Zbieżne przetwarzanie zarówno pozytywnych, jak i negatywnych sygnałów motywacyjnych przez populacje neuronów VTA dopaminy (2011)

KOMENTARZ: To badanie pokazuje, że układ nagrody i komórki nerwowe wytwarzające dopaminę reagują na strach. Ten sam obwód, który napędza nas dopaminą do osiągnięcia naszych celów, takich jak orgazm, jest również aktywowany przez strach. Dlatego „lubimy” straszne rzeczy – kolejki górskie, skoki na bungy, horrory itp. Zastanawiamy się, czy pornografia wywołująca strach lub niepokój zwiększa ilość uwalnianej dopaminy. Miałoby to sens, ponieważ wielu użytkowników wybiera gatunki porno, które powodują niepokój i strach. Jeśli użytkownik porno nie otrzymuje już wystarczającej ilości dopaminy z obecnego gatunku, może szukać porno, które wywoła niepokój i strach, aby uzyskać większą dawkę dopaminy. Adrenalina i noradrenalina stymulują również obwód nagrody, co opisano w innych artykułach w tej sekcji.

Pełne badanie: Zbieżne przetwarzanie zarówno pozytywnych, jak i negatywnych sygnałów motywacyjnych przez populacje neuronów dopaminy VTA

Wang DV, Tsien JZ, 2011 PLoS ONE 6(2): e17047. doi:10.1371/journal.pone.0017047

Abstrakcyjny

Tradycyjnie badano neurony dopaminowe w brzusznym obszarze nakrywkowym (VTA) pod kątem ich roli w motywacji związanej z nagrodą lub uzależnieniu od narkotyków. Tutaj badamy, jak populacja neuronów dopaminowych VTA może przetwarzać przerażające i negatywne doświadczenia, a także nagradzać informacje u swobodnie zachowujących się myszy. Korzystając z rejestracji wielotetrodowej, odkrywamy, że aż 89% domniemanych neuronów dopaminowych w VTA wykazuje znaczną aktywację w odpowiedzi na warunkowy ton, który przewiduje nagrodę w postaci pożywienia, podczas gdy ta sama populacja neuronów dopaminowych reaguje również na przerażające doświadczenia, takie jak wolne upadają i wstrząsają wydarzeniami. Większość tych przypuszczalnych neuronów dopaminowych VTA wykazuje supresję i pobudzenie z przesunięciem-odbiciem, podczas gdy ~25% zarejestrowanych domniemanych neuronów dopaminowych wykazuje pobudzenie przez przerażające zdarzenia. Co ważne, przypuszczalne neurony dopaminowe VTA wykazują właściwości kodowania parametrycznego: czas trwania ich zmiany wyzwalania jest proporcjonalny do czasu trwania przerażającego zdarzenia. Ponadto pokazujemy, że informacja kontekstowa jest kluczowa dla tych neuronów, aby odpowiednio wywołać pozytywne lub negatywne reakcje motywacyjne tym samym uwarunkowanym tonem. Podsumowując, nasze odkrycia sugerują, że neurony dopaminowe VTA mogą wykorzystywać strategię kodowania zbieżnego do przetwarzania zarówno pozytywnych, jak i negatywnych doświadczeń, ściśle integrując się z sygnałami i kontekstem środowiskowym.

Postacie

Cytat: Wang DV, Tsien JZ (2011) Konwergentne przetwarzanie zarówno pozytywnych, jak i negatywnych sygnałów motywacyjnych przez populacje neuronów dopaminowych VTA. PLoS ONE 6(2): e17047. doi:10.1371/journal.pone.0017047

Redaktor: Hiromu Tanimoto, Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Niemcy

Odebrane: Listopad 9, 2010; Przyjęty: Styczeń 19, 2011; Opublikowano: 15 lutego 2011 r.

Prawa autorskie: © 2011 Wang, Tsien. Jest to artykuł o otwartym dostępie, rozpowszechniany na warunkach licencji Creative Commons Uznanie autorstwa, która pozwala na nieograniczone wykorzystanie, dystrybucję i reprodukcję na dowolnym nośniku pod warunkiem podania oryginalnego autora i źródła.

Finansowanie: Prace te były wspierane ze środków NIMH (MH060236), NIA (AG024022, AG034663 i AG025918), USAMRA00002 i Georgia Research Alliance (wszystko na rzecz JZT). Fundatorzy nie mieli żadnego wpływu na projektowanie badań, gromadzenie i analizę danych, podejmowanie decyzji o publikacji ani przygotowanie manuskryptu.

Konkurencyjne zainteresowania: Autorzy zadeklarowali, że nie istnieją konkurencyjne interesy.

Wprowadzenie

Tradycyjnie badano neurony dopaminowe w brzusznym obszarze nakrywkowym (VTA) pod kątem ich roli w motywacji związanej z nagrodą lub uzależnieniu od narkotyków [1]-[3]. Uważa się jednak, że neurony dopaminowe VTA są również ważne dla motywacji negatywnej [1]-[4]. W literaturze rola neuronu dopaminowego w pozytywnej motywacji została dobrze ustalona i poparta wieloma badaniami pokazującymi, że nagroda (np. jedzenie, sok) i sygnały nagrody (bodźce warunkowe) wywołują krótkie opóźnienie (50–110 ms) i krótkotrwała (~200 ms) aktywność wybuchowa neuronu dopaminowego [5]-[9]. Wydaje się, że responsywność tych neuronów dopaminowych koduje szeroki zakres nowych i związanych z nagrodą zdarzeń poprzez regułę błędu przewidywania [5]-[9]. Wykazano również, że aktywność dopaminy VTA odgrywa zasadniczą rolę w uzależnieniu od narkotyków: prawie wszystkie leki uzależniające zwiększają poziom dopaminy synaptycznej w jądrze półleżącym, które otrzymuje intensywne bodźce dopaminergiczne z obszaru VTA [10]-[12].

Zauważono także rolę neuronu dopaminowego VTA w motywacji negatywnej. Szereg badań wykazało, że zdarzenia awersyjne (np. doustny wlew chininy lub LiCl) lub stany negatywne (np. odstawienie leku) mogą zmienić stężenie dopaminy w obszarach mózgu unerwionych przez neurony dopaminowe VTA [13]-[15]. Ponadto zakłócenie transmisji dopaminy w dalszych strukturach VTA prowadzi do upośledzenia warunkowania na nieprzyjemne lub przerażające doświadczenia [16], [17]. Co więcej, poziomy dopaminy mogą wykazywać odwrotne funkcje we wzmacnianiu zachowania: uważa się, że niższy poziom dopaminy w jądrze półleżącym poprawia karę, ale upośledza uczenie się oparte na nagrodzie, podczas gdy wyższy poziom dopaminy poprawia nagrodę, ale upośledza uczenie się oparte na karach [18]. Powyższe badania zdecydowanie sugerują, że neurony dopaminowe VTA odgrywają również ważną rolę w przetwarzaniu negatywnych sygnałów motywacyjnych. Jednak dokładna rola neuronu dopaminowego VTA w negatywnej motywacji nie jest do końca jasna.

Z drugiej strony, ostatnie badania wykazały, że neurony dopaminowe w istocie czarnej pars Compacta (SNc) mogą reagować zarówno na bodźce nagradzające (np. sok), jak i awersyjne (np. pociągnięcie powietrzem), a dwie populacje neuronów dopaminowych SNc mogą wyraźnie przekazywać pozytywne sygnały i negatywne sygnały motywacyjne [9], [19]. Pojawiły się jednak obawy, czy podmuch powietrza na skórę lub warunkowa wskazówka przepowiadająca wystąpienie zaciągnięcia powietrza rzeczywiście wywołuje awersję do małp, o ile takie działania zostaną uznane za nieszkodliwe [9]. Co więcej, wiadomo, że neurony dopaminowe SNc przetwarzają różne aspekty informacji i mają odrębne obwody neuronowe wejścia-wyjścia co do VTA [5]. Dlatego istnieje duże zainteresowanie zbadaniem, czy i w jaki sposób neurony dopaminowe VTA przetwarzają negatywne doświadczenia oraz czy istnieją odrębne populacje neuronów dopaminowych zajmujących się przetwarzaniem pozytywnych i negatywnych informacji.

Aby odpowiedzieć na te ważne pytania, zastosowaliśmy wielotetrodowy zapis zewnątrzkomórkowy u swobodnie zachowujących się myszy i wykorzystaliśmy dwa rodzaje solidnych, przerażających zdarzeń (swobodny spadek i wstrząsy). [20] jako sposób na badanie roli neuronów VTA w przetwarzaniu negatywnych sygnałów motywacyjnych. Wyszkoliliśmy także myszy, aby łączyły neutralny ton z późniejszym dostarczaniem pożywienia, co pozwoliło nam zbadać, w jaki sposób ta sama populacja neuronów dopaminowych VTA może przetwarzać pozytywne sygnały ruchowe. Co więcej, ponieważ informacje kontekstowe są integralną częścią wielu ogólnych doświadczeń, zapytaliśmy, czy i w jaki sposób konteksty środowiskowe mogą odgrywać rolę w rozróżnianiu informacji o nagrodzie lub awersji. W związku z tym przeprowadziliśmy następnie serię eksperymentów, w których trenowaliśmy myszy, aby łączyły jeden pojedynczy ton zarówno z nagrodą w postaci jedzenia, jak i strasznym wydarzeniem, ale w różnych kontekstach, co pozwoliło nam określić, w jaki sposób uwarunkowane reakcje neuronalne dopaminy VTA były wewnętrznie zależne od kontekst środowiskowy. Nasze wyniki sugerują, że neurony dopaminowe VTA mogą wykorzystywać strategię kodowania zbieżnego do przetwarzania zarówno pozytywnych, jak i negatywnych doświadczeń.

Efekt

Klasyfikacja domniemanych neuronów dopaminowych

Wszczepiliśmy ruchome wiązki 8 tetrod (32 kanały) do VTA prawej półkuli myszy, a położenie elektrod rejestrujących zostało potwierdzone histologicznie na koniec naszego eksperymentu (Rysunek 1A). W bieżących analizach wykorzystano dane od 24 myszy, u których zarejestrowaliśmy domniemane neurony dopaminowe. Od tych 210 myszy zarejestrowano w sumie 24 jednostek z wyraźnymi przebiegami impulsowymi (przykłady dobrze izolowanych jednostek można znaleźć w artykule Rysunek S1). Spośród nich 96 jednostek sklasyfikowano jako domniemane neurony dopaminowe na podstawie ich wzorców odpalania (patrz Materiały i Metody), a pozostałe 114 jednostek sklasyfikowano jako neurony inne niż dopaminowe. Sklasyfikowane domniemane neurony dopaminowe zazwyczaj wykazywały szerokie, trójfazowe potencjały czynnościowe (Rysunek 1B, czerwony), chociaż z różnicami, podczas gdy neurony inne niż dopaminowe wykazywały węższe trójfazowe lub dwufazowe potencjały czynnościowe (Rysunek 1Bodpowiednio niebieski i czarny). Co ważne, tylko neurony o niskiej wyjściowej częstotliwości wyzwalania (0.5–10 Hz; Rysunek 1C), stosunkowo długi odstęp między impulsami (> 4 ms) i regularny wzór odpalania, sklasyfikowano jako domniemane neurony dopaminowe. Natomiast sklasyfikowane neurony inne niż dopaminowe zazwyczaj wykazywały wyższą wyjściową częstotliwość wyzwalania (> 10 Hz; Rysunek 1C) i/lub znacząca modulacja szybkości strzelania podczas ruchu w porównaniu do spokojnej czuwania [21]-[23].

miniatur

Rycina 1. Rejestracja wielotetrodowa i klasyfikacja neuronów VTA.

(A) Ścieżka układu elektrod pokazana na przykładowym przekroju koronowym mózgu (na górze po prawej) i rozmieszczenie końcówek układu elektrod (od 21 myszy) na diagramach przekrojowych atlasu [52]. Niebieskie kwadraty reprezentują lokalizacje, w których zarejestrowano domniemane neurony DA typu 1/2; czerwone kwadraty reprezentują lokalizacje, w których zarejestrowano neurony typu 3; fioletowe kwadraty reprezentują lokalizacje, w których zarejestrowano neurony zarówno typu 1/2, jak i typu 3 (patrz Rysunek 2 do klasyfikacji trzech typów domniemanych neuronów DA). (B) Przykłady typowo rejestrowanych przebiegów impulsowych dla domniemanych neuronów DA (czerwony) i innych niż DA (niebieski i czarny). Połowę szerokości AP mierzono od doliny do następnego piku potencjału czynnościowego. (C) Podstawowe szybkości wyzwalania i połowa szerokości AP sklasyfikowanych neuronów DA (czerwony) i innych niż DA (czarny). DA, dopamina; Bez DA, bez dopaminy; AP, potencjał czynnościowy.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g001

Trzy typy domniemanych neuronów dopaminowych VTA reagujących na strach

Do zbadania, jak neurony VTA mogą reagować na negatywne doświadczenia, wykorzystaliśmy dwa typy solidnych, przerażających zdarzeń (spadek swobodny i wstrząs). [20]. Po tym, jak myszy wyzdrowiały po operacjach i uzyskano stabilne zapisy (zwykle 1–2 tygodnie po operacji), rozpoczęliśmy eksperymenty. Każdą mysz umieszczono w komorze swobodnego spadania lub komorze wytrząsania, gdzie w każdej sesji przeprowadzono około 20 prób swobodnego spadania lub wytrząsania w odstępie 1–2 minut pomiędzy próbami (Rysunek 2A). Przerwa między sesjami wynosi zazwyczaj 1–2 godziny. Zawsze monitorowaliśmy stabilność zarejestrowanych jednostek, badając kształty przebiegów impulsów, stan wystrzeliwania linii bazowej oraz rozkład klastrów impulsów przed i po zdarzeniach, a także podczas całych eksperymentów. Oceniliśmy, że nie doszło do tymczasowej utraty jednostek podczas dwóch strasznych wydarzeń, badając jednocześnie zarejestrowane jednostki (np. dwie jednostki zarejestrowane z tej samej tetrody wykazujące przeciwne zmiany w strzelaniu) (Rysunek S2). Upewniliśmy się również, że zarejestrowane dane nie zawierały sztucznych szumów elektrycznych ani mechanicznych, oceniając kształty fal tuż przed, w trakcie i po strasznych wydarzeniach (Rysunek S3). Ogólnie rzecz biorąc, te domniemane neurony dopaminowe (n = 96) zostały w dużej mierze podzielone na trzy główne typy w oparciu o ich właściwości reakcji na dwa przerażające zdarzenia: typ 1 (59%, 57/96), typ 2 (13%, 12/ 96) i typ 3 (25%, 24/96).

miniatur

Rysunek 2. Trzy typy domniemanych neuronów dopaminowych (DA) VTA.

(AC) Rastry okołozdarzeniowe (1-20 prób, od góry do dołu) i histogramy trzech przykładów domniemanych neuronów dopaminowych VTA (A: typ 1, B: typ 2 i C: typ 3) w odpowiedzi na wolne upadek (lewe panele), wstrząs (środkowe panele) i uwarunkowany ton, który wiarygodnie przewidywał dostarczenie granulatu cukru (prawy panel). (D) Procent różnych typów domniemanych neuronów DA. (E, F.) Procent przypuszczalnych neuronów DA stłumionych strachem (E: typ 1 i 2) i podekscytowanych strachem (F: typ 3), które zostały znacząco aktywowane przez ton warunkowy, który wiarygodnie przewidywał dostarczenie granulatu cukru. Swobodny spadek, wysokość 30 cm; Wstrząsać, 0.2 sek.; Ton, 5 kHz, 1 sek.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g002

Domniemane neurony dopaminowe typu 1 VTA wykazywały nie tylko znaczące tłumienie ich wyzwalania w odpowiedzi zarówno na zdarzenia swobodnego spadania, jak i wstrząsy (Rysunek 2A, lewy i środkowy panel) (P<0.05, test rang ze znakiem Wilcoxona), ale także silne pobudzenie offsetowo-odbicia na zakończenie obu zdarzeń. Zdefiniowaliśmy wzbudzenie odbicia jako szczytową częstotliwość wyzwalania z przesunięciem (wygładzoną filtrem Gaussa), która jest co najmniej dwa razy większa niż podstawowa szybkość wyzwalania i przy współczynniku z większym niż 2. Takie wzbudzenie odbicia może sygnalizować bezpieczeństwo na końcu przerażające wydarzenia lub motywacja wynikająca z takich wydarzeń. Następnie zapytaliśmy, czy te neurony dopaminowe typu 1 reagują na sygnały nagrody. Wielokrotnie łącząc neutralny ton z późniejszym dostarczeniem pastylki cukru, odkryliśmy, że neurony te również znacznie zwiększyły swoją częstotliwość wyzwalania tonu warunkowego, który wiarygodnie przewidywał nagrodę (Rysunek 2A, prawy panel). Dlatego te neurony dopaminowe typu 1 reagowały zarówno na sygnały nagrody, jak i negatywne.

Domniemane neurony dopaminowe VTA typu 2 wykazywały znaczną supresję (P<0.05, test rang Wilcoxona) podczas swobodnego spadania lub wstrząsu, ale nie wystąpiła u nich aktywacja odbicia po zakończeniu tych zdarzeń (wyniki z <2) (Rysunek 2B, lewy i środkowy panel). Podobnie do domniemanych neuronów dopaminowych typu 1, neurony typu 2 znacznie zwiększyły swoją aktywność, aż do uzyskania warunkowego tonu, który wiarygodnie przewidywał nagrodę (Rysunek 2B, prawy panel). Zatem zarówno neurony dopaminowe typu 1, jak i typu 2 wykazują dwukierunkową modulację przez zdarzenia negatywne i pozytywne, to znaczy zmniejszają swoje odpalanie do strasznych zdarzeń, jednocześnie zwiększając ich odpalanie do sygnałów nagrody.

Co ciekawe, zarejestrowaliśmy także trzeci typ neuronów dopaminergicznych, które charakteryzowały się większym podobieństwem do domniemanych neuronów dopaminowych typu 1/2, a nie neuronów niedopaminowych. Te neurony typu 3 (około 25% wszystkich zarejestrowanych domniemanych neuronów dopaminowych) zwiększyły swoją aktywność zarówno w przypadku zdarzeń swobodnego spadania, jak i wstrząsów (Rysunek 2C, lewy i środkowy panel) (P<0.05, test rang ze znakiem Wilcoxona). Po ich wzmożonym ostrzale zwykle następowało tłumienie przesunięcia. Co więcej, te neurony dopaminowe typu 3 mogą również zwiększyć swoją aktywność w odpowiedzi na warunkowy ton, który przewidywał nagrodę (Rysunek 2C, prawy panel). Te neurony typu 3, które zwiększyły swoją aktywność zarówno w przypadku zdarzeń pozytywnych, jak i negatywnych, różnią się znacznie od neuronów dopaminowych typu 1 i typu 2. To silnie sugeruje różnorodność populacji neuronów dopaminowych VTA [24], [25].

Ogólnie rzecz biorąc, neurony typu 1 i typu 2 stanowią większość (72%) zarejestrowanej przypuszczalnej populacji neuronów dopaminowych VTA, podczas gdy neurony typu 3 stanowią około 25%, a pozostałe domniemane neurony dopaminowe (3%) nie reagują na straszne wydarzenia (Rysunek 2D). Co więcej, nasze analizy sugerują, że reakcje wszystkich tych neuronów na negatywne zdarzenia są zwykle jednorodne kierunkowo (45 neuronów przetestowano zarówno pod kątem zdarzeń swobodnego spadania, jak i wstrząsów), to znaczy, że neurony tłumione (lub aktywowane) przez zdarzenie swobodnego spadania były zawsze stłumione (lub aktywowane) przez inne przerażające wydarzenia, takie jak wstrząs i odwrotnie. Spośród stłumionych strachem neuronów dopaminowych (typu 1 i typu 2), które badaliśmy pod kątem ich reakcji na sygnały nagrody, 96% z nich (44/46) wykazało znaczną aktywację poprzez ton nagrody (Rysunek 2E) (P<0.05, test rang ze znakiem Wilcoxona). To wyraźnie pokazuje, że zdecydowana większość neuronów dopaminowych VTA typu 1 i typu 2 jest zdolna do dwukierunkowego reagowania zarówno na zdarzenia pozytywne, jak i negatywne, to znaczy wykazuje pobudzenie informacją o nagrodzie, a tłumienie strasznymi doświadczeniami. Z drugiej strony, około 71% domniemanych neuronów dopaminowych typu 3 (12/17), które zostały aktywowane przez przerażające zdarzenia, może być również aktywowanych przez sygnały nagrody (Rysunek 2F) (P<0.05, test rang ze znakiem Wilcoxona). To silnie sugeruje, że przerażające wydarzenia, a nie tylko nagroda, mogą pobudzić niektóre domniemane neurony dopaminowe VTA.

Schematy strzelania i charakterystyka farmakologiczna

Pomimo podobieństw we wzorcu wyzwalania i kształtach fal impulsowych trzech typów domniemanych neuronów dopaminowych (np. Rysunek 3A-C), zauważyliśmy między nimi pewne różnice. Po pierwsze, neurony dopaminergiczne typu 3 wykazywały znacznie niższe prawdopodobieństwo (9 ± 2.3%, średnia ± sem) wybuchu w porównaniu z przypuszczalną dopaminą typu 1 (55.2 ± 2.5%) lub typu 2 (32.0 ± 3.8%). neurony (Rysunek 3D i E). Po drugie, neurony typu 3 wykazywały znacznie niższą wyjściową częstotliwość wyzwalania (2.15 ± 0.33 Hz, średnia ± sem; n = 24) w porównaniu z typem 1 (5.66 ± 0.27 Hz; n = 57) lub typem 2 (4.92 ± 0.49 Hz, n = 12) neurony (Rysunek 3F).

miniatur

Rycina 3. Schematy wypalania i charakterystyka farmakologiczna.

(A-C) Trzy przykłady domniemanych neuronów dopaminowych zarejestrowanych przez tetrodę (typ 1, typ 2 i typ 3) i ich reprezentatywne kształty fal szczytowych. PC1 i PC2 reprezentują odpowiednio pierwszy i drugi główny składnik w analizie głównych składowych. Niebieskie kropki reprezentują pojedyncze impulsy dla izolowanych neuronów dopaminy; czarne kropki wskazują indywidualne szczyty dla innych nieposortowanych neuronów VTA. (D) Odstępy między skokami trzech przykładów domniemanych neuronów dopaminowych (typ 1, typ 2 i typ 3). (E) Procent impulsów wyzwalających dla trzech typów domniemanych neuronów dopaminowych. Słupki błędów, sem; ***P<0.001, Studenckie t-test. (F) Podstawowe szybkości wyzwalania trzech typów domniemanych neuronów dopaminowych. Słupki błędów, sem; ***P<0.001, Studenckie t-test. (G) Skumulowana aktywność szczytowa przykładów domniemanych neuronów dopaminowych (typu 1, typu 2 i typu 3) w odpowiedzi na agonistę receptora dopaminy, apomorfinę. Zauważono, że przypuszczalne neurony dopaminowe typu 1 i typu 3 rejestrowano jednocześnie z jednej tetrody. (H i I) Wyjściowe i polekowe współczynniki odpalania przypuszczalnych neuronów dopaminowych (H) i niedopaminowych (I). Myszom wstrzyknięto agonistę receptora dopaminy, apomorfinę (1 mg/kg, ip), a szybkość wyzwalania uśredniono 30 minut przed i 30 minut po wstrzyknięciu apomorfiny.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g003

Wstrzyknęliśmy także myszom agonistów receptora dopaminy, apomorfinę (1 mg/kg, ip) i/lub chinpirol (1 mg/kg, ip), które, jak wykazano, głównie hamują aktywność neuronu dopaminowego [6], [8], [24], [25]. W sumie 77 neuronów VTA (w tym 33 sklasyfikowanych domniemanych neuronów dopaminowych i 44 neurony niedopaminowe) przetestowano z agonistami receptora dopaminowego. Nasze wyniki farmakologiczne wykazały, że zdecydowana większość (96%; 23/24) domniemanych neuronów dopaminowych typu 1 i typu 2 była znacząco stłumiona, podczas gdy, co zaskakujące, neurony typu 3 (n = 9) poza tym wykazywały pobudzenie przez apomorfinę (Rysunek 3H). Ponadto 4 sklasyfikowane domniemane neurony dopaminowe przetestowano zarówno z apomorfiną, jak i chinpirolem (w różne dni). Te 4 domniemane neurony dopaminowe wykazywały podobne odpowiedzi na apomorfinę i chinpirol: neurony (n = 2) tłumione przez apomorfinę były również tłumione przez chinpirol; neurony (n = 2) aktywowane przez apomorfinę były również aktywowane przez chinpirol. Natomiast neurony inne niż dopaminowe VTA (n = 44) wykazywały bardzo ograniczone lub żadne zmiany w szybkości wyzwalania po wstrzyknięciu apomorfiny lub chinpirolu (Rysunek 3I).

Odpowiedzi domniemanych neuronów dopaminowych VTA na różne czasy trwania i intensywność przerażających wydarzeń

Aby lepiej zrozumieć właściwości kodowania neuronów dopaminowych VTA w przypadku przerażających wydarzeń, przeprowadziliśmy zestaw eksperymentów parametrycznych. Podczas eksperymentów rejestrujących w losowej kolejności wykonywano różne wysokości swobodnego spadania (10 i 30 cm) i różne czasy trwania wstrząsów (0.2, 0.5 i 1 s). Odkryliśmy, że neurony dopaminowe VTA wykazywały tymczasowe zmiany aktywności dynamicznej, które były proporcjonalne do czasu trwania strasznych wydarzeń. Jak pokazano w Rysunek 4A, domniemane neurony dopaminowe typu 1 wykazywały zależną od czasu trwania supresję podczas zdarzeń swobodnego spadania (10 cm w porównaniu z 30 cm wysokości). Analiza populacji wykazała, że ​​w reakcji na spadek swobodny z wysokości 10 i 30 cm (Rysunek 4B), średnie opóźnienia wzbudzenia przesunięcia (opóźnienie wygładzonej szybkości wyzwalania szczytu przesunięcia) domniemanych neuronów dopaminowych typu 1 wynosiły odpowiednio 293 ± 38 ms (średnia ± sd, n = 15) i 398 ± 28 ms (n = 20). (P<0.001, Studenckie t-test). Wyniki te sugerują, że reakcje domniemanych neuronów dopaminowych typu 1 korelują z czasem trwania strasznych wydarzeń (Rysunek 4B, prawy panel). Zauważono, że szczytowa częstość strzelań z przesunięciem była nieco wyższa podczas swobodnego spadania z wysokości 30 cm (30.9±6.6 Hz; średnia ± sd) w porównaniu ze zdarzeniem z wysokości 10 cm (26.3±5.9 Hz) (P = 0.04, Studenta t-test), co sugeruje, że reakcje neuronów dopaminowych VTA typu 1 na negatywne mogą również odzwierciedlać, w mniejszym stopniu, intensywność zdarzeń swobodnego spadania.

miniatur

Rycina 4. Odpowiedzi domniemanych neuronów dopaminowych VTA typu 1 na różne czasy trwania i intensywność przerażających wydarzeń.

(A) Rastry okołozdarzeń (1–20 prób) i histogramy jednego przykładowego neuronu typu 1 w odpowiedzi na zdarzenia swobodnego spadania z wysokości 10 cm (po lewej) i 30 cm (po prawej). (B) Wygładzone średnie histogramy populacji wokół zdarzeń (po lewej) i przesunięcie opóźnień wzbudzenia (po prawej) neuronów typu 1 w odpowiedzi na zdarzenia swobodnego spadania z wysokości 10 cm (niebieska linia; n = 15) i 30 cm (czerwona linia; n = 20) . (C) Rastry i histogramy okołozdarzeń innego neuronu typu 1 w odpowiedzi na wstrząsy trwające 0.5 sekundy (po lewej) i 1 sekundę (po prawej). (D) Wygładzone średnie histogramy populacji wokół zdarzenia (po lewej) i przesunięcie opóźnień wzbudzenia (po prawej) neuronów typu 1 w odpowiedzi na 0.2 s (zielona linia; n = 13), 0.5 s (niebieska linia; n = 20) i 1 sekundy (czerwona linia; n = 14) zdarzenia wstrząsania. (E) Rastry i histogramy okołozdarzeń innego neuronu typu 1 w odpowiedzi na zdarzenia wstrząsów o niskiej (po lewej) i wysokiej intensywności (po prawej). (F) Wygładzone średnie histogramy populacji wokół zdarzenia (po lewej) i przesunięte szczytowe współczynniki wyzwalania wzbudzenia (po prawej) neuronów typu 1 w odpowiedzi na niską (niebieska linia; n = 9) i wysoką intensywność (czerwona linia; n = 9) wstrząsnąć wydarzeniami. Słupki błędów, sd; *P<0.05, ***P-8, Studencki t-test.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g004

Podobnie neurony typu 1 wykazywały zależne od czasu trwania właściwości odpowiedzi na wstrząsy (Rysunek 4C i D). Średnie opóźnienia wzbudzenia przesunięcia wynosiły 374 ± 25 ms (średnia ± sd, n = 13), 672 ± 52 ms (n = 20) i 1169 ± 35 ms (n = 14) dla wstrząsów, które trwały 0.2, 0.5 i odpowiednio 1 sek. (P<0.001, jednokierunkowa ANOVA). Kontynuacja zajęć studenckich t-testy wykazały wysoce istotne różnice dla każdego porównania (Rysunek 4D, prawy panel). Jednakże nie było znaczących różnic w przesuniętych szczytowych szybkościach wypalania w różnych czasach trwania wstrząsów (P> 0.05; jednokierunkowa ANOVA). Zróżnicowaliśmy także intensywność wstrząsu: neurony typu 1 wykazywały nieco wyższe przesunięcie szczytu wzbudzenia w przypadku wstrząsów o wysokiej intensywności w porównaniu z neuronami o niskiej intensywności (Rysunek 4E i F; 29.1±7.7 vs. 23.5±9.5 Hz, średnia ± sd). Powyższe wyniki sugerują, że odpowiedzi domniemanych neuronów dopaminowych VTA typu 1 korelują z czasem trwania przerażających wydarzeń i, w mniejszym stopniu, z ich intensywnością.

Co więcej, czas pobudzenia neuronów dopaminergicznych typu 3 również korelował z czasem trwania przerażających wydarzeń. W odpowiedzi na zdarzenia swobodnego spadania z wysokości 10 i 30 cm (Rysunek 5A i B), czas trwania wzbudzenia wynosił odpowiednio 251±29 ms (średnia ± sd, n = 8) i 345±33 ms (n = 10) (P<0.001, Studenckie t-test). W odpowiedzi na wstrząsy trwające 0.2, 0.5 i 1 s (Rysunek 5C i D), czas trwania wzbudzenia neuronów typu 3 wynosił odpowiednio 294±53 ms (n = 10), 573±80 ms (n = 9) i 1091±23 ms (n = 7) (P<0.001, jednokierunkowa ANOVA). Kontynuacja zajęć studenckich t-test wykazał wysoce istotne różnice dla każdego porównania (Rysunek 5D, prawy panel). W odpowiedzi na wstrząsy o różnej intensywności neurony typu 3 wykazywały wyższy szczyt pobudzenia w wyniku wstrząsów o wysokiej intensywności w porównaniu z neuronami o niskiej intensywności (Rysunek 5E i F; 24.2±4.6 vs. 15.5±1.3 Hz, średnia ± sd).

miniatur

Rycina 5. Odpowiedzi neuronów dopaminergicznych VTA typu 3 na różne czasy trwania i intensywność przerażających wydarzeń.

(A) Rastry okołozdarzeń (1-20 prób) i histogramy jednego przykładowego neuronu typu 3 w odpowiedzi na zdarzenia swobodnego spadania z wysokości 10 cm (po lewej) i 30 cm (po prawej). (B) Wygładzone średnie histogramy populacji wokół zdarzeń (po lewej) i przesunięcie opóźnień wzbudzenia (po prawej) neuronów typu 3 w odpowiedzi na zdarzenia swobodnego spadania z wysokości 10 cm (niebieska linia; n = 8) i 30 cm (czerwona linia; n = 10) . (C) Rastry i histogramy okołozdarzeń tego samego neuronu (jak pokazano na A) w odpowiedzi na wstrząsy trwające 0.5 sekundy (po lewej) i 1 sekundę (po prawej). (D) Wygładzone średnie histogramy populacji wokół zdarzenia (po lewej) i przesunięcie opóźnień wzbudzenia (po prawej) neuronów typu 3 w odpowiedzi na 0.2 s (zielona linia; n = 10), 0.5 s (niebieska linia; n = 9) i 1 sekundy (czerwona linia; n = 7) zdarzenia wstrząsania. (E) Rastry i histogramy okołozdarzeń innego neuronu typu 3 w odpowiedzi na zdarzenia wstrząsów o niskiej (po lewej) i wysokiej intensywności (po prawej). (F) Wygładzone średnie histogramy populacji wokół zdarzenia (po lewej) i przesunięte szczytowe współczynniki wyzwalania wzbudzenia (po prawej) neuronów typu 3 w odpowiedzi na niską (niebieska linia; n = 5) i wysoką intensywność (czerwona linia; n = 5) wstrząsnąć wydarzeniami. Słupki błędów, sd; *P<0.05, ***P-5, Studencki t-test.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g005

Łącznie wyniki te sugerują, że czasowe zmiany dynamiczne w odpalaniu domniemanych neuronów dopaminowych VTA dobrze korelują z czasem trwania bodźca przerażających wydarzeń, z stłumionym odpalaniem dla neuronów typu 1 i typu 2 oraz zwiększonym odpalaniem dla neuronów typu 3. Zmiany w ich działaniu mogą również korelować z intensywnością bodźców towarzyszących przerażającym wydarzeniom, ale w znacznie mniejszym stopniu.

Integralne kodowanie zdarzeń i kontekstów

Mózg zazwyczaj przetwarza epizodyczne doświadczenia w kontekstach środowiskowych i dotyczy to również zachowań uzależniających. Sugeruje się, że informacje kontekstowe są ważne dla responsywności neuronów dopaminowych w celu nagradzania wskazówek przewidywania [26]. Zapytaliśmy, czy kontekst środowiskowy odgrywa rolę w kodowaniu negatywnych zdarzeń, a co ważniejsze, jak neurony dopaminowe VTA zareagują na tę samą warunkową wskazówkę, ale będą powiązane z odrębnymi kontekstami, które przewidywałyby odwrotny wynik (np. nagroda vs. bodźce awersyjne). .

W związku z tym przeprowadziliśmy kolejny zestaw eksperymentów, w których myszy poddano warunkowaniu dwukierunkowemu (zarówno warunkowaniu nagradzającemu, jak i awersyjnemu). Użyliśmy jednego neutralnego tonu jako bodźca warunkowego (CS), aby sparować go z odrębnymi bodźcami bezwarunkowymi (USA, granulat cukru lub swobodne spadanie) w różnych środowiskach (Rysunek 6A). Poddaliśmy myszy warunkowaniu Pawłowowskiemu przez tydzień, podczas którego myszy otrzymały ~200 par CS/US zarówno dla warunkowania nagradzającego, jak i awersyjnego (patrz Materiały i Metody). Po treningu myszy szybko zbliżyły się do pojemnika na granulki cukru, zazwyczaj w ciągu 3–10 sekund (średnio 4.3 sekundy) po wystąpieniu kondycjonowanego dźwięku, ale bez widocznego zbliżania się do szalki kontrolnej, która nie otrzymała granulek cukru, co wskazuje na skuteczność i skuteczność specyfika uczenia się poprzez nagrodę skojarzeniową (Rysunek 6B, lewy panel). Z drugiej strony, w odpowiedzi na warunkowy ton, który przewidywał zdarzenie swobodnego spadku w komorze swobodnego spadania, myszy wykazywały znacznie zwiększony ruch do tyłu po usłyszeniu warunkowego tonu (Rysunek 6B, prawy panel), co może odzwierciedlać unikanie lub zachowanie obronne zwierzęcia [27]. Zwiększone reakcje strachu/lęku u tych myszy były również widoczne na podstawie zwiększonego oddawania kału i moczu w komorze swobodnego spadania w porównaniu z komorami z nagrodą lub komorami neutralnymi (Rysunek 6C).

miniatur

Rysunek 6. Dwukierunkowe kodowanie sygnałów dodatnich i ujemnych za pomocą tego samego tonu warunkowego w różnych kontekstach.

(A) Schemat eksperymentalnego paradygmatu warunkowania dwukierunkowego. W całym tekście wykorzystano jeden ton (5 kHz, 1 s): przewidywał dostarczenie granulatu cukru do komory nagrody (na górze); przewidywał zdarzenie swobodnego spadania w komorze swobodnego spadania (w środku); i niczego nie przepowiedział w komorze neutralnej (na dole). (B) Po lewej: opóźnienie podejścia naczynia po wystąpieniu warunkowego tonu, który przewidywał dostawę cukru. Zgadza się, myszy wykazywały znaczny wzmożony ruch do tyłu po wystąpieniu warunkowanego tonu, który przewidywał zdarzenie swobodnego upadku. (C) Zachowania przypominające awersję (częste defekacje i oddawanie moczu) wywołane w komorze swobodnego spadania w porównaniu z komorą nagrody lub komorą neutralną. Słupki błędów, sem; n = 10; *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001, Studenckie t-test. (D, E) Rastry okołozdarzeniowe (1–20 prób) i histogramy dwóch przykładów domniemanych neuronów dopaminowych VTA w odpowiedzi na ten sam warunkowy ton, który przewidywał dostarczenie granulatu cukru (po lewej), który przewidywał zdarzenie swobodnego spadania (w środku), a który nie przewidzieć cokolwiek (po prawej), z przerwą 1–2 godzin pomiędzy sesjami. (F) Wygładzone średnie histogramy populacji wokół zdarzenia domniemanych neuronów dopaminowych stłumionych strachem (typu 1 i 2) w odpowiedzi na ten sam warunkowy ton, który przewidywał granulkę cukru (lewy panel; n = 16), który przewidywał zdarzenie swobodnego spadania (środkowy panel ; tych samych 16 neuronów, jak pokazano na lewym panelu), co niczego nie przewidywało (prawy panel; n = 10). Swobodny spadek, wysokość 30 cm.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g006

Zapisy aktywności neuronalnej u tych kondycjonowanych myszy (po 1 tygodniu treningu) ujawniły, że domniemane neurony dopaminowe VTA znacząco zareagowały na warunkowy ton, który przewidywał granulkę cukru w ​​komorze nagrody (Rysunek 6D, lewy panel). Co ciekawe, te same neurony VTA również niezawodnie reagowały na ten sam warunkowany ton, gdy przewidywał swobodny spadek w komorze swobodnego spadania (Rysunek 6D, środkowy panel). Kiedy ten sam kondycjonowany ton został dostarczony myszom w neutralnej komorze, która nie była powiązana z żadnym zdarzeniem, nie spowodował on znaczących zmian w odpalaniu (Rysunek 6D, prawy panel).

W sumie zarejestrowaliśmy 16 tłumionych strachem (typu 1 i typu 2) neuronów dopaminowych od myszy, które poddano protokołowi warunkowania dwukierunkowego. Wszystkie te neurony wykazywały znaczny wzrost częstotliwości wyzwalania po wystąpieniu warunkowanego tonu, który wiarygodnie przewidywał granulację cukru (Rysunek 6D – F, lewe panele) (P<0.001, test rang ze znakiem Wilcoxona). W odpowiedzi na ten sam ton, który przewidywał zdarzenie swobodnego spadania, połowa neuronów (8/16) wykazała znaczny spadek szybkości wyzwalania (Rysunek 6D, środkowy panel) (P<0.05, test rang Wilcoxona), podczas gdy druga połowa (8/16) wykazała krótki natychmiastowy pik aktywacji (co najmniej dwa razy wyższy niż wyjściowa częstotliwość wyzwalania i z wynikami Z większymi niż 2), po którym nastąpiło znaczne tłumienie (Rysunek 6E, środkowy panel) (P<0.05, test rang ze znakiem Wilcoxona). W odpowiedzi na ten sam ton reprezentowany w komorze neutralnej, zmiany w strzelaniu były bardzo ograniczone lub nie występowały wcale (Rysunek 6D – F, prawe panele). Wyniki te sugerują, że domniemane neurony dopaminowe VTA typu 1 i typu 2 mogą dwukierunkowo kodować zintegrowane sygnały pozytywne i negatywne (połączony ton warunkowy i informacja kontekstowa), odpowiednio zwiększając i zmniejszając ich wyzwalanie.

Znaczenie kontekstów w wywoływaniu odrębnych odpowiedzi warunkowych było również widoczne w neuronach dopaminergicznych typu 3. Na przykład neuron typu 3 znacząco zareagował na uwarunkowany ton, który był powiązany z granulką cukru w ​​komorze nagrody (Rysunek 7A, lewy panel) lub swobodnego spadania w komorze swobodnego spadania (Rysunek 7A, środkowy panel). Z drugiej strony nie wykazał żadnej zmiany szybkostrzelności, gdy dźwięk był odtwarzany w komorze neutralnej (Rysunek 7A, prawy panel). Ponowna analiza populacji potwierdziła, że ​​neurony typu 3 zwiększyły swoją aktywność do tego samego warunkowanego tonu w komorze nagrody i swobodnego spadania (Rysunek 7B, lewy i środkowy panel), ale nie w komorze neutralnej (Rysunek 7B, prawy panel) (P<0.05, Studenta t-test). Łącznie powyższe eksperymenty kontekstowe sugerują, że informacja reprezentowana na poziomie neuronów dopaminowych VTA jest wysoce przetworzona i bogato zintegrowana w celu zakodowania danego zestawu pozytywnych lub negatywnych zdarzeń motywacyjnych związanych z kontekstami środowiskowymi.

miniatur

Rysunek 7. Odpowiedzi neuronów dopaminergicznych typu 3 na sygnały pozytywne i negatywne poprzez ten sam warunkowany ton w różnych kontekstach.

(A) Rastry okołozdarzeniowe (1–20 prób) i histogramy przykładowego neuronu typu 3 w odpowiedzi na ten sam warunkowy ton, który przewidywał dostarczenie granulatu cukru (po lewej), który przewidywał zdarzenie swobodnego spadania (w środku) i który nie przewidywał cokolwiek w komorze neutralnej (po prawej). (B) Wygładzone średnie histogramy populacji wokół zdarzeń neuronów typu 3 (n = 6) w odpowiedzi na ten sam warunkowy ton, który przewidywał dostarczenie granulatu cukru (po lewej), który przewidywał zdarzenie swobodnego spadania (w środku) i który nie przewidywał niczego ( Prawidłowy). Swobodny spadek, wysokość 30 cm.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g007

Opóźnienie początku odpowiedzi neuronów dopaminowych VTA

Następnie postanowiliśmy zbadać opóźnienie początku odpowiedzi domniemanych neuronów dopaminowych zarówno na zdarzenia nagradzające, jak i przerażające. Histogramy okołozdarzeń dla zdarzeń swobodnego spadku 10 i 30 cm oraz histogramy okołozdarzeń dla wstrząsów o czasie 0.2, 0.5 i 1 sekundy połączono dla poszczególnych neuronów dopaminowych w celu obliczenia opóźnienia początku odpowiedzi. Opóźnienie początku odpowiedzi określono poprzez uzyskanie średniej szybkości wyzwalania (średnia) i odchylenia standardowego (sd) z 1000 przedziałów (bin = 10 ms) bezpośrednio przed początkiem bodźca. Za opóźnienie odpowiedzi przyjęto czas odpowiadający pierwszemu przedziałowi co najmniej trzech kolejnych przedziałów z punktacją Z ≥2 po rozpoczęciu bodźca. Ze względu na niską podstawową szybkość wyzwalania neuronu dopaminowego, histogramy około zdarzenia (bin = 10 ms) wygładzono filtrem Gaussa (szerokość filtra = 3 przedziały) w celu obliczenia opóźnienia tłumienia początku odpowiedzi (opóźnienia początku odpowiedzi typu -1 i neurony typu 2 do swobodnego spadania, wstrząsania i awersyjnego CS).

Nasze wyniki pokazały, że domniemane neurony dopaminowe typu 1 i typu 2 wykazywały podobne opóźnienia początku odpowiedzi na zdarzenia swobodnego upadku i wstrząsu (90.6 ± 31.3 ms w porównaniu z 108.4 ± 48.6 ms; średnia ± sd) (Rysunek 8A i E). Neurony dopaminergiczne typu 3 również wykazywały podobne opóźnienie początku odpowiedzi na dwa przerażające zdarzenia (43.5 ± 20.6 ms w porównaniu z 46.8 ± 24.2 ms), jak również na dwa bodźce warunkowe (75.7 ± 19.0 ms w porównaniu z 62.9 ± 12.5 ms ) (Rysunek 8B, D i F). Z drugiej strony, neurony typu 1 i typu 2 wykazywały znacznie dłuższe opóźnienie początku odpowiedzi (sumienia) na awersyjny CS w porównaniu z opóźnieniem początku odpowiedzi (aktywacji) na nagradzany CS (181.6 ± 51.9 ms w porównaniu z 67.1 ±19.0 ms) (Rysunek 8C i E). Ogólnie rzecz biorąc, opóźnienie początku odpowiedzi w przypadku tłumienia było na ogół dłuższe niż opóźnienie aktywacji w przypadku dowolnego porównania (Rysunek 8E i F).

miniatur

Rycina 8. Opóźnienie początku odpowiedzi przypuszczalnych neuronów dopaminowych VTA.

(A) Opóźnienia początku odpowiedzi poszczególnych neuronów dopaminowych typu 1 i 2 na zdarzenia swobodnego spadania i wstrząsania. (B) Opóźnienia początku odpowiedzi poszczególnych neuronów dopaminowych typu 3 na zdarzenia swobodnego spadania i wstrząsania. (C) Opóźnienia początku odpowiedzi poszczególnych neuronów dopaminowych typu 1 i 2 na CS nagrody, który przewidywał granulkę cukru i awersyjny CS, który przewidywał swobodny spadek. (D) Opóźnienia początku odpowiedzi poszczególnych neuronów dopaminowych typu 3 na CS nagrody, który przewidywał granulkę cukru i awersyjny CS, który przewidywał swobodny spadek. (E) Średnie opóźnienia początku odpowiedzi neuronów dopaminowych typu 1 i 2 w populacji (z tych samych danych, jak pokazano w A i C) oraz (F) neurony typu 3 (z tych samych danych, co pokazano w B i D). Opóźnienia początku odpowiedzi dla neuronów typu 1/2 na swobodny spadek, wstrząsy i awersyjne CS odpowiadają opóźnieniom tłumienia; podczas gdy inne odpowiadają opóźnieniom aktywacji. Słupki błędów, sd

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g008

Synchronizacja pomiędzy unikalnymi zestawami neuronów dopaminowych VTA

Ponieważ poziomy dopaminy w obszarach docelowych często łączono z różnymi wynikami poznawczymi, od dawna postawiono hipotezę, że zsynchronizowane pobudzanie neuronów dopaminowych może stanowić mechanizm neuronowy umożliwiający realizację tej neuronowej strategii chemicznej. [28], [29]. Pogląd ten potwierdzają badania pokazujące, że podzbiory neuronów dopaminowych w istocie czarnej pars Compacta (SNc) wykazywały spontaniczną, zsynchronizowaną aktywność [24], [30]. Wykorzystując w naszych eksperymentach rejestrację wielotetrodową, mieliśmy okazję zbadać dynamiczne korelacje pomiędzy jednocześnie zarejestrowanymi domniemanymi neuronami dopaminowymi w VTA (z maksymalnie pięcioma domniemanymi neuronami dopaminowymi zarejestrowanymi jednocześnie). Nasze analizy wykazały, że zdecydowana większość domniemanych neuronów dopaminowych wykazywała spontanicznie zsynchronizowane wyzwalanie, niezależnie od cyklu snu i czuwania zwierzęcia (Rysunek 9). Na przykład korelacja krzyżowa dwóch jednocześnie zarejestrowanych domniemanych neuronów dopaminowych typu 1 była bardzo istotna (Rysunek 9A i B). Z analizy zbiorczych zbiorów danych wynika, że ​​zdecydowana większość (83%; 48/58 par) jednocześnie zarejestrowanych neuronów typu 1 wykazała znaczącą synchronizację (szczytowy wynik z-score > 11) w oknie czasowym około 100 ms niezależnie od tego, czy myszy zachowywały się swobodnie, czy spały (Rysunek 9C). Podobnie, nastąpiła również znacząca synchronizacja między jednocześnie zarejestrowanymi domniemanymi neuronami dopaminowymi typu 1 i typu 2 (Rysunek 9D – F). Spośród jednocześnie zarejestrowanych par neuronów dopaminowych typu 1 i typu 2, 75% (6/8) z nich wykazywało znaczącą synchronizację, gdy myszy albo zachowywały się swobodnie, albo spały (Rysunek 9F).

miniatur

Rycina 9. Synchronizacja pomiędzy unikalnymi zestawami domniemanych neuronów dopaminowych VTA.

(A) Rastry okołozdarzeniowe (1–20 prób) i histogramy dwóch jednocześnie zarejestrowanych neuronów typu 1 w odpowiedzi na zdarzenie swobodnego spadania oraz (B) korelogram krzyżowy między tymi dwoma neuronami, gdy mysz zachowywała się swobodnie. (C) Uśrednione korelogramy krzyżowe pomiędzy jednocześnie zarejestrowanymi neuronami typu 1 (48 par podczas swobodnego zachowania i 35 par podczas snu). (D) Rastry i histogramy około zdarzenia dwóch jednocześnie zarejestrowanych neuronów typu 1 i typu 2 w odpowiedzi na zdarzenie swobodnego spadania oraz (E) korelogram krzyżowy między tymi dwoma neuronami podczas swobodnego zachowania. (F) Uśrednione korelogramy krzyżowe pomiędzy jednocześnie zarejestrowanymi neuronami typu 1 i typu 2 (6 par zarówno podczas swobodnego zachowania, jak i snu). (G) Rastry i histogramy okołozdarzeń dwóch jednocześnie zarejestrowanych neuronów typu 3 w odpowiedzi na zdarzenie swobodnego spadania oraz (H) korelogram krzyżowy między tymi dwoma neuronami podczas swobodnego zachowania. (I) Uśrednione korelogramy krzyżowe pomiędzy jednocześnie zarejestrowanymi neuronami typu 3 (15 par podczas swobodnego zachowania i 12 par podczas snu). (J) Rastry i histogramy okołozdarzeń dwóch neuronów typu 1 i typu 3 (jednocześnie rejestrowane z jednej tetrody) w odpowiedzi na zdarzenie swobodnego spadania oraz (K) korelogram krzyżowy między tymi dwoma neuronami podczas swobodnego zachowania. (L) Uśrednione korelogramy krzyżowe pomiędzy jednocześnie zarejestrowanymi neuronami typu 1 i typu 3 (12 par podczas swobodnego zachowania i 10 par podczas snu). Swobodny spadek, wysokość 30 cm.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g009

Ponadto zaobserwowano również znaczącą synchronizację w populacji domniemanych neuronów dopaminowych typu 3 (Rysunek 9G – I). Spośród jednocześnie zarejestrowanych par neuronów dopaminy typu 3 79% (15/19) z nich wykazało znaczącą synchronizację (Rysunek 9I). Z drugiej strony, gdy jednocześnie obliczono korelację krzyżową zarejestrowanych jednocześnie neuronów typu 1 i typu 3 lub neuronów dopaminowych typu 2 i typu 3 (n = 12 par), nie ujawniło to żadnej istotnej synchronizacji (Rysunek 9J – L). Łącznie zsynchronizowana aktywność domniemanych neuronów dopaminowych stłumionych strachem (typu 1 i typu 2), a także neuronów pobudzonych strachem typu 3 sugeruje, że różne subpopulacje domniemanych neuronów dopaminowych mogą otrzymywać różne bodźce z oddzielnych obszarów mózgu i są zintegrowane z odrębnymi sieciami [25], [31], [32].

Dyskusja

Nasze powyższe nagrania i analizy zbiorcze dostarczyły zestawu dowodów na rolę neuronów dopaminy w przetwarzaniu zarówno pozytywnych, jak i negatywnych doświadczeń. Odkryliśmy, że neurony dopaminowe VTA wykazywały różnorodne właściwości odpowiedzi, a zdecydowana większość domniemanych neuronów dopaminowych reaguje zarówno na bodźce nagradzające, jak i przerażające. Ta strategia zbieżnego kodowania przez neurony dopaminowe VTA jest interesująca w świetle często cytowanego badania na przytomnych małpach, które pokazuje, że neurony dopaminowe preferencyjnie reagują na bodźce o wartości motywacyjnej apetycznej, a nie awersyjnej [33]. Bodziec awersyjny, taki jak podmuch powietrza, zastosowany w tym badaniu, jest raczej łagodnym bodźcem w porównaniu z dwoma przerażającymi zdarzeniami zastosowanymi w naszym eksperymencie. Niektórzy badacze sugerują, że bodziec awersyjny, taki jak podmuch powietrza, może nie wykazywać wartości ujemnej, ponieważ małpy mogą nauczyć się mrugać lub zamykać oczy na bodziec warunkowy, aby uniknąć bodźca awersyjnego [9], [34]. Z drugiej strony nowsze badania na przytomnych małpach pokazują istnienie różnych typów neuronów dopaminowych w istocie czarnej pars Compacta (SNc) do przenoszenia sygnałów dodatnich i ujemnych [5], [9], [19]. Dlatego zarówno neurony dopaminowe VTA, jak i SNc mogą stosować ujednoliconą strategię kodowania w celu konwergentnego przetwarzania pozytywnych i negatywnych sygnałów motywacyjnych.

W przypadku VTA wcześniejsze badanie wykazało, że różne populacje domniemanych neuronów dopaminowych VTA zostały aktywowane lub stłumione przez zróżnicowane warunkowanie strachowe [35]. Niedawno doniesiono, że neurony dopaminowe zlokalizowane w brzusznej części VTA zostały aktywowane przez wstrząsy stóp u znieczulonych szczurów [36]. Jednak te dwa badania nie sprawdzały, jak te same neurony dopaminowe zareagują na nagrodę lub pozytywne zdarzenia. Wykorzystując stany swobodnego zachowania naszych myszy rejestrujących, przedstawiliśmy myszom zarówno pozytywne, jak i negatywne bodźce i odkryliśmy, że zdecydowana większość neuronów dopaminowych VTA reaguje na nagrody i negatywne doświadczenia.

Należy zauważyć, że nasza obecna technika rejestracji zewnątrzkomórkowej nie jest w stanie wizualizować w naszym eksperymencie różnych typów domniemanych neuronów dopaminy. Szacujemy, że neurony dopaminergiczne typu 3 zarejestrowane w naszym eksperymencie wydają się być zlokalizowane bardziej grzbietowo lub do przodu w obszarze VTA (Rysunek 1A, czerwone i fioletowe kwadraty). Zauważono jednak, że jednocześnie rejestrowano co najmniej 12 par neuronów typu 1/2 i typu 3, a w kilku przypadkach rejestrowano je z jednej tetrody (np. Rysunek 3G; Rysunek 9J). Być może konieczne będzie przeprowadzenie dalszych, bardziej ostrożnych eksperymentów anatomicznych, aby rozwiązać ten problem. Niemniej jednak nasze wyniki przeprowadzone na swobodnie zachowujących się myszach dodatkowo potwierdzają pogląd, że chociaż większość domniemanych neuronów dopaminowych VTA wykazuje zmniejszoną aktywność, niewielka grupa neuronów dopaminergicznych może zostać aktywowana przez zdarzenia negatywne lub awersyjne. Neurony dopaminergiczne typu 3 zarejestrowane w naszym eksperymencie wykazywały większe podobieństwo do przypuszczalnych neuronów dopaminowych typu 1/2, a nie do neuronów niedopaminowych: wszystkie trzy typy neuronów wykazywały niską wyjściową częstotliwość wyzwalania (0.5–10 Hz), stosunkowo długie odstęp między skokami (>4 ms) i regularny wzór wyzwalania. Z drugiej strony neurony inne niż dopaminowe VTA wykazywały głównie wyższą wyjściową częstotliwość wyzwalania (> 10 Hz) i silną modulację przez ruch [21]-[23]. W odpowiedzi na dwa przerażające zdarzenia większość neuronów innych niż dopaminowe (>70%) wykazywała znaczną aktywację i dużą różnorodność czasowych wzorców odpalania. Złożona aktywność wyjściowa, jak również właściwości odpowiedzi tych neuronów innych niż dopaminowe na dwa przerażające zdarzenia wykraczają poza zakres dyskusji tutaj.

Nasze obecne odkrycia dostarczają również kilku nowych spostrzeżeń na temat roli neuronów dopaminowych VTA zarówno w motywacji pozytywnej, jak i negatywnej. Po pierwsze, domniemane neurony dopaminowe VTA reagują na różne negatywne bodźce w podobny sposób u przytomnych zwierząt. Oznacza to, że neurony, które reagowały na swobodny spadek, zawsze reagowały na wstrząsy w podobny sposób (stłumienie neuronów typu 1 i typu 2, aktywacja neuronów typu 3). Jednokierunkowe reakcje na negatywne zdarzenia w obrębie danego typu neuronów dopaminowych VTA są podobne do ich reakcji na szeroki zakres nowych zdarzeń związanych z nagrodą [5], [37].

Drugą godną uwagi cechą jest silne przesunięcie wzbudzenia odbicia neuronów dopaminowych typu 1 na zakończenie zdarzeń swobodnego spadania lub wstrząsów. To wyrównane pobudzenie u swobodnie zachowujących się zwierząt może kodować informacje odzwierciedlające nie tylko ulgę po zakończeniu takich strasznych wydarzeń [38]-[40], ale być może dostarczając pewnego rodzaju sygnałów motywacyjnych (np. motywacji do ucieczki). Jest również możliwe, że wzbudzenie offset-redoning może odgrywać ważną rolę w angażowaniu zachowań poszukujących wrażeń (np. sporty ekstremalne, przejażdżka Wieżą Terroru w Disney World). Warto zauważyć, że u znieczulonych szczurów odnotowano również aktywację odbicia neuronu dopaminowego VTA po zakończeniu bodźców wstrząsu stopy [36]. Niemniej jednak bardzo interesujące będzie dalsze badanie znaczenia funkcjonalnego neuronu dopaminowego w różnych ryzykownych zachowaniach.

Po trzecie, domniemane neurony dopaminowe VTA wykazują czasową dynamiczną aktywność, która ściśle koreluje z czasem trwania strasznych wydarzeń. Zastosowanie czasowej zmiany aktywności do kodowania czasu trwania przerażającego zdarzenia wydaje się mieć sens, ponieważ tłumienie jest bardzo ograniczone ze względu na niską podstawową szybkość wyzwalania większości neuronów dopaminowych. Jest to interesujące w porównaniu z odkryciem, że neurony dopaminy wykazują różne reakcje szczytowe na różne wartości bolusów nagrody [41]. Biorąc pod uwagę źródła, które napędzają supresję neuronów dopaminowych typu 1 i typu 2, ostatnie badania sugerują, że boczne jądro rączki (LHb) i GABAergiczne jądro nakrywkowe rostromedialne (RMTg) odgrywają ważną rolę [42]-[45]. Po pierwsze, jądra te wykazują przeciwstawne reakcje na bodźce nagradzające lub awersyjne w porównaniu z reakcjami neuronów dopaminy na te same bodźce [42], [44]. Po drugie, neurony dopaminy są silnie tłumione po aktywacji LHb lub RMTg [43], [45].

Po czwarte, dodatkowo ujawniamy, że neurony dopaminowe VTA mogą wykazywać całkowicie odwrotne zmiany w swoich odpaleniach pod wpływem warunkowego bodźca sygnalizującego zdarzenia nagradzające lub przerażające, które miały miejsce w różnych kontekstach (Rysunek 6). To zdecydowanie sugeruje, że przetwarzanie neuronowe zachodzące na poziomie VTA jest wysoce zintegrowane, a informacje kontekstowe stanowią integralną część procesu kodowania zarówno pozytywnych, jak i negatywnych doświadczeń. Odkrycie to jest zgodne z dowodami anatomicznymi i wcześniejszymi hipotezami, że neurony VTA otrzymują wysoce przetworzone informacje ze struktur przodomózgowia, takich jak hipokamp i kora przedczołowa. [37], [46]-[48]. Ta integracja doświadczeń i zdarzeń na wysokim poziomie w populacji neuronów VTA może wyjaśniać, dlaczego środowiska odgrywają tak dominującą rolę w wywoływaniu pragnienia lub wzmacnianiu nawyków.

Wreszcie, nasze techniki jednoczesnego rejestrowania pozwoliły nam wykazać znaczącą korelację między domniemanymi neuronami dopaminowymi typu 1 i typu 2, a także między neuronami typu 3. Specyfika takiej synchronizacji strzelania jest bardzo interesująca, biorąc pod uwagę możliwy układ sieci VTA. Sugeruje to, że przypuszczalne neurony dopaminowe VTA mogą wykorzystywać dwie wysoce specyficzne zsynchronizowane strategie optymalizacji i skuteczności transmisji dopaminy, zapewniając w ten sposób skoordynowaną modulację dalszych struktur, takich jak jądro półleżące. Brak zsynchronizowanej aktywności między neuronami typu 3 i typu 1/2 jest zgodny z wieloma innymi różnicami między nimi, zarówno elektrofizjologicznymi, jak i farmakologicznymi (Rysunek 3). W szczególności, w przeciwieństwie do domniemanych neuronów dopaminowych typu 1 i typu 2, z których prawie wszystkie (96%; 23/24) wykazują znaczną supresję, neurony typu 3 poza tym wykazują pobudzenie przez agonistów receptora dopaminy (Rysunek 3H). Należy zauważyć, że w poprzednich badaniach donoszono, że przypuszczalne neurony dopaminowe są głównie hamowane lub nie mają na nie wpływu agonista receptora dopaminy. Tylko kilka badań wykazało, że niektóre neurony dopaminy mogą być aktywowane przez agonistów receptora dopaminy [24], [25]być może dlatego, że w poprzednich badaniach aktywowane neurony zostały po prostu sklasyfikowane jako neurony inne niż dopaminowe. Warto zauważyć, że doniesiono, że niewielka liczba neuronów dopaminowych VTA, które są również TH-dodatnie, jest aktywowana przez agonistę receptora dopaminy [25]. Przyszłe eksperymenty, być może z wykorzystaniem optogenetyki, będą konieczne, aby potwierdzić, czy te neurony typu 3 aktywowane strachem są neuronami dopaminowymi. Akceptacja neuronów typu 3 jako neuronów dopaminowych powinna być jak dotąd zachowana z ostrożnością.

Podsumowując, pokazujemy, że zdecydowana większość domniemanych neuronów dopaminowych VTA jest zdolna do reagowania zarówno na awersyjne informacje wywołane nagrodą, jak i strachem. Te domniemane neurony dopaminowe reagują na różne negatywne zdarzenia w podobny sposób, a co ważniejsze, czas trwania ich dynamicznych zmian wyzwalania jest proporcjonalny do czasu trwania strasznych wydarzeń. Domniemane neurony dopaminowe VTA integrują również wskazówki i informacje kontekstowe w celu rozróżnienia między zdarzeniami nagradzającymi i strasznymi. Podsumowując, sugerujemy, że neurony dopaminowe VTA mogą wykorzystywać strategię kodowania zbieżnego na poziomie populacji sieci w celu przetwarzania zarówno pozytywnych, jak i negatywnych doświadczeń. Takie zbieżne kodowanie doświadczeń jest również wysoce zintegrowane z sygnałami i kontekstami środowiskowymi, aby jeszcze bardziej zwiększyć specyfikę zachowania.

Materiały i Metody

Oświadczenie etyczne

Wszystkie zwierzęta użyte w tym badaniu były zgodne z procedurami zatwierdzonymi przez Instytucjonalną Komisję ds. Opieki i Wykorzystywania Zwierząt, Georgia Health Sciences University i objęte protokołem nr BR-07-11-001.

Tematy

Do rejestracji wykorzystano ogółem 71 samców myszy C57BL/6J, które trzymano indywidualnie w cyklu 12 godzin światła i 12 godzin ciemności. W bieżących analizach wykorzystano jedynie dane od 24 myszy, u których zarejestrowaliśmy domniemane neurony dopaminowe.

Operacje

Podobnie jak opisano wcześniej, skonstruowano 32-kanałowy (wiązka 8 tetrod), ultralekki (waga <1 g), ruchomy (nakręcany) układ elektrod [49]. Każda tetroda składała się z czterech drutów Fe-Ni-Cr o średnicy 13 µm (Stablohm 675, California Fine Wire; z impedancją zazwyczaj 2–4 MΩ dla każdego drutu) lub drutów platynowych o średnicy 17 µm (90% platyny, 10% irydu, California Fine Wire; z impedancją typowo 1–2 MΩ dla każdego przewodu). Tydzień przed operacją myszy (w wieku 3–6 miesięcy) wyjmowano ze standardowej klatki i umieszczano w niestandardowych klatkach domowych (40 × 20 × 25 cm). W dniu zabiegu myszy znieczulono ketaminą/ksylazyną (80/12 mg/kg, ip); Następnie zestaw elektrod wszczepiono w kierunku VTA w prawej półkuli (3.4 mm za dolną częścią mózgu, 0.5 mm w bok i 3.8–4.0 mm w kierunku brzusznym od powierzchni mózgu) i zabezpieczono cementem dentystycznym.

Nagrywanie tetrodowe i izolacja jednostek

Dwa lub trzy dni po operacji elektrody codziennie sprawdzano pod kątem aktywności nerwowej. Jeśli nie wykryto żadnych neuronów dopaminowych, matrycę elektrod przesuwano codziennie o 40 ~ 100 µm, aż mogliśmy zarejestrować przypuszczalny neuron dopaminowy. Wielokanałowy zapis zewnątrzkomórkowy był podobny do opisanego wcześniej [49]. W skrócie, podczas całego procesu eksperymentalnego rejestrowano impulsy (filtrowane przy 250–8000 Hz; digitalizowane przy 40 kHz) przy użyciu systemu wielokanałowego procesora akwizycji Plexon (Plexon Inc.). Zachowania myszy rejestrowano jednocześnie za pomocą systemu śledzenia Plexon CinePlex. Zarejestrowane impulsy izolowano przy użyciu oprogramowania Plexon OfflineSorter: zastosowano wiele parametrów sortowania impulsów (np. analiza składowych głównych, analiza energii) w celu najlepszej izolacji przebiegów impulsów zarejestrowanych przez tetrodę. Łącząc stabilność zapisu wielotetrodowego i techniki izolacji wielu jednostek dostępne w OfflineSorter (np. analiza głównych składowych, analiza energii), poszczególne neurony VTA można badać bardzo szczegółowo, w wielu przypadkach przez kilka dni (Rysunek S1).

Straszne wydarzenia

W naszych eksperymentach losowo przeprowadzono dwa przerażające zdarzenia, swobodny upadek (z 10 i 30 cm) i potrząśnięcie (przez 0.2, 0.5 i 1 sekundę), w odstępie zwykle 1–2 godzin pomiędzy sesjami. Do swobodnego spadania używaliśmy albo kwadratowej (10×10×15 cm) albo okrągłej komory (11 cm średnicy i 15 cm wysokości). Do wstrząsania używaliśmy okrągłej komory (o średnicy 12.5 cm i wysokości 15 cm). Podczas każdej sesji swobodnego spadania lub wstrząsania mysz była umieszczana w komorze swobodnego spadania lub wstrząsania (mysz mogła swobodnie poruszać się wewnątrz komór). Po 3 minutach przyzwyczajania wykonano około 20 prób swobodnego spadania (lub wstrząsów) w odstępie 1–2 minut pomiędzy próbami. Komorę swobodnego spadania podnoszono do góry (na wysokość 10 cm lub 30 cm) i mocowano do układu elektromagnetycznego (systemy czujników magnetycznych, seria S-20-125) przed każdym zdarzeniem swobodnego spadania. Następnie zapewniono zdarzenie swobodnego spadania, zapewniając precyzyjne sterowanie mechaniczne (WPI, PulseMaster A300) układu elektromagnetycznego w celu zwolnienia liny nośnej. Następnie komora swobodnego spadania wylądowała na miękkiej podkładce, co znacznie zredukowało odbicia i zapobiegło potencjalnemu uszkodzeniu stabilności nagrania (Ryciny S2 i S3). Czas trwania swobodnego spadania obliczono ze wzoru: T = SQRT (2×h/g), gdzie h to wysokość swobodnego spadania, a g to przyspieszenie grawitacyjne Ziemi. Biorąc pod uwagę opóźnienie miękkiego lądowania, szacunkowy czas trwania swobodnych spadków na wysokość 10 i 30 cm wyniósł odpowiednio 230 i 340 ms. Wstrząsanie zapewniono poprzez precyzyjne sterowanie mechaniczne maszyny wirowej (mikser Thermolyne Maxi Mix II typ 37600) przy maksymalnej prędkości 3000 obr/min przez cały czas, z wyjątkiem maszyny o niskiej intensywności, która wynosiła około 1500 obr/min.

Zawsze monitorowaliśmy stabilność zarejestrowanych jednostek, badając przebiegi impulsów, stan wypalania linii bazowej i rozkład klastrów impulsów przed i po zdarzeniach, a także podczas całych eksperymentów. Do dalszych analiz danych uwzględniliśmy jedynie zbiory danych od zwierząt, które spełniły te kryteria rejestracji. Jak pokazano w Ryciny S1, S2, S3, neurony dopaminowe wymienione w niniejszym badaniu zostały stabilnie zarejestrowane i dobrze izolowane zarówno podczas swobodnego spadania, jak i wstrząsów, bez tymczasowej utraty jednostki lub zanieczyszczenia hałasem/artefaktem.

W szczególności wykonaliśmy trzy kroki, aby zapewnić, że kolce nie zostaną zanieczyszczone żadnymi artefaktami: 1) Zredukowaliśmy zakłócenia podczas nagrywania poprzez uziemienie całej aparatury doświadczalnej. Odkryliśmy, że artefakty elektryczne generowane podczas swobodnego spadania i wstrząsów były na podobnym poziomie, jak podczas eksploracji lokomotorycznej. 2) Ponadto usunęliśmy pozostałe artefakty przez klienta referencyjnego Plexon, co pozwoliło nam wybrać kanał bez wyraźnie dobrych jednostek jako kanał referencyjny. To znacznie wyeliminowało dźwięki tła i artefakty. 3) Jeśli nadal pozostały jakiekolwiek możliwe przebiegi artefaktów, usunęliśmy je podczas wstępnego przetwarzania przebiegów impulsowych za pomocą narzędzia Plexon Offline Sorter, ponieważ przebiegi artefaktów bardzo różniły się od przebiegów impulsów neuronalnych.

Nagroda i warunkowanie dwukierunkowe

Przed treningiem skojarzenia z nagrodą myszy miały niewielkie ograniczenia w jedzeniu. W warunkowaniu nagrody myszy umieszczono w komorze nagrody (o średnicy 45 cm i wysokości 40 cm). Myszy szkolono w zakresie łączenia tonu (5 kHz, 1 sek.) z późniejszym dostarczaniem granulatu cukru przez co najmniej dwa dni (40–60 prób dziennie; z przerwą 1–2 min pomiędzy próbami). Dźwięk został wygenerowany przez generator sygnału audio A12-33 (wzrost i spadek w kształcie 5 ms; około 80 dB w środku komory) (Coulbourn Instruments). Granulat cukru (14 mg) został dostarczony przez dozownik żywności (ENV-203-14P, Med. Associates Inc.) i wrzucony do jednego z dwóch pojemników (12×7×3 cm) po zakończeniu sygnału (drugi jako kontrolę wykorzystano pojemnik z cukrem, do którego nigdy nie otrzymano granulatu cukru).

W oddzielnym zestawie eksperymentów myszy trenowano w zakresie warunkowania dwukierunkowego (zarówno warunkowania nagradzającego, jak i awersyjnego). Zastosowany ton kondycjonowany (5 kHz, 1 s) był identyczny, ale w różnych kontekstach: podczas kondycjonowania nagrody (w komorze nagrody; średnica 45 cm, wysokość 40 cm) ton łączono z dostarczaniem granulatu cukru; podczas kondycjonowania awersyjnego (w komorze swobodnego spadania) ten sam ton łączono ze zdarzeniem swobodnego spadania (wysokość 30 cm). Myszy trenowano przez tydzień lub dłużej i równoważono: połowa myszy otrzymywała warunkowanie nagradzające w dniach 1 i 2, a następnie warunkowanie awersyjne w dniach 3 i 4 (40–60 prób każdego dnia); druga połowa myszy otrzymała warunkowanie awersyjne w dniach 1 i 2, a następnie warunkowanie poprzez nagrodę w dniach 3 i 4 (40–60 prób dziennie). W dniu 5 i później przeprowadzano trzy sesje (20–30 prób na sesję) każdego dnia w losowej kolejności, włączając warunkowanie nagradzające, warunkowanie awersyjne i w trzeciej komorze neutralnej (55 x 30 x 30 cm wzbogaconej zabawkami ), gdzie ton niczego nie przewidywał. Odstęp między sesjami wynosił 1–2 godziny; odstęp między próbami wynosił 1–2 min. Opóźnienie podejścia do pojemnika na cukier/kontrolę po pojawieniu się tonu kondycjonowanego badano w dniu 7. Opóźnienia dłuższe niż 60 sekund uznawano za 60 sekund; w przypadku, gdy mysz znajdowała się w pojemniku podczas kondycjonowanego tonu, do obliczeń nie uwzględniono opóźnienia. W dniu 7 zbadano także zachowanie podczas ruchu do tyłu (głowa i/lub kończyny poruszające się do tyłu) po wystąpieniu tonu warunkowego.

Weryfikacja histologiczna miejsca rejestracji

Po zakończeniu eksperymentów oznaczono końcową pozycję elektrody, przepuszczając 10-sekundowy prąd 20 µA (Stimulus Isolator A365, WPI) przez dwie elektrody. Myszy głęboko znieczulono i perfundowano 0.9% solą fizjologiczną, a następnie 4% paraformaldehydem. Następnie mózgi usunięto i utrwalono w paraformaldehydzie przez co najmniej 24 godziny. Mózgi szybko zamrożono i pokrojono w kriostacie (skrawki czołowe o średnicy 50 µm) i wybarwiono fioletem krezylowym. Doświadczenia histologiczne przeprowadzono na 21 myszach (u kolejnych 3 myszy skrawki mózgu nie były niestety dobrze przygotowane). Nasze wyniki histologiczne potwierdziły, że neurony dopaminy zarejestrowano w obszarze VTA u 17 myszy i w obszarze granicznym VTA-SNc u 4 myszy (Rysunek 1A).

Analiza danych

Posortowane impulsy neuronowe zostały przetworzone i przeanalizowane w programach NeuroExplorer (Nex Technologies) i Matlab. Neurony dopaminowe sklasyfikowano na podstawie trzech następujących kryteriów: 1) niska wyjściowa częstotliwość wyzwalania (0.5–10 Hz); 2) stosunkowo długi odstęp między impulsami (wszystkie sklasyfikowane domniemane neurony dopaminowe mają ISI > 4 ms przy poziomie ufności ≥ 99.8%). Najkrótszy ISI, jaki zarejestrowaliśmy, w dowolnych warunkach w naszym eksperymencie wyniósł 4.1 ms (do obliczenia najkrótszego ISI użyto tylko dobrze izolowanych jednostek o amplitudzie ≥0.4 mV). Uśredniony najkrótszy ISI wynosił 6.8±2.2 ms (średnia ± sd; n = 36). Natomiast ISI dla neuronów innych niż dopaminowe może wynosić zaledwie 1.1 ms; 3) regularny wzór odpalania, gdy myszy zachowywały się swobodnie (wahania <3 Hz). W tym przypadku fluktuacja reprezentuje odchylenie standardowe (sd) wartości słupków histogramu szybkości wyzwalania (bin = 1 s; rejestrowane przez co najmniej 600 s). Ponadto zauważono, że zdecydowana większość (89%; 56/63) sklasyfikowanych badanych neuronów dopaminowych wykazywała znaczną aktywację w odpowiedzi na ton przewidujący nagrodę (Rysunek 2E i F). Zauważono również, że większość sklasyfikowanych przypuszczalnych neuronów dopaminowych (70%, 23/33; typ 1 i 2) przetestowanych wykazała znaczną supresję (≤30% bazowej szybkości wyzwalania), a pozostałe 27% neuronów typu 3 (n = 9) wykazało aktywację (Rysunek 3H). Z drugiej strony, neurony niedopaminowe VTA wykazywały ograniczoną lub żadną zmianę w szybkości wyzwalania przez agonistów receptora dopaminy (Rysunek 3I). Połowę szerokości AP przebiegów impulsów mierzono od dolin do następujących szczytów potencjału czynnościowego (Rysunek 1B). Połowa szerokości AP większa niż 0.8 ms została uznana za 0.8 ms. Do obliczenia prawdopodobieństwa wybuchu impulsu neuronu dopaminowego wykorzystano wyjściową aktywność, gdy myszy zachowywały się swobodnie, zgodnie z wcześniej ustalonymi kryteriami (początek impulsu, ISI ≤80 ms; przesunięcie impulsu, ISI ≥160 ms). [50].

Zmiany aktywności neuronalnej bodźców warunkowych i bezwarunkowych porównano z 10-sekundowym okresem kontrolnym przed wystąpieniem bodźca w każdej próbie z wybranym oknem czasowym (w zależności od czasu trwania bodźców) za pomocą testu rang ze znakiem Wilcoxona. W przypadku zdarzeń swobodnego spadania na wysokości 10 i 30 cm okna czasowe wynosiły odpowiednio 100–230 i 100–340 ms po rozpoczęciu swobodnego spadania; dla wstrząsów trwających 0.2, 0.5 i 1 s okna czasowe wynosiły odpowiednio 100–200, 100–500 i 100–1000 ms po rozpoczęciu wstrząsu (zauważono, że kilka domniemanych neuronów dopaminowych typu 1/2 , ~10%, również wykazało niewielką aktywację podczas pierwszych 100 ms zaraz po rozpoczęciu zdarzeń swobodnego spadania i wstrząsów). W przypadku warunkowania nagrody okno czasowe wynosiło 50–600 ms po wystąpieniu warunkowanego tonu; w przypadku warunkowania awersyjnego okno czasowe wynosiło 200–600 ms po wystąpieniu tonu warunkowanego.

Rastry peri-event (1–20 prób, od góry do dołu) i histogramy przeprowadzono w programie NeuroExplorer (Nex Technologies). Wszystkie wygładzania przeprowadzono w programie NeuroExplorer przy użyciu filtra Gaussa (szerokość filtra = 3 przedziały). Przeprowadzono korelacje krzyżowe pomiędzy jednocześnie zarejestrowanymi parami neuronów dopaminy, gdy myszy zachowywały się swobodnie (bez bodźców zewnętrznych) lub spały w klatce domowej. W celu obliczenia wartości szczytowej korelacji krzyżowej metodą z-score, histogramy korelacji krzyżowej wygładzono w celu uzyskania wartości szczytowej; średnie i odchylenia standardowe uzyskano z przetasowanych (randomizowanych) skoków w Matlabie [51]. Należy zauważyć, że zsynchronizowane jednostki reprezentują raczej różne neurony dopaminowe niż ten sam neuron. Wykluczyliśmy możliwość, że zsynchronizowane jednostki zostały zarejestrowane lub zanieczyszczone przez ten sam neuron (kiedy to nastąpiło, w pewnym momencie wystąpiłby ostry pik wynoszący ~1 ms zamiast ~100 ms, jak pokazano na rysunku Rysunek 9).

Informacje uzupełniające

Rysunek_S1.tif

Neurony dopaminowe VTA są stabilnie rejestrowane i dobrze izolowane. (A) Przykład dobrze izolowanego neuronu dopaminowego typu 1 (niebieskie kropki) w dwuwymiarowej analizie głównych składowych i jego reprezentatywne przebiegi (zarejestrowane przez tetrodę) w dniu 2 (górny panel) i dniu 1 (dolny panel) . Izolację kolców przeprowadzono przy użyciu Plexon OfflineSorter (Plexon Inc. Dallas, Teksas). PC2 i PC1 reprezentują odpowiednio pierwszy i drugi główny komponent. Niebieskie kropki reprezentują pojedyncze impulsy dla izolowanego neuronu dopaminowego; czarne kropki wskazują pojedyncze impulsy dla innych neuronów VTA. (B) Przykład dobrze izolowanego neuronu dopaminowego typu 2 (niebieskie kropki) i jego reprezentatywne przebiegi w dniu 2 (górny panel) i dniu 1 (dolny panel). (C) Przykład dobrze izolowanego neuronu dopaminowego typu 2 (niebieskie kropki) i jego reprezentatywne przebiegi w dniu 3 (górny panel) i dniu 1 (dolny panel).

Rysunek S1.

Neurony dopaminowe VTA są stabilnie rejestrowane i dobrze izolowane. (A) Przykład dobrze izolowanego neuronu dopaminowego typu 1 (niebieskie kropki) w dwuwymiarowej analizie głównych składowych i jego reprezentatywne przebiegi (zarejestrowane przez tetrodę) w dniu 2 (górny panel) i dniu 1 (dolny panel) . Izolację kolców przeprowadzono przy użyciu Plexon OfflineSorter (Plexon Inc. Dallas, Teksas). PC2 i PC1 reprezentują odpowiednio pierwszy i drugi główny komponent. Niebieskie kropki reprezentują pojedyncze impulsy dla izolowanego neuronu dopaminowego; czarne kropki wskazują pojedyncze impulsy dla innych neuronów VTA. (B) Przykład dobrze izolowanego neuronu dopaminowego typu 2 (niebieskie kropki) i jego reprezentatywne przebiegi w dniu 2 (górny panel) i dniu 1 (dolny panel). (C) Przykład dobrze izolowanego neuronu dopaminowego typu 2 (niebieskie kropki) i jego reprezentatywne przebiegi w dniu 3 (górny panel) i dniu 1 (dolny panel).

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.s001

(TIF)

Rysunek S2.

Brak tymczasowej utraty urządzenia podczas swobodnego spadania i wstrząsów. (A) Odpowiedzi czterech jednocześnie zarejestrowanych neuronów dopaminowych i niedopaminowych VTA podczas zdarzeń swobodnego spadania. Należy zauważyć, że jednostki zarejestrowane z tej samej tetrody mogą wykazywać przeciwne reakcje (np. tetroda nr 5 jednostki 1 i 2; tetroda nr 8 jednostki 1 i 2), co sugeruje, że zapis był stabilny bez żadnych przejściowych strat jednostek. (B) Odpowiedzi tych samych czterech neuronów VTA podczas wstrząsów. (C) Reprezentatywne przebiegi dla tych samych czterech neuronów VTA 1 godzinę przed, podczas sesji swobodnego spadania i wstrząsania oraz 1 godzinę po.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.s002

(TIF)

Rysunek S3.

Brak zanieczyszczeń hałasem/artefaktami podczas swobodnego spadania i wstrząsów. (A) Odpowiedzi przykładowego domniemanego neuronu dopaminowego (typ 1) i jego przebiegi przed (1 sek.), w trakcie (1 sek.) i po (1 sek.) zdarzeniami swobodnego spadania i wstrząsania. Należy zauważyć, że przebiegi nie wykazały znaczących zmian po swobodnym spadku i wstrząsach, co sugeruje, że nie było skażenia hałasem/artefaktami. (B) Odpowiedzi innego przypuszczalnego neuronu dopaminowego (typu 3) i jego przebiegi przed (1 sek.), w trakcie (1 sek.) i po (1 sek.) swobodnym spadaniu i wstrząsach.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.s003

(TIF)

Podziękowanie

Dziękujemy dr Rhea-Beth Markowitz za redakcję naszego manuskryptu i Kun Xie za zapewnienie wsparcia technicznego.

Autorskie Wkłady

Pomysłodawca i projekt eksperymentów: DVW JZT. Przeprowadził eksperymenty: DVW. Analizowałem dane: DVW JZT. Napisał artykuł: DVW JZT.

Referencje

  1. 1. Berridge KC, Robinson TE (1998) Jaka jest rola dopaminy w nagradzaniu: wpływ hedoniczny, uczenie się poprzez nagrodę czy znaczenie zachęty? Brain Res Rev 28: 309–369.
  2. 2. Ikemoto S, Panksepp J (1999) Rola jądra półleżącego dopaminy w zachowaniu motywowanym: interpretacja ujednolicająca ze szczególnym odniesieniem do poszukiwania nagrody. Brain Res Rev 31: 6–41.
  3. Zobacz artykuł
  4. PubMed / NCBI
  5. Google Scholar
  6. Zobacz artykuł
  7. PubMed / NCBI
  8. Google Scholar
  9. Zobacz artykuł
  10. PubMed / NCBI
  11. Google Scholar
  12. Zobacz artykuł
  13. PubMed / NCBI
  14. Google Scholar
  15. Zobacz artykuł
  16. PubMed / NCBI
  17. Google Scholar
  18. Zobacz artykuł
  19. PubMed / NCBI
  20. Google Scholar
  21. Zobacz artykuł
  22. PubMed / NCBI
  23. Google Scholar
  24. Zobacz artykuł
  25. PubMed / NCBI
  26. Google Scholar
  27. Zobacz artykuł
  28. PubMed / NCBI
  29. Google Scholar
  30. Zobacz artykuł
  31. PubMed / NCBI
  32. Google Scholar
  33. Zobacz artykuł
  34. PubMed / NCBI
  35. Google Scholar
  36. Zobacz artykuł
  37. PubMed / NCBI
  38. Google Scholar
  39. Zobacz artykuł
  40. PubMed / NCBI
  41. Google Scholar
  42. Zobacz artykuł
  43. PubMed / NCBI
  44. Google Scholar
  45. Zobacz artykuł
  46. PubMed / NCBI
  47. Google Scholar
  48. Zobacz artykuł
  49. PubMed / NCBI
  50. Google Scholar
  51. Zobacz artykuł
  52. PubMed / NCBI
  53. Google Scholar
  54. Zobacz artykuł
  55. PubMed / NCBI
  56. Google Scholar
  57. Zobacz artykuł
  58. PubMed / NCBI
  59. Google Scholar
  60. Zobacz artykuł
  61. PubMed / NCBI
  62. Google Scholar
  63. Zobacz artykuł
  64. PubMed / NCBI
  65. Google Scholar
  66. Zobacz artykuł
  67. PubMed / NCBI
  68. Google Scholar
  69. Zobacz artykuł
  70. PubMed / NCBI
  71. Google Scholar
  72. Zobacz artykuł
  73. PubMed / NCBI
  74. Google Scholar
  75. Zobacz artykuł
  76. PubMed / NCBI
  77. Google Scholar
  78. Zobacz artykuł
  79. PubMed / NCBI
  80. Google Scholar
  81. Zobacz artykuł
  82. PubMed / NCBI
  83. Google Scholar
  84. Zobacz artykuł
  85. PubMed / NCBI
  86. Google Scholar
  87. Zobacz artykuł
  88. PubMed / NCBI
  89. Google Scholar
  90. Zobacz artykuł
  91. PubMed / NCBI
  92. Google Scholar
  93. Zobacz artykuł
  94. PubMed / NCBI
  95. Google Scholar
  96. Zobacz artykuł
  97. PubMed / NCBI
  98. Google Scholar
  99. Zobacz artykuł
  100. PubMed / NCBI
  101. Google Scholar
  102. Zobacz artykuł
  103. PubMed / NCBI
  104. Google Scholar
  105. Zobacz artykuł
  106. PubMed / NCBI
  107. Google Scholar
  108. Zobacz artykuł
  109. PubMed / NCBI
  110. Google Scholar
  111. Zobacz artykuł
  112. PubMed / NCBI
  113. Google Scholar
  114. Zobacz artykuł
  115. PubMed / NCBI
  116. Google Scholar
  117. Zobacz artykuł
  118. PubMed / NCBI
  119. Google Scholar
  120. Zobacz artykuł
  121. PubMed / NCBI
  122. Google Scholar
  123. Zobacz artykuł
  124. PubMed / NCBI
  125. Google Scholar
  126. Zobacz artykuł
  127. PubMed / NCBI
  128. Google Scholar
  129. Zobacz artykuł
  130. PubMed / NCBI
  131. Google Scholar
  132. Zobacz artykuł
  133. PubMed / NCBI
  134. Google Scholar
  135. Zobacz artykuł
  136. PubMed / NCBI
  137. Google Scholar
  138. Zobacz artykuł
  139. PubMed / NCBI
  140. Google Scholar
  141. Zobacz artykuł
  142. PubMed / NCBI
  143. Google Scholar
  144. Zobacz artykuł
  145. PubMed / NCBI
  146. Google Scholar
  147. Zobacz artykuł
  148. PubMed / NCBI
  149. Google Scholar
  150. Zobacz artykuł
  151. PubMed / NCBI
  152. Google Scholar
  153. 3. Wise RA (2004) Dopamina, uczenie się i motywacja. Nat Rev Neurosci 5: 483–494.
  154. 4. Joshua M, Adler A, Bergman H (2009) Dynamika dopaminy w kontroli zachowań motorycznych. Curr Opin Neurobiol 19: 615–620.
  155. 5. Schultz W (2007) Wiele funkcji dopaminy w różnym czasie. Annu Rev Neurosci 30: 259–288.
  156. 6. Pan WX, Schmidt R, Wickens JR, Hyland BI (2005) Komórki dopaminowe reagują na przewidywane zdarzenia podczas warunkowania klasycznego: dowody na ślady kwalifikowalności w sieci uczenia się poprzez nagrody. J. Neurosci 25: 6235–6242.
  157. 7. Bayer HM, Glimcher PW (2005) Neurony dopaminowe śródmózgowia kodują ilościowy sygnał błędu przewidywania nagrody. Neuron 47: 129–141.
  158. 8. Roesch MR, Calu DJ, Schoenbaum G (2007) Neurony dopaminy kodują lepszą opcję u szczurów decydujących między nagrodami o różnym opóźnieniu lub wielkości. Nat Neurosci 10: 1615–1624.
  159. 9. Joshua M, Adler A, Mitelman R, Vaadia E, Bergman H (2008) Neurony dopaminergiczne śródmózgowia i interneurony cholinergiczne prążkowia kodują różnicę między zdarzeniami nagradzającymi i awersyjnymi w różnych epokach probabilistycznych prób warunkowania klasycznego. J. Neurosci 28: 11673–11684.
  160. 10. Di Chiara G, Imperato A (1988) Narkotyki nadużywane przez ludzi preferencyjnie zwiększają synaptyczne stężenie dopaminy w układzie mezolimbicznym swobodnie poruszających się szczurów. Proc Natl Acad Sci USA 85: 5274–5278.
  161. 11. Hyman SE, Malenka RC, Nestler EJ (2006) Neuronowe mechanizmy uzależnienia: rola uczenia się i pamięci związanej z nagrodami. Annu Rev Neurosci 29: 565–598.
  162. 12. Everitt BJ, Robbins TW (2005) Neuronowe systemy wzmacniające dla uzależnienia od narkotyków: od działań poprzez nawyki do przymusu. Nat Neurosci 8: 1481 – 1489.
  163. 13. Roitman MF, Wheeler RA, Wightman RM, Carelli RM (2008) Reakcje chemiczne w jądrze półleżącym w czasie rzeczywistym różnicują bodźce nagradzające i awersyjne. Nat Neurosci 11: 1376–1377.
  164. 14. Ventura R, Morrone C, Puglisi-Allegra S (2007) Przedczołowy/półleżący układ katecholamin określa przypisanie motywacyjnej istotności zarówno bodźcom związanym z nagrodą, jak i niechęcią. Proc Natl Acad Sci USA 104: 5181–5186.
  165. 15. Diana M, Pistis M, Carboni S, Gessa GL, Rossetti ZL (1993) Głęboki spadek aktywności mezolimbicznej dopaminergicznej neuronów podczas zespołu odstawienia etanolu u szczurów: dowody elektrofizjologiczne i biochemiczne. Proc Natl Acad Sci USA 90: 7966–7969.
  166. 16. Levita L, Dalley JW, Robbins TW (2002) Powrót do jądra półleżącego dopaminy i nauczonego strachu; przegląd i kilka nowych wniosków. Zachowaj mózg Res 137: 115–127.
  167. 17. Pezze MA, Feldon J (2004) Mezolimbiczne szlaki dopaminergiczne w warunkowaniu strachu. Prog Neurobiol 74: 301–320.
  168. 18. Cools R, Lewis SJ, Clark L, Barker RA, Robbins TW (2007) L-DOPA zakłóca aktywność jądra półleżącego podczas uczenia się przez odwrócenie w chorobie Parkinsona. Neuropsychofarmakologia 32: 180–189.
  169. 19. Matsumoto M, Hikosaka O (2009) Dwa typy neuronów dopaminowych wyraźnie przekazują pozytywne i negatywne sygnały motywacyjne. Natura 459: 837–841.
  170. 20. Lin L, Osan R, Shoham S, Jin W, Zuo W i in. (2005) Identyfikacja jednostek kodujących na poziomie sieci w celu reprezentacji epizodycznych doświadczeń w czasie rzeczywistym w hipokampie. Proc Natl Acad Sci USA 102: 6125–6130.
  171. 21. Miller JD, Farber J, Gatz P, Roffwarg H, German DC (1983) Aktywność śródmózgowiowych neuronów dopaminowych i niedopaminowych w różnych fazach snu i chodzenia u szczurów. Brain Res 273: 133–41.
  172. 22. Kiyatkin EA, Rebec GV (1998) Heterogeniczność neuronów brzusznego obszaru nakrywkowego: rejestracja pojedynczej jednostki i jontoforeza u przytomnych, nieskrępowanych szczurów. Neuronauka 85: 1285–1309.
  173. 23. Lee RS, Steffensen SC, Henriksen SJ (2001) Profile wyładowań neuronów GABA brzusznego obszaru nakrywkowego podczas ruchu, znieczulenia i cyklu snu i czuwania. J. Neurosci 21: 1757–1766.
  174. 24. Hyland BI, Reynolds JN, Hay J, Perk CG, Miller R (2002) Tryby wystrzeliwania komórek dopaminy śródmózgowia u swobodnie poruszającego się szczura. Neuronauka 114: 475–492.
  175. 25. Margolis EB, Mitchell JM, Ishikawa J, Hjelmstad GO, Fields HL (2008) Midbrain dopamine neurons: projekcja target determinuje czas trwania potencjału czynnościowego i hamowanie receptora dopaminy D(2). J. Neurosci 28: 8908–8913.
  176. 26. Nakahara H, Itoh H, Kawagoe R, Takikawa Y, Hikosaka O (2004) Neurony dopaminowe mogą reprezentować zależny od kontekstu błąd przewidywania. Neuron 41: 269–280.
  177. 27. Depaulis A, Keay KA, Bandler R (1992) Podłużna organizacja neuronalna reakcji obronnych w szarym obszarze okołoprzewodowym śródmózgowia szczura. Exp Brain Res 90: 307–318.
  178. 28. Wilson CJ, Callaway CH (2000) Model oscylatora sprzężonego neuronów dopaminowych istoty czarnej. J Neurophsiol 83: 3084–3100.
  179. 29. Komendantov AO, Canavier CC (2002) Sprzężenie elektryczne między modelowymi neuronami dopaminowymi śródmózgowia: wpływ na wzór odpalania i synchronizację. J Neurophysiol 87: 1526–1541.
  180. 30. Joshua M, Adler A, Prut Y, Vaadia E, Wickens JR i in. (2009) Synchronizacja neuronów dopaminergicznych śródmózgowia jest wzmacniana przez zdarzenia nagradzające. Neuron 62: 695–704.
  181. 31. Fields HL, Hjelmstad GO, Margolis EB, Nicola SM (2007) Neurony brzusznego obszaru nakrywkowego w wyuczonym zachowaniu apetytywnym i wzmocnieniu pozytywnym. Annu Rev Neurosci 30: 289–316.
  182. 32. Lammel S, Hetzel A, Häckel O, Jones I, Liss B i in. (2008) Unikalne właściwości neuronów mezoprzedczołowych w obrębie podwójnego mezokortykolimbicznego układu dopaminowego. Neuron 57: 760–773.
  183. 33. Mirenowicz J, Schultz W (1996) Preferencyjna aktywacja neuronów dopaminowych śródmózgowia przez bodźce apetyczne, a nie awersyjne. Natura 379: 449–451.
  184. 34. Frank MJ, Surmeier DJ (2009) Czy neurony dopaminergiczne istoty czarnej rozróżniają nagrodę od kary? J Mol Cell Gotowanie 1: 15–16.
  185. 35. Guarraci FA, Kapp BC (1999) Elektrofizjologiczna charakterystyka neuronów dopaminergicznych brzusznego obszaru nakrywkowego podczas zróżnicowanego warunkowania strachu według Pavalovian u przytomnego królika. Zachowaj mózg Res 99: 169–179.
  186. 36. Brischoux F, Chakraborty S, Brierley DI, Ungless MA (2009) Phasic excitation of dopamine neurons in brzusznej VTA przez szkodliwe bodźce. Proc Natl Acad Sci USA 106: 4894–4899.
  187. 37. Lisman JE, Grace AA (2005) Pętla hipokamp-VTA: kontrolowanie wprowadzania informacji do pamięci długotrwałej. Neuron 46: 703–713.
  188. 38. Solomon RL, Corbit JD (1974) Teoria motywacji z procesem przeciwstawnym: I. temporalna dynamika afektu. Psycholog Rev 81: 119–145.
  189. 39. Seymour B, O'Doherty JP, Koltzenburg M, Wiech K, Frackowiak R i in. (2005) Procesy neuronowe przeciwnika, oparte na apetytie i niechęci, leżą u podstaw przewidywalnego uczenia się łagodzenia bólu. Nat Neurosci 8: 1234–1240.
  190. 40. Baliki MN, Geha PY, Fields HL, Apkarian AV (2010) Przewidywanie wartości bólu i analgezji: odpowiedź jądra półleżącego na zmiany bodźców szkodliwych w obecności bólu przewlekłego. Neuron 66: 149–160.
  191. 41. Tobler PN, Fiorillo CD, Schultz W (2005) Adaptacyjne kodowanie wartości nagrody przez neurony dopaminowe. Nauka 307: 1642–1645.
  192. 42. Matsumoto M, Hikosaka O (2007) Habenula boczna jako źródło negatywnych sygnałów nagrody w neuronach dopaminowych. Natura 447: 1111–1115.
  193. 43. Ji H, Shepard PD (2007) Boczna stymulacja habenuli hamuje neurony dopaminowe śródmózgowia szczura poprzez mechanizm, w którym pośredniczy receptor GABA(A). J. Neurosci 27: 6923–6930.
  194. 44. Jhou TC, Fields HL, Baxter MG, Saper CB, Holland PC (2009) Rostromedial tegmental fusion (RMTg), GABAergiczny przewód doprowadzający do neuronów dopaminowych śródmózgowia, koduje bodźce awersyjne i hamuje reakcje motoryczne. Neuron 61: 786–800.
  195. 45. Jhou TC, Geisler S, Marinelli M, Degarmo BA, Zahm DS (2009) The mesopontine rostromedial tegmental kernel: struktura ukierunkowana przez boczną habenulę, która wystaje do brzusznego obszaru nakrywkowego tsai i istoty czarnej zwartej. J Comp Neurol 513: 566–596.
  196. 46. ​​Karreman M, Moghaddam B (1996) Kora przedczołowa reguluje podstawowe uwalnianie dopaminy w prążkowiu limbicznym: efekt, w którym pośredniczy brzuszny obszar nakrywkowy. J. Neurochem 66: 589–598.
  197. 47. Carr DB, Sesack SR (2000) Projekcje od kory przedczołowej szczura do brzusznego obszaru nakrywkowego: specyficzność docelowa w asocjacjach synaptycznych z mezopółleżącym i neuronami mezokortykalnymi. J. Neurosci 20: 3864–3873.
  198. 48. Berridge KC (2007) Debata na temat roli dopaminy w nagradzaniu. Psychofarmakologia 191: 391–431.
  199. 49. Lin L, Chen G, Xie K, Zaia KA, Zhang S i in. (2006) Rejestracja zespołów neuronowych na dużą skalę w mózgach swobodnie zachowujących się myszy. J Neurosci Methods 155: 28–38.
  200. 50. Grace AA, Bunney BS (1984) Kontrola wzorca odpalania w neuronach dopaminowych czarnucha: strzelanie impulsowe. J. Neurosci 4: 2877–2890.
  201. 51. Narayanan NS, Laubach M (2009) Metody badania interakcji funkcjonalnych wśród populacji neuronów. Metody Mol Biol 489: 135–165.
  202. 52. Paxinos G, Franklin KBJ (2001) Mózg myszy we współrzędnych stereotaktycznych, wyd. 2. Londyn: Prasa akademicka.