Biologiczne substraty nagrody i niechęci: hipoteza o działaniu jądra półleżącego (2009)

A. Dowody farmakologiczne

Powszechnie wiadomo, że narkotyki (Di Chiara i Imperato, 1988) i naturalne nagrody (Fibiger i in., 1992; Pfaus, 1999; Kelley, 2004) mają wspólne działanie podnoszące pozakomórkowe stężenia dopaminy w NAc. Ponadto uszkodzenia NAc zmniejszają satysfakcjonujące działanie stymulantów i opiatów (Roberts i wsp., 1980; Kelsey i in., 1989). Badania farmakologiczne na szczurach (np. Caine i in., 1999) i małpy (np. Caine i in., 2000) sugerują, że funkcja receptora podobna do D2 odgrywa kluczową rolę w nagradzaniu. Jednak to badania obejmujące bezpośrednią mikroinfuzję leków do tego obszaru dostarczyły najsilniejszych dowodów na jej rolę w nagradzających stanach. Na przykład, szczury same podają amfetaminę, środek uwalniający dopaminę, bezpośrednio do NAc (Hoebel i wsp., 1983), wykazując wzmacniające efekty podnoszące pozakomórkową dopaminę w tym regionie. Szczury będą również samodzielnie podawać kokainę inhibitorowi wychwytu dopaminy do NAc, chociaż efekt ten jest zaskakująco słaby w porównaniu z efektem podawanym z amfetaminą (Carlezon i wsp., 1995). Ta obserwacja doprowadziła do spekulacji, że nagradzające efekty kokainy są mediowane poza NAc, na obszarach obejmujących guz węchowy (Ikemoto, 2003). Jednak szczury będą chętnie samodzielnie podawać inhibitor wychwytu zwrotnego dopaminy nomifensynę do NAc (Carlezon i wsp., 1995), sugerując, że miejscowe właściwości znieczulające kokainy komplikują badania, w których lek jest stosowany bezpośrednio na neurony. Jednoczesna infuzja sulpirydu, selektywnego antagonisty dopaminy D2, osłabia wewnątrzczaszkowe samo-podawanie nomifensyny, wykazując kluczową rolę receptorów D2-podobnych w efektach nagradzania wewnątrznaczyniowych mikroinfuzji tego leku. Analizowane razem z dowodami z wielu innych badań (do przeglądu, patrz Rompré and Wise, 1989), badania te są całkowicie zgodne z teoriami panującymi w 1980, że działania dopaminy w NAc odgrywają niezbędną i wystarczającą rolę w nagradzaniu i motywowaniu .

Chociaż kontrowersje budzi fakt, że działania dopaminy w NAc są wystarczające do nagrody, inne prace zaczęły kwestionować pogląd, że są one konieczne. Na przykład szczury będą samodzielnie podawać morfinę bezpośrednio do NAc (Olds, 1982), z dala od strefy spustowej (VTA), w której lek działa w celu podniesienia pozakomórkowej dopaminy w NAc (Leone i in., 1991; Johnson i North, 1992). Biorąc pod uwagę, że receptory opioidowe μ i δ znajdują się bezpośrednio na MSNs NAc (Mansour i in., 1995), dane te były pierwszymi, które sugerowały, że nagroda może być wyzwalana przez zdarzenia zachodzące równolegle do (lub poniżej) zdarzeń wyzwalanych przez dopaminę. Szczury będą również samodzielnie podawać fencyklidynę (PCP), złożony lek, który jest inhibitorem wychwytu zwrotnego dopaminy i niekonkurencyjnym antagonistą NMDA, bezpośrednio do NAc (Carlezon and Wise, 1996). Dwa dowody wskazują, że ten efekt nie zależy od dopaminy. Po pierwsze, wewnątrzczaszkowe samodzielne podawanie PCP nie jest zaburzone przez jednoczesny wlew dopaminy D2-selektywnego antagonisty sulpirydu; i po drugie, szczury będą samodzielnie podawać innych niekonkurencyjnych (MK-801) lub konkurencyjnych (CPP) antagonistów NMDA bez bezpośredniego wpływu na układy dopaminowe bezpośrednio do NAc (Carlezon and Wise, 1996). Dane te dostarczyły wczesnych dowodów, że blokada receptorów NMDA w NAc jest wystarczająca do nagrody, a co za tym idzie, nagroda może być niezależna od dopaminy. Oczekuje się, że blokada receptorów NMDA spowoduje ogólne zmniejszenie pobudliwości MSNs NAc bez wpływu na wyjściowy wkład pobudzający, w którym pośredniczą receptory AMPA (Uchimura i in., 1989; Pennartz et al. 1990). Co ważne, szczury również podawały antagonistom NMDA głębokie warstwy PFC (Carlezon and Wise, 1996), które projektują bezpośrednio do NAc (patrz Kelley, 2004) i zostały konceptualizowane jako część układu motywacyjnego hamującego („STOP!”) (Childress, 2006). Analizując je łącznie, badania te dostarczyły dwóch kluczowych dowodów, które odegrały znaczącą rolę w sformułowaniu naszej obecnej hipotezy roboczej: po pierwsze, że nagroda zależna od dopaminy jest osłabiona przez blokadę receptorów podobnych do D2, które są receptorami hamującymi wyrażanymi głównie w NAc na MSN ścieżki pośredniej; i po drugie, że zdarzenia, które powinny zmniejszyć ogólną pobudliwość NAc (np. stymulacja G_isprzężone receptory opioidowe, zmniejszona stymulacja pobudzających receptorów NMDA, zmniejszone pobudzenie pobudzające) są wystarczające do nagrody. Ta interpretacja doprowadziła do opracowania modelu nagrody, w którym krytycznym wydarzeniem jest zmniejszenie aktywacji numerów MSN w NAc (Carlezon and Wise, 1996).

Inne dowody farmakologiczne potwierdzają tę teorię i wiążą wapń (Ca2 +) i jego drugie funkcje przekaźnikowe. Aktywowane receptory NMDA bramkują Ca2 +, wewnątrzkomórkową cząsteczkę sygnałową, która może wpływać na depolaryzację błony, uwalnianie neuroprzekaźników, transdukcję sygnału i regulację genów (patrz Carlezon i Nestler, 2002; Carlezon i wsp., 2005). Mikroiniekcja antagonisty Ca2 + typu L diltiazem bezpośrednio do NAc zwiększa nagradzające działanie kokainy (Chartoff i in., 2006). Mechanizmy, dzięki którym wywołane przez diltiazem zmiany w dopływie Ca2 + wpływają na nagrodę, nie są znane. Jedną z możliwości jest to, że blokowanie dopływu Ca2 + przez napięciowe kanały typu L zmniejsza szybkość wystrzeliwania neuronów w brzusznej NAc (Cooper i White, 2000). Należy jednak zauważyć, że sam diltiazem nie dawał satysfakcji, przynajmniej w dawkach testowanych w tych badaniach. Może to wskazywać, że poziomy bazowe napływu Ca2 + przez kanały typu L w NAc są zwykle niskie i trudne do dalszego zmniejszenia. Związaną z tym możliwością jest to, że mikrowstrzykiwanie diltiazemu zmniejsza niepożądane działania kokainy, które są pośredniczone w NAc, demaskując nagrodę. Na przykład aktywność białka wiążącego element odpowiedzi transkrypcyjnej cAMP (CREB) w obrębie NAc jest związana ze stanami awersyjnymi i redukcją nagrody za kokainę (Pliakas i in., 2001; Nestler i Carlezon, 2006). Aktywacja CREB zależy od fosforylacji, która może wystąpić poprzez aktywację kanałów Ca2 + typu L (Rajadhyaksha i in., 1999). Fosforylowany CREB może indukować ekspresję dynorfiny, neuropeptydu, który może przyczyniać się do stanów awersyjnych poprzez aktywację receptorów opioidowych κ w NAc (przegląd, patrz Carlezon i wsp., 2005). Potencjalna rola wewnątrz-NAc Ca2 + w regulowaniu nagradzających i awersyjnych stanów jest wspólnym tematem w naszej pracy, który zostanie wyjaśniony bardziej szczegółowo poniżej.

B. Dowody molekularne

Myszy pozbawione receptorów dopaminopodobnych D2 mają zmniejszoną wrażliwość na nagradzające działanie kokainy (Welter i in., 2007). Ablacja receptorów podobnych do D2 zmniejsza również satysfakcjonujące działanie morfiny (Maldonado i in., 1997) - prawdopodobnie poprzez zmniejszenie zdolności leku do stymulowania dopaminy za pomocą mechanizmów VTA: Leone i in., 1991; Johnson i North, 1992) - i boczna stymulacja mózgu podwzgórza (Elmer i in., 2005). Jedna z interpretacji tych wyników jest taka, że ​​utrata receptorów podobnych do D2 w NAc zmniejsza zdolność dopaminy do hamowania szlaku pośredniego, domniemanego mechanizmu nagrody. Odkrycia te, w połączeniu z dowodami, że ludzie uzależnieni zmniejszyli wiązanie receptora podobnego do dopaminy D2 w NAc, sugerują, że receptor ten odgrywa zasadniczą rolę w kodowaniu nagrody (Volkow i wsp., 2007).

Inne postępy w biologii molekularnej umożliwiły wykrycie odpowiedzi neuroadaptacyjnych na leki nadużywające oraz zdolność do naśladowania takich zmian w dyskretnych obszarach mózgu w celu zbadania ich znaczenia. Jedną z takich zmian jest ekspresja receptorów glutaminianowych typu AMPA, które są eksprymowane wszechobecnie w mózgu i składają się z różnych kombinacji podjednostek receptora GluR1-4 (Hollmann i in., 1991; Malinow i Malenka, 2002). Narkotyki mogą zmienić ekspresję GluR w NAc. Na przykład powtarzająca się przerywana ekspozycja na kokainę podnosi ekspresję GluR1 w NAc (Churchill i wsp., 1999). Ponadto ekspresja GluR2 jest podwyższona w NAc myszy zaprojektowanych do ekspresji ΔFosB, neuroadaptacji związanej ze zwiększoną wrażliwością na leki nadużywające (Kelz i wsp., 1999). Badania, w których wektory wirusowe były stosowane selektywnie do podwyższania poziomu GluR1 w NAc, wskazują, że ta neuroadaptacja ma tendencję do powodowania awersji do kokainy w testach warunkujących miejsce, podczas gdy podwyższona GluR2 w NAc zwiększa nagrodę kokainową (Kelz i wsp., 1999). Potencjalne wyjaśnienia tego wzorca wyników prawdopodobnie obejmują Ca2 + i jego wpływ na aktywność neuronalną i sygnalizację wewnątrzkomórkową. Zwiększona ekspresja GluR1 sprzyja tworzeniu się homomerycznych GEPR1 (lub heteromerów GluR1-GluR3), które są przepuszczalne dla Ca2 + (Hollman i wsp., 1991; Malinow i Malenka, 2002). Natomiast GluR2 zawiera motyw, który zapobiega napływowi Ca2 +; w ten sposób zwiększona ekspresja GluR2 sprzyjałaby tworzeniu zdolnych do GluR2 zawierających AMX preparatów wiążących Ca2 + (i teoretycznie zmniejszała liczbę przepuszczalnych dla AMX preparatów Ca2 +). Zatem zawierające GluR2 AMPAR mają właściwości fizjologiczne, które czynią je funkcjonalnie odmiennymi od tych pozbawionych tej podjednostki, zwłaszcza w odniesieniu do ich interakcji z Ca2 + (Rys. 1).

Rys. 1

Schemat ilustrujący skład podjednostek receptorów AMPA (glutaminianu). Dla uproszczenia receptory są przedstawione z podjednostkami 2. GluR2 zawiera motyw, który blokuje przepływ Ca2 + przez receptor, a zatem heteromeryczne receptory, które zawierają w ...

Te wczesne badania obejmowały badania warunkujące, które zazwyczaj wymagają wielokrotnego narażenia na narkotyki i przypuszczalnie obejmują cykle nagrody i niechęci (wycofania). Nowsze badania badały, w jaki sposób zmiany w modelowaniu ekspresji GluR, uzyskane w wyniku wielokrotnego narażenia na lek, wpływają na samo-stymulację wewnątrzczaszkową (ICSS), zadanie operacyjne, w którym wielkość wzmocnienia (nagroda za stymulację mózgu) jest dokładnie kontrolowana (Wise, 1996). Podwyższona ekspresja GluR1 w powłoce NAc zwiększa progi ICSS, podczas gdy podwyższona GluR2 zmniejsza je (Todtenkopf i in., 2006). Wpływ GluR2 na ICSS jest jakościowo podobny do wywołanego przez narkotyki (Wise, 1996), sugerując, że odzwierciedla to wzrost satysfakcjonującego wpływu stymulacji. W przeciwieństwie do tego, wpływ GluR1 jest jakościowo podobny do działania spowodowanego leczeniem depresyjnym, w tym odstawieniem leku (Markou i wsp., 1992) i agonistami receptora opioidowego κ (Pfeiffer i in., 1986; Wadenberg, 2003; Todtenkopf i in., 2004; Carlezon i wsp., 2006), sugerując, że odzwierciedla to spadek satysfakcjonującego wpływu stymulacji. Odkrycia te wskazują, że podwyższona ekspresja GluR1 i GluR2 w powłoce NAc ma znacząco różne konsekwencje dla zmotywowanych zachowań. Ponadto potwierdzają wcześniejsze obserwacje, że podwyższona ekspresja GluR1 i GluR2 w powłoce NAc ma przeciwne skutki w badaniach warunkowania miejsca kokainy (Kelz i wsp., 1999) i rozszerzyć możliwość uogólnienia tych efektów na zachowania, które nie są motywowane narkotykami. Być może co najważniejsze, dostarczają więcej dowodów, aby uwikłać strumień Ca2 + w NAc w zmniejszonej nagrodzie lub podwyższonej awersji. Ponieważ Ca2 + odgrywa rolę zarówno w depolaryzacji neuronalnej, jak i regulacji genów, zmiany w ekspresji GluR i skład podjednostki AMPAR w powłoce NAc prawdopodobnie inicjują reakcje fizjologiczne i molekularne, które prawdopodobnie oddziałują ze sobą w celu zmiany motywacji. Ponownie, poniżej szczegółowo opisano mechanizmy, za pomocą których transdukcja sygnału Ca2 + może wywoływać geny zaangażowane w stany awersyjne.

A. Dowody farmakologiczne

Niektóre z najwcześniejszych dowodów na to, że NAc odgrywa rolę w stanach awersyjnych, pochodziły z badań z udziałem antagonistów receptorów opioidowych. Mikrowstrzyknięcia antagonisty receptora opioidowego o szerokim spektrum działania (metylonnalonium) do NAc szczurów zależnych od opiatów ustanawia uwarunkowane miejsca awersji (Stinus i in., 1990). U szczurów zależnych od opiatów wytrącone odstawienie może indukować geny natychmiastowe i czynniki transkrypcyjne w NAc (Gracy i in., 2001; Chartoff i in., 2006), sugerując aktywację MSN. Selektywni agoniści κ-opioidowi, którzy naśladują działanie endogennego ligandu opioidowego κ, dynorfiny, również wytwarzają stany awersyjne. Mikrowstrzyknięcia agonisty opioidowego κ do NAc powodują uwarunkowane awersje miejscowe (Bals-Kubik i in., 1993) i podnieś progi ICSS (Chen i wsp., 2008). Inhibitory (G_isprzężone) receptory opioidowe κ są zlokalizowane na końcówkach dopaminy dopaminy VTA do NAc (Svingos i in., 1999), gdzie regulują miejscowe uwalnianie dopaminy. Jako takie, są one często związane z receptorami opioidowymi μ i δ (Mansour i in., 1995), a stymulacja wywołuje przeciwne działanie agonistów na te receptory othr w testach behawioralnych. Rzeczywiście, pozakomórkowe stężenia dopaminy są zmniejszone w NAc przez układowe (DiChiara i Imperato, 1988; Carlezon i wsp., 2006) lub lokalne mikroinfuzje agonisty κ-opioidowego (Donzati i in., 1992; Spanagel i in., 1992). Zmniejszona funkcja układów dopaminowych śródmózgowia jest związana ze stanami depresyjnymi, w tym anhedonią u gryzoni (Wise, 1982) i dysforia u ludzi (Mizrahi i in., 2007). Tak więc wydaje się, że jedna droga do niechęci zmniejsza dopływ dopaminy do NAc, co zmniejszyłoby stymulację hamujących receptorów D2 podobnych do dopaminy, które wydają się krytyczne dla nagrody (Carlezon and Wise, 1996).

Inne badania wydają się potwierdzać ważną rolę receptorów dopaminergicznych D2 w tłumieniu odpowiedzi awersyjnych. Mikrowstrzyknięcia antagonisty podobnego do dopaminy D2 do NAc szczurów zależnych od opiatów wytrąca oznaki somatycznego odstawienia opiatów (Harris i Aston-Jones, 1994). Chociaż efekty motywacyjne nie były mierzone w tym badaniu, terapie, które przyspieszają odstawienie opiatów, często powodują silniejsze stany awersji niż wywołują objawy somatyczne odstawienia (Gracy i in., 2001; Chartoff i in., 2006). Co ciekawe, mikrowstrzyknięcia agonisty podobnego do dopaminy D1 do NAc również wywołują somatyczne objawy odstawienia u szczurów zależnych od opiatów. Dane pokazują, że inną drogą do awersji jest zwiększona stymulacja pobudzających receptorów dopaminergicznych D1 u szczurów z neuroadaptacjami zależnymi od opiatów w NAc. Być może nie dziwi fakt, że jedną z konsekwencji stymulacji receptora podobnego do D1 u szczurów zależnych od opiatów jest fosforylacja GluR1 (Chartoff i in., 2006), co prowadziłoby do zwiększonej ekspresji powierzchniowej receptorów AMPA na MSN szlaku bezpośredniego.

B. Dowody molekularne

Narażenie na narkotyki (Turgeon i wsp., 1997) i stres (Pliakas i in., 2001) aktywować czynnik transkrypcyjny CREB w NAc. Indukowane wektorem wirusowym podwyższenie funkcji CREB w NAc zmniejsza nagradzające działanie leków (Carlezon i wsp., 1998) i stymulacja mózgu w podwzgórzu (Parsegian i in., 2006), wskazując efekty podobne do anhedonii. Powoduje również, że niskie dawki kokainy są awersyjne (domniemany znak dysforii) i zwiększa zachowanie bezruchu w teście wymuszonego pływania (domniemany znak „rozpaczy behawioralnej”) (Pliakas i in., 2001). Wiele z tych efektów można przypisać regulowanym przez CREB wzrostom funkcji dynorphin (Carlezon i wsp., 1998). Rzeczywiście, agoniści selektywni wobec receptora opioidowego κ mają efekty, które są jakościowo podobne do tych wytwarzanych przez podwyższoną funkcję CREB w NAc, wywołując oznaki anhedonii i dysforii w modelach nagrody i zwiększonej bezruchu w teście wymuszonego pływania (Bals-Kubik i in., 1993; Carlezon i wsp., 1998; Pliakas i in., 2001; Mague i in., 2003; Carlezon i wsp., 2006). Przeciwnie, selektywni antagoniści κ wytwarzają fenotyp podobny do antydepresanta, podobny do obserwowanego u zwierząt z zaburzoną funkcją CREB w NAc (Pliakas i in., 2001; Newton i in., 2002; Mague i in., 2003). Odkrycia te sugerują, że jedną z ważnych biologicznie konsekwencji aktywacji CREB wywołanej lekami lub stresem w NAc jest zwiększona transkrypcja dynorfiny, która wyzwala kluczowe objawy depresji. Efekty dynorfiny są prawdopodobnie wywoływane przez stymulację receptorów opioidowych κ, które działają hamując uwalnianie neuroprzekaźników z mezolimbicznych neuronów dopaminowych, zmniejszając w ten sposób aktywność neuronów VTA, jak wyjaśniono powyżej. Ta droga do niechęci wydaje się zmniejszać dopaminę dopływającą do NAc, co powodowałoby zmniejszenie stymulacji hamujących receptorów dopaminergicznych D2, które wydają się krytyczne dla nagrody (Carlezon and Wise, 1996). Jak wyjaśniono poniżej, istnieją również dowody, że podwyższona ekspresja CREB w NAc bezpośrednio zwiększa pobudliwość MSN (Dong i wsp., 2006) oprócz utraty inhibicji D2-regluated, zwiększając możliwość, że wiele efektów przyczynia się do odpowiedzi awersyjnych.

Powtarzająca się ekspozycja na narkotyki może zwiększyć ekspresję GluR1 w NAc (Churchill i wsp., 1999). Indukowane wektorem wirusowym podwyższenie podwyższonego poziomu GluR1 w NAc zwiększa awersję do leku w badaniach warunkowania miejsca, „atypowy” rodzaj uczulenia na lek (tj. Podwyższoną wrażliwość na awersyjne, a nie nagradzające aspekty kokainy). Zabieg ten zwiększa również progi ICSS (Todtenkopf i in., 2006), wskazując na efekty podobne do anhedonii i dysforii. Co ciekawe, te efekty motywacyjne są praktycznie identyczne z tymi, które wywołuje podwyższona funkcja CREB w NAc. Podobieństwa te podnoszą prawdopodobieństwo, że oba efekty są częścią tego samego większego procesu. W jednym z możliwych scenariuszy, ekspozycja na lek może wywołać zmiany w ekspresji GluR1 w NAc, co doprowadziłoby do lokalnego wzrostu ekspresji powierzchniowej receptorów AMPA przepuszczalnych dla Ca2 +, co zwiększyłoby napływ Ca2 + i aktywowało CREB, prowadząc do zmian w sodzie wyrażenie kanału, które wpływa na linię bazową i pobudziło pobudliwość MSN w NAc (Carlezon i Nestler, 2002; Carlezon i wsp., 2005; Dong i wsp., 2006). Alternatywnie, wczesne zmiany w funkcji CREB mogą poprzedzać zmiany w ekspresji GluR1. Relacje te są obecnie przedmiotem intensywnych badań w kilku laboratoriach finansowanych przez NIDA, w tym w naszych własnych.

A. Testowanie hipotezy za pomocą elektrofizjologii

Jedynym zastrzeżeniem dla hipotezy o hamowaniu / nagradzaniu jest to, że powszechne i przedłużające się hamowanie ostrzału NAc, jak w badaniach inaktywacji lub uszkodzeń, nie wydaje się dawać satysfakcjonujących efektów (np. Yun i in., 2004b). Rodzi to możliwość, że to nie hamowanie NAc jako takie koduje nagrodę, ale raczej przejścia od normalnych podstawowych szybkości wypalania do niższych wskaźników, które występują, gdy obecne są bodźce nagradzające. Przedłużone hamowanie może obniżyć dynamiczną informację normalnie zakodowaną w przejściowych obniżeniach odpalania NAc.

Oparte na elektrofizjologii testy przewidywań tej hipotezy dzielą się na dwie podstawowe kategorie. Pierwsza kategoria obejmuje manipulowanie stanem behawioralnym zwierzęcia w celu uzyskania trwałych zmian w reakcji na bodźce nagradzające, po których następuje badanie elektrofizjologicznych korelatów tego zmienionego stanu nagrody. Na przykład wczesny stan odstawienia od chronicznej ekspozycji na psychostymulanty charakteryzuje się anhedonią i brakiem reakcji na naturalne bodźce nagradzające. Co przewidywałaby hipoteza hamowania / nagrody na temat stanu elektrofizjologicznego neuronów NAc w tym stanie? Główną prognozą jest to, że neurony NAc wykazywałyby spadek supresji aktywności normalnie wytwarzanej przez ekspozycję na nagradzający bodziec (np. Sacharoza). Według naszej wiedzy nie zostało to jeszcze zbadane. Możliwe mechanizmy takiego obniżenia hamowania, jeśli wystąpią, mogą obejmować ogólny wzrost pobudliwości neuronalnej wytwarzany przez dowolną kombinację zmian pobudliwości wewnętrznej (np. Zwiększone prądy Na + lub Ca2 +, zmniejszone prądy K +) lub transmisję synaptyczną (np. Zmniejszenie glutaminergii lub wzrost transmisji GABAergicznej). Z drugiej strony, dostępne dane na temat pobudliwości NAc MSN podczas wczesnego wycofania psychostymulantu sugerują, że faktycznie zmniejsza się ona w tej fazie (Zhang i in., 1998; Hu i in., 2004; Dong i wsp., 2006; Kourrich i in., 2007). Jak wspomniano powyżej, możliwe jest, że długotrwałe obniżenie pobudliwości może pogorszyć informacje związane z nagrodami zawarte w przejściowych zahamowaniach strzelania, być może poprzez wytworzenie efektu „podłogi” i zmniejszenie wielkości tych zahamowań. Ta możliwość pozostaje do przetestowania.

Biorąc pod uwagę pozorny związek między NAc a bladością brzuszną w kodowaniu nagrody (patrz wyżej), moglibyśmy przewidzieć, że wszelkie zmiany pobudliwości wywołane trwałą modulacją stanu nagrody zwierzęcia mogą być szczególnie widoczne w neuronach striatopallidalnych / D2. Chociaż badanie szczegółowych właściwości fizjologicznych tych neuronów było w przeszłości trudne, ostatnie opracowanie linii transgenicznych myszy BAC, które eksprymują GFP w tych neuronach (Gong i in., 2003; Lobo i in., 2006) umożliwiło ich wizualizację in vitro preparaty plasterkowe, znacznie ułatwiające fizjologiczną charakterystykę komórek D2.

Druga kategoria testów opartych na elektrofizjologii polega na wykorzystaniu inżynierii genetycznej (patrz poniżej) w celu zmiany funkcjonalnej ekspresji kluczowych elementów maszynerii komórkowej pod względem pobudliwości lub modulacji pobudliwości w neuronach NAc. Teoretycznie mogłoby to umożliwić modulację zahamowań lub wzbudzeń związanych odpowiednio z nagrodą lub awersją w neuronach NAc. Mając to na uwadze, być może najbardziej użytecznymi cząsteczkami docelowymi byłyby te, które uczestniczą w zależnej od aktywności modulacji pobudliwości neuronalnej, a nie w utrzymywaniu podstawowych szybkości wypalania. Cele te zapewnią lepszą możliwość modulowania reakcji bodźców niż bardziej ogólne cele (np. Podjednostki kanału Na +), umożliwiając w ten sposób ocenę hipotezy hamowania / nagrody. Na przykład, częstotliwość wystrzeliwania aktywnych neuronów może być kontrolowana przez różne przewodniki jonowe, które wytwarzają spolaryzowane wypustki (AHP). Przez ukierunkowanie neuronów NAc na manipulację genetyczną (lub nawet farmakologiczną) ukierunkowaną na kanały wytwarzające AHP, możliwe jest zmniejszenie wielkości odpowiedzi pobudzających związanych z awersją w tych neuronach, a tym samym zbadanie, czy ta zmiana fizjologiczna koreluje ze zmniejszonym zachowaniem indeksy awersji.

B. Testowanie hipotezy z farmakologią behawioralną

Jednym z najbardziej oczywistych testów farmakologicznych byłoby ustalenie, czy szczury samodzielnie podają agonistów D2 podobnych do dopaminy bezpośrednio do NAc. Co ciekawe, poprzednie prace wskazują, że o ile szczury samodzielnie podają kombinacje agonistów D1-podobnych i agonistów D2 do NAc, nie podają sobie samodzielnie żadnego składnika leku, przynajmniej w testowanych dawkach (Ikemoto i wsp., 1997). Chociaż na powierzchni odkrycie to może wydawać się unieważniać naszą hipotezę roboczą, dowody elektrofizjologiczne sugerują, że koaktywacja receptorów D1 i D2 na neuronach NAc może, w pewnych warunkach, spowodować zmniejszenie ich pobudliwości błonowej, której nie widać w odpowiedzi na sam agonista (O'Donnell and Grace, 1996). Ponadto potrzebne są dalsze prace, aby zbadać behawioralne efekty mikroinfuzji agonistów GABA wewnątrz NAc; historycznie praca ta była utrudniona przez słabą rozpuszczalność benzodiazepin - które są znane jako uzależniające (Griffiths i Ator, 1980) pomimo ich tendencji do zmniejszania funkcji dopaminy w NAc (Drewno, 1982; Finlay i in., 1992: Murai i in., 1994) - i stosunkowo niewielka liczba naukowców, którzy stosują procedury mikroiniekcji mózgu wraz z modelami nagrody. Jeszcze inne sposoby testowania naszej hipotezy polegałyby na badaniu skutków manipulacji w obszarach mózgu poniżej MSN zawierających receptor D2. Ponownie, wczesne dowody sugerują, że nagroda jest kodowana przez aktywację bladości brzusznej, przypuszczalną konsekwencję zahamowania MSN ścieżki pośredniej (Tindell i in., 2006).

C. Testowanie hipotezy za pomocą inżynierii genetycznej

Opracowanie technik inżynierii genetycznej, które umożliwiają ukierunkowanie mutacji indukowalnych lub warunkowych na określone obszary mózgu, będzie ważnym narzędziem do testowania naszych hipotez. Myszy z konstytutywną delecją GluRA (alternatywna nomenklatura dla GluR1) wykazują wiele zmian w wrażliwości na narkotyki (Vekovischeva i in., 2001; Dong i wsp., 2004; Mead i in., 2005, 2007), niektóre z nich są zgodne z naszą hipotezą roboczą, a niektóre nie. Utrata GluR1 na wczesnym etapie rozwoju może radykalnie zmienić reakcję na wiele rodzajów bodźców, w tym nadużywanie narkotyków. Ponadto, te myszy z mutacją GluR1 nie mają białka w mózgu, podczas gdy badania tutaj omówione skupiają się na mechanizmach występujących w obrębie NAc. Te punkty są szczególnie ważne, ponieważ oczekuje się, że utrata GluR1 w innych regionach mózgu będzie miała dramatyczny, a czasem bardzo różny, wpływ na zachowania związane z nadużywaniem narkotyków. Jako jeden przykład pokazaliśmy, że modulacja funkcji GluR1 w VTA wywiera przeciwny wpływ na odpowiedzi leków w porównaniu z modulacją GluR1 w NAbc (Carlezon i wsp., 1997; Kelz i wsp., 1999). Odkrycia u myszy z niedoborem GluR1 nie są sprzeczne z połączonymi wynikami z NAc i VTA: konstytutywne zmutowane myszy GluR1 są bardziej wrażliwe na stymulujące działanie morfiny (efekt, który można wyjaśnić utratą GluR1 w NAc) , ale nie rozwijają się postępujące wzrosty odpowiedzi na morfinę (efekt, który można wyjaśnić utratą GluR1 w VTA), testowanie odbywa się w warunkach, które promują uczulenie i obejmują dodatkowe obszary mózgu. W związku z tym należy zachować ostrożność w przypisywaniu przestrzennych i czasowych interpretacji danych pochodzących od konstytutywnych myszy z nokautem: literatura staje się pełna przykładów białek, które mają dramatycznie różne (a czasem przeciwne) skutki na zachowanie w zależności od badanych regionów mózgu (patrz Carlezon i wsp., 2005).

Wstępne badania na myszach z indukowalną ekspresją dominującej negatywnej formy CREB - manipulacji, która zmniejsza pobudliwość MSN z NAc - są nadwrażliwe na nagradzające działanie kokainy, będąc jednocześnie niewrażliwe na niepożądane działanie agonisty κ-opioidowego (DiNieri i in., 2006). Chociaż wyniki te są zgodne z naszą hipotezą roboczą, dalsze badania (np. Elektrofizjologia) mogą pomóc scharakteryzować fizjologiczne podstawy tych efektów. Niezależnie od tego, zwiększona zdolność do przestrzennej i czasowej kontroli ekspresji genów, które regulują pobudliwość NAc MSN pozwoli na coraz bardziej zaawansowane testy naszej hipotezy roboczej.

Finansowany przez National Institute on Drug Abuse (NIDA) przyznaje DA012736 (do WAC) i DA019666 (do MJT) oraz profesurę McKnight-Land Grant (do MJT). Dziękujemy MJ Kaufmanowi, B. deB. Fredrick i SS Negus za pozwolenie na cytowanie niepublikowanych danych z badań obrazowania mózgu u małp.