Dopamina invigorează recompensa căutând prin promovarea excitației provocată de excitație în nucleul accumbens (2014)

Introducere

Proiecția dopaminei din zona tegmentală ventrală (VTA) la NAc este o componentă esențială a circuitului neural care promovează comportamentul care caută recompensa (Nicola, 2007). Dacă funcția de dopamină NAc este redusă experimental, animalele sunt mai puțin susceptibile de a depune eforturi pentru a obține recompensă (Salamone și Correa, 2012) și de multe ori nu reușesc să răspundă la indicii recompensă-predictive (Di Ciano și colab., 2001; Yun și colab., 2004; Nicola, 2007, 2010; Saunders și Robinson, 2012). Aceste deficite se datorează deprecierii unei componente specifice a recompensei care urmărește: latența de inițiere a comportamentului de abordare este sporită, în timp ce viteza de abordare, capacitatea de a găsi obiectivul și de a efectua comportamentul operant necesar necesar pentru a câștiga recompensă și capacitatea de a recompensa nu sunt afectate (Nicola, 2010). Dopamina trebuie să promoveze abordarea prin influențarea activității neuronilor NAc, însă natura acestei influențe rămâne neclară. Proporțiile mari ale neuronilor NAc sunt excitate sau inhibate de indicii recompensă-predictive (Nicola și colab., 2004a; Roitman și colab., 2005; Ambroggi și colab., 2008, 2011; McGinty și colab., 2013), iar excitațiile încep înainte de apariția comportamentului apropiat de apropiere și prezic latența de inițiere a locomoției (McGinty și colab., 2013). Prin urmare, această activitate are caracteristicile necesare unui semnal dependent de dopamină care promovează abordarea cued, dar dacă este așa, nu este cunoscută.

Neuronii din două structuri care trimit glutamatergice aferente NAc, BLA și PFC medial dorsal (Brog și colab., 1993), sunt excitate de indicii recompensă-predictive (Schoenbaum și colab., 1998; Ambroggi și colab., 2008) și inactivarea reversibilă a oricăreia dintre aceste structuri (Ambroggi și colab., 2008; Ishikawa și colab., 2008) sau a VTA (Yun și colab., 2004) reduce magnitudinea excitațiilor provocate de tac în NAc. Aceste observații sugerează că excitațiile evocate de NAc sunt conduse de intrările glutamatergice, dar fără dopamina NAc, chiar și aceste intrări puternice de excitație sunt insuficiente pentru a determina creșterea focului provocată de tacut. Cu toate acestea, această concluzie este insuficientă. Multe neuroni NAc sunt inhibați de indicii (Nicola și colab., 2004a; Ambroggi și colab., 2011) și nu se cunoaște dacă excitațiile sau inhibițiile sunt mai importante pentru activarea comportamentului de abordare. În plus, inactivarea VTA ar putea reduce excitațiile de stimulare discriminativă (DS) prin câteva mecanisme independente de dopamină: codificare redusă în BLA și PFC, care primesc proiecții din VTASwanson, 1982); arderea redusă a neuronilor GABAergici VTA care se proiectează la NAc (Van Bockstaele și Pickel, 1995); sau eliberarea redusă a glutamatului din neuronii dopaminergici (Stuber și colab., 2010). În cele din urmă, deoarece inactivarea VTA reduce nu numai arderea evocată de NAc DS, ci și comportamentul de apropiere evocat de DS (Yun și colab., 2004), Excitația DS ar putea fi secundară mai degrabă decât o condiție necesară pentru mișcarea orientată spre țintă.

Pentru a testa în mod direct rolul dopaminei NAc în arderea provocată de tac, am creat o nouă sondă pentru a fi folosită la comportamentul rozătoarelor: o rețea de electrozi circular care înconjoară o canulă de injecție centrală, care permite înregistrarea simultană a activității de ardere a unității și perfuzarea antagoniștilor receptorilor de dopamină în spațiul extracelular din jurul neuronilor înregistrați (du Hoffmann și colab., 2011). Acest aranjament ne permite să stabilim legături între activarea receptorului dopaminic, arderea neuronală a NAc și comportamentul care caută recompensa: dacă blocarea receptorilor de dopamină NAc inhibă ambele semnale evocate de tac și inițierea abordării, aceasta ar furniza dovezi puternice că răspunsul neuronal depinde de dopamina endogenă și că acest semnal este necesar pentru comportamentul de apropiere.

Materiale și metode

Animale.

Cincisprezece șobolani masculi Long-Evan (275-300 g la sosire) au fost obținuți de la Charles River și adăpostiți individual. La o săptămână după sosirea lor, șobolanii au fost manipulați pentru câteva minute zilnic pentru 3 d pentru a le obișnui cu experimenterul. După obișnuire, șobolanii au fost plasați pe o dietă limitată de 13 g de băutură pe șobolan pe zi. Ad libitum au fost oferite alimente pentru 7 d după operație, după care animalele au fost plasate înapoi pe dieta restricționată. Procedurile la animale au fost în concordanță cu Ghidul Național pentru îngrijirea și utilizarea animalelor de laborator și au fost aprobate de Comitetul pentru îngrijirea și utilizarea instituțiilor animale din Colegiul de Medicină Albert Einstein.

Camere de operație.

Toate experimentele comportamentale și instruirea comportamentală au avut loc în camere de plexiglas (40 cm pătrat, 60 cm înălțime). Acestea erau situate în dulapurile metalice care serviseră ca niște cuști Faraday; dulapurile au fost căptușite cu spumă acustică, iar zgomotul alb a fost redat continuu printr-un difuzor dedicat, pentru a reduce la minimum audibilitatea zgomotului exterior din interiorul camerei. Camerele de operație au fost echipate cu un recipient de recompensă pe un perete cu pârghii retractabile pe fiecare parte a acestuia. Un fotobeam din partea frontală a recipientului a fost utilizat pentru a măsura timpul de intrare și de ieșire al recipientului. Rezoluția temporală a sistemului de control comportamental (Med Associates) a fost 1 ms.

Sarcina DS.

Animalele au fost instruite cu privire la sarcina DS urmând proceduri similare cu cele utilizate anterior (Nicola și colab., 2004a,b; Ambroggi și colab., 2008, 2011; Nicola, 2010; McGinty și colab., 2013). Au fost prezentate două indicii pe rând, fie un DS predictiv de recompensă, fie un stimul neutru (NS). Indiciile auditive au constat dintr-un ton de sirenă (care circula în frecvență de la 4 la 8 kHz peste 400 ms) și un ton intermitent (ton de 6 kHz activat pentru 40 ms, oprit pentru 50 ms); atribuirea unui anumit ton DS sau NS a fost randomizată la șobolani. Intervalele intertriale (ITI) au fost selectate la întâmplare dintr-o distribuție exponențială trunchiată cu o medie de 30 s și maxim 150 s. NS a fost întotdeauna prezentat timp de 10 secunde; apăsările de pârghie în timpul NS au fost înregistrate, dar nu au avut nici o consecință programată. Pârghiile „active” și „inactive” au fost alocate aleatoriu la pârghiile stânga și dreapta pentru fiecare șobolan la începutul antrenamentului și nu au variat ulterior. Un răspuns al pârghiei pe pârghia activă în timpul DS a terminat tacul, iar prima intrare ulterioară a recipientului a provocat livrarea de 10% recompensă de zaharoză într-un puț situat în recipient. Prezentările DS în timpul cărora animalul nu a răspuns au fost încheiate după 10 s. Răspunsurile din timpul ITI (între prezentările de indicii) și răspunsurile la pârghia inactivă au fost înregistrate, dar nu au dus la livrarea recompensei. Animalele au fost antrenate în sarcina DS până când au răspuns la> 80% din DS și <20% NS în sesiunile de antrenament de 2 ore.

Canalele de microelectrozi.

După antrenamentul inițial, șobolanilor i s-au implantat microarraile canulate constituite din opt electrozi de micronă de tungsten care înconjoară o canulă de ghidare a microinjecției centrale. Acestea au fost construite și montate în microdrive personalizate așa cum au fost descrise anterior (du Hoffmann și colab., 2011). O rotire completă în sensul acelor de ceasornic a șurubului de acționare a determinat deplasarea electrozilor și a canulei ca o unitate ventrală 300 μm (fără rotirea sondei), permițându-ne să înregistrăm din mai multe populații unice de neuroni din același animal.

Pentru a implanta matricele canulate, șobolanii au fost pregătiți pentru operație și plasați într-un instrument stereotaxic așa cum s-a descris anterior (du Hoffmann și colab., 2011; McGinty și colab., 2013). Anestezia a fost indusă și menținută cu izofluran (0.5-3%). Animalele au primit antibiotic (Baytril) imediat înainte de operație și 24 h postoperator. Tablourile cannulate au fost implantate bilateral în miezul NAc dorsal (1.4 mm anterior și 1.5 mm lateral de la bregma și 6.5 mm ventral din craniu). Electrozii și microdrivele au fost fixate pe craniu cu șuruburi osoase și acrilice dentare, iar obturatoarele de sârmă au fost introduse în canulele de ghidare astfel încât capetele obturatorilor să fie la același nivel cu capetele canulelor de ghidare. După intervenția chirurgicală, scalpul a fost tratat cu Neo-Predef pentru a preveni infecția și animalele au primit săptămâna de recuperare 1 înainte de a continua experimentele. Pentru analgezia postoperatorie, animalelor li s-au administrat 10 mg / kg de ketoprofen nesteroidian antiinflamator.

Droguri.

SCH23390 și racloprida au fost achiziționate de la Sigma. În zilele de testare, medicamentele au fost proaspăt preparate prin dizolvarea acestora în soluție salină sterilă 0.9%. Medicamentele au fost administrate în doze de 1.1 μg SCH233390 în ser fiziologic 0.55 μl pe fiecare parte și 6.4 μg raclopridă în 0.8 μl soluție salină pe fiecare parte. SCH233390 și racloprida au fost perfuzate cu 12 și respectiv 17.5 min. În experimentele pilot, am constatat că perfuziile bilaterale de racloprid cu durată scurtă de timp 12 au avut efecte semnificative dar tranzitorii asupra raportului răspuns DS. Astfel, pentru a prelungi efectul am mărit durata perfuziei cu raclopridă astfel încât profilul temporal al efectelor sale farmacologice să fie similar cu cel al SCH23390. A fost efectuată o singură injecție bilaterală sau unilaterală pe sesiune de înregistrare (o sesiune pe zi). Toate animalele au primit cel puțin o singură injecție bilaterală de un antagonist și una (sau mai multe) injectări antagoniste unilaterale. În timpul unor experimente antagoniste unilaterale, am concomitent infuzat soluție salină ca un vehicul de control contralateral la emisfera care a primit antagonist.

Procedura de microinjecție și înregistrare.

Aparatul pentru microinjecție simultană și înregistrare a fost descris anterior (du Hoffmann și colab., 2011). Cablul de înregistrare care conducea de la etapa principală s-a încheiat într-un comutator electric cu 24 de canale cu o gaură centrală (Moog), care a transmis semnalele către sistemul de înregistrare electrofiziologic. Două seringi au fost montate într-o singură pompă de seringă situată în afara camerei; liniile de fluid de la seringi au dus la o pivotare de fluid cu două canale (Instech Laboratories) montată deasupra comutatorului. Liniile de fluid au coborât din pivot prin orificiul de foraj al comutatorului, au trecut de-a lungul cablului de înregistrare și s-au terminat la doi microinjectori de calibru 33.

Înainte de sesiunea de înregistrare, microinjectoarele au fost umplute cu soluție de medicament și apoi introduse în canulele de ghidare ale animalului. Vârfurile microinjectorului s-au extins cu 0.5 mm dincolo de canulele de ghidare, astfel încât vârful microinjectorului să fie sub vârfurile electrodului și la ~ 670 μm de centrul fiecărui electrod. Înainte de umplerea cu medicament, liniile de fluid și microinjectoarele au fost umplute cu ulei mineral, iar nivelul interfeței uleio-apoase a fost marcat pentru a facilita post hoc confirmarea faptului că medicamentul a fost injectat. În cele din urmă, stadiul capului a fost conectat la animal și liniile de fluid au fost fixate ferm pe cablul de înregistrare pentru a menține microinjectorii la locul lor pe durata experimentului. Animalele preparate în acest mod au putut să efectueze sarcina DS pentru o perioadă de referință de cel puțin 45 min, în timpul căreia sa înregistrat activitatea neuronală; apoi pompa de seringă a fost pornită de la distanță pentru a infuza medicamentele în creier. Injectarea nu a necesitat manipularea animalului sau deschiderea ușii camerei, iar sesiunea de comportament a continuat neîntrerupt pe parcursul perioadei inițiale, perfuziei și postinfuzării.

Semnalele de tensiune neuronală au fost înregistrate cu un amplificator în fază de cap (amplificare în unitate), amplificat de ori 10,000 și digitizat folosind hardware și software comercial (Plexon). Am înregistrat din neuronii 379 în sesiuni de înregistrare / injectare 38 la șobolani 15. Dintre sesiunile 38, 7 au fost aruncate din cauza comportamentului necorespunzător în timpul perioadei inițiale de preinjecție sau pentru că nici un neuron nu putea fi izolat în mod fiabil. Astfel, analiza neuronală sa axat pe sesiunile de înregistrare / injectare 31 în care am înregistrat din 322 neuroni bine izolați la șobolani 12. După fiecare sesiune de înregistrare / injectare, microdrivele care transportă matricele de electrozi au avansat ~ 150 μm (o jumătate de rotație a șurubului microdrivei) pentru a muta electrozii ventral pentru a înregistra dintr-o nouă populație de neuroni. Dacă s-au observat puțini (sau nu) neuroni, matricea a fost avansată în fiecare zi până când au fost detectați neuronii.

Analiza.

Datele au fost împărțite în perioade de preinjecție, postinjectare și recuperare, care au fost definite, respectiv, ca 45 min înainte de perfuzarea antagoniștilor, minus 40 începând cu sfârșitul injecției și ultimul 33 min (2000 s) de fiecare sesiune (care a durat, în total, 2-3 h). Perioada de postinjecție corespunde timpului în care medicamentele au cele mai mari efecte comportamentale atunci când sunt injectate bilateral (Fig. 1C).

 

Figura 1.

Efectele antagoniștilor receptorilor dopaminergici asupra comportamentului de abordare cu DS. A, Schema sarcinii DS. B, Medii (punctuale) și quartile medii (linii verticale) ale rapoartelor de răspuns DS (portocaliu) și NS (albastru) în perioada de preinjecție pentru toate sesiunile comportamentale ...

Izolarea unităților unice a fost efectuată off-line cu Sorter offline (Plexon) utilizând analiza componentelor principale. Numai unitățile cu forme de undă bine definite (> 100 μV) care erau clar distincte de nivelurile de zgomot (<20-50 μV) au fost incluse în analizele ulterioare. S-au folosit distribuții de intervale interspike și corelograme încrucișate pentru a se asigura că unitățile individuale au fost bine izolate unele de altele și de zgomotul de fond (software Neural Explorer; Nex-Tech). Marcajele de timp ale vârfurilor verificate au fost analizate cu rutine personalizate în mediul software R. Histogramele timpului peristimulului construite în jurul DS și NS, în liniile de timp de 50 ms, au fost utilizate pentru a cuantifica și a detecta excitațiile evocate de tac în Cifrele 2A, , 3,3, , 4,4, , 55A, , 66A, , 77A, , 88A, și and1010A-C. Pentru a determina daca un neuron a prezentat o excitare semnificativ evocata de DS, functia de distributie a probabilitatii Poisson a fost calculata pentru perioada de referinta 10s inainte de fiecare cue. Un neuron a fost considerat ca excitat de DS dacă ar prezenta un număr mediu de vârfuri deasupra intervalului de încredere superior 99% al distribuției ratelor de pornire de bază într-unul sau mai multe conectori 50 ms între 50 și 200 ms după debutul cue. Pentru neuronii cu excitații semnificative în timpul perioadei de inițiere preinjecționate, rata medie de ardere în 50 ms timpurile de blocare pentru debutul DS și NS a fost obținută pentru fiecare perioadă din fiecare sesiune, iar media și mediana (Fig. 2C-E, , 55A, , 66A, , 77A, , 88A, , 1010B,C) au fost comparate ratele de ardere pe neuroni. Deoarece neuronii cu excitație NS detectabilă statistic au fost aproape invariabil excitați și de către DS [nereprezentat, dar raportat anterior (Ambroggi și colab., 2011)], am analizat răspunsurile NS pentru toți neuronii cu un răspuns DS semnificativ. Cu excepția cazurilor în care se indică altfel, toate comparațiile statistice au folosit testele sumei de rang în cadrul neuronului Wilcoxon.

 

Figura 2.

Excitațiile evocate de DS prezic următorul comportament de căutare a recompensei și codifică apropierea de pârghie. A, Histograme medii de preinjecție peri-eveniment aliniate la debutul DS (traseu portocaliu) sau NS (traseu albastru) pentru neuronii 145 cu excitație semnificativă ...

 

Figura 3.

Exemplu de neuroni arată că antagoniștii D1 și D2 reduc excitația evocată de DS. Rasters și histogramele corespunzătoare arată arderea a patru neuroni diferiți DS-aliniate la debutul DS. Datele sunt din ultimele studii 40 care au precedat imediat începutul ...

 

Figura 4.

Efectele injectării antagoniste ale dopaminei bilaterale asupra excitației provocate de tac, prezic efectele comportamentale pe o bază trial-după-studiu. A, C, Analiza proces-de-test a codificării neuronale a latenței șobolanului pentru a ajunge la pârghia pentru aceiași neuroni arătați ...

 

Figura 5.

Activarea receptorului D1 este necesară pentru excitația evocată de DS. A, Histograme de timp pentru evenimente, aliniate la debutul DS pentru neuroni cu excitație semnificativă evocată de DS în perioada de preinjecție. Urmele și norii indică rata medie de ardere ± SEM ...

 

Figura 6.

Activarea receptorului D2 este necesară pentru excitația evocată de DS. A, Histogramele de timp ale evenimentelor au fost aliniate la debutul DS pentru neuroni cu excitație semnificativă în timpul perioadei de injectare a raclopridei. Semnificațiile evocate de DS au fost reduse prin bilaterale ...

 

Figura 7.

Activarea receptorului D1 nu este necesară pentru excitația evocată de NS. A, Histograme de timp ale evenimentelor aliniate la debutul NS pentru neuroni cu excitație semnificativă evocată de DS în perioada de preinjecție. Aceste populații se suprapun în întregime, deci aceiași neuroni ...

 

Figura 8.

Activarea receptorului D2 este necesară pentru excitația evocată de NS. A, Histograme de timp ale evenimentelor aliniate la debutul NS pentru neuroni cu excitație semnificativă evocată de DS în perioada de preinjecție. NS excitația a fost redusă în condițiile bilaterale și ipsilaterale ...

 

Figura 10.

Infuzia salină nu afectează excitația evocată de DS sau NS și nici activarea receptorilor D1 și D2 nu este necesară pentru menținerea ratelor de pornire inițiale. A, Un singur neuron excitat de DS înregistrat în timpul perfuziei saline. Convențiile sunt identice cu cele ...

Pentru Figura 4, am determinat dacă efectele injecției bilaterale de antagonist asupra latenței de a ajunge la pârghie au fost corelate cu efectele antagoniștilor asupra magnitudinii excitației evocate de DS pe bază de proces. În primul rând, am calculat rata medie de tragere de la 100 la 400 ms după debutul DS în fiecare studiu pentru toți neuronii înregistrați care au prezentat excitație DS semnificativă înainte de perfuzia bilaterală a antagoniștilor. Apoi, pentru fiecare neuron am calculat coeficientul de corelație a rangului Spearman, comparând magnitudinea proces-de-proces a excitației evocate de DS și latența șobolanului pentru a ajunge la pârghia studiilor corespunzătoare. Aceste corelații au fost reprezentate grafic în histograme în Figura 4B,D. Toate studiile DS au fost incluse în această analiză; dacă animalul nu a apăsat maneta, o latență a lui 10 s (lungimea maximă a prezentării cugetului) a fost atribuită acelui proces. Am calculat acești coeficienți de corelație pentru perioada de preinjectare definită mai sus; am extins perioada postinjecției de către 1000 s pentru a obține o eșantionare mai largă a latențelor în studiile la care animalele au răspuns după perfuzie bilaterală. Pentru a evalua semnificația corelațiilor individuale, am folosit un asimptotic cu două coți t-aproximarea pentru că este exactă p valoarea nu poate fi calculată atunci când legăturile sunt prezente în datele rangului. Apoi am folosit teste Wilcoxon asociate pentru a compara mediile distribuțiilor coeficienților de corelație înainte și după perfuzia antagonistă.

Deoarece neuronii NAc au rate scăzute de ardere la momentul inițial, cu limite inferioare ale intervalului de încredere, de foarte multe ori depășind zero, inhibițiile sunt mult mai dificil de detectat și cuantificat decât excitațiile. Astfel, în plus față de procedura descrisă mai sus, care a fost utilizată pentru a detecta excitația, am folosit de asemenea analiza caracteristică de operare a receptorului (ROC), o metodă mai sensibilă, pentru a cuantifica probabilitatea ca rata de ardere în timpurile succesive 50 ms a fost diferită de rata de ardere din linia de bază a preciziei 10. Această analiză a fost efectuată separat pentru perioadele de preinjecție și postinjectare. Pentru fiecare coș, am calculat suprafața de sub curba ROC (AUC); Valorile ASC ale 0.5 nu indică nici o diferență față de arderea precue, în timp ce valorile mai apropiate de 0 sau 1 indică o probabilitate mai mare ca neuronul să fie inhibat sau excitat. Pentru a descrie într-o manieră imparțială activitatea neuronală post-salvară în întreaga populație de neuroni înregistrați, au fost calculate ratele de ardere și valorile ASC pentru binarele 50 ms; pentru a netezi datele, containerele au fost avansate de 10 ms pentru calculele succesive ale AUC. Valorile ASC netezite au fost apoi reprezentate ca hărți de căldură cu rezoluție 10 ms (cu fiecare valoare reprezentând ASC în următorul 50 ms) în Cifrele 5B, , 66B, , 77B, , 88B, și and1010D,E.

Apoi, am cuantificat dacă valorile ASC, calculate în pubele de 50 ms care nu se suprapun, au reflectat o diferență semnificativă în tragere. Pentru fiecare coș, am generat mai întâi 10,000 de valori AUC bootstrapped din amestecuri aleatorii ale ratei de tragere inițiale și a ratei de tragere în coșul de corespondență corespunzător. Am determinat apoi probabilitatea cu două cozi ca valoarea reală AUC să fie extrasă din distribuția valorilor bootstrap; dacă probabilitatea a fost <0.05, am considerat că tragerea în coș a fost semnificativ diferită de valoarea inițială precară. În cele din urmă, am numărat numărul de neuroni cu rate de tragere în fiecare coș de gunoi care a fost semnificativ mai mare sau mai mic decât tragerea inițială de bază și am trasat aceste valori ca fracții ale populației totale (Fig. 5C, , 66C, , 77C, , 88C, , 99B,D, , 1010F,G).

 

Figura 9.

Activitatea neuronală aliniată la intrarea receptorului recompensă nu este afectată de injectarea antagonistă D1 sau D2 ipsilateral sau contralaterală. A, C, Valorile ASC ROC sunt calculate și afișate așa cum este descris în Figura 5B, cu excepția cazurilor de timp mai lungi (200 ms) și aliniate ...

Pentru a compara proporțiile de neuroni excitați sau inhibiți în perioadele de preinjecție și postinjectare am utilizat o abordare de reducere a datelor. Mai întâi, am calculat fracția de coșuri 50 ms între 0 și 1 s după debutul tau în care fiecare neuron a prezentat excitații sau inhibiții semnificative. Apoi, am comparat aceste fracții în perioadele de preinjecție și postinjectare cu un test Wilcoxon asociat. Neuronii care nu au prezentat o modulare semnificativă în niciun recipient în ambele perioade de preinjecție și postinjecție au fost excluse din această analiză și nu au fost incluse în parcelele care arată fracția mediană a containerelor semnificative (punctele și semnalele din partea dreaptă a fiecărei părți în Fig. 5C, , 66C, , 77C, , 88C, , 1010F,G). Această procedură a eliminat influența populației mari de neuroni, fără nicio diferență de activitate între fereastra post DS și pre-DS linia de bază; această populație prezintă un interes scăzut, totuși contribuie cu un număr mare de valori nulă care influențează numărul mediu de containere semnificative față de 0 și obscur atât diminuă, cât și creșteri ale fracției de recipiente semnificative după perfuzie.

Au fost efectuate analize similare pentru focurile legate de consum care au avut loc după intrarea în recipientul de recompensă. Animalele au avut tendința de a rămâne în recipient pentru> 5 secunde; prin urmare, pentru a captura aceste intervale de timp relativ lungi, arătăm rezultatele folosind pubele de 200 ms (Fig. 9). Fereastra de timp pentru compararea proporțiilor de neuroni care au fost excitate în perioadele de preinjecție și postinjectare a fost de la 0 la 1.5 s, în timp ce a fost de la 0 la 5 s pentru inhibiții; o fereastră de analiză mai scurtă a fost utilizată pentru excitații deoarece acestea au avut tendința de a fi mai tranzitorii. Analizele ROC au fost efectuate pe colegiul Albert Einstein al Colegiului de Medicină de înaltă performanță cu ajutorul pachetului pROC pentru R.

Pentru a compara ratele de ardere "de bază" care au apărut în afara evenimentelor de sarcină, am comparat rata medie de ardere în cutițele 10 înainte de fiecare preinjecție DS și postinjecția antagoniștilor. Această procedură este echivalentă funcțional cu eșantionarea aleatorie a ratelor de pornire inițiale deoarece DS-urile sunt prezentate cu probabilitate egală în orice moment în timpul unei sesiuni comportamentale. Neuronii au fost clasificați ca prezentând excitație semnificativă prin evitarea excitării DS (înainte de perfuzia medicamentului) sau nu și apoi valorile inițiale ale arderii în perioadele de preinjecție și postinjectare au fost comparate în cadrul acestor grupuri cu un test Wilcoxon asociat (Fig. 10H,I). Am realizat, de asemenea, o potrivire liniară pentru neuronii excitați de DS și am comparat panta acestei linii cu linia unității (panta 1).

Dacă s-au efectuat comparații multiple cu subseturi de date provenite de la același subiect (Fig. 2C-E, , 55A,C, , 66A,C, , 77A,C, , 88A,C, , 99B,D, , 1010B,C,F,G), p valorile au fost corectate de Bonferroni; adică, p valoarea a fost înmulțită cu numărul de comparații făcute. corectat p valorile au fost considerate semnificative dacă p <0.05. Toate corecțiile au fost făcute cu un factor 3, cu excepția Figura 2C-E, în care factorul era 2.

Urmărirea videoclipurilor.

Într-un subset de experimente, poziția șobolanului a fost măsurată folosind o cameră foto (30 cadre / s) și un sistem computerizat de urmărire (Cineplex; Plexon). Sistemul a urmărit x și y pozițiile a două LED-uri diferite colorate atașate la etapa capului de înregistrare. După cum sa descris anterior (McGinty și colab., 2013), am calculat un centroid care descrie punctul central dintre pozițiile LED pentru fiecare cadru video. Punctele de date lipsă de până la 10 cadre succesive au fost completate cu interpolare liniară; în cazuri rare în care lipseau> 10 cadre, datele au fost aruncate. Pentru fiecare cadru video, am calculat SD-ul distanțelor dintre poziția centroului în acel cadru și într-o fereastră de timp ± 200 ms. Aceste măsurători SD constituie indicele locomotor (LI) pentru acel cadru al videoclipului. LI-urile transformate în jurnal au fost distribuite bimodal, cu un vârf inferior reprezentând epoci de mișcare mică sau deloc și un vârf superior reprezentând locomoția (Drai și colab., 2000). Apoi, se potrivesc două funcții Gaussian la distribuția de LIs, și a determinat pragul de mișcare ca punct în cazul în care aceste funcții se suprapun cel mai puțin.

Mișcările au fost definite ca cel puțin opt cadre consecutive, cu LI peste pragul locomotor. Pentru a determina momentul debutului de circulație, am restrâns analiza la studiile DS în care animalul era încă la început și apoi a calculat latența dintre debutul taciei și primul cadru în care LI a depășit pragul de mișcare (Fig. 1D-F, , 22B,D). Dacă nu a fost măsurată nicio mișcare perceptibilă într-un proces, latența în acest proces a fost definită ca> 10 s (lungimea prezentării tacului, Fig. 1D). Rezultate similare au fost obținute atunci când astfel de încercări au fost omise din analiză (datele nu sunt prezentate). Distribuțiile de latență a mișcărilor de mișcare DS au fost apoi grupate pe șobolani, iar medianele au fost comparate cu un test Wilcoxon. Pentru a cuantifica latența la viteza maximă și viteza medie a mișcărilor direcționate cu pârghie DS, am folosit toate încercările care s-au încheiat cu o presă de pârghie chiar dacă șobolanul se mișca la debutul DS (Fig. 1E,F).

Histologie.

Animalele au fost profund anesteziați cu Euthasol și perfuzate intracardial cu soluție salină și 4% formalină. Curentul direct (15 μA) a fost trecut prin fiecare dintre electrozi din servere pentru ~ 30 s pentru a genera leziuni. Creierele au fost îndepărtate și depozitate în formalină până când au fost procesate. Înainte de a fi tăiate cu un criostat, creierele au fost crioprotecate prin imersie în 30% zaharoză timp de câteva zile. Secțiunile (50 μm) au fost colorate pentru substanța Nissl pentru a vizualiza canilele și căile electrodului și leziunile (Fig. 11).

 

Figura 11.

Reconstrucția histologică a locurilor de injectare a antagonistului. Figura prezintă două secțiuni coronare ale creierului de șobolan care cuprind majoritatea extensiei anterioare-posterioare a NAc (0.8 mm-2.8 mm anterior din bregma). Punctele negre reprezintă ...

REZULTATE

Am prezentat șobolani cu două stimuli auditivi, la intervale variabile, în medie, 30 s: un predictor de recompensă DS și un NS (Fig. 1A; Nicola și colab., 2004a,b; Ambroggi și colab., 2008, 2011; McGinty și colab., 2013). O apăsare de pârghie în timpul DS a terminat tacul și o picătură de zaharoză a fost livrată la intrarea în recipientul de recompensă; dacă animalele nu au răspuns în cadrul 10 s, tacul a fost încheiat fără livrare de recompensă și intervalul intertrial a început. Răspunsurile din acest interval și în timpul NS nu au avut consecințe programate. NS-urile erau întotdeauna 10 s. Animale instruite, care au răspuns la cele mai multe DS, dar puține NS (Fig. 1B), s-au implantat rețele cu canale destinate nucleului NAc. În timpul experimentelor, animalele au efectuat mai întâi sarcina pentru o perioadă de preinjecție minimă 45 în timpul căreia a fost înregistrată activitatea neuronală NAc. Apoi, antagonistul receptorului D1 SCH23390 sau antagonistul D2 / 3 racloprid a fost infuzat bilateral sau unilateral în NAc; animalele au rămas în cameră cu contingențe de sarcină în vigoare în timpul perfuziei și timp de cel puțin 75 min după aceea.

În conformitate cu studiile anterioare (Yun și colab., 2004; Nicola, 2010), perfuziile bilaterale ale fiecărui antagonist în nucleul NAc au redus semnificativ proporția DS la care animalul a răspuns (Fig. 1C, urme de gri închis) și a crescut latența pentru a iniția locomoția măsurată prin urmărirea video într-un subset de sesiuni (Fig. 1D, urme sparte gri). În contrast, infuzările unilaterale ale acelorași doze nu au avut niciun efect asupra raportului răspunsului DS (Fig. 1C, urme de gri deschis), latența de inițiere a mișcării după debutul DS (Fig. 1D, urme de portocaliu sparte) și latență pentru atingerea vitezei de mișcare sau a mișcării în timpul apropierii pârghiei (Fig. 1E,F). Aceste date comportamentale demonstrează că dopamina NAc într-o singură emisferă este suficientă pentru a menține comportamentul chiar dacă blocarea receptorilor D1 sau D2 / 3 în ambele emisfere împiedică grav răspunsul. Această disociere oferă un avantaj experimental critic, deoarece ne permite să testați efectele antagoniștilor dopaminergici asupra activității neuronale atunci când comportamentul este afectat (injecție bilaterală) și atunci când nu este (injecție unilaterală), eliminând astfel potențialul de confundare că orice modificări observate în activitatea neuronală după perfuzia antagonistă sunt secundare schimbărilor de comportament.

Am înregistrat din neuronii 322 NAc în sesiuni de înregistrare / injectare 31 la șobolani 12. Aproximativ 45% din neuronii înregistrați au fost semnificativ excitați de prezentarea DS. Aceste excitații au prezentat proprietăți similare cu cele raportate anterior (Yun și colab., 2004; Nicola și colab., 2004a; Ambroggi și colab., 2011; McGinty și colab., 2013; Morrison și Nicola, 2014): au fost mai mari decât cele evocate de NS (Fig. 2A); au început la o latență scurtă după apariția semnului (~ 120 ms) și s-au produs înainte de inițierea mișcării direcționate cu pârghie (Fig. 2B); și magnitudinea lor a fost corelată cu probabilitatea unui răspuns comportamental, a latenței de inițiere a mișcării și a proximității cu pârghia (McGinty și colab., 2013; Fig. 2C-E).

Infuzia bilaterală a antagonistului D1or D2 / D3 a determinat o reducere accentuată a magnitudinii excitației evocate de DS. După cum se arată în două neuroni (Fig. 3A,C), acest efect a fost cel mai pronunțat în minutele imediat următoare perfuziei, ceea ce corespunde reducerii maxime a comportamentului de apropiere sugerat de injectare (Fig. 3A,C, raste albastre și histograme). Atunci când efectul comportamental a fost recuperat, răspunsul la tragere a fost recuperat de asemenea (Fig. 3A,C, raste negre și histograme). Acest tipar de rezultate a fost consistent în toate neuronii excitați (Fig. 5A, , 66A, Histograme bilaterale și graficele mustăților). Susținând ipoteza că aceste excitații stabilesc vigoarea mișcării de apropiere a pârghiei, magnitudinea excitației evocate de tac în perioada de preinjecție a prezis latența animalului pentru a ajunge la pârghie (Fig. 4A,C, stânga). După injectarea antagonistă bilaterală D1 sau D2, aceste latențe s-au schimbat semnificativ la valori mai mari, adesea atât de ridicate încât nu a existat niciun răspuns în cadrul prezentării cuantice a 10 (Fig. 4A,C, distribuțiile de latență la stânga și la dreapta). În mod surprinzător, chiar dacă arderea sugestivă a fost redusă de antagoniști, ea a continuat să prezică vigoarea răspunsului comportamental în perioadele de postinjectare și de recuperare (Fig. 4A,C, parcele raster dreapta). Această observație indică faptul că efectele comportamentale și neurale ale medicamentului s-au corelat pe o probă de studiu: cu cât este mai mare reducerea arderii cauzată de un antagonist al dopaminei, cu atât este mai mare latența de a ajunge la levier și cu atât este mai mică probabilitatea ca animalul a ajuns la pârghie deloc.

Pentru a evalua consecvența acestei corelații trial-după-studiu, am calculat, pentru fiecare neuron cu excitare neepică, corelația rangului Spearman între magnitudinea excitației și latența pentru a apăsa pârghia. Am atribuit o latență a 10 s la încercări în care nu a existat nici un răspuns; latența în aceste studii a fost, prin urmare, legată la cel mai înalt rang. (Rezultatele similare au fost obținute dacă studiile fără răspuns la pârghie cu DS au fost omise din analiză, datele nu sunt prezentate). Când am comparat coeficienții de corelație în perioada de preinjecție cu cei din perioada postinjectare / recuperare combinată, am constatat că aproape toate din coeficienți au fost negative în ambele perioade. Mai mult decât atât, antagoniștii nu au avut nici un efect semnificativ asupra coeficientului median sau au deplasat distribuția spre valori și mai negative (Fig. 4B,D). Prin urmare, nu numai că populația de neuroni excitați în indicii prezice în mod fiabil latența răspunsului comportamental, dar creșterea latenței răspunsului cauzată de un antagonist într-un studiu dat este predusă în mod robust de efectele antagonistului asupra excitației evocate de indicii în acel studiu. Aceste rezultate oferă dovezi puternice pentru un rol cauzal pentru dopamina endogenă în stabilirea vigoării răspunsului la căutare de recompensă: dopamina crește excitația evocată de cue a neuronilor NAc, ceea ce la rândul său provoacă o abordare cu latență scurtă a pârghiei.

O interpretare alternativă a acestor rezultate constă în faptul că excitația redusă excitată de excitație este o consecință a răspunsului comportamental redus - poate pentru că excitația doar urmărește (sau anticipează) răspunsul comportamental, dar nu este cauzal. Dacă s-ar întâmpla așa, atunci aplicarea antagoniștilor în așa fel încât să nu influențeze comportamentul nu ar trebui să ducă la o excitație redusă a excitației. Cu toate acestea, așa cum sa demonstrat în două neuroni (Fig. 3B,D), injectarea unilaterală a antagonistului D1 sau D2 / D3 redus semnificativ magnitudinea excitației provocată de tacut, chiar dacă injecțiile unilaterale nu au modificat performanțele comportamentale. Rezultate similare s-au obținut atunci când au fost înregistrate medii ale excitațiilor provocate de tac inregistrate în NAc injectat (Fig. 5A, , 66A, Histograme ipsilaterale); în plus, datele medii arată că excitațiile induse de tac in neuronii înregistrate în NAc contralateral la injecție nu au fost afectate (Fig. 5A, , 66A, Histograme contralaterale). Pentru a exclude posibilitatea reducerii excitatiei ipsilaterale provocata de injectii cauzate de mici diferente in probabilitatea de raspuns comportamental, am repetat analiza dupa excluderea tuturor studiilor in care animalul nu a facut nici un raspuns la presa de pârghie; s-au obținut rezultate similare (datele nu au fost prezentate; p <0.05 pentru ambii antagoniști D1 și D2, Wilcoxon). Aceste rezultate indică faptul că este puțin probabil ca reducerea indusă de antagoniști în excitația evocată de tac să fie o consecință a performanței comportamentale afectate.

Deși proprietățile temporale ale excitației provocate de tacut au fost destul de asemănătoare între neuroni, inhibițiile după instalarea repetiției au fost mai diverse, prezentând în mod tipic debut mai târziu și cursuri de timp mai puțin stereotipice decât excitațiile (Fig. 5B, , 66B). Analizele de inhibiții (și, într-o oarecare măsură, de excitații) care se concentrează pe o singură fereastră de timp pot pierde, prin urmare, o parte semnificativă a semnalului. În plus, metodele standard de detectare statistică nu pot identifica în mod constant scăderi de la rate foarte scăzute ale focului bazal, inclusiv cea a multor neuroni NAc. Pentru a evita aceste probleme, am adoptat o abordare mai incluzivă în care am cuantificat, pentru 50 ms, coșuri de timp în fiecare neuron înregistrat, ROC AUC reprezentând diferența dintre arderea în bin și valoarea inițială a preului. Hărțile de căldură ale valorilor ASC în coșurile de timp aliniate la debutul DS (Fig. 5B, , 66B) demonstrează că reducerea excitației evocate de DS după injecții bilaterale și ipsilaterale (dar nu contralaterale) ale antagoniștilor D1 și D2 a fost pronunțată în aproape fiecare neuron excitat de excitație și a apărut pe întreaga durată a excitației. În contrast, inhibițiile după debutul DS nu au fost reduse. Pentru a cuantifica aceste efecte, am determinat dacă fiecare valoare AUC a indicat o diferență semnificativă față de valoarea inițială prin calcularea unei valori p de bootstrapped reprezentând probabilitatea ca ASC să fi fost eșantionată din distribuția ASC generate de ratele de ardere inițială amestecate la întâmplare metode). După cum se arată prin parcelele proporției de neuroni care prezintăp <0.05) excitație sau inhibare în fiecare coș aliniat la debut DS (Fig. 5C, , 66C, parcele stânga în fiecare coloană), fracția de excitații, dar nu inhibiții, a fost redusă prin injecții bilaterale și ipsilaterale ale antagoniștilor. Această interpretare a fost confirmată statistic prin compararea proporțiilor de recipiente semnificativ excitate și inhibate în întreaga fereastră post-DS 1 (Fig. 5C, , 66C, puncte parțiale). Astfel, excitațiile după instalarea DS au fost reduse prin injectarea de antagoniști D1 și D2, dar inhibițiile nu au fost.

Într-adevăr, numărul de neuroni care prezintă inhibiție semnificativă a fost crescut după câteva tipuri de injectare (Fig. 5B,C, , 66B,C). Este puțin probabil ca aceste inhibiții emergente să fi contribuit la efectele comportamentale ale perfuziei antagoniste bilaterale, deoarece acestea nu au fost consecvente (de exemplu, ele au apărut după injectarea bilaterală și contralaterală, dar nu ipsilaterală a antagonistului D1 și după injecția antagonistă D2 ipsilaterală, dar nu bilaterală) ele nu explică efectele comportamentale ale antagoniștilor. Mai mult, aceste inhibitii tardive au fost cele mai proeminente ~ 600 ms dupa debutul DS, un moment in care, in conditia de control, au fost deja initiate ~ 50% de comportamente de abordare orientate catre tel.Fig. 2B). În consecință, este puțin probabil ca inhibițiile emergente să contribuie la creșterea indusă de antagonist la latența de inițiere a abordării sau la reducerea probabilității de răspuns. Intr-adevăr, marea majoritate a inhibițiilor emergente au avut loc în neuronii excitați de DS, de obicei spre sfârșitul excitației (antagoniști D1 bilateral: neuroni 14 / 17, 82%; antagoniști D2 ipsilateral: neuroni 11 / 16, 69%; Fig. 5B,C, , 66B,C), în concordanță cu posibilitatea ca acestea să fie demascate de reducerea răspunsului excitației induse de antagoniști și susținând ipoteza că arderea neuronilor excitați de DS este cauzal pentru inițierea comportamentului de apropiere.

Prezentări de tip "NS", care rareori au provocat răspunsuri de tip pârghie (Fig. 1B), evocată excitație mică dar consistentă în aceiași neuroni care au fost excitați de DS (Fig. 2A). În mod surprinzător, excitațiile evocate de NS nu au fost reduse de antagonistul D1, fie în magnitudine (Fig. 7A) sau în număr de neuroni excitați (Fig. 7B,C). În contrast, injecția antagonistă D2 a redus atât amploarea cât și numărul excitațiilor evocate de NS (Fig. 8). NS-inhibiții evocate nu au fost reduse de nici un antagonist (Fig. 7B,C, , 88B,C). Prin urmare, în aceste condiții, activarea receptorului D1 este necesară pentru neuronii NAc pentru a produce excitații de magnitudine mari ca răspuns la stimulentele recompensă-predictive, în timp ce activarea receptorului D2 este necesară pentru răspunsurile atât la stimulii recompensați-predictivi, cât și la cei neutri.

Am luat în considerare posibilitatea ca un comportament redus de căutare după infuzii bilaterale să se fi putut datora întreruperii procesului neural asociat cu întărirea sau procesării hedonice a recompensei. Astfel de procese pot implica subpopulațiile neuronilor NAc care sunt inhibați sau excitați în timpul consumului de zaharoză (Nicola și colab., 2004b; Roitman și colab., 2005; Taha și câmpurile, 2005). Deoarece animalele au continuat să câștige recompensă după perfuzia antagonistă unilaterală, am putut determina dacă activitatea neuronală legată de consumul de recompensă a fost dependentă de activarea receptorilor de dopamină. Am examinat tragerea în timpul celor 5 secunde după intrarea animalului în recipientul de recompensă, perioada de timp în care apare de obicei consumul de recompensă (Nicola, 2010). Folosind analiza ROC, am comparat arderea în cutiile 200 ms în această fereastră cu linia de bază a pre-ului 10; hărțile de căldură ale valorilor ASC rezultate arată un efect redus al injectării antagoniste, fie ipsilateral, fie contralateral la injectare (Fig. 9A,C). Proporțiile neuronilor excitați și inhibiți nu au fost afectați de antagoniști (Fig. 9B,D), sugerând puternic că excitațiile și inhibițiile legate de consum nu depind de dopamină. Rezultate similare s-au obținut atunci când am efectuat aceeași analiză utilizând containerele 50 ms (datele nu sunt prezentate).

Pentru a exclude posibilitatea ca rezultatele observate să se datoreze altor factori decât antagonistul (de exemplu, tulburări fizice cauzate de injecție sau de o componentă a vehiculului medicamentos), am injectat soluție salină în unele experimente. După cum arată un exemplu de neuron (Fig. 10A) și de excitația medie pe neuronii excitați (Fig. 10B), Excitațiile evocate de DS nu au fost modificate prin injectare salină; De asemenea, excitațiile evocate de NS nu au fost afectate (Fig. 10C). Mai mult, injecția salină nu a influențat proporțiile de neuroni care prezintă excitație și inhibare semnificative după debutul DS sau NS (Fig. 10D-G).

În cele din urmă, am întrebat dacă activarea receptorilor dopaminergici ar putea fi permisivă pentru comportamentul apropiat de apropiere prin contribuția la ratele de foc de bază ale neuronilor NAc. În mod contrar acestei ipoteze, nu a existat nici un efect semnificativ al antagonistului D1 sau D2 asupra ratelor de ardere la nivelul fiecărui neuron excitat de DS sau al altor NAc (Fig. 10H,I).

Discuție

Aceste descoperiri sugerează un mecanism prin care dopamina NAc promovează comportamentul de căutare a recompenselor provocat de stimuli de mediu: activarea receptorilor dopaminici facilitează excitațiile provocate de tac, care la rândul lor promovează inițierea latenței scurte a abordării obiectelor asociate recompenselor. Această concluzie este susținută puternic de observația că injecția bilaterală a antagonistului de dopamină a crescut atât latența de inițiere a mișcării (Fig. 1D) și a redus magnitudinea excitațiilor provocate de tac (Fig. 33​-6). Excitația excitată excitată de excitată nu poate fi o consecință a comportamentului afectat, deoarece injecțiile unilaterale nu au schimbat comportamentul cu privire la comportamentul DS (Fig. 1C-F), dar totuși a redus profund reducerea excitației provocate de DS în țesutul injectat (Fig. 3B,D, , 5,5, , 6) .6). Aceste excitații au fost un răspuns neuronal predominant în NAc (care au apărut în 45% din neuronii înregistrați) și ambele au precedat debutul deplasării (Fig. 2B) și anticipată latență de inițiere a mișcării cu ardere mai mare pe trialuri cu o latență mai scurtă (Fig. 2D) (McGinty și colab., 2013; Morrison și Nicola, 2014). Prin urmare, excitația provocată de excitare este atât dependentă de dopamină, cât și necesară pentru o căutare viguroasă a recompensei.

Rezultatele noastre demonstrează că excitația provocată de tac și nici o altă formă de activitate neuronală în NAc este probabil un semnal critic în circuitul neural care stabilește latența mișcărilor orientate spre țintă. Această concluzie rezultă din observația că antagoniștii au diminuat excitația provocată de tac, fără a reduce inhibițiile induse de tac, arderea asociată consumului de consum sau rata de pornire la momentul inițial. Mai mult, studiile în care injecțiile bilaterale ale antagoniștilor au fost cele mai eficiente în reducerea excitației au fost cele în care au provocat cea mai mare afectare comportamentală (Fig. 4), argumentând puternic împotriva posibilității ca o altă modificare nedetectată a codificării neuronale să fie responsabilă de efectele comportamentale. Prin urmare, datele noastre leagă ferm activarea receptorului de dopamină în NAc, magnitudinea excitației evocate de tac și latența animalului de a iniția căutarea recompensei.

Lucrările anterioare au arătat că inactivarea VTA, care a redus excitațiile și inhibițiile evocate de NAc, a împiedicat, de asemenea, animalele să prezinte un comportament de apropiere (Yun și colab., 2004). Cu toate acestea, studiul respectiv nu a eliminat posibilitatea ca aceste schimbări să aibă un efect de circuit indirect. Aici, demonstrăm că receptorii dopaminergici locali la neuronii înregistrați sunt necesari pentru excitația provocată de tac, eliminând posibilitatea ca efectele antagoniste să se datoreze unei acțiuni de dopamină în amonte de NAc. În contrast, chiar dacă inhibițiile induse de tac au fost reduse prin inactivarea VTA (Yun și colab., 2004), acestea nu au fost reduse prin injectarea de antagoniști ai dopaminei locale și, prin urmare, este puțin probabil ca aceste inhibiții să fie rezultatul unei acțiuni directe a dopaminei în cadrul NAc.

Efectele antagoniștilor D1 și D2 atât asupra comportamentului de apropiere evocat de DS, cât și asupra arderii evocate de DS au fost remarcabil de asemănătoare. Aceste observații sunt în concordanță cu o linie lungă de experimente de microinjecție NAc în care antagoniștii D1 și D2 au produs efecte comportamentale aproape indistinguizabile la doze similare cu cele ale noastre (Hiroi și White, 1991; Ozer și colab., 1997; Koch și colab., 2000; Eiler și colab., 2006; Pezze și colab., 2007; Lex și Hauber, 2008; Liao, 2008; Nicola, 2010; Shin și colab., 2010; Haghparast și colab., 2012). Aceste rezultate, împreună cu contrastul dintre concentrația de antagonist în injecție care este necesară pentru a observa efectele (mm) și afinitatea medicamentelor pentru țintele lor (nm), pune sub semnul întrebării dacă efectele medicamentului sunt specifice. Deși concentrația eficientă la receptor este probabil mai mică decât concentrația injectată datorată difuziei, metabolismului și oxidării medicamentelor, eficacitatea combinată și durata de timp a acestor procese nu sunt cunoscute. Prin urmare, o posibilitate formală este că atât efectele comportamentale cât și cele electrofiziologice ale SCH23390 și raclopride sunt rezultatul ambelor medicamente care leagă unul sau mai mulți receptori care nu sunt legați deloc de dopamină. Câțiva factori susțin această posibilitate. Comportamentul de apropiere evocat de Cue este blocat nu numai de SCH23390 și raclopridul, ci și prin injectarea flupenthixolului cu antagonist al receptorilor dopaminergici cu spectru larg în NAc (Di Ciano și colab., 2001; Saunders și Robinson, 2012), prin inactivarea VTA (Yun și colab., 2004) și prin leziunea NAc cu 6-hidroxidopamină (Parkinson și colab., 2002), care ucide selectiv fibrele catecholaminergice. Mai mult, injectarea NAc a unui blocant de reabsorbție a dopaminei, a unui agonist al receptorului D1 sau D2 sau amfetamina eliberatoare de dopamină mărește probabilitatea de abordare cuantică (Wyvell și Berridge, 2000; Nicola și colab., 2005; du Hoffmann și Nicola, 2013). În cele din urmă, auto-stimularea optogenetică a neuronilor dopaminergici VTA (un comportament fără îndoială menținută de activarea neuronilor dopaminergici) este atenuată prin injectarea de SCH23390 sau racloprid în NAc la doze similare cu cele utilizate aici (Steinberg și colab., 2014). Este dificil să concepeți un mecanism simplu care ar putea explica fiecare dintre aceste rezultate fără a pune în discuție abordarea SCH23390 și clopidogrel prin blocarea efectelor dopaminei endogene.

O posibilitate alternativă este aceea că antagoniștii leagă nu numai receptorii lor țintă, ci și receptorii de dopamină în afara țintă. La concentrații de 10 μm sau mai mici, racloprida nu leagă receptorii tip D1 (Hall și colab., 1986); concentrațiile mai mari nu au fost testate. De aceea, racloprida ar putea fi specifică pentru receptorii D2 / D3 chiar și la concentrațiile injectate mm utilizate de noi și de altele, în special după difuzie, metabolism și oxidare. Estimările constantei de legare SCH23390 la receptorii tip D2 variază între 1 și 5 μm (Bourne, 2001; Mottola și colab., 2002); deși aceste valori sugerează că SCH23390 leagă receptorii D2 / D3 la concentrațiile injectate, eficacitatea funcțională a SCH23390 în blocarea activării receptorilor de tip D2 de dopamină nu este cunoscută. Observația noastră că racloprida a redus excitația evocată de NS, în timp ce SCH23390 nu susține ideea că medicamentele au acționat la diferiți receptori, dar nu demonstrează definitiv specificitatea lor. Cu toate acestea, chiar dacă unul sau ambele medicamente au blocat ambele tipuri de receptori pentru a reduce excitația evocată de DS, acest lucru ar fi în întregime în concordanță cu concluzia noastră că este necesară activarea a cel puțin unei forme de receptor de dopamină pentru excitația evocată de DS. Astfel, deși problema specificității drogurilor rămâne fără răspuns, această întrebare slăbește doar marginal concluzia noastră principală că dopamina facilitează abordarea cued prin creșterea excitației provocată de excitație.

Dacă, de fapt, medicamentele au acționat în mod specific, constatările noastre că antagoniștii D1 și D2 / D3 au redus fiecare arderea redusă a semnalului în majoritatea neuronilor excitați de sugare sugerează că activarea acestor receptori duce sinergic la excitația acelorași neuroni. În timp ce receptorii D1 și D2 se găsesc în populații în mare parte segregate de neuroni în NAc (Albin și colab., 1989; Gerfen și colab., 1990), proporții substanțiale de neuroni NAc core și cochilie care exprimă receptorii D1 conțin, de asemenea, ARNm pentru receptorii D3 (Le Moine și Bloch, 1996), care sunt blocate de antagoniștii D2, inclusiv racloprida. Coexpresia receptorilor D1 și D3 oferă un mecanism potențial prin care dopamina ar putea stimula excitația în neuronii NAc printr-un efect sinergie care ar fi blocat de antagoniști D1 sau D2 / 3 (Schwartz și colab., 1998). Alternativ (sau în plus), interacțiunea dintre receptorii D1 și D2 (și / sau D3) poate să apară la nivelul circuitului local (Goto și Grace, 2005; Gerfen și Surmeier, 2011). De exemplu, dopamina acționează la receptorii D1 pentru a reduce eliberarea GABA pe neuronii NAc (Nicola și Malenka, 1997; Hjelmstad, 2004), un efect care ar putea stimula excitația în concert cu activarea receptorilor D2 / D3 pe neuronii spinoși (Hopf și colab., 2003). În special, aceste mecanisme prevăd că dopamina nu excită neuronii NAc în mod direct, ci crește mai degrabă excitabilitatea lor ca răspuns la intrarea glutamatergică; astfel, ei ar putea explica de ce excitațiile provocate de tacuci sunt blocate nu doar de antagoniștii dopaminergici, ci și de inactivarea amigdalei basolaterale și a cortexului prefrontal (Ambroggi și colab., 2008; Ishikawa și colab., 2008), ambele care trimit proiecții glutamatergice către NAc (Brog și colab., 1993).

Similaritățile și diferențele dintre efectele SCH23390 și racloprid pot fi rezultatul a două mecanisme neuronale contrastante, care implică dopamină fazică și tonică. Deoarece atât antagoniștii D1 cât și D2 / D3 au redus excitația evocată de DS, dar excitația mai mică provocată de NS care apare în acești neuroni a fost redusă numai de antagonistul D2 / D3Fig. 8, , 9), 9), se pare că dopamina promovează codificarea valorii stimulului prin activarea receptorilor D1, dar facilitează răspunsurile la ardere la toate indicațiile (indiferent dacă sunt sau nu asociate cu un rezultat valoros) prin intermediul receptorilor D2 / D3. Aceasta s-ar putea datora tranzițiilor fazice mai mari ale dopaminei obținute în NAc prin recompensă-predictive decât indiciile neutre (Phillips și colab., 2003; Roitman și colab., 2004). Deoarece receptorii D2 / 3 au o afinitate mai mare pentru dopamina decât receptorii D1, tranzitorii mici de dopamină evocați de NS pot fi suficienți pentru a activa numai receptorii D2 / 3, în timp ce DS-urile cu predicție recompensă pot ridica concentrația de dopamină la niveluri suficient de mari pentru a activa receptorii D1 (Grace, 1991).

Alternativ, magnitudinea excitației provocată de tacut ar putea fi reglată mai degrabă de dopamină tonică decât de fază. Nivelele tonice de dopamină pot reflecta costul de oportunitate al inacțiunii (Niv și colab., 2007), stabilind astfel vigoarea performanței operatorului. Astfel, dacă se ating niveluri tonice de dopamină suficient de mari, se pot activa receptori dopaminici suficienți pentru a facilita excitația provocată de tac și pentru a reduce latența abordării de căutare a recompensei. Un mecanism similar poate sublinia, de asemenea, contribuția binecunoscută a dopaminei NAc la îndeplinirea sarcinilor operatorului necuvenit care necesită un nivel ridicat de efort (Salamone și Correa, 2012), în care întreruperea dopaminei crește latențele pentru a se apropia de operand (Nicola, 2010). Semnalele implicite externe (de exemplu, privirea pârghiei) sau indiciile interne (de exemplu, rezultând din momentul sau foamea) ar putea declanșa abordarea prin excitarea neuronilor NAc într-o măsură mai mare atunci când costurile de oportunitate și nivelurile de dopamină sunt ridicate.

În concluzie, indiferent de mecanismul farmacologic specific, rezultatele noastre demonstrează că dopamina NAc promovează comportamentul în căutarea recompensei prin ridicarea excitației neuronilor NAc la stimuli de mediu considerați. Mărimea acestei excitații determină latența subiectului de a iniția un răspuns de abordare. Prin acest mecanism, dopamina reglează atât vigoarea, cât și probabilitatea de a căuta recompense.

Note de subsol

Referinte