Proc Natl Acad Sci EUA A. 2010 de fevereiro 2; 107(5): 2265-2270.
Sumário
Embora exista uma extensa quantidade conhecida sobre as funções sensoriais e motoras específicas do cérebro dos vertebrados, menos se entende sobre a regulação dos estados cerebrais globais. Propusemos recentemente que uma função denominada excitação generalizada (Ag) serve como a força motriz mais elementar do sistema nervoso, responsável pela ativação inicial de todas as respostas comportamentais. Um animal com aumento da excitação generalizada do SNC é caracterizado por maior atividade motora, maior responsividade aos estímulos sensoriais e maior labilidade emocional. Implícita nessa teoria, a previsão de que o aumento da excitação generalizada aumentaria os comportamentos específicos motivados que dependem da excitação. Aqui, abordamos a ideia diretamente testando duas linhagens de camundongos criados para altos ou baixos níveis de excitação generalizada e avaliando suas respostas em testes de formas específicas de excitação comportamental, sexo e ansiedade / exploração. Nós relatamos que os animais selecionados para a excitação generalizada diferencial exibem aumentos marcantes na reatividade sensorial, motora e emocional em nosso ensaio de excitação. Além disso, camundongos machos selecionados para altos níveis de excitação generalizada foram excitáveis e mostraram mais montes incompletos antes da primeira intromissão (IN), mas tendo conseguido que IN, eles exibiram muito menos IN antes de ejacular, bem como ejacular muito mais cedo após o primeiro IN , indicando assim um alto nível de excitação sexual. Além disso, animais de alta excitação de ambos os sexos exibiram maiores níveis de comportamentos semelhantes à ansiedade e comportamento exploratório reduzido nas tarefas labirinto em cruz elevado e caixa clara-escura. Em conjunto, esses dados ilustram o impacto do Ag nos comportamentos motivados.
Um dos desafios básicos enfrentados por todos os animais vertebrados é a necessidade de ativar um grande número de respostas comportamentais a um grande número de condições ambientais, algumas das quais são ameaçadoras. Propusemos recentemente (
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Destrua o controle da interface do usuário1que existe uma função nos sistemas nervosos dos vertebrados que inicia a ativação comportamental de um grande número de respostas para enfrentar esse desafio básico, uma função que chamamos de excitação generalizada. Os neurônios que servem mecanismos de excitação generalizados receberiam estímulos sensoriais tanto do ambiente externo quanto do meio interno e seriam capazes de ativar rapidamente os estados de excitação que potencializam respostas comportamentais mais específicas e motivadas. Um aumento na atividade desse sistema elevaria a excitação generalizada, produzindo um animal com mais atividade motora, maior responsividade sensorial e maior labilidade emocional. O objetivo do trabalho relatado aqui foi adicionar à evidência de que existe uma função de excitação generalizada (iniciando a criação de linhagens altas e baixas de camundongos) e testar o impacto de estados de excitação generalizada alta ou baixa em comportamentos específicos motivados: comportamento sexual masculino e ansiedade / exploração.
Até agora, a existência de excitação generalizada como um estado de SNC mensurável e fisiologicamente relevante foi inferida a partir de três abordagens separadas, a terceira das quais é relatada aqui.
Primeiro, usamos análises de componentes principais para extrair o maior fator único subjacente à excitação comportamental
Um dos desafios básicos enfrentados por todos os animais vertebrados é a necessidade de ativar um grande número de respostas comportamentais a um grande número de condições ambientais, algumas das quais são ameaçadoras. Propusemos recentemente (1que existe uma função nos sistemas nervosos dos vertebrados que inicia a ativação comportamental de um grande número de respostas para enfrentar esse desafio básico, uma função que chamamos de excitação generalizada. Os neurônios que servem mecanismos de excitação generalizados receberiam estímulos sensoriais tanto do ambiente externo quanto do meio interno e seriam capazes de ativar rapidamente os estados de excitação que potencializam respostas comportamentais mais específicas e motivadas. Um aumento na atividade desse sistema elevaria a excitação generalizada, produzindo um animal com mais atividade motora, maior responsividade sensorial e maior labilidade emocional. O objetivo do trabalho relatado aqui foi adicionar à evidência de que existe uma função de excitação generalizada (iniciando a criação de linhagens altas e baixas de camundongos) e testar o impacto de estados de excitação generalizada alta ou baixa em comportamentos específicos motivados: comportamento sexual masculino e ansiedade / exploração.
Até agora, a existência de excitação generalizada como um estado de SNC mensurável e fisiologicamente relevante foi inferida a partir de três abordagens separadas, a terceira das quais é relatada aqui.
Primeiro, usamos análises de componentes principais para extrair o maior fator único subjacente à excitação comportamental (2). Para determinar a contribuição relativa dessa força mais elementar para o despertar do SNC nas triagens comportamentais do rato, realizamos uma meta-análise de cinco experimentos comportamentais com camundongos (3). A porcentagem dos dados de excitação comportamental contabilizados, por uma solução forçada de um fator, variou entre os cinco experimentos, de 29% a 45%. Assim, podemos dizer que a excitação generalizada do SNC existe e foi responsável por cerca de um terço dos dados nesses experimentos.
Em segundo lugar, há uma riqueza de dados químicos e anatômicos e fisiológicos sobre os mecanismos imediatos subjacentes à excitação do SNC. Em termos neuroanatômicos, as vias ascendente e descendente são bem conhecidas. A regulao neuronal dos estados de excitao controlada por uma rede neuronal bidireccional distribuida bilateral, com interconexes entre o tronco cerebral inferior e o prosencalo (revisto nas refs. 1, 4). Fisiologicamente, os sistemas de excitação do tronco cerebral evoluíram para manter atividade espontânea (não necessariamente relacionada à tarefa) em uma rede padrão no córtex (5 -7). A transição brusca (8) da vigília tranquila ao comportamento exploratório ativo é marcado pela diminuição da sincronia das oscilações de baixa freqüência (9) devido à redução das correlações entre os potenciais de membrana nos neurônios corticais cerebrais (10). As transições do sono para a vigília são provavelmente facilitadas pelo aumento da atividade elétrica nas porções medulares do sistema de ativação reticular ascendente e nos grupos de rafe medular (por exemplo,11 -13). A neuroquímica da excitação generalizada também está sendo elaborada. As fibras de grupos celulares neuroquimicamente distintos no tronco cerebral, por exemplo, as vias monoaminérgicas, afetam os neurônios nos alvos talâmicos, hipotalâmicos e outros do prosencéfalo. No hipotálamo, essas entradas impulsionam a atividade de neurônios que produzem substâncias neuroquímicas relacionadas à excitação, como a hipocretina e a histamina. É importante ressaltar que essas conexões também são bidirecionais, já que os neurônios da histamina e da hipocretina no hipotálamo se projetam de volta para as regiões de excitação do tronco encefálico e fazem parte de uma rede que regula a excitação e o sono (14). Por exemplo, um “interruptor” para o controle da excitação global do cérebro tem sido descrito onde os neurônios ativadores do sono GABAérgicos na área pré-óptica ventrolateral (vlPO) promovem o sono inibindo diretamente os sistemas monoamínicos da excitação ascendente (norepinefrina, serotonina, histamina, etc. .) e também inibindo os neurónios da hipocretina no hipotálamo lateral (LHA) que normalmente excitam as vias das monoaminas e do prosencéfalo (15). A via é recíproca porque os insumos serotoninérgicos, noradrenérgicos e histaminérgicos da atividade vlPO inibem a atividade durante a vigília (16). A atividade do vlPO inibe a atividade de excitação ascendente e também remove a inibição tônica em sua própria atividade (4). Similarmente, os grupos de células monoaminérgicas inibem a atividade do vlPO e, ao fazê-lo, desinibem sua própria atividade. Desta forma, a atividade hipotalâmica pode regular e bloquear a atividade de entradas monoaminérgicas ascendentes no prosencéfalo. Finalmente, do ponto de vista genômico, provavelmente há mais de 100 genes envolvidos na ativação generalizada do SNC, incluindo, mas não limitado a, genes que codificam enzimas sintéticas para transmissores relacionados ao despertar, neuropeptídeos e seus receptores, por exemplo, o sistema hipocretina (17). Assim, os mecanismos para uma função de excitação generalizada estão sendo documentados nos níveis neuroanatômico, neurofisiológico e neuroquímico.
Esses sistemas ascendentes e descendentes distribuídos estão envolvidos na regulação global da excitação do CNS, mas também em uma variedade de efeitos específicos nos estados comportamentais, como ansiedade, medo, fome, sede e desejo sexual, fornecendo um substrato no qual mudanças globais no cérebro a excitabilidade pode se traduzir em alterações em comportamentos específicos (18 -20).
Aqui relatamos uma terceira linha de apoio para a existência de excitação generalizada: dados de um projeto de reprodução seletiva em grande escala que foi realizado para produzir linhas de camundongos selecionados para alta ou baixa excitação generalizada. Para esse fim, desenvolvemos um ensaio quantitativo e automatizado de excitação generalizada e usamos esse ensaio para selecionar camundongos altamente isogênicos baseados em um índice geral de comportamento de excitação. Como mencionado, um componente chave da teoria da excitação generalizada é que as alterações na excitação generalizada devem ser capazes de modular a força de comportamentos motivados específicos. Assim, investigamos a relação entre níveis de excitação generalizada e comportamentos sexuais masculinos, comportamentos dependentes de hormônios que anteriormente mostraram ser afetados por alguns dos mesmos neuroquímicos envolvidos na excitação do SNC (por exemplo, histamina e hipocretina) (21, 22). Também usamos dois testes de “ansiedade”, o labirinto em cruz elevado e o teste de transição claro / escuro, assumindo que o aumento da ansiedade se traduziria em diminuições na exploração. Os resultados mostraram que os animais criados para níveis elevados versus baixos de excitação generalizada exibem diferenças marcantes nos testes de manifestações específicas de excitação: comportamento sexual e ansiedade / comportamento exploratório.
Consistentes
Nós desenvolvemos um ensaio comportamental da estimulação generalizada do SNC que leva em conta as três facetas propostas de comportamento de excitação, atividade motora, responsividade sensorial e emocionalidade (3). Camundongos geneticamente heterogêneos foram testados neste ensaio ( Texto SI ) para detalhes específicos de reprodução) e ordens de classificação foram estabelecidas para alta e baixa excitação em cada uma das três subescalas de excitação generalizada. Os ratos que exibiram as maiores (e mais baixas) pontuações somadas nas três subescalas de cada geração foram então usados como fundadores da próxima geração. Camundongos machos e fêmeas derivados de pais “altos” são referidos como HM e HF, respectivamente, enquanto os descendentes de pais “baixos” são LM e LF. Em todos os casos, também separamos os camundongos com base nos comportamentos individuais nos testes de excitação para comparar os efeitos da excitação dos pais versus a estimulação da prole no desempenho comportamental. Fig. S1 exibe as pontuações de excitação para a geração de camundongos 5 (G5) que serviram como estoque do qual os camundongos experimentais (G6) neste manuscrito foram derivados.
A excitação generalizada medida pelo nosso ensaio foi mais alta nos ratos da linha alta. Tanto os camundongos femininos quanto os de alta generalização exibiram mais atividade de gaiola doméstica (FIG. 1 DE ANÚNCIOS ), em grande parte devido à maior atividade durante a parte inicial da fase escura. Além disso, fêmeas e animais de alta excitação de ambos os sexos exibiram um comportamento mais temeroso em um paradigma de condicionamento contextual (FIG. 1E ). Finalmente, a reatividade comportamental para a administração de um odorante neutro foi maior entre os animais Altos em comparação com aqueles selecionados para baixa excitação (FIG. 1F ); embora nenhuma diferença de sexo fosse aparente. Estes dados indicam que, mesmo dentro das gerações 6, linhas divergentes de camundongos exibindo padrões diferenciais de excitação generalizada podem começar a ser geradas.
O melhoramento seletivo altera o comportamento no ensaio de excitação generalizada. Todos os dados são apresentados como média (± SEM). (A) Distância total da actividade locomotora da gaiola em casa nos contentores 1-h e média de 4 dias consecutivos. Distância total percorrida durante oB) período de luz, (C) 4 h do período escuro, e (D) no final do período escuro. (EMudança na distância total percorrida desde a aclimatação até o pós-tom na fase de recuperação do paradigma do condicionamento ao medo. Quebras de viga (medidas por F) actividade vertical, (G) actividade horizontal e (H) distância total em resposta à apresentação de um odorante (ar passado através de 100% benzaldeído). * Significativamente diferente entre alto e baixo. As diferenças são consideradas estatisticamente significativas se P <0.05. HF, n = 29, LF, n = 21, HM, n = 27, LM, n = 18.
Em seguida, procuramos determinar se as diferenças geneticamente codificadas na excitação generalizada se traduziriam em alterações em tipos específicos de comportamentos motivados dependentes da excitação. Para isso, pegamos os ratos do G6 e os dividimos de duas maneiras diferentes por (i) excitação dos pais - se seus pais estavam nas linhas altas ou baixas - eii) excitação da prole - se o animal em questão (G6) estava no topo ou na base da distribuição de excitação. Primeiro, camundongos machos foram expostos a um coespecífico sexualmente ingênuo (da cepa Het8) em dias consecutivos até se acasalarem. Os machos da linhagem alta e os descendentes que exibiram altos níveis de excitação generalizada exibiram um padrão específico de comportamento sexual associado a um nível mais alto de excitabilidade e excitação sexual (FIG. 2). Machos de alta excitação exibiram mais montarias antes da intromissão (FIG. 2 A e E ) e menos intromissões antes de ejacular (FIG. 2 B e F ) e ejacularam mais rapidamente após a primeira intromissão (FIG. 2 C e G ). Além disso, a porcentagem de tentativas de montaria que foi bem-sucedida em levar à intromissão foi significativamente menor entre os machos da linha de alto estímulo (FIG. 2 D e H ). O padrão de comportamento sexual indica que os machos de alta excitação eram excitáveis de maneira inapropriada, como indicado pela intromissão muito baixa: proporção total de montaria. Importante, a estrutura temporal da luta de acasalamento foi semelhante entre as linhas, pois não houve diferenças na latência para montar, intrometer ou ejacular entre as linhas genéticas e entre os grupos de alto e baixo despertar da prole (FIG. 3 A – F ).
A alta excitação generalizada está associada à alta excitação sexual. Todos os dados são apresentados como média (± SEM). Número total de montagens antes da primeira intromissão dividido por (A) excitação parental, (E) excitação da prole e (I) em ambas as condições. O número de intromissões antes da primeira montagem para (B) excitação dos pais e (F) excitação da prole. Latência para ejacular após a primeira intromissão em animais divididos em (C) excitação dos pais e (G) e excitação e intromissão da prole: proporção de montagem (número de intromissões bem-sucedidas / número total de montagens + intromissões) dividido por (D) excitação dos pais e (H) excitação da prole. As diferenças são consideradas estatisticamente significativas se P <0.05. HM, n = 6, LM, n = 6.
O comportamento sexual em camundongos de alta estimulação generalizada retém a estrutura temporal. Todos os dados são apresentados como média (± SEM). Latência para montarA, D e G), latência para intromit (B, E e H) e latência para ejacular (C, F e I) não diferem entre as linhas ou com base na excitação da prole. As diferenças são consideradas estatisticamente significativas se P <0.05. HM, n = 6, LM, n = 6.
Em seguida, fizemos a pergunta: os aumentos na excitação do SNC se traduzem em aumentos nos comportamentos de tipo ansiedade / exploratórios? Camundongos altos e baixos de ambos os sexos foram testados nas tarefas de labirinto em cruz elevado e transição claro-escuro. Curiosamente, as diferenças foram significativas de acordo com o nível de excitação dos pais, mas não foram sistematicamente diferentes entre os animais que diferiram na própria excitação. No labirinto em cruz elevado, os camundongos da linha alta exibiram um aumento geral nos comportamentos semelhantes à ansiedade (uma diminuição na exploração), conforme indicado pelo menor tempo gasto nos braços abertos (FIG. 4A ), uma latência mais longa para entrar primeiro num braço aberto (FIG. 4B ), e uma diminuição geral no comportamento exploratório, como indicado pelo total de entradas no braço (FIG. 4D ). Em todos os casos, as fêmeas, independentemente do tipo de reprodução, também passaram menos tempo no braço aberto e exibiram uma latência mais longa para entrar primeiro em um braço aberto. Não houve uma relação consistente entre os escores de excitação da prole e o comportamento no labirinto em cruz elevado (Figs. 4 EH ). No teste claro-escuro, os ratos da linha alta não diferiram no tempo gasto na luz (FIG. 5A ), mas entrou no lado escuro da caixa após um longo intervalo (FIG. 5B ) e tiveram significativamente menos transições entre os dois lados da caixa (FIG. 5C ). Novamente, apenas a excitação dos pais e não a excitação da prole eram preditivos de comportamento na tarefa luz-escuridão (FIG. 5 D – F ). No geral, os animais da linha alta exibiram um comportamento mais ansioso e uma redução na exploração global.
A seleção para alta excitação generalizada induz comportamento semelhante à ansiedade. Todos os dados são apresentados como média (± SEM). Camundongos do alto tempo de linhas Ag gasto em ambos os abertos (A) e braços fechados (B) e exibiu maior latência para entrar em um braço aberto (C) e exibiu menos entradas totais no braço (D). Não houve relação entre os escores individuais no ensaio de excitação (E-H). As diferenças são consideradas estatisticamente significativas se P <0.05. HF, n = 22, LF, n = 22, HM, n = 24, LM, n = 15.
A seleção para alta excitação generalizada altera o comportamento de transição claro-escuro. As linhas não diferiram no tempo total gasto na luz (ou escuro) (A), mas os animais de alta Ag exibiram uma maior latência para entrar no lado escuro da câmara (B) e menos transições luz-escuridão globais (C). Não houve relação entre os escores individuais na excitação do ensaio de excitação (D-F). HF n = 22, LF, n = 22, HM, n = 24, LM, n = 15.
Finalmente, para extrair informações sobre a característica mais proeminente dos dados coletados de nosso ensaio de excitação generalizada, usamos um método matemático chamado análise de componentes principais. Este método é usado aqui para analisar as contribuições relativas das medidas motoras, sensoriais e emocionais (medo), uma vez que elas influenciam a dimensão maior e mais elementar da excitação. Ou seja, a força elementar mais generalizada que opera em nosso teste de excitação é revelada por uma solução forçada de um componente do nosso conjunto de dados (2). As comparações mais interessantes para sair da análise de componentes principais são ilustradas FIG. 6. Ele demonstra as contribuições separadas de Atividade Motora, Responsabilidade Olfativa e Medo para o Componente Principal # 1, o componente que quantifica o comportamento gerador de força mais generalizado e poderoso nesses testes de excitação. Em FIG. 6, quando uma medida tem um sinal (-), isso significa que ela foi, de fato, agrupada com as forças no Componente Principal # 1, mas na direção inversa (baixo os valores desse comportamento estão fortemente associados à contribuição do Componente Principal # 1 para a produção de comportamentos relacionados à excitação). O componente principal #1 reflete um alto grau de atividade motora. Nossa análise levanta a questão de saber se as estruturas das funções de excitação são as mesmas em homens e mulheres.
A estrutura matemática da excitação generalizada é diferente entre homens e mulheres selecionados para níveis divergentes de excitação generalizada. Contribuições diferenciais das medições motoras, sensoriais (olfativas) e emocionais (medo) para o comportamento de condução de força mais generalizado no ensaio de excitação, a saber, o Componente Principal 1. Os padrões dessas contribuições diferiram entre HM e LM, entre HF e LF, entre HM e HF e entre LM e LF. Por exemplo, os LMs eram baixos porque as medições do motor não conduziam seu componente principal 1. Além disso, HM teve uma contribuição positiva e alta de medo para o Componente Principal 1 (HF não o fez), mas HM não teve a forte contribuição da capacidade de resposta olfativa de HF. Controles usando esses mesmos grandes conjuntos de dados embaralhados e controles usando números aleatórios falharam em produzir padrões similares e reduziram acentuadamente a porcentagem dos dados explicados pelo Componente Principal 1.
FIG. 6 mostra que as principais diferenças entre HM e LM vêm da grande contribuição da atividade motora de HM para o Componente Principal #1, bem como uma diferença na contribuição do medo. De fato, é a falha da atividade motora causada pelo Componente Principal #1 que torna esses machos LM em vez de HM. HM têm altas taxas de movimentação e são nervosos. Fêmeas são diferentes. A principal diferença entre HF e LF vem da forte reatividade do HF ao input olfativo. Com relação às diferenças entre os sexos, entre HM e HF existem grandes diferenças nas contribuições da responsividade olfativa ao Componente Principal # 1, bem como ao medo. Nós especulamos que uma fêmea HF pronta para acasalar, tendo passado muito tempo em sua toca, sairá de sua toca logo antes da ovulação. Ela deve carecer de medo e se locomover extensivamente, espalhando o odor das secreções vaginais, uma forma de comportamento de corte que encoraja os machos a acasalar, assim como ela está ovulando. Por sua vez, sua poderosa resposta olfativa a ajudará a escolher homens vigorosos e saudáveis como pais potenciais de sua ninhada (23, 24). Entre LM e LF, a principal diferença deve-se ao fato de que o LF teve uma grande contribuição do motor para o Componente Principal #1, assim como uma menor diferença entre LM e LF no medo. A partir desta aplicação da análise de componentes principais, inferimos que a estrutura do componente de excitação primária não é a mesma nos machos como nas fêmeas.
Discussão
Esses dados fornecem evidências de que a excitação generalizada que altera geneticamente tem uma influência profunda nos comportamentos sexuais e de exploração / ansiedade. O comportamento sexual masculino neste estudo foi caracterizado por animais HM serem mais excitáveis, apresentando movimentos mais rápidos, exibindo muitos prematuros e mal sucedidos antes de sua primeira inserção peniana bem sucedida, e depois ejaculando rapidamente após um número mínimo de intromissões adicionais. Assim, a proporção de intromissões para montagens de preintromissão excitada foi significativamente menor em HM em comparação com animais LM. Curiosamente, estes resultados apareceram se os animais foram classificados por seus pais ou por seus próprios escores de excitação. Além disso, a seleção para altos níveis de excitação generalizada resultou em redução do comportamento exploratório nas tarefas claro-escuro e labirinto em cruz elevado. Este resultado, surpreendentemente, foi uma função dos escores de excitação dos pais e foi independente dos escores de excitação generalizada nos próprios animais testados.
Se a excitação generalizada tem implicações para subtipos específicos de excitação, então é lógico que deve haver ligações fisiológicas entre os dois conceitos. No trabalho atual, nos concentramos em dois estados específicos de excitação: sexo e medo. Nós também delineamos recentemente um padrão de aumento na excitação generalizada feminina e na excitação sexual após a administração de estrogênio (3, 25). Isso ocorre direta e indiretamente, através da indução de substâncias neuroquímicas específicas e relacionadas à excitação generalizada. De fato, vários sinais neuroquímicos que promovem a excitação generalizada por todo o SNC também promovem a excitação sexual nas estruturas límbicas (1, 26). Por exemplo, a histamina do neurotransmissor relacionada à excitação é uma potente substância química promotora de excitação que aumenta a atividade cortical e inibe os neurônios promotores do sono da área pré-óptica ventrolateral. Camundongos machos sem a enzima histidina descarboxilase exibiram comportamento de acasalamento reduzido e exposição pré-natal a anti-histamínicos permanentemente prejudicou o comportamento sexual masculino (27, 28). Além disso, a histamina no hipotálamo ventromedial facilita tanto a atividade elétrica quanto o comportamento de lordose em roedores fêmeas (21, 29). Similarmente, os peptídeos da hipocretina aumentam a excitação geral do SNC e as microinjeções da hipocretina na área pré-óptica medial aumentam o comportamento sexual masculino (22). O exemplo inverso também fornece evidências para o mesmo ponto, os anestésicos administrados antes das doses iniciais de estradiol previnem a expressão do comportamento de lordose e a indução de genes relacionados ao acasalamento (30, 31) enquanto a administração de anfetaminas facilita a indução estrogênica do acasalamento (32). Em conjunto, esses dados estabelecem uma ligação entre o comportamento sexual e a excitação generalizada e indicam possíveis mecanismos pelos quais a seleção genética para alta excitação generalizada poderia impactar estados de excitação específicos, como o sexo.
A seleção genética para altos níveis de excitação generalizada resultou em um comportamento exploratório reduzido nos ensaios light-dark e elevated plus maze. Uma redução no comportamento exploratório nessas tarefas poderia ser conceituada como indicativa de comportamento semelhante à ansiedade (33). Ou seja, altos níveis de excitação generalizada do SNC produziram maior atividade locomotora em casa, mas reduziram a atividade exploratória em um ambiente novo (caixa claro-escuro e labirinto em cruz elevado). Inferimos que o aumento da propulsão locomotora em animais de alta excitação é mais do que compensado por aumentos induzidos por excitação em estados semelhantes à ansiedade que serviriam para suprimir a exploração. É importante ressaltar que, embora o comportamento sexual tenha sido afetado tanto pela excitação dos pais quanto pelos filhos, o comportamento exploratório / ansioso apenas foi alterado pelo estado de excitação dos pais. Exatamente como esse efeito de tensão parental ocorreu ainda precisa ser determinado.
Uma ligação entre o conceito de excitação generalizada e estados comportamentais específicos também está implícita nos resultados com outros sistemas. Por exemplo, uma função circadiana que recebeu um escrutínio intenso é a regulação do sono. Atualmente, mais de 15% dos adultos nos Estados Unidos apresentam algum tipo de distúrbio do sono. Embora as funções biológicas do sono permaneçam controversas, os locais e algumas das propriedades dos neurônios desligados durante o sono foram mapeadas (34). Em última análise, a regulação de transições bruscas entre o sono e a vigília pode depender de ciclos de retroalimentação negativa entre os neurônios no hipotálamo e no prosencéfalo basal (4). Problemas nos controles sobre os mecanismos de excitação se manifestam quando os problemas do sono são extremamente comuns (35), assim como os problemas de excitação relacionados à depressão (36) e stress (37). Além disso, Aston-Jones et al. (38) foram capazes de implicar a ativação de neurônios hipocretina relacionados à excitação no hipotálamo lateral em comportamentos de busca de recompensa. Para cada um desses estados comportamentais específicos - por exemplo, sono, estresse, humor e busca por recompensa - a excitação generalizada fornece a força neuronal mais elementar e primitiva para a ativação do comportamento, e seu impacto comportamental exato é moldado pela circunstância ambiental específica.
Interpretações Alternativas.
Nossas medidas de excitação são todas dependentes da atividade locomotora como a principal leitura. Portanto, pode-se argumentar que a seleção artificial para um gene que tenderia a aumentar o nível geral de atividade locomotora seria interpretada (ou mal interpretada) como um aumento na excitação do SNC. No entanto, os detalhes específicos do nosso ensaio de excitação não suportam uma explicação tão simplista. De fato, para os componentes sensoriais e de medo do ensaio, subtraímos a atividade de fundo das respostas pós-estimulação para determinar a reatividade comportamental. Como uma questão adicional de interpretação, deve-se salientar que os estados diferenciais do sono são um potencial confundimento aleatório para o componente sensorial do ensaio. No entanto, esse confuso é minimizado pela apresentação dos estímulos rotacionais (vestibulares) que provavelmente despertarão os animais antes da estimulação olfativa, que é o subteste específico sobre o qual a seleção foi baseada. Em qualquer caso, em novos contextos, como o labirinto em cruz elevado e a caixa claro-escuro, a seleção para maior excitação generalizada produz menos comportamento exploratório geral em comparação com camundongos selecionados para baixo. Em vez de simplesmente selecionar uma atividade locomotora maior, os camundongos High parecem estar exibindo uma maior excitação generalizada do SNC em conjunto com aumentos nos comportamentos relacionados ao medo e às pulsões sexuais.
Uma explicação alternativa adicional é que nós produzimos diferenças em um único gene envolvido na regulação da neurotransmissão relacionada à excitação. Como os sistemas neuroquimicos de excitao so regulados e sobrepostos reciprocamente, a alterao de um gene para um destes sistemas poderia induzir aumentos na excitao e comportamento generalizado do SNC. Além disso, reconhecemos que apresentamos resultados apenas da geração mais recente; consequentemente, a que apresentou maior separação quantitativa entre as linhagens de alto despertar e baixa excitação. Dados de gerações adicionais estarão disponíveis no próximo ano. Essas linhas podem ser úteis para investigar os mecanismos anatômicos e genéticos que as pressões ambientais exerceram para ajustar a excitação generalizada ao longo dos estágios de desenvolvimento entre os sexos e ao longo do período de tempo claro / escuro 24 h. Futuramente, os estudos abordarão as diferenças neuroquímicas, anatômicas e genômicas entre as linhas Alta e Baixa.
Em resumo, camundongos geneticamente selecionados para altos níveis de excitação generalizada estão produzindo um fenótipo claro caracterizado por maior atividade de gaiola de origem, responsividade sensorial e labilidade emocional. Curiosamente, um fenótipo de alta excitação está associado a excitação sexual exagerada e reduções no comportamento exploratório, quando comparado com camundongos selecionados para baixos níveis de excitação. Juntos, esses dados fornecem suporte para um papel potencial para a excitação generalizada como um direcionador de comportamentos motivados específicos.
O Propósito
Métodos.
Todos os experimentos foram realizados de acordo com as Diretrizes do National Institutes of Health e seguiram os procedimentos aprovados pelo Comitê Institucional de Uso e Cuidados com Animais da Universidade Rockefeller.
A estirpe utilizada neste estudo foi derivada de uma unidade extensivamente exogâmica, Het-8, que resultou de um extenso entrecruzamento de mais de oito estirpes exogâmicas, seguido por mais de 60 gerações de endogamia estruturada (39). Os ratinhos foram alojados em grupos de quatro a cinco irmãos do mesmo sexo em condições normais de laboratório, com acesso ad libitum a alimentos e água da torneira filtrada. Todos os animais foram alojados em ciclos de luz / escuridão 12: 12 (luzes acesas no 0600).
Procedimento de procriação.
Os animais neste manuscrito representam nossa sexta geração de seleção para altos e baixos níveis de excitação generalizada. Em cada uma das gerações subsequentes, os ratinhos foram testados no ensaio de excitação generalizada e foi gerada uma pontuação geral de excitação (ver Texto SI para descrições dos testes comportamentais). Resumidamente, a distância total percorrida ao longo do dia 24 no ensaio em gaiola, a atividade horizontal do estímulo olfativo e a mudança relativizada na atividade vertical na sessão de treinamento de medo foram usadas como variáveis de seleção. Os animais foram ordenados por seus escores em cada uma dessas variáveis, os escores foram adicionados e os animais com as pontuações mais extremas (seis maiores e menores) foram selecionados como os fundadores da próxima geração. A criação está em andamento.
Material suplementar
Notas de rodapé
Os autores declaram não haver conflito de interesses.
Este artigo contém informações de suporte on-line em www.pnas.org/cgi/content/full/0914014107/DCSupplemental.