Eventos rápidos de liberação de dopamina no núcleo accumbens de ratos adolescentes precoces (2011)

Neurociência. 2011 Mar 10;176:296-307.

Robinson DL, Zitzman DL, Smith KJ, Lança LP.

fonte

Bowles Center for Alcohol Studies e Departamento de Psiquiatria, Universidade da Carolina do Norte, Chapel Hill, NC 27713, EUA. [email protected]

Sumário

Flutuações de subsecond em dopamina (dopamina transientes) no núcleo accumbens são muitas vezes bloqueados pelo tempo para recompensas e sugestões e fornecem um importante sinal de aprendizagem durante o processamento de recompensas. Como o mesolimbico dopamina sistema sofre alterações dinâmicas durante a adolescência no rato, é possível que dopamina transientes codificam apresentações de recompensa e estímulo diferentemente em adolescentes. No entanto, até à data, não foram dopamina transientes em adolescentes acordados foram feitos. Assim, nós usamos rápido digitalizar voltametria cíclica para medir dopamina transientes no núcleo accumbens núcleo do macho ratos (29-30 dias de idade) no início e com a apresentação de vários estímulos que demonstraram desencadear dopamina liberar em adulto ratos. Nós achamos isso dopamina transientes foram detectáveis em adolescente ratos e ocorreu em uma taxa de referência semelhante ao adulto ratos (71-72 dias de idade). No entanto, ao contrário dos adultos, adolescente ratos não exibiu de forma confiável dopamina transientes na apresentação inesperada de estímulos visuais, audíveis e odoríferos. Em contraste, uma breve interação com outro rato aumentou dopamina transientes em ambos adolescente e adulto ratos. Enquanto esse efeito se habituou em adultos em uma segunda interação, persistiu nos adolescentes. Estes dados são a primeira demonstração de dopamina transientes em adolescente ratos e revelam uma importante divergência dos adultos na ocorrência desses transientes que podem resultar em aprendizado diferenciado sobre recompensas.

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Palavras-chave: Adolescência, dopamina, novidade, interação social, voltametria, nucleus accumbens

Introdução

Acredita-se que a queima de neurônios dopaminérgicos e os eventos de liberação de dopamina resultantes (também conhecidos como transientes dopaminérgicos) compreendam um sinal chave de aprendizado no cérebro (Schultz, 2007; Roesch e outros, 2010), interagindo recompensas externas e pistas com comportamentos apetitivos. Os transientes de dopamina ocorrem espontaneamente em várias regiões alvo da dopamina (Robinson e outros, 2002) e são mais proeminentes na apresentação de estímulos inesperados (Rebec et al., 1997; Robinson e Wightman, 2004), interação social (Robinson e outros, 2001; Robinson e outros, 2002) e recompensas (Roitman et al., 2008). Os eventos de liberação rápida de dopamina são freqüentemente seguidos por comportamentos apetitivos, como aproximar-se de outro rato ou pressionar uma alavanca para um reforçador (Robinson e outros, 2002; Phillips e outros, 2003; Roitman et al., 2004). Além disso, pistas neutras que normalmente não evocam transientes de dopamina podem fazê-lo quando repetidamente emparelhadas com uma recompensa (Stuber et al., 2005b; Stuber et al., 2005a; Day et al., 2007), mostrando que este sinal neural sofre plasticidade induzida pela aprendizagem. É importante ressaltar que os transientes de dopamina são um resultado da transmissão de volume e atingem altas concentrações extra-sinápticas que podem ativar receptores de dopamina extra-sinápticos de baixa afinidade (Wightman e Robinson, 2002). Assim, os transientes de dopamina parecem funcionar como um sinal cerebral de recompensa potencial e estabelecida que pode direcionar a atenção e facilitar a aquisição dessa recompensa.

O sistema de dopamina mesolímbica sofre mudanças dinâmicas durante a adolescência no rato. Por exemplo, a expressão dos receptores dopaminérgicos D1 e D2 no estriado ventral aumenta da pré-adolescência para a adolescência (por exemplo, Andersen et al., 1997), com alguns estudos sugerindo que a ligação na adolescência é maior do que na idade adulta (para referências e discussão, ver Doremus-Fitzwater e outros, 2010; Wahlstrom et al., 2010b). Além disso, as taxas de disparo dos neurônios dopaminérgicos (McCutcheon e Marinelli, 2009) e concentrações basais de dopamina (Badanich et al., 2006; Philpot e outros, 2009) mostram curvas semelhantes em U, com um pico na adolescência. Embora os transientes de dopamina ainda não tenham sido medidos em ratos adolescentes, aumentaram as respostas comportamentais à novidade (Douglas et al., 2003; Stansfield e Kirstein, 2006; Philpot e Wecker, 2008) e pares sociais (Varlinskaya e lança, 2008) foram relatados em ratos adolescentes versus ratos adultos.

O presente estudo teve como objetivo fornecer as primeiras medidas de transientes de dopamina no nucleus accumbens (NAc) de ratos adolescentes e compará-las com aquelas em adultos. Utilizamos voltametria cíclica de varredura rápida, uma técnica eletroquímica com a resolução espacial e temporal necessária para detectar transientes de dopamina (Robinson e outros, 2008). Examinamos a liberação de dopamina no início da adolescência (29 - 30 dias de idade), dado que os ratos exibem níveis aumentados de interações sociais dirigidas por pares nessa idade em relação a idades adultas e adultas posteriores (Varlinskaya e lança, 2008). Assim, medimos os transientes de dopamina durante breves interações sociais, bem como no início e na apresentação de novos estímulos inesperados que foram relatados para desencadear transientes de dopamina em ratos adultos (Robinson e Wightman, 2004).

Procedimentos experimentais

Sujeitos animais

Todas as experiências aqui descritas foram aprovadas pelo Institutional Animal Care e pelo Comitê de Uso da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill, de acordo com o Guia do Instituto Nacional de Saúde para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório (NIH Publications No. 80-23, 1996 revisado). Ratos Long Evans machos foram adquiridos da Charles River Laboratories (Raleigh, NC) em coortes de quatro no dia pós-natal (PND) 21. Cada rato foi alojado individualmente à chegada com comida e água ad libitum. Dois dos ratos de cada coorte foram designados para o grupo de adolescentes e submetidos à cirurgia em PND 26 (67 ± 2g) e voltamétricos no PND 29 ou 30 (76 ± 3g). Os dois ratos restantes de cada coorte foram designados para o grupo adulto e submetidos à cirurgia em PND 68 (379 ± 12g) e voltamétricos em PND 71 ou 72 (379 ± 14g); estes ratos foram alojados em PND 30 - 63.

Preparação cirúrgica

Os procedimentos cirúrgicos são os descritos anteriormente (Robinson e outros, 2009) com as seguintes exceções. Os ratos foram anestesiados com isoflurano; ratos adolescentes foram induzidos a 3% e mantidos a 1 - 1.5% durante a cirurgia, enquanto os ratos adultos foram induzidos a 5% e mantidos a 2%. Os ratos foram fixados em uma estrutura estereotáxica para implante de uma cânula guia acima do NAc, um eletrodo estimulador bipolar na área tegmentar ventral e uma referência Ag / AgCl, como descrito anteriormente. As coordenadas (versus bregma em mm) para a cânula guia foram 1.3 anterior e 1.6 lateral (adolescente) ou 1.7 anterior e 1.7 lateral (adulto). O eletrodo estimulador foi implantado em ângulo 6 ° nas coordenadas (versus bregma em mm) 4.1 posterior, 1.3 lateral (adolescente) ou 5.2 posterior, 1.2 lateral (adulto). No pós-operatório, os ratos foram monitorados de perto e receberam ibuprofeno (15 mg / kg por dia, po) e comida saborosa.

Design experimental

A liberação de dopamina foi medida por voltametria cíclica de varredura rápida, como descrito anteriormente (Robinson e outros, 2009). As gravações voltamétricas foram feitas em uma câmara de Plexiglas construída sob encomenda. O espaço no chão era 21 × 21 cm com uma inserção angular que se estendia do chão até 10 cm contra a parede em um ângulo de 48 °; isso impediu que os ratos atingissem o eletrodo e a montagem do headstage contra a parede da câmara. Os ratos foram contidos manualmente enquanto a fibra de carbono foi baixada para o núcleo NAc através da cânula guia e depois deixada intacta para 15-20 min. Em seguida, foram realizadas gravações voltamétricas a cada 2 - 4 min para avaliar a presença de transientes de dopamina de ocorrência natural e liberação de dopamina evocada eletricamente (pulsos 16 - 24, 40 - 60 Hz, 120 μA, 2 mseg / fase, bifásico). Depois de verificarmos que o eletrodo estava posicionado próximo aos terminais de dopamina, o experimento começou; isto foi tipicamente 60 - 85 min após a colocação inicial na câmara. A gravação foi contínua para 50 min. Durante o primeiro 25 min, os estímulos 5 foram apresentados para 3 s em intervalos de 5-min em uma ordem aleatória: luz da casa desligada, tom, ruído branco, odor de coco e limão. Os odores foram apresentados da seguinte maneira (Robinson e Wightman, 2004): o experimentador mergulhou um aplicador de algodão em um extrato (McCormick), abriu a porta da câmara de registro, segurou o aplicador a 1 - 2 cm do nariz do rato por 3 s, então retirou e fechou a porta da câmara. Após a apresentação de todos os estímulos, a gravação continuou por 5 min, em seguida, outro rato Long Evans macho foi colocado na gaiola com o rato de teste por 60 se permitiu a interação. Para o grupo de adolescentes, o rato coespecífico foi pareado por idade com o rato de teste; para os adultos, o parceiro era um adulto ligeiramente menor (87 ± 6% do peso do rato de teste) em uma tentativa de prevenir o surgimento de interações agressivas. Um segundo período de interação de 60 segundos ocorreu com o mesmo parceiro 10 minutos depois. Após o registro, os ratos receberam uma dose letal de uretano (> 1.5 g / kg, ip), em seguida, perfundidos com uma solução de formalina. Os cérebros foram removidos, congelados, seccionados (espessura de 40 µm) e corados com tionina para determinar os locais de registro.

Avaliação de transientes de dopamina

Os transientes de dopamina durante o registro foram estatisticamente identificados como descrito anteriormente (Robinson e outros, 2009). Em resumo, cada varredura voltamétrica foi subtraída em segundo plano e comparada a um modelo de liberação de dopamina evocada eletricamente. Após a identificação dos eventos de liberação de dopamina, cada evento foi examinado para determinar a relação sinal-ruído, com o sinal sendo a concentração máxima de dopamina ([DA]_max) e o ruído calculado como a amplitude efetiva nas varreduras 10 (1 s) usadas na subtração de fundo. Apenas transientes de dopamina com uma relação sinal-ruído de 5 ou superior foram incluídos no estudo. Para determinar a liberação de dopamina durante as apresentações do estímulo, a frequência de transientes foi calculada para um período de 20s abrangendo a apresentação do estímulo e comparada com a frequência durante o 4 min imediatamente anterior à apresentação (basal). Para determinar a liberação de dopamina durante a interação social, a frequência de transientes foi calculada para um período 80-s abrangendo o período de interação e comparada com a freqüência durante o 4 min imediatamente anterior à interação (basal). A concentração máxima de cada evento de liberação de dopamina foi calculada convertendo a corrente (nA) para concentração (μM) após in vitro calibração do eletrodo (Logman et al., 2000).

Pontuação comportamental

A resposta comportamental às apresentações de estímulos (do início da apresentação ao 2 após a apresentação) foi classificada a partir de vídeo numa escala de 0 - 3 (0, sem movimento; 1, sniffing / movimento da cabeça; 2, movimento de orientação / susto; 3, locomoção). A interação social foi pontuada como a duração total em s dos seguintes comportamentos direcionados para os outros ratos: grooming, sniffing, perseguição, inspeção anogenital, subida / subida. Os ensaios foram classificados para os comportamentos sociais que ocorrem no 45 s imediatamente após o fechamento da porta da câmara de atenuação do som após a inserção do rato parceiro na câmara; esse intervalo de tempo foi escolhido para evitar qualquer influência confusa de abrir e fechar as portas da câmara. Os ensaios também foram pontuados por duração em s de atividade locomotora não social através de cruzamentos de quadrantes durante o mesmo período de 45-s.

Análise estatística

A análise estatística da frequência transitória da dopamina entre os grupos e as condições experimentais foi calculada usando análise de regressão multivariada não paramétrica (procedimento genmod com distribuição de Poisson, medidas repetidas e contrastes pareados de Wald; SAS, SAS Institute Inc., Research Triangle Park, NC). Mudanças na amplitude dos transientes de dopamina e na relação sinal-ruído entre os grupos e épocas experimentais foram calculadas usando análise de regressão semelhante com distribuição gama. As medidas comportamentais foram comparadas entre os grupos usando medidas repetidas 2-way ANOVA ou dentro de grupos usando testes t pareados (GraphPad Prism, GraphPad Software Inc., La Jolla, CA).

Consistentes

Doze adolescentes e dez ratos adultos foram utilizados para este estudo. Três ratos adolescentes não foram incluídos devido à dificuldade na cirurgia ou durante a voltametria, e um rato adulto não foi incluído devido a uma colocação incorreta do eletrodo. Além disso, os dados de interação social de um adolescente foram descartados devido a dificuldades voltamétricas que não afetaram as demais apresentações do estímulo. Os n finais foram adolescentes 9 e adultos 9 para as apresentações de estímulo e adolescentes 8 e adultos 9 para as interações sociais.

Transientes de dopamina na linha de base

As taxas basais de transientes de dopamina foram sobrepostas entre ratos adolescentes e adultos no núcleo NAc. Quando a frequência transitória foi determinada em todas as amostras de linha de base (arquivos em que não ocorreram apresentações de estímulo ou interações de ratos), os ratos adolescentes exibiram 1.5 ± 0.4 transientes / min e os adultos exibiram 2.5 ± 0.6. No entanto, dentro de cada grupo havia uma faixa de freqüência transitória, como relatado anteriormente em ratos maduros (Robinson e outros, 2009; Robinson e Wightman, 2007; Wightman e outros, 2007): em adolescentes, a freqüência basal variou de 0.2 - 4.0 transientes por min, enquanto em adultos o intervalo foi de 0 - 5.0 transientes por min. É importante ressaltar que a liberação eletricamente estimulada revelou a presença de terminais de dopamina funcionais no local de registro voltamétrico, mesmo quando os transientes basais de dopamina estavam ausentes ou não frequentes.

Transientes de dopamina na apresentação de estímulos inesperados

Em seguida, investigamos se os transientes de dopamina eram mais prováveis de ocorrer na apresentação inesperada de estímulos em ratos adolescentes. Figura 1A mostra que breves apresentações de estímulos aumentaram a frequência de transientes de dopamina em 50% acima dos níveis basais em ratos adultos (contraste de Wald de base adulto vs. estímulos, p <0.05), replicando o trabalho anterior (Robinson e Wightman, 2004) Em contraste, a taxa de eventos de liberação de dopamina não mudou significativamente entre os ratos adolescentes (contraste de Wald da linha de base do adolescente vs. estímulos, p> 0.86). Quando comparados entre os grupos, as taxas basais não diferiram (contraste de Wald de adolescente vs. adulto, p> 0.19), enquanto as taxas durante as apresentações de estímulos foram maiores em ratos adultos (contraste de Wald de estímulos adolescentes vs. adultos, p <0.05). Ratos adultos eram mais propensos a ter liberação de dopamina bloqueada no tempo aos estímulos: 8/9 adultos exibiram liberação de dopamina em pelo menos uma apresentação de estímulo, enquanto 6/9 adolescentes o fizeram. Além disso, ratos adultos que exibiram transientes de dopamina bloqueados no tempo o fizeram com 3.8 ± 0.4 estímulos (mediana 4), enquanto os adolescentes que exibiram transientes bloqueados no tempo o fizeram com 2.3 ± 0.4 estímulos (mediana 2).

Eventos de liberação de dopamina em ratos adolescentes e adultos durante a apresentação de estímulos inesperados. (A) Em ratos adolescentes, a frequência transitória da dopamina não se alterou das taxas basais durante a apresentação dos estímulos. Em contraste, a frequência da dopamina ...

Em seguida, determinamos se os transientes que ocorreram durante as apresentações do estímulo foram maiores do que aqueles durante o período de referência. Figura 1B mostra a distribuição das concentrações máximas de transientes de dopamina. A análise de regressão revelou que as amplitudes não diferiram entre ratos adolescentes e adultos (contrastes de Wald, todos os valores de p> 0.05). Em ratos adolescentes, as concentrações máximas de transientes durante as apresentações de estímulos não foram significativamente diferentes daquelas durante a linha de base. Em ratos adultos, as concentrações de dopamina foram ligeiramente maiores durante as apresentações dos estímulos, um deslocamento para a direita que se aproximou da significância estatística (contraste de Wald da linha de base do adulto vs. estímulos, p <0.06). As concentrações medianas e médias de transientes de dopamina são descritas em tabela 1.

Concentrações máximas de eventos de liberação de dopamina no núcleo nucleus accumbens de ratos adolescentes e adultos.

Embora os dados do grupo indicassem que os eventos de liberação de dopamina eram mais prováveis de ocorrer em apresentações de estímulo inesperadas em adultos versus ratos adolescentes, gráficos individuais ilustram as diferenças entre os estímulos, assim como dentro dos grupos. Figura 1C mostra a mudança na frequência de transientes de dopamina durante a apresentação de um estímulo versus o 4-min de linha de base anterior a esse estímulo. Em adultos, os estímulos variaram em sua eficácia para aumentar as taxas transitórias de dopamina; eles são classificados de mais para menos eficazes como segue: transientes de dopamina ocorreram a 208% de taxas basais no odor de coco; 184% no tom; 161% em odor de limão; 142% em ruído branco; e 91% na saída de luz. Em ratos adolescentes, os estímulos foram em geral menos eficazes para desencadear transientes de dopamina; elas são classificadas de mais ou menos eficazes da seguinte forma: transientes de dopamina ocorreram a 158% das taxas basais no tom; 127% em odor de limão; 123% ao odor de coco; 84% em ruído branco; e 23% na saída de luz.

No entanto, Figura 1C demonstra variabilidade individual distinta na emissão de uma resposta de dopamina a estímulos particulares dentro de cada faixa etária. Para determinar se essa variabilidade neuroquímica estava associada à variabilidade comportamental, classificamos cada rato quanto à movimentação associada à apresentação do estímulo, como mostrado tabela 2 (um rato adulto foi excluído desta análise devido à perda parcial do registro de vídeo). Em seguida, usamos a correlação não paramétrica de Spearman para comparar as respostas comportamentais e dopaminérgicas aos estímulos dentro de cada faixa etária. Verificamos que a frequência de transientes de dopamina não se correlacionou com a ativação comportamental em nenhuma das faixas etárias a nenhum estímulo, independentemente de o estímulo ter sido analisado individualmente ou em grupo (dados não mostrados, todos os valores de p> 0.05), indicando que o comportamento e as respostas neuroquímicas aos estímulos não estavam diretamente relacionadas. Além disso, as pontuações de comportamento dos ratos que não emitiram quaisquer transientes de dopamina bloqueados no tempo para apresentações de estímulo (3/9 adolescentes e 1/9 adultos) se sobrepuseram completamente às pontuações de comportamento dos ratos que exibiram transientes de dopamina. No entanto, a comparação das respostas comportamentais entre os grupos de idade revelou que os adolescentes como um grupo exibiram significativamente menos movimento em apresentações de estímulos inesperados do que os ratos adultos (teste de Mann-Whitney, p <0.05).

Escores comportamentais para ratos adolescentes e adultos na apresentação de estímulos inesperados (0 = sem movimento; 1 = sniffing / movimento da cabeça; 2 = movimento de orientação / sobressalto; 3 = locomoção).

Transientes de dopamina durante a interação social

Em seguida, medimos a liberação de dopamina durante a interação de 60 s com outro rato macho. Em contraste com as apresentações dos estímulos não sociais, a análise de regressão determinou que os transientes de dopamina aumentaram significativamente desde a linha de base durante a primeira interação com outro rato em ratos adolescentes e adultos. A taxa média de transientes aumentou 3 vezes desde a linha de base, de 1.0 ± 0.3 a 3.0 ± 0.9 transientes / min em ratos adolescentes (contraste de Wald da linha de base adolescente vs. interação, p <0.05) e de 2.0 ± 0.5 a 7.3 ± 1.3 em adultos (contraste de Wald da linha de base do adulto vs. interação, p <0.001). Dez minutos depois, a liberação de dopamina foi medida durante uma segunda interação com o mesmo rato. Em adultos, o aumento na taxa transitória de dopamina não foi mais significativo (p> 0.32); embora a taxa média de transientes tenha aumentado de 1.8 ± 0.5 para 3.7 ± 1.3 transientes / min, essa mudança foi mais variável entre os ratos. Em contraste, os adolescentes exibiram o mesmo aumento nos transientes de dopamina durante a segunda apresentação como durante a primeira, de 0.8 ± 0.2 a 3.1 ± 0.9 transientes / min (p <0.01). Os dados de ratos individuais por grupo e episódio são mostrados em Figura 2A.

Eventos de liberação de dopamina em ratos adolescentes e adultos durante uma breve interação com um rato de tamanho correspondente. (A) Os transientes de dopamina foram mais freqüentes em ratos adolescentes e adultos durante a primeira interação com outro rato (“Rato”) ...

Nós investigamos se diferenças no comportamento durante o primeiro e segundo episódios de interação poderiam explicar a falta de aumento na liberação de dopamina em ratos adultos durante a segunda interação. tabela 3 mostra o tempo gasto em investigação social e locomoção durante os 45 s do período de interação pontuado. Nesta câmara experimental (espaço físico de 21 × 21 cm), os ratos adolescentes passaram menos tempo em interações sociais ativas (ANOVA de medidas repetidas de 2 vias: efeito principal do grupo, p <0.05) e mais tempo de locomoção (2 vias repetidas mede ANOVA: efeito principal do grupo, p <0.05) do que ratos adultos. No entanto, observamos que os ratos adolescentes tinham mais espaço para se afastarem uns dos outros, enquanto os ratos adultos maiores tinham maior probabilidade de estar em proximidade física. Assim, as comparações críticas foram testes t pareados para comparar o comportamento dentro do grupo durante o primeiro versus o segundo período de interação. Essas análises não revelaram diferenças comportamentais entre o primeiro e o segundo período de interação em nenhum dos grupos de idade (todos os valores de p> 0.05). Além disso, nem a frequência absoluta de transientes de dopamina nem o aumento da frequência da linha de base se correlacionaram com interações sociais ou locomoção durante o período de interação (dados não mostrados, todos os valores de p> 0.05).

Tempo (s) gasto (s) em investigação social e locomoção durante a interação com outro rato.

A concentração máxima de transientes de dopamina durante a interação com outro rato foi comparada às concentrações durante o período basal. Para esta análise, os dados de ambos os episódios de interação foram agrupados para aumentar o poder estatístico. Figura 2B mostra que a distribuição da amplitude transiente da dopamina foi deslocada para eventos de liberação maiores em ratos adolescentes e adultos durante interação coespecífica; as amplitudes média e mediana estão listadas tabela 1. Como as interações sociais podem produzir ruído associado ao movimento no sinal voltamétrico, também investigamos os níveis de ruído e descobrimos que eles eram de fato maiores durante os episódios de interação em ratos adultos e adolescentes (contrastes de Wald de linha de base vs. interação, p <0.05 para cada grupo ) No entanto, as relações sinal-ruído não diferiram entre os grupos (tabela 1: Wald contrastes, todos os valores de p> 0.05), sugerindo que os problemas de ruído não contribuíram para os achados diferenciais entre ratos adolescentes e adultos.

Todas as gravações foram feitas no núcleo do NAc, como mostrado Figura 3.

Locais de registro dopaminérgico dentro do núcleo nucleus accumbens de ratos adolescentes e adultos, mostrados em cortes coronais representativos em 1.2 e 1.6 mm anteriores ao bregma (adaptado de Paxinos e Watson, 1986).

Discussão

A neurotransmissão da dopamina é a chave para muitos aspectos do comportamento motivado, incluindo saliência de estímulo, previsão de recompensa e facilitação comportamental. Como o comportamento motivado difere entre adolescentes e adultos, o presente estudo pesquisou eventos de liberação rápida de dopamina em ratos adolescentes em comparação com adultos. Nós relatamos que enquanto as taxas basais de transientes de dopamina não diferem significativamente entre os dois grupos de idade, os transientes em resposta a estímulos inesperados são menores em ratos adolescentes quando comparados aos adultos. Em contraste, tanto a freqüência quanto a amplitude dos transientes de dopamina aumentam em ambos os grupos etários na interação com outro rato; no entanto, a mudança na frequência habitua em adultos, mas não em adolescentes, na segunda apresentação do rato parceiro. Assim, eventos de liberação rápida de dopamina na apresentação dos estímulos diferem em ratos adolescentes versus adultos, e essa diferença fisiológica pode estar associada a diferenças dependentes da idade no processamento de estímulos sociais e não sociais.

Tanto as frequências como as amplitudes dos transientes de dopamina no núcleo NAc foram semelhantes entre os ratos machos no início da adolescência (idade 29 - 30 dias) e idade adulta (idade 71 - 72 dias). Esses achados são consistentes com registros eletrofisiológicos de neurônios dopaminérgicos em ratos anestesiados. As taxas de disparo dos neurônios dopaminérgicos aumentam do nascimento até a metade da adolescência e declínio na idade adulta (Pitts et al., 1990; Tepper et al., 1990; Lavin e Drucker-Colin, 1991; Marinelli et al., 2006; McCutcheon e Marinelli, 2009), com pico de atividade ocorrendo em meados e final da adolescência. De fato, McCutcheon e Marinelli (2009) relataram que as taxas de disparo basal são semelhantes no início da adolescência e idade adulta alvo do presente estudo, e os dados aqui sugerem que as taxas de rebentamento neuronal também são semelhantes, como transientes de dopamina surgem da queima de neurônios de dopamina (Suaud-Chagny e outros, 1992; Sombers e outros, 2009). Notavelmente, ratos adolescentes exibiram variabilidade na frequência basal de transientes de dopamina, variando de locais com poucos ou nenhum transito espontâneo para locais com vários por minuto. Este achado é similar aos sites de gravação “quentes” e “frios” relatados em adultos (Robinson e outros, 2009; Robinson e Wightman, 2007; Wightman e outros, 2007) e pode refletir a variabilidade nas taxas de explosão dos neurônios dopaminérgicos (Hyland et al., 2002). Consistente com as taxas de disparo de desenvolvimento, os estudos de microdiálise relataram aumento dos níveis de dopamina na adolescência tardia (45 dias de idade) em comparação com a adolescência precoce ou a idade adulta (Badanich et al., 2006; Philpot e outros, 2009). Assim, embora nossos achados forneçam a primeira avaliação das taxas basais de transientes de dopamina entre ratos adolescentes e adultos, mais períodos de tempo são necessários durante este período dinâmico de desenvolvimento, uma vez que os transientes de dopamina podem ser mais proeminentes durante a adolescência média.

Consistente com o nosso relatório anterior (Robinson e Wightman, 2004), descobrimos que a freqüência de transientes de dopamina aumentou na apresentação inesperada de estímulos em ratos adultos machos, muitas vezes bloqueados pela apresentação inicial do estímulo. No primeiro estudo, apresentamos odores e estímulos auditivos semelhantes aos aqui utilizados; Em ambos os estudos, esses estímulos aumentaram a freqüência de transientes de dopamina no NAc acima das taxas basais, o que foi interpretado como um sinal neuroquímico de saliência potencial dos estímulos para o animal. No entanto, o aumento na frequência transitória da dopamina em resposta à apresentação inesperada de estímulos observada em adultos não estava presente de forma confiável no núcleo NAc de ratos adolescentes precoces, e os adolescentes apresentaram menos resposta comportamental aos estímulos do que os adultos. Embora a ativação fásica dos neurônios dopaminérgicos não esteja correlacionada com os movimentos motores específicos, os tipos de estímulos que tendem a promover disparos contínuos e transientes de dopamina freqüentemente induzem a ativação comportamental (Nishino et al., 1987; Romo e Schultz, 1990; Robinson e outros, 2002). Assim, os presentes achados indicam uma diferença de desenvolvimento na resposta dopaminérgica e comportamental a este tipo de apresentação de novo estímulo, que pode ser tanto devido à falta de saliência desses estímulos para os ratos adolescentes. É importante ressaltar que a resposta comportamental reduzida aos estímulos não foi simplesmente uma redução na capacidade de se mover (talvez devido à corda ou ao headstage voltamétrico), já que os ratos adolescentes exibiram tanto comportamentos de locomoção quanto socialmente dirigidos durante a interação social. Além disso, não houve associação entre a resposta comportamental e a freqüência de transientes de dopamina a estímulos quando analisados em ratos individuais dentro de cada faixa etária. A relativa insensibilidade a novos estímulos inesperados encontrados no presente estudo contrasta com achados anteriores de que ratos adolescentes freqüentemente exibem níveis mais altos de exploração de novos ambientes e objetos novos do que adultos (por exemplo, Douglas et al., 2003; Stansfield e Kirstein, 2006; Philpot e Wecker, 2008), com a exploração de novos objetos relatada para o pico em ratos em meados da adolescência (35 - 36 dias de idade, Spear e outros, 1980). Estudos adicionais seriam necessários para determinar as diferenças ontogenéticas entre a ativação comportamental e eventos concomitantes de liberação de dopamina induzida pelas apresentações de estímulo breves usadas aqui versus respostas a ambientes novos e objetos novos e estáticos colocados em ambientes familiares como usado nos estudos anteriores.

Tanto a frequência como a amplitude dos transientes de dopamina no núcleo NAc aumentaram de forma confiável durante a interação breve com outro rato em ambos os grupos adolescentes e adultos. Consistente com o nosso relatório anterior (Robinson e outros, 2002), a resposta dopaminérgica habituou-se em ratos adultos na segunda apresentação do rato coespecífico. Em contraste, a frequência aumentada de transientes de dopamina persistiu em ratos adolescentes. Essa falta de habituação pode refletir o aumento da recompensa associada à interação social exibida em ratos adolescentes versus adultos (por exemplo, Douglas et al, 2004). De fato, a atividade social tem mostrado um pico no início da adolescência em comparação com a adolescência e a idade adulta, um efeito que é ampliado quando os ratos são alojados isoladamente nos dias anteriores ao teste (Varlinskaya & Spear, 2008), como foi feito no presente estudo. Curiosamente, os dois grupos etários diferiram na quantidade total de atividade social versus locomoção geral. Embora relatos anteriores indiquem que ratos adolescentes alojados em isolamentos exibem mais comportamento social e locomoção do que adultos durante estudos de interação social discretos, com esses efeitos sendo particularmente pronunciados entre os adolescentes precoces (Varlinskaya & Spear, 2008), descobrimos que a locomoção foi mais alta e o comportamento de orientação social foi menor nos adolescentes iniciais que testamos quando comparados com os seus homólogos adultos. Isso pode ser devido ao tamanho do aparelho: em 21 × 21 cm, os ratos adultos maiores tinham maior probabilidade de estar próximos ao parceiro coespecífico do que os ratos adolescentes menores, tornando o contato social quase inevitável para esses animais adultos. Além disso, ter apenas o rato de teste amarrado pode ter afetado seu repertório comportamental durante a interação social. Finalmente, o curto período de tempo de interação (60 s) usado aqui captura apenas interações iniciais que podem produzir diferentes padrões de comportamento social relacionados à idade quando comparados aos períodos de interação mais longos (270-600 s) tipicamente usados em termos de interações sociais de roedores (por exemplo, Varlinskaya & Spear, 2008; Glenn e outros, 2003).

A interação social pode induzir o ruído elétrico associado ao movimento, pois o conjunto do headstage toca a parede da câmara ou o outro rato, o que pode levar à subestimação da freqüência transitória da dopamina durante a interação social. É importante ressaltar que os níveis de sinal para ruído não diferiram entre as faixas etárias ou entre o primeiro e segundo períodos de interação, indicando que o aumento persistente na freqüência transitória da dopamina observada em ratos adolescentes durante o segundo período de interação não foi um artefato relacionado ao ruído. Da mesma forma, o comportamento investigativo e locomotor foi essencialmente o mesmo durante ambas as interações dentro de cada faixa etária, portanto diferenças comportamentais também não explicam a diferença na habituação da resposta dopaminérgica entre ratos adolescentes e adultos. De fato, em nosso estudo anterior (Robinson e outros, 2002), observou-se que os ratos adultos exibiram comportamentos socialmente mais intensos durante uma segunda interação com um rato parceiro, apesar de emitirem menos transientes de dopamina, sugerindo que os transientes de dopamina não são necessários para promover comportamentos dirigidos pelos parceiros. Se os transientes de dopamina são interpretados como sinais de previsão de recompensa (Schultz e Dickinson, 2000; Schultz, 2007; Roesch e outros, 2010), a habituação de eventos de liberação de dopamina em adultos para repetidas apresentações de parceiros pode refletir uma diminuição na recompensa ou maior previsibilidade da segunda apresentação, e a persistência da liberação de dopamina nos ratos adolescentes pode refletir recompensa aumentada ou surpresa para interação repetida com um parceiro .

O sistema de dopamina mesolímbica está envolvido em comportamentos apetitivos e recompensa aquisição (para revisões, ver Depue e Iacono, 1989; Panksepp, 1998; Depue e Collins, 1999; Ikemoto e Panksepp, 1999; Schultz e Dickinson, 2000; Schultz, 2007). Como vários aspectos dessa via da dopamina sofrem mudanças dinâmicas durante a adolescência, não é de surpreender que respostas comportamentais e neuroquímicas a recompensas e novos estímulos que possam muito bem predizer recompensas também sejam dinâmicas (para revisões, ver Chambers et al., 2003; Ernst et al., 2009; Wahlstrom et al., 2010b; Wahlstrom et al., 2010a). Nosso achado de que a resposta dopaminérgica à interação social não se habituou em ratos adolescentes precoces é consistente com muitos estudos que documentaram maior sensibilidade às recompensas durante a adolescência, incluindo recompensa social e medicamentosa (para revisão e referências, ver Doremus-Fitzwater e outros, 2010; Lança e Varlinskaya, 2010). Novos estímulos também são relevantes e podem desencadear a liberação de dopamina e a facilitação comportamental, pois poderiam prever recompensa ou ameaça; no entanto, não observamos aumento da liberação de dopamina para breve apresentação de novos estímulos em ratos adolescentes precoces. Assim, o presente estudo pode ter amostrado a liberação de dopamina em um momento em desenvolvimento (início da adolescência), durante o qual a sensibilidade da recompensa social é ótima, mas a resposta à novidade não é. Essa interpretação leva a vários caminhos de novas pesquisas, incluindo o exame da liberação de dopamina para estímulos novos e sociais em mais momentos da adolescência. Também planejamos investigar a liberação de dopamina durante o aprendizado explícito da sugestão-recompensa (por exemplo, condicionamento pavloviano) para determinar se os tipos de apresentações de estímulos usados aqui, como luz ou odor, podem evocar uma resposta dopaminérgica em ratos adolescentes quando eles predizem recompensa (Day et al., 2007; Roesch e outros, 2007).

Em resumo, eventos rápidos de liberação de dopamina, ou transientes de dopamina, são diferencialmente expressos no início da adolescência versus idade adulta. Enquanto as taxas e concentrações de transientes foram semelhantes no início do estudo, observamos menor ativação da liberação de dopamina por estímulos não-sociais inesperados e ativação mais persistente por estímulos sociais em ratos adolescentes em comparação aos adultos. Essas diferenças nos eventos de liberação de dopamina provavelmente contribuem para diferenças de desenvolvimento na sensibilidade a estímulos e recompensas, particularmente recompensa social. Será valioso construir sobre esses achados, avaliando mais pontos no tempo durante a adolescência, bem como monitorando a liberação de dopamina durante a aprendizagem explícita associada à recompensa.

Agradecimentos

Agradecimentos ao Dr. Thomas Guillot III pela assistência com coordenadas neuroanatômicas, a Rachel Hay e Sebastian Cerdena por pontuação comportamental, a Vahid Sanii pela calibração de eletrodos e a Chris Wiesen, do Instituto UNC Odum de Pesquisa em Ciências Sociais, pela especialidade estatística. Este trabalho foi financiado pelo NIH (R01DA019071 para LPS) e pelo Bowles Center for Alcohol Studies da University of North Carolina.

Abreviaturas

[DA]_max: concentração máxima de dopamina
NAc: nucleus accumbens

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