcześniej. Podkreśla to okres dojrzewania poporodowego jako podatne „okno” uzależnienia od kokainy. Może to pomóc w wyjaśnieniu, dlaczego niektóre badania z udziałem młodszych szczurów w wieku młodzieńczym nie wykazały różnic w spożyciu między młodzieżą a dorosłymi (Leslie i in., 2004; Belluzzi i in., 2005; Frantz i in., 2007; Kantak i in., 2007; Kerstetter i Kantak, 2007; Harvey i in., 2009; Li i Frantz, 2009). Różnice w manipulacjach eksperymentalnych mogą również uwzględniać inne rozbieżności. Na przykład dwa badania, w których nie stwierdzono różnic w przyjmowaniu kokainy przez młodzież i dorosłych (Leslie i in., 2004; Belluzzi i in., 2005) były wykonywane podczas nieaktywnej, a nie aktywnej fazy cyklu światło / ciemność. Ponadto w wyżej wymienionych badaniach szczury trzymano pojedynczo zamiast w grupach. Zdecydowaliśmy się na grupowanie dorastających szczurów domowych, ponieważ okres dojrzewania charakteryzuje się silnymi interakcjami społecznymi i zachowaniami zabawowymi (Włócznia i hamulec, 1983; Vanderschuren i in., 1997; Douglas i in., 2004). Innym ważnym czynnikiem może być wiek odsadzenia, który wpływa na wyniki eksperymentalne (Wiley i Evans, 2009). Szczury zakupione przez sprzedawców komercyjnych są odstawiane w dowolnym momencie od P17 do P24 (Harlan) lub P19 do P23 (Charles River). Poprosiliśmy o odstawienie od piersi dokładnie na P21, aby zapobiec niepożądanym skutkom zmienności odstawienia.
Spożycie kokainy nasiliło się u młodzieży po urodzeniu, ale nie u dorosłych. Eskalacja modeluje zjawisko u uzależnionych, gdy konsumpcja narkotyków przechodzi ze stanu stałego do nadmiernego używania (Ahmed, 2011). Ten typ zachowania jest markerem uzależnienia od leków według Podręcznika diagnostycznego i statystycznego zaburzeń psychicznych, wydanie IV (Amerykańskie Stowarzyszenie Psychiatryczne 2000). Dlatego większa eskalacja wśród młodzieży niż u dorosłych jest dodatkowym wskaźnikiem większej odpowiedzialności uzależnień. Zgodnie z tym, ostatnie badanie wykazało, że młodzież, ale nie dorośli, zwiększyła spożycie kokainy lub metamfetaminy (Anker i in., 2012; Zlebnik i in., 2012). Istnieje kilka możliwych powodów, dla których nie zaobserwowaliśmy eskalacji u dorosłych. Najbardziej prawdopodobnym czynnikiem jest to, że długie (∼10 d) szkolenie jest konieczne do dalszego rozwoju eskalacji (Ahmed i wsp., 2000; Knackstedt i Kalivas, 2007; Ahmed, 2011). Biorąc pod uwagę ograniczony czas dojrzewania, byliśmy ograniczeni do krótkiego treningu (4 d), co mogło zapobiec eskalacji u dorosłych. Ponadto eskalacja jest zależna od szczepu i odmiany (Freeman i in., 2009; Picetti i in., 2010); jest silny w Long – Evans (Quadros i Miczek, 2009), Wistar (Ahmed i Koob, 1998), a szczury Sprague Dawley zakupione od Harlana (Ferrario i in., 2005; Mantsch i in., 2008) ale wydaje się mniej solidna u szczurów Sprague Dawley zakupionych od Charles River (Knackstedt i Kalivas, 2007; Kelamangalath i Wagner, 2010), którego użyliśmy w tym badaniu.
Inną cechą uzależnienia jest to, że uzależnieni spędzają dużo czasu i wysiłku, aby uzyskać leki (Amerykańskie Stowarzyszenie Psychiatryczne 2000) i że ich konsumpcja jest niewrażliwa na wzrost cen (Bickel i in., 2011). Modelowaliśmy to, mierząc ilość pracy, jaką zrobiłyby szczury, aby uzyskać kokainę w warunkach stopniowego wzrostu ceny kokainy (Griffiths i in., 1978; Risner i Silcox, 1981). Oceniliśmy również sposób, w jaki zużycie zmienia się w zależności od ceny, dopasowując nasze dane do wykładniczej krzywej popytu (Bickel i in., 2000; Hursh i Silberberg, 2008). Nasze badania pokazują, że młodzież po porodzie pracowała więcej niż dorośli, aby uzyskać kokainę. Ponadto ich spożycie kokainy było mniej wrażliwe na wzrost cen (tj. Ich zachowanie było bardziej nieelastyczne). Łącznie te odkrycia sugerują, że młodzież wykazuje behawioralne cechy uzależnienia.
Jakie są mechanizmy leżące u podstaw zwiększonej odpowiedzialności uzależnień u młodzieży? Mózg młodzieńczy przechodzi rozległe zmiany organizacyjne i funkcjonalne, w tym zmiany w mezolimbicznym układzie dopaminowym (Andersen i wsp., 1997; Włócznia, 2000; Wahlstrom i in., 2010). Wykazaliśmy wcześniej, że aktywność neuronów dopaminowych VTA osiąga szczyt w okresie dojrzewania (McCutcheon i Marinelli, 2009; McCutcheon i in., 2012). Tutaj powtórzyliśmy te odkrycia za pomocą innego podskoku szczurów (Crl: Sprague Dawley z Charles River w aktualnym badaniu vs Hsd: Sprague Dawley z Harlan w poprzednim badaniu); odkryliśmy, że aktywność neuronów dopaminowych u dorastających szczurów jest UM24% wyższa niż aktywność u dorosłych. W innym domniemanym modelu podatności na uzależnienia - szczurach o wysokim poziomie odpowiedzi i szczurach o niskiej odpowiedzi - podobny wzrost aktywności neuronów dopaminowych okazał się być związany ze zwiększonymi zachowaniami samopodawania (Marinelli i biały, 2000; McCutcheon i in., 2009). Taka zwiększona aktywność układu dopaminowego może predysponować młodzież do nadużywania narkotyków (Doremus-Fitzwater i in., 2010). Staraliśmy się ustalić przyczynowość między przyjmowaniem leku a aktywnością neuronów dopaminowych, manipulując aktywnością neuronów dopaminowych za pomocą D2 agonista receptora, w celu zmniejszenia aktywności lub antagonisty, w celu zwiększenia aktywności. Podając te leki, zmieniliśmy różnice wiekowe w spożyciu kokainy, co sugeruje, że różnice behawioralne zależą od aktywności neuronów dopaminowych. Sugeruje to związek przyczynowy między naszymi odkryciami neurofizjologicznymi i behawioralnymi i ujawnia możliwy mechanizm dla celów terapeutycznych. Układowe dostarczanie środków farmakologicznych może mieć pułapki; jednak wybraliśmy dawkę selektywną autoreceptorowo, która działa centralnie na ciała neuronów dopaminowych (Pucak and Grace, 1991). Wybrana przez nas dawka jest porównywalna z dawkami stosowanymi przez nas i innych w celu wywołania zmian w wypalaniu neuronów dopaminowych, uwalnianiu dopaminy i zachowaniu (Robertson i in., 1993; Marinelli i in., 2003; Zeeb i in., 2009). Jest mało prawdopodobne, aby zastosowana dawka chinpirolu znacząco aktywowała postsynaptyczną D2receptory klasy, ponieważ aktywacja tych receptorów zwiększa, a nie zmniejsza, przyjmowanie leków (Howell i in., 1997).
Niektóre badania sugerują, że poziom kokainy w mózgu jest podobny u nastolatków i dorosłych po podaniu dootrzewnowym lub dożylnym (Caster i in., 2005; Frantz i in., 2007; Schramm-Sapyta i in., 2011). Nasze wyniki sugerują, że poziomy metabolitów kokainy i kokainy są nieco niższe u młodzieży niż u dorosłych. Jednak jest mało prawdopodobne, aby różnice w poziomie kokainy lub metabolizmu odpowiadały za większe spożycie kokainy przez młodzież. W stosunku do dorosłych, młodzież wykazywała większe spożycie wysokiej dawki kokainy, gdy cena uzyskania leku została zwiększona, ale mieli podobne spożycie po niskiej cenie (FR1). Jakikolwiek związany z metabolizmem kompensacyjny wzrost spożycia kokainy byłby widoczny zarówno po niskich, jak i wysokich cenach.
Zmiany dojrzałości w pomiarach poznawczych i behawioralnych mogą również uczestniczyć w związanych z wiekiem różnicach w samopodawaniu kokainy. Młodzież uważana jest za „ryzykowną” i wykazuje większe preferencje i eksplorację nowych środowisk niż dorośli (Douglas i in., 2003; Stansfield i Kirstein, 2006). Sugeruje się, że podejmowanie ryzyka u nastolatków wynika z rozbieżności między nowością a poszukiwaniem wrażeń (która wzrasta w okresie dojrzewania) a samoregulacją (która dojrzewa w wieku dorosłym) (Steinberg, 2004). Podobnie przekonujące dowody sugerują, że udoskonalenie kontroli hamującej, gdy zwierzęta dojrzewają, może wyjaśniać zmniejszone ryzyko podejmowania zachowań (Ridderinkhof i van der Molen, 1997; Geier i in., 2010) i większe hamowanie behawioralne (Sturman i in., 2010; Andrzejewski i in., 2011) w wieku dorosłym niż w okresie dojrzewania. Chociaż nie testowaliśmy tutaj tych cech, czynniki te mogą przyczyniać się do podwyższonego ryzyka uzależnienia u młodzieży.
Łącznie nasze odkrycia pokazują, że młodzież po urodzeniu jest bardziej podatna na uzależniające właściwości kokainy niż dorośli. Ponadto ta zwiększona odpowiedzialność uzależnień w okresie dojrzewania wiąże się ze zwiększoną aktywnością neuronów dopaminowych VTA i może być odwrócona przez lek, który hamuje aktywność tych neuronów. Dlatego nasze odkrycia dają wgląd w neuronalne mechanizmy uzależnienia od nastolatków, podkreślając neurony dopaminowe jako kluczowy element ryzyka uzależnienia. Nasze odkrycia wskazują również, że podwyższona podatność na uzależnienie od kokainy jest produktem dorastającej neurobiologii i można ją wykazać przy braku zewnętrznych wpływów społecznych i ekonomicznych. Dlatego strategie terapeutyczne ukierunkowane na biologiczne czynniki ryzyka w okresie dojrzewania powinny być traktowane priorytetowo, ponieważ dorastanie zapewnia tak silną podatność na zachowania uzależniające.
Przypisy
- Otrzymano w marcu 8, 2012.
- Wersja otrzymana grudzień 28, 2012.
- Zaakceptowano styczeń 26, 2013.
Praca ta była wspierana przez National Institutes of Health Grant R01DA020654. Dziękujemy Mitchowi Bealesowi i Lorissie Lamoureux za pomoc techniczną, dr Serge Ahmed za pomocny wkład w procedury eskalacji, a dr Robert Messing za pomocne komentarze do tego manuskryptu. Dziękujemy Dr. Dziękujemy dr Pete Roma z Institutes for Behavior Resources (www.ibrinc.org) za jego doradztwo w zakresie analizy danych z wykorzystaniem Exponential Model of Demand.
Autorzy deklarują brak konkurencyjnych interesów finansowych.
- Korespondencję należy kierować do Micheli Marinelli, Wydziału Farmakologii Komórkowej i Molekularnej, Rosalind Franklin University of Medicine and Science, Chicagowskiej Szkoły Medycznej, 3333 Green Bay Road, North Chicago, IL 60064. [email chroniony]
- Prawa autorskie © 2013 autorzy 0270-6474 / 13 / 334913-10 $ 15.00 / 0
Referencje
- ↵
- Ahmed S
(2011) w modelach zwierzęcych narkomanii, neurometody, eskalacja zażywania narkotyków, wyd. Olmstead M (Humana, Nowy Jork).
- ↵
- Ahmed SH,
- Koob GF
(1998) Przejście od umiarkowanego do nadmiernego spożycia leku: zmiana hedonicznej wartości zadanej. nauka 282: 298-300.
- ↵
- ↵
- American Psychiatric Association
(2000) Diagnostyczny i statystyczny podręcznik zaburzeń psychicznych (American Psychiatric Association, Washington, DC) Text Revision Edition, Ed 4.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Bunney BS,
- Walters JR,
- Roth RH,
- Aghajanian GK
(1973) Neurony dopaminergiczne: wpływ leków przeciwpsychotycznych i amfetaminy na aktywność pojedynczych komórek. J Pharmacol Exp Ther 185: 560-571.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Geier CF,
- Terwilliger R,
- Teslovich T,
- Velanova K,
- Luna B
(2010) Niedojrzałości w przetwarzaniu nagrody i jego wpływ na kontrolę hamowania w okresie dojrzewania. Cereb Cortex 20: 1613-1629.
- ↵
- ↵
- Grace AA,
- Bunney BS
(1984) Kontrola wzorca strzelania w neuronach neuronów dopaminowych: wypalanie pojedynczego ostrza. J Neurosci 4: 2866-2876.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Hursh SR,
- Roma PG
(2013) Ekonomia behawioralna i imperialna polityka publiczna. J Exp Anal Behav 99: 98-124.
- ↵
- ↵
- Johnston LD,
- O'Malley PM,
- Bachman JG,
- Schulenberg JE
(2011) Monitorowanie przyszłych wyników krajowych w zakresie używania narkotyków przez młodzież: przegląd najważniejszych wniosków, 2010 (Instytut Badań Społecznych, Uniwersytet Michigan, Ann Arbor, MI).
- ↵
- Kandel DB,
- Yamaguchi K,
- Chen K
(1992) Etapy progresji zażywania narkotyków od okresu dojrzewania do dorosłości: dalsze dowody na teorię bramy. J Stud Alkohol 53: 447-457.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Knackstedt LA,
- Kalivas PW
(2007) Rozszerzony dostęp do samopodawania kokainy zwiększa zaleganie z narkotykami, ale nie zwiększa wrażliwości behawioralnej. J Pharmacol Exp Ther 322: 1103-1109.
- ↵
- Kolho KL,
- Nikula H,
- Huhtaniemi I
(1988) Dojrzewanie płciowe samców szczurów leczonych po urodzeniu antagonistą hormonu uwalniającego gonadotropinę. J Endocrinol 116: 241-246.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Lin SN,
- Moody DE,
- Bigelow GE,
- Foltz RL
(2001) Metoda walidowanej chromatografii cieczowej z jonizacją chemiczną pod ciśnieniem atmosferycznym i tandemową do oznaczania ilościowego kokainy i benzoilokoniny w ludzkim osoczu. J Anal Toxicol 25: 497-503.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Mantsch JR,
- Baker DA,
- Francis DM,
- Katz ES,
- Hoks MA,
- Serge JP
(2008) Przywrócenie czynnika uwalniającego czynnik stresowy i kortykotropinę oraz reakcje behawioralne związane ze stresem aktywnym zwiększają się po długotrwałym podawaniu kokainy przez szczury. Psychofarmakologia (Berl) 195: 591-603.
- ↵
- Marinelli M,
- Biały FJ
(2000) Zwiększona podatność na samodzielne podawanie kokainy wiąże się z podwyższoną aktywnością impulsów neuronów dopaminowych śródmózgowia. J Neurosci 20: 8876-8885.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- McCutcheon JE,
- Conrad KL,
- Carr SB,
- Ford KA,
- McGehee DS,
- Marinelli M
(2012) Neurony dopaminowe w okolicy brzusznej nakrywki palą się szybciej u dorastających szczurów niż u dorosłych. J Neurophysiol 108: 1620-1630.
- ↵
- ↵
- Patton GC,
- McMorris BJ,
- Toumbourou JW,
- Hemphill SA,
- Donath S,
- Catalano RF
(2004) Dojrzewanie i początek używania i nadużywania substancji. Pediatria 114: e300 – e306.
- ↵
- Piazza PV,
- Deminière JM,
- Le Moal M,
- Simon H
(1989) Czynniki, które przewidują indywidualną podatność na samopodawanie amfetaminy. nauka 245: 1511-1513.
- ↵
- Piazza PV,
- Deroche-Gamonent V,
- Rouge-Pont F,
- Le Moal M
(2000) Przesunięcia pionowe w funkcjach samodzielnego dawkowania-odpowiedzi przewidują fenotyp podatny na lek predysponowany do uzależnienia. J Neurosci 20: 4226-4232.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Robertson GS,
- Tham CS,
- Wilson C,
- Jakubovic A,
- Fibiger HC
(1993) Porównania in vivo wpływu chinpirolu i domniemanych presynaptycznych agonistów dopaminergicznych B-HT 920 i SND 919 na uwalnianie dopaminy i acetylocholiny z prążkowia. J Pharmacol Exp Ther 264: 1344-1351.
- ↵
- Schramm-Sapyta NL,
- Walker QD,
- Caster JM,
- Levin ED,
- Kuhn CM
(2009) Czy młodzież jest bardziej podatna na uzależnienie od narkotyków niż dorośli? Dowody z modeli zwierzęcych. Psychofarmakologia (Berl) 206: 1-21.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
;