Wpływ uogólnionego pobudzenia mózgu na zachowania seksualne (2010)

Proc Natl Acad Sci US A. 2010 February 2; 107(5): 2265-2270.

Opublikowane online 2010 January 14. doi:  10.1073 / pnas.0914014107
PMCID: PMC2836695
Neuroscience

Abstrakcyjny

Chociaż znana jest obszerna ilość konkretnych funkcji czuciowych i ruchowych mózgu kręgowców, mniej rozumiemy regulację globalnych stanów mózgu. Ostatnio zaproponowaliśmy, że funkcja określana jako uogólnione pobudzenie (Ag) służy jako najbardziej elementarna siła napędowa w układzie nerwowym, odpowiedzialna za początkową aktywację wszystkich reakcji behawioralnych. Zwierzę o zwiększonym uogólnionym pobudzeniu OUN charakteryzuje się większą aktywnością ruchową, zwiększoną odpowiedzią na bodźce czuciowe i większą labilnością emocjonalną. W tej teorii ukryto przewidywania, że ​​wzrost uogólnionego pobudzenia zwiększyłby konkretne motywowane zachowania, które zależą od pobudzenia. Tutaj zajmujemy się tą ideą bezpośrednio, testując dwie linie myszy hodowanych dla wysokiego lub niskiego poziomu ogólnego pobudzenia i oceniając ich reakcje w testach określonych form pobudzenia behawioralnego, seksu i lęku / eksploracji. Podajemy, że zwierzęta wybrane do różnicowego pobudzenia uogólnionego wykazują znaczny wzrost reaktywności sensorycznej, motorycznej i emocjonalnej w naszym teście pobudzenia. Co więcej, samce myszy wyselekcjonowane z powodu wysokiego poziomu uogólnionego pobudzenia były pobudliwe i wykazywały więcej niekompletnych nasadzeń przed pierwszą intromisją (IN), ale po osiągnięciu tego IN, wykazywały znacznie mniej IN przed wytryskiem, jak również ejakulację znacznie wcześniej po pierwszym IN , co wskazuje na wysoki poziom podniecenia seksualnego. Ponadto, zwierzęta obu płci o wysokim pobudzeniu wykazywały wyższy poziom zachowań lękowych i zmniejszały zachowania eksploracyjne w zadaniach z podwyższonym poziomem labiryntu i jasnego ciemnego pudełka. Podsumowując, dane te ilustrują wpływ Ag na zachowania motywowane.

Słowa kluczowe: lęk, genetyka behawioralna, uogólnione pobudzenie, męskie zachowania seksualne

Jednym z podstawowych wyzwań stojących przed wszystkimi zwierzętami kręgowymi jest konieczność aktywowania dużej liczby reakcji behawioralnych na dużą liczbę warunków środowiskowych, z których niektóre są groźne. Ostatnio zaproponowaliśmy (

Następująca kontrola interfejsu użytkownika popper może nie być dostępna. Tab, aby przejść do następnego przycisku, aby przywrócić kontrolę do dostępnej wersji.

Zniszcz kontrolę interfejsu użytkownika1) że w układzie nerwowym kręgowców istnieje funkcja, która inicjuje behawioralną aktywację dużej liczby odpowiedzi, aby spełnić to podstawowe wyzwanie, funkcję, którą określiliśmy jako ogólne pobudzenie. Neurony obsługujące uogólnione mechanizmy pobudzenia otrzymywałyby sygnały zmysłowe zarówno ze środowiska zewnętrznego, jak i środowiska wewnętrznego i byłyby w stanie szybko aktywować stany pobudzenia, które wzmacniają bardziej specyficzne, motywowane reakcje behawioralne. Wzrost aktywności tego systemu podniósłby ogólne rozbudzenie, wytwarzając zwierzę o większej aktywności ruchowej, większej wrażliwości sensorycznej i zwiększonej labilności emocjonalnej. Celem pracy tutaj opisanej było uzupełnienie dowodów na to, że istnieje uogólniona funkcja pobudzenia (poprzez rozpoczęcie hodowli wysokich i niskich linii pobudzenia myszy) oraz zbadanie wpływu wysokich lub niskich uogólnionych stanów pobudzenia na określone zachowania motywowane: męskie zachowania seksualne i lęk / eksploracja.

Jak dotąd, istnienie uogólnionego pobudzenia jako mierzalnego i fizjologicznie istotnego stanu OUN wywnioskowano z trzech odrębnych podejść, z których trzecia jest tu opisana.

Najpierw użyliśmy analizy głównych komponentów, aby wyodrębnić największy pojedynczy czynnik, który leży u podstaw pobudzenia behawioralnego

Jednym z podstawowych wyzwań stojących przed wszystkimi zwierzętami kręgowymi jest konieczność aktywowania dużej liczby reakcji behawioralnych na dużą liczbę warunków środowiskowych, z których niektóre są groźne. Ostatnio zaproponowaliśmy (1) że w układzie nerwowym kręgowców istnieje funkcja, która inicjuje behawioralną aktywację dużej liczby odpowiedzi, aby spełnić to podstawowe wyzwanie, funkcję, którą określiliśmy jako ogólne pobudzenie. Neurony obsługujące uogólnione mechanizmy pobudzenia otrzymywałyby sygnały zmysłowe zarówno ze środowiska zewnętrznego, jak i środowiska wewnętrznego i byłyby w stanie szybko aktywować stany pobudzenia, które wzmacniają bardziej specyficzne, motywowane reakcje behawioralne. Wzrost aktywności tego systemu podniósłby ogólne rozbudzenie, wytwarzając zwierzę o większej aktywności ruchowej, większej wrażliwości sensorycznej i zwiększonej labilności emocjonalnej. Celem pracy tutaj opisanej było uzupełnienie dowodów na to, że istnieje uogólniona funkcja pobudzenia (poprzez rozpoczęcie hodowli wysokich i niskich linii pobudzenia myszy) oraz zbadanie wpływu wysokich lub niskich uogólnionych stanów pobudzenia na określone zachowania motywowane: męskie zachowania seksualne i lęk / eksploracja.

Jak dotąd, istnienie uogólnionego pobudzenia jako mierzalnego i fizjologicznie istotnego stanu OUN wywnioskowano z trzech odrębnych podejść, z których trzecia jest tu opisana.

Najpierw użyliśmy analizy głównych komponentów, aby wyodrębnić największy pojedynczy czynnik, który leży u podstaw pobudzenia behawioralnego (2). Aby określić względny udział tej najbardziej elementarnej siły w pobudzeniu OUN w ekranach behawioralnych myszy, przeprowadziliśmy metaanalizę pięciu eksperymentów behawioralnych na myszach (3). Procent danych dotyczących pobudzenia behawioralnego uwzględnionych przez wymuszone rozwiązanie jednoczynnikowe różnił się w pięciu eksperymentach od 29% do 45%. Zatem możemy powiedzieć, że uogólnione pobudzenie OUN istnieje i stanowiło około jednej trzeciej danych w tych eksperymentach.

Po drugie, istnieje bogactwo danych chemicznych i anatomicznych oraz fizjologicznych dotyczących bliższych mechanizmów, które leżą u podstaw pobudzenia OUN. W kategoriach neuroanatomicznych ścieżki rosnące i zstępujące są dobrze znane. Neuronalna regulacja stanów pobudzenia jest kontrolowana przez rozproszoną, obustronną, dwukierunkową sieć neuronową z połączeniami między dolnym pniem mózgu a przodomózgowią (przegląd w ref. 1, 4). Fizjologicznie, systemy pobudzenia pnia mózgu ewoluowały, aby utrzymać spontaniczną (niekoniecznie związaną z zadaniem) aktywność w domyślnej sieci w korze mózgowej (5 -7). Ostre przejście (8) od cichej czuwania do aktywnego zachowania eksploracyjnego odznacza się zmniejszoną synchronizacją oscylacji niskiej częstotliwości (9) ze względu na zmniejszone korelacje między potencjałami błonowymi w neuronach kory mózgowej (10). Przejścia ze snu na stan czuwania są prawdopodobnie ułatwione przez zwiększoną aktywność elektryczną w rdzeniastych częściach wstępującego siatkowego układu aktywującego i grupach rdzenia szpikowego (np. (11 -13). Opracowywana jest również neurochemia uogólnionego pobudzenia. Włókna z neurochemicznie różnych grup komórkowych w pniu mózgu, np. Szlaki monoaminergiczne, wpływają na neurony w wzgórzach, podwzgórzu i innych celach przodomózgowia. W podwzgórzu sygnały te napędzają aktywność neuronów, które wytwarzają neurochemiczne substancje pobudzające, takie jak hipokretyna i histamina. Co ważne, połączenia te są również dwukierunkowe, ponieważ neurony histaminy i hipokretyny w podwzgórzu wracają do regionów pobudzenia pnia mózgu i są częścią sieci, która reguluje pobudzenie i sen (14). Na przykład opisano „przełącznik” do kontrolowania globalnego pobudzenia mózgu, w którym GABAergiczne neurony działające na sen w obszarze preoptycznym Ventrolater (vlPO) promują sen zarówno poprzez bezpośrednie hamowanie wznoszących się układów monoaminowych pobudzeń (noradrenalina, serotonina, histamina itp. .) oraz poprzez hamowanie neuronów hipokretyny w bocznym podwzgórzu (LHA), które normalnie pobudzają szlaki monoaminowe i przodomózgowia (15). Szlak jest odwrotny, ponieważ wkład serotoninergiczny, noradrenergiczny i histaminergiczny do vlPO hamuje aktywność podczas czuwania (16). aktywność vlPO hamuje w ten sposób wzmagającą się aktywność pobudzenia, a także usuwa hamowanie toniczne własnej aktywności (4). Podobnie, grupy komórek monoaminergicznych hamują aktywność vlPO iw ten sposób odhamowują własną aktywność. W ten sposób aktywność podwzgórza może regulować i blokować aktywność wstępujących monoaminergicznych wejść do przodomózgowia. Wreszcie, z perspektywy genomicznej, istnieje prawdopodobnie więcej niż geny 100 zaangażowane w uogólnione pobudzenie OUN, w tym między innymi geny kodujące syntetyczne enzymy dla przekaźników, neuropeptydów i ich receptorów związanych z pobudzeniem, np. Układ hipokretyny (17). Zatem mechanizmy uogólnionej funkcji pobudzenia są udokumentowane na poziomie neuroanatomicznym, neurofizjologicznym i neurochemicznym.

Te rozproszone systemy wznoszenia i zstępowania biorą udział zarówno w globalnej regulacji pobudzenia OUN, jak również w różnych specyficznych skutkach dla stanów behawioralnych, np. Lęku, strachu, głodu, pragnienia i popędu seksualnego, zapewniając podłoże, na którym globalne zmiany w mózgu pobudliwość może przekładać się na zmiany w określonych zachowaniach (18 -20).

Poniżej przedstawiamy trzecią linię wsparcia dla istnienia uogólnionego pobudzenia: dane z projektu hodowli selektywnej na dużą skalę, który został podjęty w celu wytworzenia linii myszy wybranych ze względu na wysokie lub niskie pobudzenie uogólnione. W tym celu opracowaliśmy ilościowy i zautomatyzowany test uogólnionego pobudzenia i wykorzystaliśmy ten test do wybrania myszy wysoce pobranych na podstawie ogólnego wskaźnika zachowania pobudzenia. Jak wspomniano, kluczowym elementem uogólnionej teorii pobudzenia jest to, że zmiany w uogólnionym pobudzeniu powinny być w stanie modulować siłę określonych zachowań motywowanych. Dlatego zbadaliśmy związek między poziomami uogólnionego pobudzenia a zachowaniami seksualnymi mężczyzn, zachowaniami zależnymi od hormonów, na które wcześniej wykazano wpływ niektórych z tych samych substancji neurochemicznych, które są zaangażowane w pobudzenie OUN (np. Histamina i hipokretyna) (21, 22). Zastosowaliśmy również dwa testy „lęku”, podwyższonego labiryntu i testu przejścia światła / ciemności, zakładając, że wzrost niepokoju przełożyłby się na zmniejszenie eksploracji. Wyniki pokazały, że zwierzęta hodowane dla wysokiego i niskiego poziomu uogólnionego pobudzenia wykazują znaczne różnice w testach specyficznych objawów pobudzenia: seksualnych i lękowych / eksploracyjnych.

Efekt

Opracowaliśmy test behawioralny uogólnionego pobudzenia OUN, który uwzględnia trzy proponowane aspekty zachowania pobudzenia, aktywności motorycznej, wrażliwości sensorycznej i emocjonalności (3). W tym teście badano genetycznie niejednorodne myszy ( Tekst SI ) dla określonych szczegółów hodowlanych) i ustalono kolejność rang dla wysokiego i niskiego pobudzenia na każdej z trzech podskal uogólnionego pobudzenia. Myszy, które wykazywały najwyższe (i najniższe) wyniki zsumowane w trzech podskalach w każdym pokoleniu, były następnie wykorzystywane jako założyciele następnego pokolenia. Samce i samice myszy pochodzące od „wysokich” rodziców określa się odpowiednio jako HM i HF, podczas gdy potomstwo „niskich” rodziców to LM i LF. We wszystkich przypadkach rozdzieliliśmy także myszy na podstawie indywidualnych zachowań w testach pobudzenia, aby porównać wpływ pobudzenia rodzicielskiego z pobudzeniem potomstwa na wyniki behawioralne. Rys. S1 wykazuje wyniki pobudzenia dla myszy generacji 5 (G5), które posłużyły jako materiał wyjściowy, z którego pochodziły eksperymentalne myszy (G6) z tego manuskryptu.

Uogólnione pobudzenie mierzone w naszym teście było wyższe u myszy z górnej linii. Zarówno samice, jak i wysoko uogólnione myszy pobudzające wykazywały większą aktywność w klatkach domowych (Rys. 1 OGŁOSZENIE ), głównie ze względu na większą aktywność we wczesnej części ciemnej fazy. Ponadto kobiety i zwierzęta o wysokim pobudzeniu obu płci wykazywały bardziej przerażające zachowanie w paradygmacie warunkowania uwarunkowanego kontekstem (Rys. 1E ). Wreszcie, reaktywność behawioralna na podawanie neutralnego środka zapachowego była wyższa wśród zwierząt wysokich w porównaniu z tymi wybranymi dla niskiego pobudzenia (Rys. 1F ); chociaż nie widać było różnicy płci. Dane te wskazują, że nawet w obrębie pokoleń 6 mogą powstawać rozbieżne linie myszy wykazujących zróżnicowane wzorce uogólnionego pobudzenia.

Rys.. 1.

Hodowla selektywna zmienia zachowanie w uogólnionym teście pobudzenia. Wszystkie dane przedstawiono jako średnią (± SEM). (A) Całkowita odległość aktywności lokomotorycznej klatki domowej w pojemnikach 1-h i uśredniona dla kolejnych dni 4. Całkowita odległość przebyta podczas (B) okres światła (C) pierwszy 4 h ciemnego okresu i (D) późno w ciemności. (E) Zmiana całkowitej odległości przebytej od aklimatyzacji do odroczenia w fazie pobierania paradygmatu warunkowania strachu. Belka pęka (według pomiaru) F) aktywność pionowa (G) aktywność pozioma i (H) całkowita odległość w odpowiedzi na prezentację substancji zapachowej (powietrze przechodzi przez 100% benzaldehyd). * Znacznie różny między wysokim i niskim. Różnice są uważane za statystycznie istotne, jeśli P <0.05. HF, n = 29, LF, n = 21, HM, n = 27, LM, n = 18.

Następnie staraliśmy się ustalić, czy genetycznie zakodowane różnice w uogólnionym pobudzeniu przełożyłyby się na zmiany w określonych typach zachowań motywowanych zależnych od pobudzenia. W tym celu wzięliśmy myszy G6 i podzieliliśmy je na dwa różne sposoby (i) pobudzenie rodzicielskie - czy ich rodzice byli na wysokich lub niskich liniach - i (ii) pobudzenie potomstwa - czy dane zwierzę (G6) znajdowało się na górze czy na dole rozkładu pobudzenia. Po pierwsze, samce myszy były narażone na seksualnie naiwne specyficzne (szczepu Het8) przez kolejne dni, aż do kojarzenia. Mężczyźni z wyższej linii oraz potomstwo, które wykazywało wysoki poziom uogólnionego pobudzenia, wykazywały specyficzny wzorzec zachowań seksualnych związanych z wyższym poziomem pobudliwości i pobudzenia seksualnego (Rys. 2). Mężczyźni o wysokim pobudzeniu wykazywali więcej wierzchowców przed intromisją (Rys. 2 A i E ), a następnie mniej introminacji przed wytryskiem (Rys. 2 B i F ), i ejakulują szybciej po pierwszej intromisji (Rys. 2 C i G ). Ponadto odsetek prób montowania, które zakończyły się sukcesem, był znacząco niższy u samców myszy z linii wysokiego pobudzenia (Rys. 2 D i H ). Wzorzec zachowań seksualnych wskazuje, że samce o wysokim pobudzeniu były pobudliwe w nieodpowiedni sposób, na co wskazuje bardzo niska intromisja: całkowity stosunek umocowania. Co ważne, struktura czasowa ataku krycia była podobna między liniami, ponieważ między liniami genetycznymi i między młodymi i niskimi grupami pobudzenia nie występowały różnice w opóźnieniu zmontowania, intromitacji lub wytryskuRys. 3 A – F ).

Rys.. 2.

Wysokie uogólnione pobudzenie wiąże się z wysokim pobudzeniem seksualnym. Wszystkie dane przedstawiono jako średnią (± SEM). Całkowita liczba mocowań przed pierwszą intromisją przerwaną przez (A) pobudzenie rodzicielskie (E) pobudzenie potomstwa i (I) w obu warunkach. Liczba intromisji przed pierwszym zamontowaniem (B) pobudzenie rodzicielskie i (F) pobudzenie potomstwa. Opóźnienie wytrysku po pierwszej intromisji u zwierząt podzielonych na (C) pobudzenie rodzicielskie i (G) i pobudzenie potomstwa i intromisja: współczynnik montowania (liczba udanych intromisji / całkowita liczba montaży + intromisji) podzielona przez (D) pobudzenie rodzicielskie i (H) pobudzenie potomstwa. Różnice są uważane za statystycznie istotne, jeśli P <0.05. HM, n = 6, LM, n = 6.

Rys.. 3.

Zachowania seksualne u wysoko uogólnionych myszy pobudzających zachowują strukturę czasową. Wszystkie dane przedstawiono jako średnią (± SEM). Opóźnienie zamontowania (A, D, G), opóźnienie w intromicie (B, E, H) i opóźnienie wytrysku (C, F, I) nie różnią się między wierszami ani na podstawie pobudzenia potomstwa. Różnice są uważane za statystycznie istotne, jeśli P <0.05. HM, n = 6, LM, n = 6.

Następnie zadaliśmy pytanie, czy wzrost pobudzenia OUN przekłada się na wzrost zachowań lękowych / eksploracyjnych? Wysokie i niskie myszy obu płci zostały przetestowane w zadaniach przejścia w podwyższonym labiryncie i w świetle-ciemności. Co ciekawe, różnice były znaczące w zależności od poziomu pobudzenia rodziców, ale nie różniły się systematycznie między zwierzętami, które różniły się pobudzeniem. W podwyższonym labiryncie plus myszy z górnej linii wykazywały ogólny wzrost zachowań lękowych (spadek eksploracji), na co wskazywał mniej czasu spędzonego w otwartych ramionach (Rys. 4A ), dłuższy czas oczekiwania na wejście w otwarte ramię (Rys. 4B ) oraz ogólny spadek zachowań eksploracyjnych, na co wskazują całkowite wpisy ramienia (Rys. 4D ). We wszystkich przypadkach samice, niezależnie od typu hodowlanego, również spędzały mniej czasu w otwartym ramieniu i wykazywały dłuższe opóźnienie, aby najpierw wejść w otwarte ramię. Nie było spójnego związku między wynikami pobudzenia potomstwa a zachowaniem w podwyższonym labiryncie plus (Ryc. 4 E-H ). W teście jasno-ciemnym myszy z górnej linii nie różniły się czasem spędzonym w świetle (Rys. 5A ) ale wszedł w ciemną stronę pudełka po dłuższym interwale (Rys. 5B ) i miał znacznie mniej przejść między dwoma bokami pudełka (Rys. 5C ). Ponownie, tylko pobudzenie rodzicielskie, a nie pobudzenie potomstwa, były predykcyjne dla zachowania w lekkich i ciemnych zadaniach (Rys. 5 D-F ). Ogólnie rzecz biorąc, zwierzęta z wyższej linii wykazywały więcej zachowań podobnych do lęku i zmniejszenie ogólnej eksploracji.

Rys.. 4.

Wybór pod kątem wysokiego uogólnionego pobudzenia wywołuje zachowania podobne do lęku. Wszystkie dane przedstawiono jako średnią (± SEM). Myszy z wysokich linii Ag czas spędzony w obu otwartych (A) i zamknięte ramiona (B) i wykazywał dłuższe opóźnienie wejścia do otwartego ramienia (C) i pokazał mniej całkowitych wpisów ramienia (D). Nie było związku między poszczególnymi wynikami w teście pobudzenia (E-H). Różnice są uważane za statystycznie istotne, jeśli P <0.05. HF, n = 22, LF, n = 22, HM, n = 24, LM, n = 15.

Rys.. 5.

Wybór pod kątem wysokiego uogólnionego pobudzenia zmienia zachowanie przejścia od jasnego do ciemnego. Linie nie różniły się całkowitym czasem spędzonym w świetle (lub ciemności) (A) ale zwierzęta o wysokim Ag wykazywały dłuższy czas oczekiwania na wejście w ciemną stronę komory (B) i mniej ogólnych przejść światło-ciemność (C). Nie było związku między poszczególnymi wynikami w pobudzeniu testu pobudzenia (D-F). HF, n = 22, LF, n = 22, HM, n = 24, LM, n = 15.

Na koniec, aby wyodrębnić informacje o najważniejszym elemencie danych zebranych z naszego uogólnionego testu pobudzenia, zastosowaliśmy metodę matematyczną zwaną analizą głównych składników. Ta metoda jest używana tutaj do analizy względnych wkładów środków motorycznych, sensorycznych i emocjonalnych (strachu), ponieważ wpływają one na największy, najbardziej elementarny wymiar pobudzenia. Oznacza to, że najbardziej uogólniona, elementarna siła działająca w naszym teście pobudzenia jest ujawniana przez wymuszone jednoskładnikowe rozwiązanie naszego zestawu danych (2). Najciekawsze porównania, które wynikają z analizy głównych składników, przedstawiono w Rys. 6. Demonstruje oddzielny wkład aktywności motorycznej, reakcji węchowej i strachu na główny składnik # 1, komponent, który określa ilościowo najbardziej uogólnione, potężne zachowanie generujące siłę w tych testach pobudzenia. W Rys. 6, gdy miara ma znak (-), oznacza to, że rzeczywiście była zgrupowana z siłami na składniku głównym #1, ale w odwrotnym kierunku (Niska wartości tego zachowania są silnie powiązane z wkładem komponentu głównego # 1 w tworzenie zachowań związanych z pobudzeniem). Składnik główny #1 odzwierciedla wysoki stopień aktywności motorycznej. Nasza analiza nasuwa pytanie, czy struktury funkcji pobudzenia są takie same u mężczyzn i kobiet.

Rys.. 6.

Struktura matematyczna uogólnionego pobudzenia różni się między mężczyznami i kobietami wybranymi ze względu na rozbieżne poziomy ogólnego pobudzenia. Różnicowy wpływ pomiarów motorycznych, sensorycznych (węchowych) i emocjonalnych (strachowych) na najbardziej uogólnione zachowanie siły napędowej w teście pobudzenia, mianowicie główny składnik 1. Wzory tych wkładów różniły się między HM i LM, między HF i LF, między HM i HF oraz między LM i LF. Na przykład LM były niskie, ponieważ pomiary silnika nie napędzały ich głównego składnika 1. Ponadto HM miał wysoki, pozytywny wkład strachu do głównego komponentu 1 (HF nie), ale HM brakowało silnego wkładu HF w reakcję węchową. Kontrole wykorzystujące te same duże zbiory danych zaszyfrowane i kontrole przy użyciu liczb losowych nie dały podobnych wzorców i znacznie zmniejszyły odsetek danych wyjaśnionych przez główny komponent 1.

Rys. 6 pokazuje, że główne różnice między HM a LM wynikają z dużego udziału aktywności motorycznej HM w składniku głównym #1, a także z różnicy w wkładzie strachu. W rzeczywistości to właśnie błąd aktywności motorycznej napędzany przez główny komponent # 1 sprawia, że ​​mężczyźni LM zamiast HM. HM ma wysokie wskaźniki ruchu i jest płochliwy. Kobiety są różne. Główna różnica między HF a LF wynika z silnej reaktywności HF na wkład węchowy. Jeśli chodzi o różnice płciowe, między HM a HF występują duże różnice we wkładzie wrażliwości węchowej na składnik główny # 1, a także strach. Spekulujemy, że kobieta z HF gotowa do parzenia się, spędzając dużo czasu w swojej norce, wynurzy się z nory tuż przed owulacją. Musi brakować jej strachu i lokomotywy w szerokim zakresie, rozprzestrzeniając zapach wydzieliny z pochwy, formę zachowań zalotnych, która zachęca mężczyzn do parzenia się tak samo jak owulacja. Z kolei jej silna węchowa odpowiedź pomoże jej wybrać zdrowe, energiczne samce jako potencjalnych ojców jej miotu (23, 24). Pomiędzy LM i LF, główna różnica wynika z faktu, że LF miał duży udział silnika w składniku głównym # 1, a także mniejszą różnicę między LM a LF w strachu. Z tego zastosowania analizy głównych składowych wynika, że ​​struktura podstawowego składnika pobudzenia nie jest taka sama u mężczyzn, jak u kobiet.

Dyskusja

Dane te dostarczają dowodów, że genetyczna zmiana uogólnionego pobudzenia ma głęboki wpływ na zachowania seksualne i eksploracyjne / lękowe. Męskie zachowania seksualne w tym badaniu charakteryzowały się tym, że zwierzęta HM były bardziej pobudliwe, wykazywały szybsze ruchy, wykazywały wiele wcześniaków i nieudanych wierzchowców przed ich pierwszym udanym wprowadzeniem prącia, a następnie szybko wytryskały po minimalnej liczbie dodatkowych intromincji. Tak więc, stosunek intromisji do wzbudzonych poziomów preintromisyjnych był znacząco niższy w HM w porównaniu ze zwierzętami LM. Co ciekawe, wyniki te pojawiły się niezależnie od tego, czy zwierzęta zostały posortowane według rodziców, czy według własnych wyników pobudzenia. Dodatkowo, selekcja pod kątem wysokiego poziomu uogólnionego pobudzenia spowodowała zmniejszenie zachowań eksploracyjnych w zadaniach jasnych i ciemnych oraz podwyższonych w labiryncie. Wynik ten, co zaskakujące, był funkcją wyników pobudzenia rodzicielskiego i był niezależny od ogólnych wyników pobudzenia u samych badanych zwierząt.

Jeśli uogólnione pobudzenie ma implikacje dla określonych podtypów pobudzenia, to należy rozumieć, że powinny istnieć fizjologiczne powiązania między tymi dwoma pojęciami. W obecnej pracy skupiliśmy się na dwóch szczególnych podwyższonych stanach pobudzenia: seks i strach. Niedawno wytyczono również wzorzec wzrostu uogólnionego pobudzenia kobiet i pobudzenia seksualnego po podaniu estrogenu (3, 25). Występuje to zarówno bezpośrednio, jak i pośrednio, poprzez indukcję specyficznych i uogólnionych neurochemicznych związków pobudzających. Rzeczywiście, wiele sygnałów neurochemicznych, które promują uogólnione pobudzenie w ośrodkowym układzie nerwowym, również pobudza podniecenie seksualne w strukturach limbicznych (1, 26). Na przykład związany z pobudzeniem neurotransmiter histamina jest silnym środkiem pobudzającym pobudzenie, który zwiększa aktywność korową i hamuje neurony pobudzające sen w obszarze przedbrzusznym przewężenia bocznego. Samce myszy pozbawione enzymu syntetyzującego histaminę, dekarboksylazy histydynowej, wykazywały zmniejszone zachowanie godowe i prenatalną ekspozycję na leki przeciwhistaminowe trwale zaburzające męskie zachowania seksualne (27, 28). Ponadto histamina w brzuszno-przyśrodkowym podwzgórzu ułatwia zarówno aktywność elektryczną, jak i zachowanie lordozy u samic gryzoni (21, 29). Podobnie, peptydy hipokretyny zwiększają ogólne pobudzenie ośrodkowego układu nerwowego, a mikroiniekcje hipokretyny do przyśrodkowego obszaru przedostopowego zwiększają męskie zachowania seksualne (22). Odwrotny przykład dostarcza również dowodów na ten sam punkt, środki znieczulające podawane przed pierwotnymi dawkami estradiolu zapobiegają ekspresji zachowania lordozy i indukcji genów związanych z kryciem (30, 31) mając na uwadze, że podawanie amfetaminy ułatwia wywołanie estrogenów w kojarzeniu (32). Podsumowując, dane te łączą zachowania seksualne z uogólnionym pobudzeniem i wskazują potencjalne mechanizmy, dzięki którym selekcja genetyczna pod kątem wysokiego pobudzenia uogólnionego może wpływać na określone stany pobudzenia, takie jak seks.

Selekcja genetyczna pod kątem wysokiego poziomu uogólnionego pobudzenia spowodowała zmniejszenie zachowań eksploracyjnych w testach labiryntu jasnego i podwyższonego plus. Zmniejszenie zachowań eksploracyjnych w tych zadaniach można określić jako wskazujące na zachowania lękowe (33). Oznacza to, że wysokie poziomy uogólnionego pobudzenia OUN spowodowały większą aktywność lokomotoryczną w klatce domowej, ale zmniejszyły aktywność eksploracyjną w nowym środowisku (pudełko jasne-ciemne i labirynt podwyższony plus). Wnioskujemy, że zwiększony napęd lokomotoryczny u zwierząt o wysokim pobudzeniu jest więcej niż zrównoważony przez wzrosty wywołane pobudzeniem w stanach lękowych, które mogłyby służyć do tłumienia eksploracji. Co ważne, chociaż na zachowania seksualne wpływ miały zarówno pobudzenie rodzicielskie, jak i pobudzające potomstwo, zachowanie eksploracyjne / lękowe zmieniało się tylko pod wpływem stanu pobudzenia rodziców. Dokładnie, jak wystąpił ten efekt szczepienia rodzicielskiego, pozostaje do ustalenia.

Powiązanie uogólnionej koncepcji pobudzenia z konkretnymi stanami behawioralnymi wynika również z wyników z innych systemów. Na przykład funkcja okołodobowa, która została poddana intensywnej kontroli, to regulacja snu. Obecnie ponad 15% dorosłych w Stanach Zjednoczonych ma jakieś zaburzenia snu. Chociaż biologiczne funkcje snu pozostają kontrowersyjne, lokalizacje i niektóre właściwości neuronów wyłączonych podczas snu zostały przedstawione na wykresie (34). Ostatecznie, regulacja ostrych przejść między snem a przebudzeniem może zależeć od pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego między neuronami w podwzgórzu i podstawnym przodomózgowiu (4). Problemy związane z kontrolą mechanizmów podniecenia ujawniają się, ponieważ problemy ze snem są niezwykle częste (35), podobnie jak problemy z podnieceniem związane z depresją (36) i stres (37). Ponadto Aston-Jones i in. (38) byli w stanie wplątać się w aktywację neuronów hipokretyny związanych z pobudzeniem w bocznym podwzgórzu w zachowaniach poszukujących nagrody. Dla każdego z tych specyficznych stanów behawioralnych - np. Snu, stresu, nastroju i poszukiwania nagrody - uogólnione pobudzenie zapewnia najbardziej elementarną, prymitywną siłę neuronową do aktywacji zachowania, a jego dokładny wpływ na zachowanie jest kształtowany przez specyficzne okoliczności środowiskowe.

Alternatywne interpretacje.

Wszystkie nasze pomiary pobudzenia zależą od aktywności lokomotorycznej jako głównego odczytu. Dlatego można argumentować, że sztuczna selekcja genu, który miałby tendencję do zwiększania ogólnego poziomu aktywności lokomotorycznej, byłaby interpretowana (lub błędnie interpretowana) jako wzrost pobudzenia OUN. Jednak szczegółowe szczegóły naszego testu pobudzenia nie potwierdzają tak prostego wyjaśnienia. Rzeczywiście, dla składników czuciowych i strachu w teście, odejmujemy aktywność tła od odpowiedzi po stymulacji w celu określenia reaktywności behawioralnej. Jako dodatkową kwestię interpretacji należy podkreślić, że zróżnicowane stany snu są potencjalnym przypadkowym błędem dla komponentu sensorycznego testu. Jednak to zamieszanie jest zminimalizowane przez prezentację bodźców rotacyjnych (przedsionkowych), które prawdopodobnie obudzą zwierzęta przed stymulacją węchową, która jest szczególnym podtestem, na którym oparta była selekcja. W każdym przypadku, w nowych kontekstach, takich jak podwyższony labirynt plus i jasna ciemność, wybór dla wyższego uogólnionego pobudzenia powoduje mniej ogólnych zachowań eksploracyjnych w porównaniu z myszami o niskiej selekcji. Zamiast po prostu wybierać większą aktywność lokomotoryczną, myszy High wydają się wykazywać większe uogólnione pobudzenie OUN wraz ze wzrostem zachowań związanych zarówno z lękiem, jak i popędami seksualnymi.

Dodatkowym alternatywnym wyjaśnieniem jest to, że stworzyliśmy różnice w pojedynczym genie zaangażowanym w regulację neurotransmisji związanej z pobudzeniem. Ponieważ systemy neurochemiczne pobudzenia są wzajemnie regulowane i nakładanie się zmian w genie jednego z tych systemów może wywołać wzrost uogólnionego pobudzenia i zachowania CNS. Ponadto zdajemy sobie sprawę, że przedstawiliśmy wyniki tylko z najnowszego pokolenia; w konsekwencji ten, który wykazał największy ilościowy podział między liniami wysokiego pobudzenia i niskiego pobudzenia. Dane z kolejnych pokoleń będą dostępne w nadchodzącym roku. Linie te mogą być przydatne do badania mechanizmów anatomicznych i genetycznych, które wywierają presja środowiskowa, aby dostosować ogólne pobudzenie na różnych etapach rozwoju między płciami oraz w okresie czasu 24 h światło / ciemność. Przyszłe badania będą dotyczyć różnic neurochemicznych, anatomicznych i genomicznych między liniami wysoką i niską.

Podsumowując, myszy genetycznie wybrane ze względu na wysoki poziom uogólnionego pobudzenia wytwarzają wyraźny fenotyp charakteryzujący się większą aktywnością klatki domowej, wrażliwością sensoryczną i labilnością emocjonalną. Co ciekawe, fenotyp wysokiego pobudzenia jest związany z przesadnym pobudzeniem seksualnym i redukcją zachowań eksploracyjnych, w porównaniu z myszami wybranymi do niskiego poziomu pobudzenia. Podsumowując, dane te stanowią wsparcie dla potencjalnej roli uogólnionego pobudzenia jako czynnika specyficznych zachowań motywowanych.

Metody

Metody.

Wszystkie eksperymenty przeprowadzono zgodnie z wytycznymi National Institutes of Health i postępowano zgodnie z procedurami zatwierdzonymi przez Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami i Użytkiem dla Zwierząt Uniwersytetu Rockefellera.

Szczep użyty w tym badaniu pochodził z ekstensywnie hodowanego stada, Het-8, który powstał w wyniku rozległego krzyżowania ponad ośmiu szczepów outbredowych, po których następowało więcej niż 60 ustrukturyzowanych hodowli krzyżowych (39). Myszy trzymano w grupach od czterech do pięciu rodzeństwa tej samej płci w standardowych warunkach laboratoryjnych z dostępem ad libitum do żywności i filtrowanej wody z kranu. Wszystkie zwierzęta trzymano w cyklach 12: 12 światło / ciemność (światła na 0600).

Procedura hodowlana.

Zwierzęta w tym rękopisie reprezentują naszą szóstą generację selekcji zarówno dla wysokiego, jak i niskiego poziomu uogólnionego pobudzenia. W każdym z kolejnych pokoleń myszy badano w uogólnionym teście pobudzenia i generowano ogólny wynik pobudzenia (patrz Tekst SI opisy testów behawioralnych). W skrócie, jako odległość selekcji zastosowano całkowitą odległość pokonaną w ciągu dnia 24 w teście klatki domowej, aktywność poziomą z bodźca węchowego i relatywizowaną zmianę aktywności pionowej na sesji treningowej strachu. Zwierzęta zostały uszeregowane według rangi pod względem wyników w każdej z tych zmiennych, wyniki zostały dodane, a zwierzęta z najbardziej ekstremalnymi wynikami (sześć najwyższych i najniższych) zostały wybrane jako założyciele następnego pokolenia. Hodowla trwa.

Materiał uzupełniający

Informacje dodatkowe:

Przypisy

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Ten artykuł zawiera informacje pomocnicze online na stronie www.pnas.org/cgi/content/full/0914014107/DCSupplemental.

Referencje

1. Pfaff DW. Teoria pobudzenia mózgu i informacja: mechanizmy neuronalne i genetyczne. Cambridge, MA: Harvard University Press; 2006.
2. Gorsuch RL. Analiza czynników. Hillssdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates; 1983.
3. Garey J, et al. Wkład genetyczny w uogólnione pobudzenie mózgu i zachowania. Proc Natl Acad Sci USA. 2003;100: 11019-11022. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
4. Saper CB, Scammell TE, Lu J. Podwzgórzowa regulacja rytmu snu i rytmu dobowego. Natura. 2005;437: 1257-1263. [PubMed]
5. Fox MD, et al. Ludzki mózg jest wewnętrznie zorganizowany w dynamiczne, powiązane ze sobą sieci funkcjonalne. Proc Natl Acad Sci USA. 2005;102: 9673-9678. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
6. Fox MD, Raichle ME. Spontaniczne wahania aktywności mózgu obserwowane za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego. Nat Rev Neurosci. 2007;8: 700-711. [PubMed]
7. Vincent JL, et al. Wewnętrzna architektura funkcjonalna w mózgu znieczulonej małpy. Natura. 2007;447: 83-86. [PubMed]
8. Saper CB, Chou TC, Scammell TE. Przełącznik snu: podwzgórzowa kontrola snu i czuwania. Trendy Neurosci. 2001;24: 726-731. [PubMed]
9. Cruikshank SJ, Connors BW. Neuroscience: usankcjonowana przez państwo synchronizacja. Natura. 2008;454: 839-840. [PubMed]
10. Poulet JFA, Petersen CCH. Wewnętrzny stan mózgu reguluje synchronizację potencjału błonowego w korze mózgowej zachowujących się myszy. Natura. 2008;454: 881-885. [PubMed]
11. Martin EM, Pavlides C, Pfaff DW. Wielomodalne reakcje czuciowe jądra siatkowatego gigantocellularis i stosunek odpowiedzi do aktywacji korowej i ruchowej. J Neurophysiol. 2009 w prasie.
12. Leung CG, Mason P. Fizjologiczne właściwości neuronów gwałtu magnusa podczas snu i czuwania. J Neurophysiol. 1999;81: 584-595. [PubMed]
13. Leung CG, Mason P. Fizjologiczne badanie rdzenia szpiku i magnokomórkowych neuronów siatkowych u znieczulonego szczura. J Neurophysiol. 1998;80: 1630-1646. [PubMed]
14. Lu J, Sherman D, Devor M, Saper CB. Przypuszczalny przełącznik typu flip-flop do kontrolowania snu REM. Natura. 2006;441: 589-594. [PubMed]
15. Sutcliffe JG, de Lecea L. Hipokretyny: Ustawianie progu pobudzenia. Nat Rev Neurosci. 2002;3: 339-349. [PubMed]
16. Sherin JE, Elmquist JK, Torrealba F, Saper CB. Inwernacja histaminergicznych neuronów tuberomammillarnych przez neurony GABAergiczne i galaninergiczne w przedobojowym jądrze bocznym szczura. J Neurosci. 1998;18: 4705-4721. [PubMed]
17. Adamantidis AR, Zhang F, Aravanis AM, Deisseroth K, de Lecea L. Neuralne substraty przebudzenia sondowane za pomocą optogenetycznej kontroli neuronów hipokretyny. Natura. 2007;450: 420-424. [PubMed]
18. Rossato JI, Bevilaqua LRM, Izquierdo I, Medina JH, Cammarota M. Dopamina kontroluje trwałość pamięci długoterminowej. Science. 2009;325: 1017-1020. [PubMed]
19. Harris GC, Aston-Jones G. Pobudzenie i nagroda: dychotomia w funkcji oreksyny. Trendy Neurosci. 2006;29: 571-577. [PubMed]
20. Edwards CM, et al. Wpływ oreksyn na przyjmowanie pokarmu: porównanie z neuropeptydem Y, hormonem koncentrującym melaninę i galaniną. J Endocrinol. 1999;160: R7-R12. [PubMed]
21. Donoso AO, Broitman ST. Wpływ inhibitora syntezy histaminy i leków przeciwhistaminowych na zachowania seksualne samic szczurów. Psychofarmakologia (Berl) 1979;66: 251-255. [PubMed]
22. Gulia KK, Mallick HN, Kumar VM. Zastosowanie Oreksyny A (hipokretyny-1) w obszarze przyśrodkowym przedwzmacniacza wzmacnia męskie zachowania seksualne u szczurów. Neuronauka. 2003;116: 921-923. [PubMed]
23. Kavaliers M, Choleris E, Pfaff DW. Rozpoznawanie i unikanie zapachów pasożytniczych gatunków konspiracyjnych i drapieżników: Zróżnicowane korelacje genomiczne. Neurosci Biobehav Rev. 2005;29: 1347-1359. [PubMed]
24. Kavaliers M, Choleris E, Pfaff DW. Geny, zapachy i rozpoznawanie pasożytniczych osobników przez gryzonie. Trendy Parasitol. 2005;21: 423-429. [PubMed]
25. Ribeiro AC, Pfaff DW, Devidze N. Estradiol moduluje pobudzenie behawioralne i indukuje zmiany w profilach ekspresji genów w regionach mózgu zaangażowanych w kontrolę czujności. Eur J Neurosci. 2009;29: 795-801. [PubMed]
26. Lee AW, et al. Genomika funkcjonalna układów neuroendokrynnych zależnych od hormonów płciowych: specyficzne i uogólnione działania w ośrodkowym układzie nerwowym. Prog Brain Res. 2006;158: 243-272. [PubMed]
27. Chiavegatto S, Bernardi MM, de-Souza-Spinosa H. Wpływ prenatalnego podawania difenhydraminy na zachowania seksualne u szczurów. Braz J Med Biol Res. 1989;22: 729-732. [PubMed]
28. Par G, Szekeres-Barthó J, Buzás E, Pap E, Falus A. Zaburzenie rozmnażania się myszy z niedoborem histaminy (nokautu histydyny-dekarboksylazy) spowodowane jest głównie zmniejszeniem zachowania krycia mężczyzn. Am J Reprod Immunol. 2003;50: 152-158. [PubMed]
29. Zhou J, et al. Indukowane histaminą odpowiedzi pobudzające w mysich brzuszno-przyśrodkowych neuronach podwzgórza: mechanizmy jonowe i regulacja estrogenowa. J Neurophysiol. 2007;98: 3143-3152. [PubMed]
30. Roy EJ, Lynn DM, Clark AS. Hamowanie podatności seksualnej przez znieczulenie podczas primingu estrogenowego. Brain Res. 1985;337: 163-166. [PubMed]
31. Quiñones-Jenab V, Zhang C, Jenab S, Brown HE, Pfaff DW. Znieczulenie podczas podawania hormonu znosi indukcję estrogenu mRNA preproenkefaliny w brzuszno-przyśrodkowym podwzgórzu samic szczurów. Brain Res Mol Brain Res. 1996;35: 297-303. [PubMed]
32. Holder MK, i in. Metamfetamina ułatwia zachowanie seksualne kobiet i zwiększa aktywację neuronów w przyśrodkowej części amgdali i jądrze brzuszno-przyśrodkowym podwzgórza. Psychoneuroendokrynologia. 2009. 10.1016 / j.psyneuen.2009.06.005.
33. Rodgers RJ, Cao BJ, Dalvi A, Holmes A. Zwierzęce modele lęku: perspektywa etologiczna. Braz J Med Biol Res. 1997;30: 289-304. [PubMed]
34. Siegel JM. Wskazówki dotyczące funkcji snu ssaków. Natura. 2005;437: 1264-1271. [PubMed]
35. Mahowald MW, Schenck CH. Spostrzeżenia z badania zaburzeń snu u ludzi. Natura. 2005;437: 1279-1285. [PubMed]
36. Krishnan V, Nestler EJ. Molekularna neurobiologia depresji. Natura. 2008;455: 894-902. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
37. Zhou Z, et al. Zmienność genetyczna ludzkiej ekspresji NPY wpływa na reakcję stresową i emocje. Natura. 2008;452: 997-1001. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
38. Harris GC, Wimmer M, Aston-Jones G. Rola bocznych neuronów oreksynowych podwzgórza w poszukiwaniu nagrody. Natura. 2005;437: 556-559. [PubMed]
39. Mclearn GE, Wilson JR, Meredith W. Zastosowanie izogenicznych i hetergenicznych zasobów myszy w badaniach behawioralnych. W: Lindzey G, Thiessen DD, redaktorzy. Wkład w analizę behawioralno-genetyczną: mysz jako prototyp. Nowy Jork: Appleton-Century Crofts; 1970. str. 1 – 22.