Źródło
Wydział Neurologii, Uniwersytet w Pittsburghu, Pittsburgh, PA 15260, USA.
Abstrakcyjny
Młodzież często reaguje inaczej niż dorośli na te same istotne konteksty motywujące, takie jak interakcje rówieśników i przyjemne bodźce. Wyjaśnienie różnic w przetwarzaniu neuronów u nastolatków ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia tego zjawiska, a także podstaw poważnych słabości behawioralnych i psychiatrycznych, takich jak nadużywanie narkotyków, zaburzenia nastroju i schizofrenia. Wierzymy, że związane z wiekiem zmiany w sposobie przetwarzania istotnych bodźców w kluczowych regionach mózgu mogą stanowić podstawę wyjątkowych predylekcji i słabości wieku dojrzewania. Ponieważ motywacja jest głównym problemem, ważne jest, aby związane z wiekiem porównania aktywności mózgu były podejmowane w kontekście motywacyjnym. Porównaliśmy aktywność pojedynczej jednostki i lokalne potencjały pola w jądrze półleżącym (NAc) i prążkowiu grzbietowym (DS) dorastających i dorosłych szczurów podczas motywowanego nagrodą zadania instrumentalnego. Regiony te są zaangażowane w zmotywowane uczenie się, przetwarzanie nagród i wybór działań. Zgłaszamy różnice w przetwarzaniu neuronowym nastolatków w DS, region ogólnie kojarzony bardziej z uczeniem się niż przetwarzanie nagrody u dorosłych. W szczególności młodzież, ale nie dorośli, miała dużą część neuronów w DS, która aktywowała się w oczekiwaniu na nagrodę. Więcej podobnych wzorców odpowiedzi zaobserwowano w NAc dwóch grup wiekowych. Różnice aktywności pojedynczej jednostki DS stwierdzono pomimo podobnych oscylacji potencjału pola lokalnego. Badanie to pokazuje, że u nastolatków region krytycznie zaangażowany w uczenie się i tworzenie nawyków jest bardzo wrażliwy na nagrodę. Sugeruje zatem mechanizm, w jaki nagrody mogą kształtować zachowanie nastolatków w różny sposób, oraz ich zwiększoną podatność na zaburzenia afektywne.
W okresie dojrzewania dochodzi do niezliczonych zmian neurorozwojowych (1), które mogą wpływać na przetwarzanie istotnych zdarzeń, takich jak bodźce nagradzające. Takie zmiany w przetwarzaniu neuronowym mogą być podstawą niektórych powszechnych zachowań behawioralnych obserwowanych u młodzieży wśród gatunków ssaków, takich jak zwiększone podejmowanie ryzyka (1-5), jak również zwiększone tendencje do rozwoju zaburzeń, takich jak uzależnienie, depresja i schizofrenia (6-8). Zanim zrozumiemy podłoże neuronalne tych luk, musimy najpierw dowiedzieć się więcej o typowych wzorcach przetwarzania neuronowego mózgu nastolatka, porównać je i porównać z cechami dorosłych.
Zasadniczo każda behawioralna i psychiatryczna podatność dorastania jest widoczna w kontekstach motywacyjnych. Dlatego ważne jest porównanie aktywności neuronalnej młodzieży z aktywnością dorosłych w trakcie zmotywowanych zachowań. Zachowanie motywowane to działanie, które ułatwia dostosowanie fizycznego związku między organizmem a bodźcami (np. Prawdopodobieństwo lub bliskość określonej nagrody) (9). Jednak takie konteksty behawioralne w naturalny sposób komplikują analizę aktywności neuronowej: skąd wiemy, że różnice neuronalne nie odzwierciedlają jedynie różnic w zachowaniu się obu grup wiekowych? Czy różnica w przetwarzaniu neuronowym jest po prostu wynikiem pomieszania behawioralnego, czy też istnieją bardziej podstawowe różnice w sposobie, w jaki nastolatki kodują i przetwarzają najważniejsze wydarzenia w kontekście motywacyjnym? Przeprowadziliśmy rejestrację elektrofizjologiczną in vivo pojedynczej jednostki, aby porównać aktywność neuronalną nastolatków z aktywnością dorosłych podczas najistotniejszych zdarzeń, gdy wyniki behawioralne były nie do odróżnienia między dwiema grupami (np. Opóźnienia w odzyskiwaniu nagrody w późnych sesjach, gdy zadanie było dobrze wyuczone). Robiąc to, skutecznie wykorzystaliśmy „klamrę behawioralną”, która pozwoliła nam zidentyfikować podstawowe różnice w przetwarzaniu związane z wiekiem, które nie zostały zakłócone przez wydajność.
Chociaż znaczna część dorastającego mózgu nie została jeszcze zbadana w ten sposób, skupiliśmy się na prążkowiu grzbietowym (DS) i jądrze półleżącym (NAc) ze względu na ich główną rolę w zachowaniach motywowanych. Razem te regiony mózgu biorą udział w uczeniu się asocjacji, tworzeniu nawyków, przetwarzaniu nagród i adaptacyjnej kontroli wzorców zachowań (10-13). Prążkowie otrzymuje projekcje z obszarów korowych zaangażowanych w procesy czuciowe, ruchowe i poznawcze (14), a także dopaminergiczny wkład (15). NAc, część prążkowia brzusznego, otrzymuje aferents z ciała migdałowatego (16) i kora przedczołowa (17), a dopaminergiczne doprowadzające z brzusznej strefy nakrywkowej (18). NAc jest kluczem do tłumaczenia motywacji do działania (19) i ma kluczowe znaczenie dla niektórych obecnych hipotez dotyczących neurobiologicznych podstaw podejmowania ryzyka przez młodzież i poszukiwania sensacji (5, 20, 21).
Efekt
Aktywność jednostki nerwowej rejestrowano z DS i NAc (Rys. S1) młodzieży (n = 16) i dorosły (n = 12) szczury, które nauczyły się kojarzyć instrumentalną akcję (poke) z wynikiem nagrody (pelet żywności; Rys. 1A). Dane behawioralne są wyświetlane łącznie (Rys. 1 B-D), ponieważ nie zaobserwowano różnic statystycznych między regionami. Nie było znaczących różnic związanych z wiekiem pomiędzy treningami w liczbie prób na sesję [F(1, 1) = 1.74, P = 0.20]; opóźnienie od wskazówki do instrumentalnego poke [F(1, 1) = 0.875, P = 0.36]; lub opóźnienie od instrumentalnego uderzenia do wejścia do koryta [[F(1, 1) = 0.82, P = 0.36]. Opóźnienie od początku cue do instrumentalnego poke wydawało się być różne na wczesnych sesjach, chociaż nie było to statystycznie istotne i było napędzane przez trzy odstające zwierzęta, które jeszcze nie nauczyły się asocjacji (Rys. 1C, Wstawka). Począwszy od sesji 4, wszystkie miary osiągnęły stabilne maksimum w obu grupach wiekowych. Podczas tych sesji średnia latencja dorosłych i młodzieży od odpowiedzi instrumentalnej na wejście do koryta pokarmowego wynosiła odpowiednio (średnia ± SEM) 2.47 ± 0.12 s i 2.54 ± 0.17 s.
Spójne reakcje populacji neuronów DS wokół instrumentalnego uderzenia i wejścia do pokarmu obserwowano, gdy szczury uczyły się związku akcja-wynik i przeprowadzały liczne próby w każdej sesji (tj. Sesje 4-6; Rys. S2A). Bliższe zbadanie tej aktywności podczas sesji 4 – 6 ujawnia podobieństwa w aktywności niektórych grup neuronalnych, ale znaczne różnice w innych (Rys. 2). O 10% zarejestrowanych neuronów uaktywniło się w momencie rozpoczęcia próby, przy czym niewiele komórek zostało zahamowanych (Rys. 2 A i C, Lewa). Rozkłady szybkości wypalania młodzieży i dorosłych Z- w tym czasie nie było inaczej (Z = 1.066, P = 0.29; Rys. 2B, Lewa). Nie było też żadnych związanych z wiekiem różnic w proporcjach aktywowanych, zahamowanych i nieistotnych neuronów do wskaźnika [χ2(2, n = 570) = 2.35, P = 0.31; Tabela 1]. Odsetek aktywowanych komórek i ich wielkość aktywności wzrastały w obu grupach przed odpowiedzią instrumentalną, chociaż wzrost ten był większy u nastolatków (Z = -2.41, P = 0.02; Rys. 2B, Centrum). Związane z wiekiem różnice w proporcjach typu odpowiedzi podczas 0.5-ów przed instrumentalnym poke były znaczące [χ2(2, n = 570) = 10.01, P <0.01], efekt wywoływany przez większy odsetek jednostek hamowanych przez dorosłych (Z = 3.05, P <0.01; Tabela 1). Natychmiast po reakcji instrumentalnej komórki, które były wcześniej aktywowane, zostały zahamowane, podobnie jak wiele jednostek, które wcześniej nie były zaangażowane (Rys. 2A, Centrum). Doprowadziło to do przejściowego odchylenia w dół aktywności populacji, które ponownie wzrosło w zależności od wieku, przy utrzymujących się różnicach statystycznych między aktywnością młodzieży i dorosłych podczas 0.5 po reakcji instrumentalnej (Z = 2.19, P = 0.03; Rys. 2B, Centrum). W tym okresie proporcje typów odpowiedzi ponownie różniły się między dwoma [χ2(2, n = 570) = 10.57, P <0.01], ze względu na większy odsetek jednostek aktywowanych przez dorosłych (Z = 2.87, P <0.01; Rys. 2C, Centrum i Tabela 1). Wiele z tych samych neuronów, które zwiększyły swoją aktywność, zanim instrumentalne uderzenie stało się przejściowo zablokowane, a następnie ponownie aktywowane przed wejściem do koryta żywności (wiersze wykresu ciepła pokazujące czerwono-niebiesko-czerwony wzór w Rys. 2A, Centrum). Czas tego wzorca różnił się między nastolatkami i dorosłymi. Znaczna część młodzieńczych neuronów pozostała aktywowana aż do nagrody. Takie „neurony przewidujące nagrodę” były rzadkie u dorosłych (Rys. 2A, Prawa). Oprócz różnic w przebiegu czasu, neurony nastolatki, które aktywowały się w 0.5 przed wejściem do koryta, również osiągnęły najwyższą wartość (Z = -7.63, P <0.01; Rys. 2B, Prawa). Ten ogólny wzorzec aktywności był względnie stabilny podczas sesji 4 – 6 (Film S1), chociaż losowe pobieranie próbek jednostek wykazuje zmienność wewnątrz jednostki dla niektórych jednostek (Rys. S3). Proporcje jednostek aktywowanych i zablokowanych różniły się [χ2(2, n = 570) = 41.18, P <0.01], przy czym odpowiednio młodzież i dorośli mają znacznie większy odsetek aktywowanych (Z = -6.21, P <0.01) i jednostki zablokowane (Z = 4.59, P <0.01; Rys. 2C, Prawa i Tabela 1). W 0.5 po osiągnięciu koryta pokarmowego młodzież nadal wykazywała silniejszą aktywność (Z = –6.43, P <0.01). Proporcje aktywowanej, zahamowanej i nieistotnej pozostały różne, jak to miało miejsce bezpośrednio przed wejściem do koryta pokarmowego [χ2(2, n = 570] = 31.18, P <0.01; Rys. 2C, Prawa i Tabela 1). Ponownie, młodzież miała większy odsetek aktywowanych jednostek (Z = –4.89, P <0.01) i mniejszy odsetek jednostek zahamowanych w tym czasie (Z = 4.36, P < 0.01).
W NAc przeciętna aktywność nastolatków i dorosłych wzmagała się od niewielkich lub zmiennych odpowiedzi związanych z zadaniami na bardziej spójne wzorce (Rys. S2B). W sesji 4 obie grupy miały podobny wzrost, a następnie spadek aktywności fazowej w instrumentalnym poke. Ten wzorzec był bardziej wyraźny, prowadząc do i po nagrodzie (wejście do potraw). Bliższe zbadanie fazowej aktywności neuronalnej NAc ujawnia kilka bliskich podobieństw we wzorze i zakresie aktywacji i hamowania neuronów, wraz z pewnymi znaczącymi różnicami (Rys. 3). W szczególności, pojawienie się światła wskazującego doprowadziło do aktywacji około 10% neuronów NAc zarówno u nastolatków, jak i dorosłych, przy czym niewiele neuronów uległo zahamowaniu i nie ma znaczącej różnicy w wieku w stosunku do aktywowanych lub zahamowanych neuronów w tym czasie [ χ2(2, n = 349) = 1.51, P = 0.47] i brak różnic w ogólnej aktywności populacji (Z = 1.82, P = 0.07; Rys. 3, Lewa). Po aktywacji neuronów na próbę zwykle pozostawały one aktywowane do momentu wejścia zwierzęcia do koryta pożywienia. Dynamika czasowa była taka, że pewna część neuronów została silniej aktywowana zarówno wokół instrumentalnego poke, jak i wejścia przez pożywienie. Brak różnic w aktywności ludności ze względu na wiek (Z = –0.16, P = 0.87) lub proporcje kategorii jednostek [χ2(2, n = 349) = 0.22, P = 0.90] zostały znalezione w 0.5 s poprzedzających poke instrumentalne. Po poke instrumentalnym dorośli wykazywali wyższą średnią aktywność (Z = 4.09, P <0.01) i różnice w proporcjach kategorii jednostkowych [χ2(2, n = 349) = 7.23, P = 0.03] z powodu większego udziału dorosłych aktywowanych neuronów (Z = 2.53, P = 0.01; Rys. 3C, Centrum i Tabela 1). Podobnie, większą średnią aktywność dorosłych obserwowano w 0.5 przed wejściem przez koryto (Z = 2.67, P <0.01), i ponownie zaobserwowano różne proporcje kategorii jednostek [χ2(2, n = 349) = 6.64, P = 0.04] z powodu znacznie większych proporcji dorosłych aktywowanych jednostek (Z = 2.32, P = 0.02; Rys. 3C, Prawa i Tabela 1). W tym okresie aktywność neuronalna w fazie próbnej nadal wykazywała pewną miarę stabilności, jednak mniej niż w DS (Film S2). Nie było znaczącej różnicy wieku w aktywności populacji w 0.5 po wejściu do koryta żywności (Z = -0.61, P = 0.54), chociaż występowały różnice w proporcjach jednostek [χ2(2, n = 349) = 7.81, P = 0.02]. Odzwierciedlało to znacznie większy odsetek zahamowanych jednostek młodzieżowych w tym czasie (Z = -2.81, P <0.01; Rys. 3C, Prawa i Tabela 1). Tak więc, chociaż istniały pewne różnice między grupami, ogólny wzorzec odpowiedzi neuronowych (i aktywności między jednostkami) był bardziej podobny w NAc niż w DS.
Średnie znormalizowane spektrogramy LFP były podobne dla młodzieży i dorosłych zarówno w NAc, jak i DS (Rys. 4). Przed wejściem przez pokarm, w NAc, zarówno młodzież, jak i dorośli wykazywali zmniejszoną moc w pasmach β (13–30 Hz) i γ (> 30 Hz), z bardziej rozległymi spadkami mocy γ u dorosłych. Po wejściu do koryta pożywienia obie grupy wykazywały przejściowe wzrosty mocy β, skupione wokół 20 Hz. Występowała tendencja do większej mocy LFP nastolatków w niższych częstotliwościach, takich jak θ (3–7 Hz) i α (8–12 Hz), z istotnymi różnicami związanymi z wiekiem, które stwierdzono około 500 ms po wejściu do pokarmu (Rys. 4 A i B). Podobne wzorce zaobserwowano w DS, przy nieco większym wzroście mocy β u dorosłych zaraz po wejściu do koryta żywności (Rys. 4 C i D). Ogólnie, mapy kontrastów statystycznych (Rys. 4 B i D) wykazać podobieństwo aktywności LFP związanej z nagrodami u młodzieży i dorosłych na wielu częstotliwościach, z kilkoma odnotowanymi wyjątkami.
Dyskusja
Stwierdziliśmy silną aktywację związaną z nagrodami u nastolatków, ale nie u dorosłych, strukturę związaną z tworzeniem nawyków i adaptacyjną kontrolą wzorców zachowań (11-13, 22). NAc odpowiedział podobnie w obu grupach wiekowych; chociaż niektóre różnice aktywności jednostkowej były widoczne w NAc, różnice te były mniejsze i bardziej przejściowe, a przebieg czasowy aktywności neuronalnej był bardzo podobny między grupami w tym regionie. Odkrycia te wykazują regionalną heterogeniczność związaną z przetwarzaniem wynagrodzeń w dojrzałości funkcjonalnej struktur jąder podstawnych w okresie dojrzewania i, wraz z DS, sugerują dotychczas przeoczone miejsce różnic w przetwarzaniu neuronowym u młodzieży, które mogą być bezpośrednio związane z wrażliwością na wiek. Stwierdziliśmy również, że chociaż istotne różnice związane z wiekiem zaobserwowano na poziomie jednostki, takie różnice nie były łatwo zauważalne w mocy oscylacji LFP, które są bardziej zbliżone do regionalnych sygnałów fMRI i EEG na większą skalę (23).
Dane dotyczące neuronalnej aktywności fazowej sugerują, że dokładna rola DS w przewidywaniu nagrody lub wpływ bodźców nagradzających na jej reprezentacje neuronalne jest różny u młodzieży i dorosłych. Obie grupy miały oddziały, które zostały aktywowane na początku prób, na krótko wstrzymane przy odpowiedzi instrumentalnej, a następnie ponownie aktywowane. Wśród tych, zgodnych z innymi badaniami, jednostki dorosłe były reaktywowane wcześniej i wracały do linii podstawowej przed nagrodą (24, 25). Natomiast aktywacja ich nastoletnich odpowiedników utrzymywała się aż do czasu odzyskania nagrody. W ten sposób tylko młodzież miała sporą grupę tego, co można opisać jako neurony przewidujące nagrodę w DS. Chociaż inni wcześniej obserwowali wcześniejszą aktywność w DS (24-26), krytycznym punktem jest to, że młodzież i dorośli mają inną równowagę i przebieg czasu w swoich wzorcach takiej aktywności. Uważa się, że prążkowie odgrywa bezpośrednią rolę w stowarzyszeniach sytuacji-działania (25) i może służyć jako aktor w modelu „aktor-krytyk” dla zachowania stronniczości w kierunku bardziej korzystnych działań (27). Prążkowie otrzymuje dopaminę z istoty czarnej i rzutów glutaminianowych z obszarów korowych; wysyła on projekcje GABA do globusu bladego, który następnie rzutuje na wzgórze, ostatecznie zapętlając się z powrotem do kory. Sygnały aferentne z niedojrzałych obszarów kory przedczołowej lub zwojów podstawy mózgu mogą częściowo odpowiadać za specyficzne dla wieku wzorce obserwowane obecnie w DS. Rzeczywiście, zaobserwowaliśmy wcześniej zmniejszone hamowanie i zwiększoną aktywację części w dorastającej korze oczodołowo-czołowej (OFC) podczas tego zadania (28), który bezpośrednio kieruje do tego regionu DS (29).
Zgodne z wcześniejszymi doniesieniami o zwiększonych oscylacjach LFP β i β w DS podczas dobrowolnych zachowań (30, 31), zarówno nastolatki, jak i dorośli wystawiali je przed i po posiłku. Pomimo znacznych różnic aktywności pojedynczej jednostki w DS, oscylacje LFP były bardzo podobne w obu grupach wiekowych zarówno w DS, jak i NAc. Odkrycie to ma kluczowe znaczenie, ponieważ badania nad dorastaniem człowieka skupiają się na działaniach o większej skali, takich jak fMRI i EEG. Pokazujemy, że silne różnice w jednostkowej aktywności związane z wiekiem można znaleźć nawet wtedy, gdy większe oscylacje regionalne, które lepiej korelują z sygnałami fMRI, są podobne (23). Chociaż funkcje drgań podstawy jąder LFP są nieznane, są one modulowane przez kontekst behawioralny (30, 31), który był taki sam dla dwóch grup wiekowych.
W NAc, oprócz pewnych przejściowych różnic, proporcje zrekrutowanych jednostek aktywowanych i zahamowanych oraz przebieg czasowy ich odpowiedzi były na ogół podobne, co znalazło odzwierciedlenie w średniej znormalizowanej aktywności populacji. Manipulacje NAc wpływają na motywację, wyjściową aktywność behawioralną oraz uczenie się i wykonywanie zachowań instrumentalnych (32-35). W niniejszym badaniu różnice aktywności neuronalnej młodzieży w NAc były skromne i przejściowe w porównaniu z tymi w DS. Badania fMRI u ludzi były niespójne w porównywaniu aktywności NAc związanej z nagrodą u młodzieży i dorosłych. Niektóre badania wykazały silniejsze sygnały młodzieńcze NAc, aby nagradzać (36, 37) i inni znaleźli słabsze (38) lub bardziej złożone wzorce zależne od kontekstu (39). To badanie, które rejestruje aktywność podkorową pojedynczej jednostki i LFP u nastolatków, którzy zachowują się dobrze, rzuca światło na tę kwestię: wykazujemy, że takie różnice związane z wiekiem mogą zależeć od rodzaju mierzonego sygnału. Nasze ustalenia są również zgodne z wcześniejszymi dowodami, że dojrzałość funkcjonalna jest osiągnięta w NAc wcześniej niż w innych regionach, takich jak OFC (37, 28). Jednak stwierdzając, że aktywność jednostki DS u nastolatków różni się od aktywności dorosłego, dochodzimy do wniosku, że nie jest to po prostu rozróżnienie korowo-podkorowe, jak zostało zaproponowane (40).
Ważne jest podkreślenie, że różnice aktywności neuronalnej w niniejszym badaniu były obserwowane pomimo braku mierzonych różnic behawioralnych. Ze względu na rolę DS w wykonywaniu wzorców behawioralnych, różnice neuronalne mogą częściowo wynikać z niezmierzonej różnicy behawioralnej. Chociaż takie różnice są zawsze możliwe, w obecnym badaniu wydają się wysoce nieprawdopodobne z kilku powodów. Porównania neuronalne dokonywano tylko wtedy, gdy szczury były bardzo sprawne w realizacji zadania i obserwowano, że są bardzo skoncentrowane na zadaniach. Okres największych różnic neuronalnych był czasem między odpowiedzią instrumentalną a wejściem do koryta żywności, podczas gdy średnia latencja tego zachowania była zasadniczo identyczna dla dwóch grup wiekowych. Ponadto, różnice neuronalne były konsekwentnie obserwowane w pewnych miejscach (np. Podczas oczekiwania na nagrodę), ale nie inne (np. Odpowiedź na próbny sygnał), i chociaż przebieg czasowy aktywacji neuronów często różnił się zasadniczo, przebieg czasowy hamowania neuronów był ogólnie podobny w obu regionach mózgu każdej grupy wiekowej. Odkrycia te są spójne z interpretacją, że istnieją fundamentalne różnice w przetwarzaniu nerwowym związane z wiekiem, zwłaszcza w DS, nawet podczas podobnych zachowań / kontekstów, co mówi o różnicach w architekturze neuronowej, wydajności przetwarzania i / lub fizjologicznym wpływie istotnego wydarzenia.
Podsumowując, stwierdziliśmy, że istotne zdarzenia związane z nagrodami silnie dotykają DS nastolatków, ale nie dorosłych, co może wskazywać na nowe miejsce w sieciach odpowiedzialnych za związane z wiekiem luki behawioralne i psychiatryczne. Ta struktura zwojów podstawnych odgrywa główną rolę w normalnym uczeniu się i pamięci, tworzeniu nawyków i innych aspektach zmotywowanych zachowań, a jej dysfunkcja jest związana z problemami psychiatrycznymi (41-43). Dlatego też, aby dowiedzieć się więcej o tym, jak aktywność tego regionu zmienia się poprzez rozwój, wraz z jego interakcją z innymi kluczowymi regionami mózgu, będą kluczowe dla naszego zrozumienia mechanizmów słabości nastolatków i przyszłego projektowania interwencji klinicznych. Złożoność behawioralnej i psychiatrycznej wrażliwości nastolatków jest prawdopodobnie wieloczynnikowa, z udziałem wielu regionów mózgu. Zatem DS jest tylko jednym z wielu oddziałujących ze sobą regionów, które razem (a nie w izolacji) są prawdopodobnie krytyczne dla behawioralnych i psychiatrycznych słabości wieku dojrzewania. Mamy nadzieję, że dzięki technikom takim jak rejestracja elektrofizjologiczna nastolatków i podejście oparte na klamrze behawioralnej do badania związanych z wiekiem różnic w przetwarzaniu neuronowym w kontekstach behawioralnych, możemy zacząć doceniać substraty wrażliwości młodzieży na poziomie sieci.
Materiały i Metody
Przedmioty i operacja.
Procedury na zwierzętach zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Uniwersytetu w Pittsburghu. Dorosły samiec (dzień poporodowy 70 – 90, n = 12) i ciężarna tama (dzień embrionalny 16; n = 4) Szczury Sprague-Dawley (Harlan) były trzymane w kontrolowanej klimacie vivaria z cyklem 12-h światło / ciemność (światła na 7: 00 PM) i dostęp ad libitum do karmy i wody. Mioty zabijano do nie więcej niż sześciu młodych szczeniąt, które następnie odsadzono w dniu poporodowym 21 (n = 16). Zabiegi dla dorosłych przeprowadzono po minimum 1 wk habituacji do mieszkania. Operacje młodzieńcze przeprowadzono w dniu poporodowym 28 – 30. Osiem-przewodowe macierze mikroelektrod zostały wszczepione w NAc lub DS (Materiały i metody SI). Nagrania zostały wykonane zgodnie z wcześniejszym opisem (28) podczas gdy szczury wykonały zadanie behawioralne. Pojedyncze jednostki izolowano za pomocą Offline Sorter (Plexon) poprzez połączenie ręcznych i półautomatycznych technik sortowania (44).
Zachowanie.
Procedury testowania behawioralnego przeprowadzono zgodnie z wcześniejszym opisem (28, 45). Szczury nauczyły się wykonywać instrumentalne poke dla nagród za pelet żywności (Rys. 1A i Materiały i metody SI). Podczas każdej sesji oceniano całkowitą liczbę badań, średnią latencję od momentu rozpoczęcia badania do odpowiedzi instrumentalnej oraz opóźnienie od instrumentalnej odpowiedzi na pobieranie peletu. ANOVA z powtarzanymi pomiarami wieku x sesji były wykonywane przy użyciu oprogramowania SPSS na wszystkich tych pomiarach (α = 0.05), z korektami df w dolnych granicach, gdzie załamanie sferyczności zostało naruszone.
Analiza elektrofizjologiczna.
Dane elektrofizjologiczne analizowano za pomocą napisanych na zamówienie skryptów Matlab (MathWorks) wraz z funkcjami z przybornika Chronux (http://chronux.org/). Analizy pojedynczych jednostek były oparte na histogramach szybkości wypalania w czasie około zdarzenia w oknach wokół zdarzeń zadania. Aktywność pojedynczej jednostki była Z-Rozmiar znormalizowany na podstawie średniej i szybkości wypalania SD każdej jednostki w okresie odniesienia (okno 2-s rozpoczynające 3 s przed początkiem cue). Średnią aktywność jednostki populacji wykreślono wokół wydarzeń związanych z zadaniami. Porównania statystyczne aktywności jednostki młodzieżowej i dorosłej zostały przeprowadzone w interesujących oknach czasowych (okna 0.5 po cue, przed i po instrumentalnym poke, a przed i po wejściu do koryta żywności) za pomocą testów sumy Wilcoxona ( przedstawiony jako Z-values), Bonferroni poprawił dla wielokrotnych porównań. Hipoteza zerowa została odrzucona w tej analizie, kiedy P. 0.01. Filmy S1 i S2 reprezentują lokalnie szacowaną uśrednioną znormalizowaną aktywność wypalania rozrzutu (LOESS) w pięciu próbach przeprowadzanych w etapach pojedynczej próby przez klatki wideo podczas sesji 4 – 6. Czas wideo reprezentuje ewolucję aktywności poprzez próby każdej sesji. Jednostki zostały również sklasyfikowane jako aktywowane lub zablokowane w określonych oknach czasowych, jeśli zawierały trzy kolejne pojemniki 50-ms z Z ≥ 2 lub Z Odpowiednio ≤ -2. Kryteria te zostały zatwierdzone jako niskie wskaźniki fałszywej klasyfikacji za pomocą nieparametrycznych analiz bootstrapu, jak opisano wcześniej (39) (Materiały i metody SI). Kiedyś jednostki zostały skategoryzowane, χ2 analizy przeprowadzono na interesujących oknach a priori dla wszystkich aktywowanych, zahamowanych i nieistotnych jednostek. Tylko znaczące χ2 testy zostały zakończone post hoc Z- sprawdza dwie proporcje, aby określić istotne różnice między kategoriami. Hipoteza zerowa została odrzucona, gdy P <0.05, wskazane w Tabela 1 pogrubioną czcionką. Aby wizualizować przebieg czasowy rekrutacji jednostek (tj. Jako aktywowany lub wstrzymany), przeprowadzono analizy kategorii w ruchomych oknach 500-ms (w krokach 250-ms) w większych oknach z zablokowanym czasem na zdarzenia zadania.
Po usunięciu prób, w których surowy ślad napięcia LFP zawierał artefakty obcinania lub wartości odstające (± 3 SD od średniego napięcia), dla każdego badanego obliczono uśrednione widma mocy dla każdego pacjenta, stosując szybką transformatę Fouriera (Materiały i metody SI). Widma mocy uśredniono dla każdej grupy wiekowej. T- sporządzono mapy kontrastów porównujące znormalizowaną moc LFP nastolatków i dorosłych spektrogramów dla każdego przedziału czasowo-częstotliwościowego w celu podkreślenia podobieństw i różnic związanych z wiekiem.
Podziękowanie
Wsparcie dla tej pracy zapewnił Narodowy Instytut Zdrowia Psychicznego, szklarnia Pittsburgh Life Sciences i Andrew Mellon Foundation Predoctoral Fellowship (do DAS).
Przypisy
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
Ten artykuł jest zgłoszeniem PNAS Direct.
Ten artykuł zawiera informacje pomocnicze online na stronie www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1114137109/-/DCDodatkowe.
;
