Dopamina receptorului D1 modulează plasticitatea reprezentării hipocampului la noutatea spațială (2008)

J Neurosci. 2008 Dec 10; 28 (50):13390-400. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2680-08.2008.

Tran AH1, Uwano T, Kimura T, Hori E, Katsuki M, Nishijo H, Ono T.

Abstract

Hipocampul uman este esențial pentru învățare și memorie. La rozătoare, neuronii piramidali hipocampali trag într-o manieră specifică locației, formând reprezentări relaționale ale indicilor de mediu. S-a arătat importanța sistemelor glutamatergice în învățare și în plasticitatea sinaptică neurală a hipocampului. Cu toate acestea, rolul sistemelor dopaminergice în răspunsul plasticității neuronale hipocampale la stimuli spațiali noi și familiari rămâne neclar. Pentru a clarifica această problemă importantă, am înregistrat neuroni hipocampali de la șoarecii knock-out (D1R-KO) ai receptorului dopaminei D1R-KO și ai coșilor sălbatici de tip sălbatic (WT) sub manipularea unor indicii spațiale distincte într-un mediu familiar și nou. Aici raportăm că la șoarecii WT, majoritatea celulelor locului au răspuns rapid la manipulările semnalelor distale și proximale atât în ​​medii familiare, cât și în medii noi. În schimb, influența distanțelor asupra arderii spațiale la șoarecii D1R-KO a fost eliminată. La șoarecii D1R-KO, influența urmelor proximale a fost facilitată într-un mediu familiar, iar într-un mediu inedit, majoritatea celulelor locului au fost mai puțin susceptibile să răspundă la schimbările indicilor spațiale. Rezultatele noastre demonstrează că neuronii hipocampali la șoareci pot codifica rapid și flexibil informațiile despre spațiu atât din indicii distali cât și din cele proximale pentru a cripta un mediu nou. Această abilitate este necesară pentru multe tipuri de învățare, iar lipsa D1R poate modifica radical această activitate neuronală legată de învățare. Propunem că D1R este implicat crucial în codificarea informațiilor spațiale în medii noi și influențează plasticitatea reprezentărilor hipocampului, care este important în învățarea spațială și în memorie.

Introducere

Formarea hipocampului (HF) la om și alte primate este critică pentru memoria episodică (Maguire și colab., 1998; Eichenbaum și colab., 1999; Rolls, 2005; Rolls și Xiang, 2005). Leziunile sau manipulările HF la rozătoare determină deficite de învățare spațială (Gasbarri și colab., 1996; Whishaw și colab., 1997; Wilkerson și Levin, 1999), și înregistrările neuronilor hipocampali la rozătoare au relevat că aceștia trag într-o manieră specifică locației (O'Keefe și Dostrovsky, 1971; Wilson și McNaughton, 1993; O'Keefe și Burgess, 1996) în asociere cu indicii externe și interne (Muller și Kubie, 1987; Wiener și colab., 1989; Gothard și colab., 1996; Hetherington și Shapiro, 1997; Shapiro și colab., 1997; Knierim și colab., 1998; Zinyuk și colab., 2000; Lever și colab., 2002; Leutgeb și colab., 2005a,b) sau informații contextuale (Gill și Mizumori, 2006), indicând un rol în memoria spațială (Wilson și McNaughton, 1993; Leutgeb și colab., 2005). În plus, HF pare să ofere o reprezentare neurală a spațiului fizic, deși au fost sugerate și funcții mai largi (Maguire și colab., 1998; Eichenbaum și colab., 1999). Reprezentarea locației celulelor spațiului este la baza anumitor forme de învățare spațială (McHugh și colab., 1996, 2007; Cho și colab., 1998; Kentros și colab., 1998; Eichenbaum și colab., 1999; Rotenberg și colab., 2000; Dragoi și colab., 2003). S-a constatat că dopamina D1 Șoarecii de eliminare a receptorilor (D1R-KO) au avut o învățare spațială afectată și o activitate spațială alterată în nucleul accumbens (El-Ghundi și colab., 1999, Tran și colab., 2005). Deoarece dopamina modulează plasticitatea sinaptică a hipocampului (Otmakhova și Lisman, 1996; Matthies și colab., 1997; Swanson-Park și colab., 1999; Li și colab., 2003), se presupune că dobândirea reprezentărilor spațiale la hipocamp este afectată de șoarecii D1R-KO. Studiul de față a testat această ipoteză prin compararea activității celulelor locale la șoarecii D1R-KO și cu tipul sălbatic (WT), ca răspuns la manipulările spațiale în medii familiare și inedite.

Materiale și metode

Animale.

Zece șoareci masculi WT (26 – 33 g) și 7 masculi D1R-KO șoareci (24 – 29 g) au fost folosiți în prezentul experiment de înregistrare neuronală. Șoarecii au fost reproduși la un laborator de colaborare (Institutul Național de Biologie de bază, Institutele Naționale de Științe ale Naturii).

Generarea șoarecilor D1R-KO.

Dopamina D de șoarece1 gena receptor a fost izolată dintr-o bibliotecă genomică de ADN 129 / Sv de șoarece (Stratagene) prin hibridizare cu un produs PCR 884 bp, ale cărui perechi de primer sunt 5′-TCC AAG GTG ACC AAC TTC TTT GT-3 ′ și 5′-CTA TAG CAT CCT AAG AGG GT CGA-3 ′. Vectorul de direcționare a fost construit astfel încât să șteargă întreaga secvență de codificare folosind următoarele fragmente de ADN: o promotor 1.2 kb MC1-gena fragmentului toxina difterică-A (DT-A) pentru selecție negativă, un 2.8 kb nfI-AVRII fragment care conține regiunea din amonte a genei D1R de șoarece, un promotor PGN 2.3 kb-Escherichia coli gena xantină-guanină fosforibosil transferază (gpt), o genă 1.1 kb promotor-genomic neomicină (neo), o 1 kb AVRII-BamFragment HI care conține regiunea netranslată 3 și regiunea de flancare și plasmida pBluescript (Fig. 1A). Celule E14TG2a IV ES cultivate (2.5 × 107 celule) au fost transfectate cu 50 μg din vectorul de direcționare liniarizat prin electroporarea 500 μF capacitate, 270 V / 1.8 mm (ECM600, BTX Electro Cell Manipulator), urmată de selecția cu tratament G418 (250 μg / ml) după transfecție. În total, au fost colectate colonii rezistente la medicamentele 120, iar ADN-ul genomic a fost supus analizei Southern blot pentru confirmarea recombinării omologe. Șoarecii D1R-KO au fost generați folosind celulele ES recombinate omoloage, în esență, așa cum s-a descris anterior (Yamaguchi și colab., 1996; Koera și colab., 1997). Șoarecii D1R-KO au fost încrucișați la o tulpină C57BL / 6J (B6 / J) pentru generațiile 10 și menținute într-un fond genetic B6 / J. ADN-ul din coadă a fost analizat prin PCR folosind patru primer: (primer a) D1TET-1, 5 ′ CAG AAG ACA GGT GGA AAG CA 3 ′, (primer b) mD1Rexon2.seq, 5 ′ TCC ATG GTA GAA GA 3 ′, (primer c) neo10, 5 ′ ATC AGA GCA GCC GAT TGT CTG TTG 3 ′ și (primer d) D1R3′60R, 5 ′ GTT GGA GAA GTT CTG TAA CTG TCC XNUM Starea PCR a fost următoarea: denaturarea la 3 ° C pentru 94 min, urmată de ciclurile 4 de 30 min la 1 ° C, 94 min la 1 ° C, 60 min la 1 ° C, o extensie finală la 72 ° C pentru 72 min și stocare la 5 ° C. Alelele de tip sălbatic și mutante corespundeau produselor PCR de 4 și 234 bp (Fig. 1B), respectiv. Toate experimentele au fost efectuate în conformitate cu ghidurile Universității din Toyama și ale Institutului Național de Biologie de bază.

Figura 1. 

Generarea șoarecilor D1R-KO și expresia proteinei D1R în creierul șoarecilor WT și D1R-KO. A, Reprezentare schematică a alelei WT, a vectorului de direcționare și alele mutante ale genei D1R de șoarece. Regiunile de codare și netratate sunt prezentate ca cutii închise și, respectiv, deschise. Primerele pentru genotiparea PCR (primerii a, b, c și d) sunt arătate ca niște capete de săgeată indicate de a, b, c și d. A BamSite-ul HI este indicat cu paranteze atunci când este relevant. Subunitatea de toxină difterică A (DT-A), E. coli Genele xanthine-guanine fosforibosil transferaza (gpt) și genele rezistente la neomicină (neo) sunt prezentate ca cutii deschise. B, Genotiparea PCR a șoarecilor mutant de tip sălbatic (D1R + / +), heterozigot (D1R +/−) și homozigot (D1R - / -). Produsele PCR de la alela WT și mutantul (KO) sunt 234 bp și respectiv 460 bp. C, Western blot folosind un anticorp specific pentru D1R a relevat că proteina D1R era complet absentă de la șoarecii D1R - / -.

Analiza Western blot.

Creierul a fost omogenizat într-un tampon care conține 100 mm Tris-HCl, pH 6.7, 1% SDS, 143 mm 2-mercaptoetanol și 1% amestec de inhibitor de protează pentru celulele mamifere (Nacalai Tesque). Lizații totale (200 μg de proteină fiecare) au fost electroforați pe un gel 10% SDS-poliacrilamidă și transferați într-o membrană Immobilon-P (Millipore). Membrana a fost blocată în PBS conținând lapte degresat 10% (BD Biosciences) la temperatura camerei pentru 30 min și incubată secvențial cu anticorp monoclonal de șobolan împotriva D1R (Sigma, 1: diluție 1000), urmată de incubarea cu anticorp de capră conjugat cu peroxidază de hrean împotriva IgG de șobolan (diluție Sigma, 1: 1000) sau cu anticorp de iepure împotriva actinei (diluție Sigma, 1: 1000), urmată de incubare cu anticorp de capră conjugat cu peroxidază de hrean împotriva IgG de iepure (Sigma, 1: diluție 1000). Benzile de proteine ​​imunoreactive au fost detectate conform protocolului kitului de detectare ECL (GE Healthcare).

Implantarea electrodului.

Șoarecii au fost adăpostiți individual cu un ciclu de lumină 12 h (luminile pornite la 8: 00 AM) și aveau ad libitum acces la alimente și apă. Șoarecii au primit cel puțin 1 săptămână la sosire pentru a se aclima la mediul de laborator înainte de procedurile experimentale. În ziua intervenției chirurgicale, șoarecii au fost anesteziați (pentobarbital, 40 mg / kg, ip) și s-au implantat bilateral cu electrozi de stimulare monopolară (diametru 100 μm, oțel inoxidabil) pentru auto-stimulare intracraniană în fasciculul interior al antebrațului la nivelul lateralului posterior. zona hipotalamică (Franklin și Paxinos, 1997) (anterior, −2.3 mm; mediolateral, ± 0.70 – 0.75 mm; și dorsoventral, −5.3 – 5.4 mm). Un ansamblu de înregistrare mobil constând din tetrode 2 de sârmă nichromă 17 μm răsucite (California Fine Wire Company) sau un pachet de fire 8 a fost implantat în partea dorsală a regiunii CA1 a hipocampului (Franklin și Paxinos, 1997) (1.8 mm posterior de bregma, 1.8 mm lateral de bregma și 1.4 mm sub suprafața craniului) în timpul aceleiași intervenții chirurgicale. Șurubul unui bijutier fixat pe craniu a servit drept electrod de împământare la toți șoarecii. Microdrive-ul a fost fixat pe craniu folosind șuruburi de bijuterie și ciment dentar. Vârfurile electrodului au fost placate cu aur înainte de operație pentru a reduce impedanțele la 100-300 kΩ la 1 kHz.

Aparate experimentale și pregătire spațială a sarcinilor.

Aparatul pentru antrenarea sarcinilor spațiale a fost un câmp circular circular (diametru 80 cm, perete înalt 25 cm); a fost ridicat 80 cm deasupra podelei pe un cărucior cu rotile care permit rotirea și deplasarea câmpului deschis manual (Fig. 2A). Câmpul deschis a fost vopsit în negru în interior și închis de o perdea neagră (180 cm diametru și 200 cm înălțime). Tavanul incintei conținea patru difuzoare mici montate în apropierea circumferinței, distanțate la 90 °, 4 becuri incandescente montate individual lângă marginea interioară a fiecărui difuzor și o cameră video în centru. De obicei, un bec era aprins la poziția de la ora trei, iar un difuzor emite continuu zgomot alb la poziția de la ora nouă. Becul aprins și difuzorul emitent au servit drept indicii distale. Un bec mic de 6 V a fost montat pe capul mouse-ului. Camera video (CinePlex, Plexon) a convertit un semnal real de imagine video într-un semnal binar și a urmărit mișcarea orizontală a becului mic. Un computer de laborator (Dell, Precision 380) a primit x și y coordonatele poziției capului mouse-ului la cadre / s 33. Șoarecii au fost antrenați într-o sarcină aleatorie de hrănire în câmp deschis (Fig. 2B). Pentru sarcina de hrănire, un program a delimitat zonele circulare (site-urile de recompensă) cu centrele alese la întâmplare într-un pătrat circumscris în jurul câmpului deschis și a declanșat furnizarea de recompense de stimulare a creierului (BSR) atunci când mouse-ul a intrat pe site-ul recompensei. După un interval 5 s, locul de recompensă a fost mutat într-o altă locație și reactivat

Figura 2. 

Configurare experimentală, sarcini spațiale și manipulări experimentale. A, Setare experimentala. Un câmp deschis conținând un mouse a fost vizualizat din partea superioară centrală de o cameră CCD care a semnalizat poziția mouse-ului. Ca indicii distale, becurile electrice incandescente și difuzoarele pentru emisii de zgomot alb au fost montate pe cele patru poziții periferice ale tavanului. Un computer a trasat urmele mouse-ului și a controlat livrarea recompensei de la un stimulator. B, Sarcina de hrănire aleatorie: un program de calculator a delimitat la întâmplare un loc circular de recompensă (mic cerc gros roșu). Mouse-ul a fost răsplătit atunci când a intrat în locul de recompensare, care a fost apoi făcut inactiv (mic cerc roșu subțire). START, locația mouse-ului la începutul sesiunii. Puncte roșii, locații de livrare a recompenselor. C, Manipulări în câmpul deschis familiar. În sesiunea standard (linia de bază 1), un bec a fost aprins la poziția de la ora 3, iar un difuzor a emis în mod continuu zgomot alb la poziția de la ora 9. În sesiunea de rotație distală, poziția indicilor distali a fost rotită cu 180 ° cu camera constantă. În sesiunea de rotație proximală, camera deschisă a fost rotită cu 180 °, în timp ce indicii distali au rămas neschimbați. D, Manipulări în roman open field. O cameră pătrată a înlocuit câmpul circular deschis. Toate testele de manipulare au fost similare cu cele utilizate în câmpul deschis familiar. O scală de timp arată durata sesiunilor de înregistrare și a intervalelor de intersecție.

Izolarea și înregistrarea unității.

Ansamblul electrodului de înregistrare a fost avansat în HF la ∼20 μm / d. Activitățile neuronale au fost înregistrate folosind o procedură de înregistrare convențională când șoarecii au efectuat hrana. Celulele cu vârf complex au fost determinate cu criteriile descrise în studiile anterioare (Ranck, 1973; Foster și Wilson, 2006). Colectarea datelor a început atunci când raportul semnal-zgomot depășește ∼4 ori pe unul dintre electrozi. Amplificarea semnalului, filtrarea și digitalizarea formelor de undă cu vârf folosind o platformă de analiză a componentelor principale s-au realizat folosind un sistem Plexon. Semnalele înregistrate au fost amplificate de 10,000 ori, filtrate între 0.6 și 3 kHz, digitalizate la o rată de eșantionare 40 kHz și stocate pe un hard disk al calculatorului pentru sortarea vârfului off-line. Activitățile neuronale digitalizate au fost izolate în unități unice de componentele lor în formă de undă folosind un program de sortare off-line (OfflineSorter, Plexon). Au fost desenate forme de undă suprapuse ale unităților izolate pentru a verifica invariabilitatea pe parcursul sesiunilor de înregistrare. Fiecare cluster a fost apoi verificat manual pentru a se asigura că limitele clusterului au fost bine separate și că formele de undă sunt în concordanță cu potențialele de acțiune. Pentru fiecare cluster izolat, s-a construit o histogramă de interval interspike și s-a utilizat o perioadă refractară absolută de cel puțin 1.0 ms pentru a exclude unitățile multiple suspectate. Un exemplu de înregistrare tetrode este afișat în Figura 3.

Figura 3. 

Un exemplu de înregistrare cu mai multe unități cu un tetrode izolat de un sortator off-line. A, Forme de undă suprapuse ale neuronilor 4 (a, b, c, d) înregistrate de fiecare electrod (E1-E4) dintr-un tetrode corespunzător analizei clusterului în B. B, Analiza grupului. x- și y-axurile reprezintă valorile maxime ale semnalelor din electrodul 2 și respectiv 1 din cei patru electrozi tetrodi. Fiecare punct reprezintă un vârf neuronal care a depășit pragul definit. Patru clustere încercuite (a, b, c, d) au fost identificate. Grupurile albe dispersate în centru și în colțurile stânga și dreapta reprezintă semnale de zgomot și, respectiv, semnale de stimulare. Calibrare: 0.8 ms, 0.5 mV.

Manipulări în câmpul circular deschis (mediu familiar).

Activitatea celulelor loc a fost monitorizată într-o cameră cilindrică circulară pe parcursul mai multor sesiuni min 10, în timpul căreia șoarecii au căutat BSR aleatoriu. Neuronii au fost înregistrați în ședințe secvențiale pentru a determina stabilitatea câmpurilor locului între ședințe și cantitatea de control extramaze (distal) și intramaze (proximale). Figura 2C arată diagrama testării sesiunilor secvențiale. În sesiunea standard (prerotație, linia de bază 1), activitatea neuronală a fost monitorizată în timp ce șoarecii au fost hrăniți în câmp deschis circular cu un difuzor care emite continuu zgomot alb la poziția de ora 9 și un bec electric incandescent a fost pornit la o 3 ' poziția ceasului. Neuronii au fost apoi înregistrați în sesiuni de rotație distală și de rotație proximală. În sesiunea de rotație a indicilor distali, poziția indicilor distali a fost rotită cu 180 °, în timp ce camera a fost menținută constantă. În rotația proximală a tacului, camera a fost rotită cu 180 °, în timp ce indicii distali au rămas neschimbați. După fiecare manipulare a sesiunilor distale sau proximale, a fost înregistrată o sesiune suplimentară cu indicii distale și proximale revenite la condițiile standard. Deoarece mai multe sesiuni au fost înregistrate secvențial, mouse-ul nu a fost de obicei deconectat de la cablul de înregistrare între sesiuni. Nu am efectuat nicio manipulare pentru a interfera cu orientarea spațială a animalului. Înainte și după fiecare sesiune de înregistrare, mouse-ul s-a așezat pe o cutie plasată pe un piedestal în afara camerei de înregistrare timp de 5 minute.

Manipulări în câmpul pătrat deschis (mediu nou).

Celulele loc au fost apoi înregistrate într-un nou câmp deschis la care mouse-ul a fost expus pentru prima dată. Noul câmp deschis a fost o cameră pătrată (dimensiunea 55 × 55 cm, înălțimea 25 cm) care a înlocuit câmpul deschis familiar. S-au folosit alternativ două camere pătrate identice. Secvențele manipulărilor în noul mediu au fost similare cu cele utilizate în mediul familiar (Fig. 2D). Înainte de fiecare sesiune, fie în mediul familiar sau nou, podeaua a fost curățată cu o soluție 0.5% Hibitan (Sumitomo Company).

Puneți delimitarea câmpului.

Împărțirea numărului total de vârfuri în funcție de timpul cumulat de stânga în fiecare pixel pentru întreaga sesiune a dus la o hartă a ratei de tragere. Harta de distribuție a vitezei de tragere a pixelilor a fost reprezentată de o scară de culoare cu dimensiunea pixelilor de 2.4 × 2.4 cm. Pixelii pe care mouse-ul nu i-a vizitat în câmpul deschis sunt arătați în gri, iar cei în care mouse-ul a vizitat, dar celula nu a tras niciodată sunt prin pixeli albi. O rată de tragere mai mare decât zero a fost evaluată pe o scară ascendentă, cântarul de culori fiind cian, albastru, verde, galben și roșu. Pixelii cu rate de tragere mai mari de două ori media sunt afișați ca pixeli roșii. Câmpurile locului au fost delimitate sub formă de grupuri de pixeli cu rate de tragere care depășesc de două ori media ratelor de tragere a sesiunilor. Un câmp de loc ar putea fi continuat prin orice margine partajată de doi pixeli care îndeplinesc criteriul, dar nu prin colțuri. Dacă unul sau mai mulți pixeli vecini îndeplinesc criteriul, câmpul a fost extins pentru a include pixeli. Fiecare pixel adăugat a fost apoi testat pentru prezența unui pixel vecin care îndeplinea criteriul. Când niciun pixel vecin nu îndeplinește criteriul, a fost identificată limita câmpului. Dimensiunea minimă a câmpului pentru o celulă legată de loc a fost stabilită la 9 pixeli. Patch-urile neconjugate de pixeli adiacenți care conțin o rată de tragere semnificativ crescută au fost definite ca „subcâmpuri” dacă îndeplinesc criteriul de mai sus al câmpurilor loc.

Analiza de sesiune standard.

Pentru fiecare neuron legat de loc, s-a utilizat diagrama de tragere în timpul sesiunii standard pentru a determina (1) dimensiunea câmpului locului; (2) media vitezei generale de ardere; (3) rata medie de tragere a infield; (4) rata medie de tragere în afara terenului; (5) rata maximă de tragere a infield; (6) sparsitate; (7) reglare spațială; (8) coerență spațială; și (9) conținutul informațiilor spațiale (biți / spike). Aceste analize au fost efectuate folosind metode descrise anterior (Wiener și colab., 1989; Skaggs și colab., 1993; Jung și colab., 1994; Hetherington și Shapiro, 1997; Shapiro și colab., 1997). Valorile acestor parametri au fost comparate între cele două grupuri de șoareci folosind un Student t Test. Pe scurt, dimensiunea câmpului locului a fost estimată ca procent din câmpul locului peste arena vizitată. Rata medie de tragere generală a fost calculată ca numărul total de vârfuri trasate într-o sesiune împărțită la timpul sesiunii. Rata medie de tragere a câmpului și a mediei a fost determinată ca viteza medie de tragere a celulei în interiorul și în afara câmpului locului. Rata maximă de tragere la infield a fost cea mai mare rată de tragere a tuturor pixelilor cu câmpul locului. Reglarea spațială a celulei a fost determinată ca raportul dintre rata medie de tragere a câmpului loc și rata medie de tragere în afara câmpului (Wiener și colab., 1989). Coerența spațială a fost calculată prin efectuarea transformării z la corelația dintre rata într-un pixel și rata medie în pixelii adiacenți. Informațiile spațiale (Inf) semnalate de fiecare unitate (Skaggs și colab., 1993) a fost calculată prin următoarea ecuație: Formulă Unde R este rata medie de tragere a sesiunii, ri este rata în pixeli i, și Pi este probabilitatea ca mouse-ul să fie detectat în pixeli i.

Analizele de rotație distală, rotație proximă și remapping.

Pentru a cuantifica rotația câmpurilor de locație între diferite sesiuni cu manipulare a mediului (o rotație a indicilor distali sau proximali), a fost măsurat un scor de corelație de rotație pentru fiecare celulă de loc. Coșurile au fost netezite prin recalcularea ratei de tragere a fiecărui coș ca medie a lui și a coșurilor adiacente. Pentru fiecare celulă, (1) a fost măsurată corelația produs-moment Pearson între matricea vitezei de tragere din sesiunea inițială și cea din a doua sesiune cu manipulare a mediului, apoi (2) cantitatea de rotație unghiulară a hărților ratei de tragere a fost cuantificat între perechea de sesiuni. Această din urmă valoare a fost determinată prin rotirea hărții vitezei de tragere a celei de-a doua sesiuni în trepte de rotație de 5 ° pentru a determina poziția la care harta de tragere rotită a fost corelată maxim cu harta vitezei de tragere a sesiunii inițiale. Unghiul de rotație care a produs cea mai mare corelație a fost luat ca cantitate pe care câmpul de loc s-a rotit între cele două sesiuni, iar o celulă a fost justificată ca urmând indicii dacă câmpurile sale de loc s-au deplasat> 50% din unghiul rotit pentru rotația indicativă dată. sesiune comparativ cu sesiunea de bază precedentă. Au fost calculate și măsurile pentru divergența câmpurilor de foc (remapare) în cele două camere. Sa considerat că o celulă se remapează dacă îndeplinește una dintre următoarele condiții: (1) celula a încetat să tragă după ce a fost expusă la noua cameră, (2) celula a devenit mai activă în camera nouă decât în ​​camera familiară sau (3) câmpul sa mutat într-o locație care nu se suprapune în poziție și direcție cu locația anterioară din camera familiară.

Testarea acuității vizuale.

Un test modificat pe faleză vizuală (Fox, 1965; Crawley, 2000) a fost folosit pentru a testa acuitatea vizuală a șoarecilor noștri. O cutie de lemn (46 cm × 46 cm) cu un plan orizontal conectat la o picătură verticală (48 cm), care la rândul său a fost conectată la un plan orizontal inferior la nadirul picăturii verticale. O hârtie cu model alb și negru a acoperit suprafața planurilor orizontale și a picăturii verticale. O foaie din Plexiglas transparentă acoperea stânca. La marginea stâncii a fost amplasată o creastă de aluminiu (2.54 cm lățime și 3.8 cm grosime). Ambele părți ale aparatului erau puternic iluminate. Băieții au fost îndepărtați înainte de testul vizual al stâncii pentru a elimina informațiile tactile. Au fost utilizate două grupuri cu fiecare dintre bărbații adulți 10 de la șoarecii D1R-KO și WT. Șoarecele a fost plasat pe creasta centrală la începutul fiecărei încercări consecutive 10 (după încercările 5, aparatul a fost transformat 180 ° și 5 au fost efectuate mai multe încercări). Atunci când mouse-ul a ales să coboare pe suprafața pe scară orizontală, a fost considerat ca un răspuns „pozitiv”, în timp ce mouse-ul care cobora în partea de jos a stâncii era considerat un răspuns „negativ”. Timpul necesar pentru ca mouse-ul să coboare din creasta centrală a fost înregistrat ca o latență de răspuns.

Histologie.

După ce se estimează că electrozii de înregistrare sunt avansați sub stratul de celule piramidale ale hipoxampalului CA1, locațiile electrozilor de înregistrare au fost verificate histologic. Șoarecii au fost profund anesteziați cu sodiu pentobarbital (40 mg / kg ip). O leziune electrolitică (30 μA curent negativ pentru 15 s) a fost aplicată prin electrozii de înregistrare. Șoarecele a fost perfuzat cu soluție salină 0.9%, urmată de soluție salină formală tamponată cu 10%. Creierul a fost îndepărtat și fixat în 30% formal-soluție salină timp de o săptămână. Creierele au fost secționate coronal (50 μm) pe un microtom de îngheț și colorate cu crem violet.

REZULTATE

Generarea și caracterizarea șoarecilor D1R-KO

Pentru a perturba gena D1R în celulele ES de șoarece, prin recombinare omologă, am construit un vector de direcționare, astfel încât să ștergem întreaga secvență de codificare (Fig. 1A). Patru clone cu gena D1R perturbată din coloniile rezistente la 120 G418 au fost obținute prin transfecția celulelor E14TG2a IV ES cu vectorul de țintire prin analiza Southern blot (datele nu sunt prezentate), iar himerele derivate din clonele au transmis mutația prin linia germinală. Progeniile heterozigote au fost încrucișate pentru a genera șoareci mutante homozigote. Figura 1B prezintă analiza PCR pentru genotipurile de progenie din matrițele heterozigote. Analizele totale ale creierului adult de șoarece au fost examinate prin analiza Western blot. Expresia D1R a fost complet absentă la șoarecii D1R-KO în comparație cu cea la șoarecii WT (Fig. 1C). În schimb, β-actina a fost exprimată în mod normal în striatul ambelor șoareci D1R-KO și WT (Fig. 1C).

Histologie

Pozițiile electrozilor de înregistrare au fost verificate microscopic și mapate pe secțiunile corespunzătoare de țesut, iar secțiunile au fost comparate cu atlasul creierului de șoarece Franklin și Paxinos (1997). Toate site-urile de înregistrare au fost localizate în regiunea CA1 pentru ambele tipuri de șoareci (Fig. 4).

Figura 4. 

Verificarea plasărilor electrodului. Locația vârfurilor de electrod de înregistrare (cercuri umplute cu negru) pentru șoarecii WT (A) și D1R-KO șoareci (B) utilizat pentru experimentul de înregistrare a unității. Plăcile au fost modificate pentru a semăna cu cele din Franklin și Paxinos (1997). Numerele de lângă fiecare secțiune corespund la milimetri de la bregma.

Celulele hipocampale la șoarecii D1R-KO și WT într-un mediu familiar

Am înregistrat activitate neuronală din regiunea CA1 în D1R-KO și în coșii de gunoi WT. O sută optzeci și trei de celule au fost înregistrate de la șoareci WT și celule 82 de la șoareci D1R-KO. Dintre aceste celule, 99 de la șoarecii WT a afișat activitate legată de loc (prin tetrodi, 77 / 99, 77.8%; prin electrozi unici, 22 / 99, 22.2%) și 52 de la D1R-KO șoareci afișate activități legate de loc (prin tetrode, 42 / 52, 80.8%; cu un singur electrod, 10 / 52, 19.2%). Nu a existat nicio diferență în numărul de celule înregistrate care afișează activitate legată de loc între cele două grupuri de șoareci (WT, 99 / 183, 54.1% față de KO, 52 / 82, 63.4%, p = 0.156, χ2 Test). Astfel, eliminarea D1R nu diminuează numărul de celule loc. Pentru celulele locului, am caracterizat proprietățile de ardere de bază în sesiunea standard în mediul familiar (Tabelul 1). Nu au existat diferențe semnificative în niciun parametru de tragere spațială între cele două grupuri de șoareci (în toate comparațiile, p > 0.05), sugerând că lipsa D1R nu compromite proprietățile de ardere de bază ale celulelor locului într-un mediu stabil și bine explorat.

Tabelul 1. 

Comparații ale proprietăților de ardere a celulelor locale hipocamp la șoarecii WT și D1R-KO într-un mediu familiar

D1R-KO reduce celulele care răspund la indicii distali într-un mediu familiar

În consecință, am examinat plasticitatea neurală a celulelor locului hipocamp sub manipulări rotative ale urmelor distale și proximale în camera de înregistrare circulară familiară. Răspunsurile celulelor plasate la manipulările semnalelor de mediu au fost clasificate ca fiind controlate de indicii distale, indicii proximale, ambele tipuri de tac și nici un tip de tac.Tabelul 2). La șoarecii WT, efectele distanțelor distale au predominat peste urmele proximale (Tabelul 2), prin faptul că majoritatea celulelor plasate (52 / 91, 57.1%) au urmat rotirea indicilor distali (Fig. 5A, 1 – 5), mai puține celule loc (15 / 91, 16.5%) au urmat rotirea indicilor proximale (Fig. 5B, 1-5) și o a cincea (18 / 91, 19.8%) au urmat rotirea indicilor distali și proximali (Fig. 5C, 1 – 5). În mod surprinzător, la șoarecii D1R-KO (Tabelul 2), nicio celulă loc (0 / 50, 0%) nu a urmat rotirea indicilor distali, dar majoritatea celulelor loc înregistrate (40 / 50, 80%) au urmat rotirea indicilor proximali (Fig. 6A,B, 1 – 5). Numărul neuronilor care au fost afectați de rotația cue (în urma distanțelor + proximale + ambelor), la șoarecii D1R-KO a fost mai mic decât cel la șoarecii WT (KO, 40 / 50, 80% vs WT, 85 / 91, 93.4% . p <0.05). Aceste rezultate arată că, deși numărul de neuroni care și-au schimbat activitatea ca răspuns la indicii proximali a crescut la șoarecii D1R-KO, această creștere încă nu a compensat toate răspunsurile, așa cum s-a observat la șoarecii WT.

Tabelul 2. 

Un număr de celule loc hipocamp în șoareci WT și D1R-KO au fost testate pentru răspunsurile lor la schimbările în indicii distali și proximali atât în ​​medii familiare, cât și în cele noi.

Figura 5. 

Efectele schimbărilor în relațiile spațiale dintre indicii distali și proximali asupra activității legate de locul hipocampului la șoarecii WT în mediile familiare (1-5) și noile medii (6-10). A, În mediul familiar, o celulă de loc a avut un câmp de foc de loc în jurul poziției de la ora 9 (1) în sesiunea standard, iar câmpul său de loc s-a deplasat la poziția de ora 3 (2) în sesiunea de rotație distală , a revenit la aceeași poziție (3) ca în sesiunea standard în sesiunea de bază 2, fără schimbare (4) în sesiunea de rotație proximală și nicio modificare (5) în sesiunea de întoarcere în care camera de înregistrare a fost returnată la poziția normală. În mediul nou, declanșarea specifică locației acestei celule a urmat, de asemenea, indicii distale (6-7), dar nu și indicii proximali (8-9). B, O celulă loc a avut un câmp loc care nu a respectat rotația indicilor distali (1-2), dar a urmat indicii proximale (3-4) în mediul familiar. Câmpul loc al acestei celule a fost recapitulat în noul mediu atunci când câmpul său de loc a apărut opus celui din mediul familiar, dar a urmat totuși rotația urmelor proximale (8-9). C, O celulă loc a avut un câmp loc care a urmat schimbării atât a distanțelor (1 – 2) cât și a urmelor proximale (3 – 4) în mediul familiar. Interesant, în noul mediu, câmpul loc al acestei celule a urmat doar urmele distale (5 – 6), nu urmările proximale. Imaginile cu becuri și difuzoare lângă hărțile de tragere indică aranjamentele lor în condițiile de manipulare ale indicilor distali și proximali. Săgețile de rotație indică rotația camerei de înregistrare în sesiunea de rotație proximă cue. Tabelele de scară de culoare din dreapta hărților de tragere indică calibrarea pentru rata de tragere. Numerele cu caractere aldine și între paranteze din dreapta hărților de viteză indică ratele de tragere în interior și, respectiv, în afara câmpului. Pătratele verzi deschise conțin hărți ale ratei de tragere pentru a sublinia ședințele în care s-a rotit câmpul locului celulei.

Figura 6. 

Efectele schimbărilor în relațiile spațiale între indicii distali și proximali asupra activității legate de locul hipocampului la șoarecii D1R-KO în mediile familiare (1 – 5) și noile medii (6 – 10). A, O celulă loc tipică a avut un câmp loc care nu a respectat rotația indicilor distali (1-2), dar a urmat rotirea indicilor proximale (3-4) în mediul familiar. În noul mediu, câmpul locului acestei celule nu a fost schimbat prin manipulări distale sau proximale. B, Un alt exemplu de celulă loc a cărui activitate legată de loc nu a urmat rotația indicilor distali (1-2), dar a urmat rotația indicilor proximali (3-4) în mediul familiar, iar această celulă a răspuns în mod similar în noul mediu (6 – 10). Rețineți că nicio celulă plasată la șoarecii D1R-KO nu a urmat schimbării urmelor distale. Alte descrieri sunt ca cele pentru Figura 2.

Răspunsurile modificate ale celulelor loc în șoarecii D1R-KO în mediul nou

Am efectuat experimente suplimentare pentru a elucida flexibilitatea celulelor locului hipocamp în procesarea stimulilor de mediu în medii noi și pentru a determina dacă sistemul D1R este implicat în acest proces. Când au fost expuse inițial la noua cameră pătrată, a celulelor loc 86 testate la șoareci WT, celulele 38 au arătat recapitulare, cu celulele 7 au oprit focul și celulele 31 schimbându-și câmpurile de ardere. Dintre celulele 26 testate la șoareci D1R-KO, celulele 8 au fost recapitulate, celulele 3 și-au oprit arderea, iar celulele 5 și-au schimbat câmpurile de ardere. Nu au existat diferențe marcate în numărul de celule reapărute în mediul nou între cele două grupuri de șoareci (WT, 37 / 86, 44.2% față de KO, 8 / 26, 30.8%, p = 0.223), deși mai multe celule și-au schimbat câmpurile de ardere la șoarecii WT (WT, 31 / 86, 36.1% față de KO, 5 / 26, 19.2%, p = 0.107). Aceste rezultate sugerează că expunerea într-un mediu nou are influențe asupra unui număr de celule atât la șoarecii WT cât și la D1R-KO. Pentru a testa răspunsurile neuronale ale celulelor locului atât în ​​camere familiare, cât și în cele noi, animalelor li s-a cerut să efectueze peste ședințe secvențiale 10. La șoarecii D1R-KO, pentru mai multe celule, performanța șoarecilor în timpul înregistrării s-a deteriorat după ședințele 4-5, deoarece au început să se oprească frecvent și să ruleze mai puțin aleatoriu, ca în cercuri (Tran și colab., 2005), iar traiectoriile lor au acoperit doar o mică zonă a arenei de înregistrare, care a fost insuficientă pentru a analiza câmpurile locului. Pentru a menține fiabilitatea datelor privind reprezentările neuronale atât în ​​medii familiare, cât și în medii, în studiul de față am inclus doar celule înregistrate în sesiunile 10 cu performanță comportamentală suficientă, ceea ce înseamnă că un număr limitat de celule la șoarecii D1R-KO au fost testate în roman. mediu inconjurator.

La șoarecii WT, tendința ca celulele loc să utilizeze în mod preferențial indicele distal pentru a-și localiza câmpurile locului (Fig. 5A, 6 – 10) peste urmele proximale (Fig. 5B, 6 – 10) a fost mai pronunțată în noul mediu (Fig. 7E,G; Tabelul 2). Interesant este că o mică parte din neuroni au răspuns anterior la indicii distali și proximali în mediul familiar (Fig. 5C, 1 – 5); în noul mediu, cu toate acestea, tragerea lor specifică locației a fost ancorată la indicii distali, dar nu proximali (Fig. 5C, 6 – 10). În plus, numărul total de celule loc care au răspuns la indicii de mediu nu a diferit între mediile cunoscute și cele noi (Tabelul 2). Aceste rezultate sugerează faptul că celulele locului hipocamp la șoarecii WT pot utiliza informații de mediu pentru a reprezenta locația lor în mediu. Faptul că codificarea informațiilor din indicii distali a fost predominantă asupra indicilor proximali, atât în ​​condiții familiare, cât și inedite la șoarecii WT, sugerează că utilizarea acestor informații este eficientă pentru a permite animalului să facă față unui mediu în continuă schimbare. Mai mult decât atât, unele dintre celulele loc testate au urmat mai întâi indicii distale în noul mediu și apoi s-au adaptat la informațiile proximale din mediul familiar, sau invers. Acest rezultat este în concordanță cu o idee cunoscută că există diferite sisteme de referință pentru neuronii hipocampali și că aceștia pot fi interschimbabili sau se pot suprapune parțial în anumite condiții (Gothard și colab., 1996; Knierim și colab., 1998; Zinyuk și colab., 2000).

Figura 7. 

Scatterploturi de valori de corelație spațială versus unghiuri de rotație care au produs valori maxime de corelație între perechi de sesiuni pentru celulele locului hipocamp la șoarecii WT și D1R-KO. Unghiurile de rotație sunt reprezentate pe abscisă, iar valorile de corelație spațială între perechile de sesiuni sunt reprezentate pe ordonată; diamantele pline de albastru sunt pentru șoarecii WT, iar pătratele roșii deschise pentru șoarecii D1R-KO. ANUNȚ, În mediul familiar, au existat două subpopulații de celule loc la șoarecii WT, în care câmpurile locului au fost influențate de indicii distali (distribuiți în jurul valorii de 180 °, sesiune standard și sesiune de rotație distală) (A) și indicii proximale (distribuite în jurul valorii de 180 °, sesiunea de bază 2 vs sesiunea de rotație proximă) (C), cu influența indicilor distali predominați asupra urmelor proximale. Pentru șoarecii D1R-KO, nicio celulă loc nu și-a schimbat câmpurile de loc prin rotirea indicilor distali (în jurul valorii de 0 °) (A), iar majoritatea celulelor și-au mutat câmpurile de rotație prin rotirea indicilor proximale (C). E-H, În noul mediu, efectul predominant al urmelor distale (E) peste indicii proximale (G) a fost încă văzut și a fost mai pronunțat la șoarecii WT. La șoarecii D1R-KO, doar câteva celule au răspuns la rotația indicilor distali (E) și indicii proximale (G), iar multe celule nu au urmat modificări distale sau proximale în mediul roman.

La șoarecii D1R-KO, nu au existat celule loc influențate de urmele distale în mediul nou (Fig. 6A,B, 6-10; Fig. 7E; Tabelul 2). Acest rezultat s-a putut datora unor modificări ale funcțiilor cognitive în raport cu mediul extern cauzate de lipsa D1R (Kentros și colab., 2004). Interesant este că la șoarecii D1R-KO, o fracțiune mai mică din celulele locului a urmat rotația indicilor proximali în mediul nou, deși majoritatea celulelor locului au urmat rotirea indicilor proximali în mediul familiar. Este de remarcat faptul că numărul celulelor locului care nu răspund nici unui indiciu în mediul nou a crescut (Tabelul 2). Aceste rezultate sugerează că celulele plasate la șoarecii D1R-KO par să răspundă mai puțin la manipulările semnalelor distale și că o codificare suficientă a semnalelor proximale ar putea necesita o expunere mai lungă la mediu pentru a adapta aceste informații la activitatea hipocampului.

Existența receptorilor dopaminei la retină a fost semnalată anterior (Djamgoz și colab., 1997; Nguyen-Legros și colab., 1999; Courtière și colab., 2003). Prezența lor ridică îngrijorare cu privire la acuitatea vizuală a șoarecilor D1R-KO. Prin urmare, am efectuat un test vizual de acuitate pentru șoareci (Fox, 1965; Crawley, 2000). Nu au fost găsite diferențe în ceea ce privește numărul de răspunsuri pozitive și latențe ca răspuns între cele două tipuri de șoareci (Tabelul 3) (răspuns pozitiv: WT, 90 / 100 vs KO, 87 / 100, p = 0.51; latență: WT, 170.1 ± 12.8 vs KO, 181.8 ± 11.8 s, p = 0.49), care arată că perceptibilitatea vizuală la șoarecii D1R-KO nu era semnificativ deficitară în comparație cu cea la șoarecii WT.

Tabelul 3. 

Rezultatele testului vizual al stâncilor la șoarecii WT și D1R-KO

Discuție

Pentru a testa ipoteza conform căreia D1R modulează reprezentările spațiale în hipocampus ca răspuns la schimbările de mediu, am înregistrat celule loc hipocamp în șoareci D1R-KO și WT cu manipulări ale indicilor de mediu. Șoarecii D1R-KO pot avea un număr de celule loc hipocamp cu proprietăți de ardere de bază intacte într-o sesiune standard comparabilă cu cea a șoarecilor WT. Am găsit anterior o reducere a dimensiunii medii a câmpului de activitate a activității legate de loc în nucleul accumbens (NAc) la șoarecii D1R-KO (Tran și colab., 2005). Astfel, deși HF și NAc sunt interconectate și ambele sunt inovate de sistemele dopaminergice, efectele modulării D1R asupra reprezentărilor spațiale din aceste două structuri pot fi procesate distinct. Manipulări farmacologice ale sistemului D1R (Gill și Mizumori, 2006) au demonstrat că fiabilitatea și specificitatea celulelor locului hipocampului de șobolan sunt perturbate numai prin combinarea unui D1 antagonist cu o schimbare de context. În sesiunea standard din experimentul nostru, a existat o ștergere a D1R, dar contextul a fost stabil, rezultatul fiind că proprietățile de ardere de bază ale neuronilor HF la șoarecii D1R-KO au fost neschimbate, ceea ce este în concordanță cu constatarea la șobolani. În mediul familiar, șoarecii au avut o experiență prealabilă substanțială, ceea ce a stabilizat fiabilitatea celulelor locului, iar acest lucru poate fi mai important pentru navigarea spațială decât dimensiunea câmpurilor locului în sine. Cu toate acestea, atunci când semnalele de mediu au fost manipulate, am găsit modificări intrigante în plasticitatea dependentă de context la șoarecii D1R-KO, așa cum este descris.

Reprezentarea hipocampului poate fi modificată prin modificarea potențării pe termen lung (LTP) (Rotenberg și colab., 2000; Dragoi și colab., 2003), iar această plasticitate sinaptică poate fi modulată prin dopamină (Otmakhova și Lisman, 1996; Matthies și colab., 1997; Swanson-Park și colab., 1999; Li și colab., 2003) și noutate spațială (Li și colab., 2003). Codificarea cuprinzătoare a indicilor spațiale poate fi crucială pentru ca celulele din loc să recunoască rapid aspectul mediului, ceea ce, la rândul său, poate contribui la integrarea cu informații idiotice. Această abilitate poate fi importantă pentru învățarea spațială, în special în medii inedite. Absența D1R a împiedicat integrarea fluxului de informații spațiale, rezultând într-o scădere a numărului de celule loc care răspund la schimbările indicilor spațiale din mediul nou. Reprezentarea mediului înconjurător de către celulele locului hipocampal poate fi totuși stabilizată de alte fluxuri de informații derivate din alte surse, cum ar fi indicii idiotetice (Gothard și colab., 1996; Whishaw și colab., 1997; Knierim și colab., 1998; Zinyuk și colab., 2000; Stuchlik și colab., 2001) utilizat în integrarea căilor (Gothard și colab., 1996; Whishaw și colab., 1997; McNaughton și colab., 2006), cu implicarea altor sisteme de neurotransmițători, cum ar fi sistemele glutamatergice (McHugh și colab., 1996; Cho și colab., 1998; Kentros și colab., 1998; McHugh și colab., 2007). Această plasticitate neurală poate necesita o expunere mai lungă la mediu. Cu o lipsă de D1 de modulare, această plasticitate neurală la șoarecii D1R-KO ar putea fi legată în mod preferențial de indicii idiotetice (de exemplu, integratorul de cale) în comparație cu indicii distali din mediul înconjurător. Celulele locului hipocamp sunt o parte a unui circuit mai larg pentru reprezentarea dinamică a auto-locației (Moser și colab., 2008), și acum se știe că interacționează cu celulele grilă din cortexul entorinal (Brun și colab., 2002; Hafting și colab., 2005; Sargolini și colab., 2006; Fyhn și colab., 2007). Celulele grilei pot furniza elementele unei hărți neuronale bazate pe integrarea căilor (McNaughton și colab., 2006; Moser și colab., 2008). Poate fără D1R celulele se transformă înapoi pe o „hartă” implicită bazată în principal pe integrarea căilor, ceea ce face ca numărul de celule plasate după indicii proximale să predomine în mediul familiar.

Noutăți spațiale care codifică neuronii hipocampali, un fenomen care se conformează cu ceea ce mulți alți autori numesc „recapitulare” (Leutgeb și colab., 2005b) și se crede că este o abilitate dependentă de D1R (Li și colab., 2003), poate influența plasticitatea dependentă de sinaptic (Li și colab., 2003) nu numai prin efectul direct al epuizării D1R, ci și prin efectul acestora asupra altor sisteme neuromodulatoare (Levine și colab., 1996; Mele și colab., 1996; Swanson-Park și colab., 1999). Astfel de modificări compromit reprezentarea neuronilor hipocampali, ducând la o modificare a cogniției spațiale (Kentros și colab., 2004; Stuchlik și Vales, 2006) sau deficiențe în învățarea spațială care necesită utilizarea de indicii spațiale și memoria locurilor (El-Ghundi și colab., 1999; Tran și colab., 2005). În plus, Kentros și colab. (2004) de asemenea, a constatat că aplicarea lui D1/D5 agoniști și antagoniști ai receptorilor la șoarecii de tip sălbatic au crescut sau au scăzut stabilitatea câmpului. Împreună cu rezultatele Gill și Mizumori (2006) iar cele din prezentul studiu, aceste date implică rolul neuromodulării dopaminergice în formarea reprezentării hipocampului. Unele alte studii au arătat o deficiență mai mică în învățarea spațială la șobolani manipulați cu D1R (Wilkerson și Levin, 1999) și manipulările altor sisteme neuromodulatoare, cum ar fi receptorii NMDA, pot cauza tulburări ale sarcinilor spațiale și instabilitatea celulelor locului (McHugh și colab., 1996, 2007; Cho și colab., 1998; Kentros și colab., 1998; Rotenberg și colab., 2000) într-un mediu neschimbat, sugerând suplimentar că funcțiile hipocampale se pot baza mai mult decât doar pe sistemul D1R într-un mediu familiar. Rezultatele răspunsurilor pozitive și latențelor egale la un test de acuitate vizuală au sugerat că modificările reprezentării spațiale în prezentul studiu ar putea rezulta din funcțiile cognitive, mai degrabă decât din deficiențele percepției vizuale.

Rezultatele noastre susțin ideea că integrarea informațiilor din repere spațiale și indicii idiotetice în celulele locului poate implica interacțiunea reciprocă a sistemelor dopaminergice și a altor sisteme neuromodulatoare, inclusiv a sistemelor glutamatergice (McHugh și colab., 1996, 2007; Mele și colab., 1996; Kentros și colab., 1998) în hipocamp și printre sistemele de procesare a informațiilor (Sawaguchi și Goldman-Rakic, 1991; Wilkerson și Levin, 1999; Durstewitz și colab., 2000; Tran și colab., 2005), deoarece dopamina poate modula curentul NMDA (Mele și colab., 1996; Durstewitz și colab., 2000) și plasticitatea hipocampului, iar această modulare este legată de stabilitatea memoriei de lucru (Sawaguchi și Goldman-Rakic, 1991; Durstewitz și colab., 2000). În acest context, am ajuns la concluzia că D1R joacă un rol important în detectarea noutății spațiale codificate de reprezentările spațiale ale celulelor locului hipocamp, o condiție prealabilă pentru învățarea spațială. Prezenta lucrare împreună cu alte studii recente (Gasbarri și colab., 1996; Matthies și colab., 1997; Otmakhova și Lisman, 1996; El-Ghundi și colab., 1999; Swanson-Park și colab., 1999; Wilkerson și Levin, 1999; Tran și colab., 2002, 2005; Li și colab., 2003; Kentros și colab., 2004; Gill și Mizumori, 2006; Stuchlik și Vales, 2006) ar trebui să contribuie semnificativ la relevarea mecanismelor care stau la baza implicării dopaminei în învățare și memorie, de la nivelul molecular, la neuronal, la nivel comportamental.

Note de subsol

  • Primite 12, 2008 iunie.
  • Revizuirea a fost primită în octombrie 10, 2008.
  • Acceptat în octombrie 10, 2008.
  • Această lucrare a fost susținută de Ministerul Japonez al Educației, Culturii, Sportului, Științei și Tehnologiei Grant-in-Aid pentru Cercetare Științifică (Grant 18700312 către AHT), Cercetări de bază pentru știință și tehnologie evolutivă, Știința și tehnologia din Japonia și Canon. Fundația în Europa. Mulțumim dr. Edmund T. Rolls (Universitatea din Oxford, Oxford, Marea Britanie) pentru comentarii valoroase asupra acestui manuscris și Dr. Toshikuni Sasaoka (Institutul Național de Biologie de bază, Okazaki, Japonia) pentru asistență tehnică.

  • Corespondența trebuie adresată Taketoshi Ono, Știința emoțională a sistemului, Universitatea din Toyama, Sugitani 2630, Toyama 930-0194, Japonia. [e-mail protejat]

Referinte

    1. Brun VH,
    2. Otnass MK,
    3. Molden S,
    4. Steffenach HA,
    5. Witter MP,
    6. Moser MB,
    7. Moser EI

    (2002) Plasați celulele și recunoașterea locului menținută prin circuite entorino-hipocampale directe. Ştiinţă 296: 2243-2246.

    1. Cho YH,
    2. Giese KP,
    3. Tanila H,
    4. Silva AJ,
    5. Eichenbaum H

    (1998) Reprezentări spațiale ale hipocampului în alfaCaMKIIT286A și CREBalphaDeltaice. Ştiinţă 279: 867-869.

    1. Courtière A,
    2. Hardouin J,
    3. Goujon A,
    4. Vidal F,
    5. Hasbroucq T

    (2003) Efectele selective ale antagonistilor receptorilor de dopamină D1 și D2 cu doze mici asupra procesării informațiilor la șobolani. Behav Pharmacol 14: 589-598.

    1. Crawley JN

    (2000) Ce este în neregulă cu mouse-ul meu? Fenotiparea comportamentală a șoarecilor transgenici și knockout (Wiley, New York).

    1. Djamgoz MB,
    2. Hankins MW,
    3. Hirano J,
    4. Archer SN

    (1997) Neurobiologie a dopaminei retiniene în raport cu stările degenerative ale țesutului. Vision Res 37: 3509-3529.

    1. Dragoi G,
    2. Harris KD,
    3. Buzsáki G

    (2003) Reprezentarea locului în rețelele hipocampale este modificată prin potențarea pe termen lung. Neuron 39: 843-853.

    1. Durstewitz D,
    2. Seamans JK,
    3. Sejnowski TJ

    (2000) Stabilizarea mediată de dopamină a activității de întârziere într-un model de rețea de scoarță prefrontală. J Neurophysiol 83: 1733-1750.

    1. Eichenbaum H,
    2. Dudchenko P,
    3. Lemn E,
    4. Shapiro M,
    5. Tanila H

    (1999) Celulele hipocamp, memoria și locul: este memorie spațială sau un spațiu de memorie? Neuron 23: 209-226.

    1. El-Ghundi M,
    2. Fletcher PJ,
    3. Drago J,
    4. Sibley DR,
    5. O'Dowd BF,
    6. George SR

    (1999) Deficitul de învățare spațială la șoarecii eliminatori ai receptorului Daminei D1. Eur J Pharmacol 383: 95-106.

    1. Foster DJ,
    2. Wilson MA

    (2006) Repetarea inversă a secvențelor comportamentale în celulele locului hipocamp în timpul stării treaz. Natură 440: 680-683.

    1. Fox MW

    (1965) Testul falezei vizuale pentru studiul percepției adâncimii vizuale la șoarece. Animatul Behav 13: 232-233.

    1. Franklin KBJ,
    2. Paxinos G

    (1997) Creierul mouse-ului în coordonate stereotaxice (Academic, San Diego).

    1. Fyhn M,
    2. Hafting T,
    3. Treves A,
    4. Moser MB,
    5. Moser EI

    (2007) Remaparea hipocampului și realinierea rețelei în cortexul entorinal. Natură 446: 190-194.

    1. Gasbarri A,
    2. Sulli A,
    3. Innocenzi R,
    4. Pacitti C,
    5. Brioni JD

    (1996) Insuficiența memoriei spațiale indusă de leziunea sistemului dopaminergic mezohippocampal la șobolan. Neuroştiinţe 74: 1037-1044.

    1. Gill KM,
    2. Mizumori SJY

    (2006) Modulația dependentă de context a receptorilor D1: efecte diferențiale în hipocamp și striat. Behav Neurosci 120: 377-392.

    1. Gothard KM,
    2. Skaggs WE,
    3. McNaughton BL

    (1996) Dinamica corectării nepotrivirii în codul ansamblului hipocampal pentru spațiu: interacțiunea dintre integrarea căilor și indicii de mediu. J Neurosci 16: 8027-8040.

    1. Hafting T,
    2. Fyhn M,
    3. Molden S,
    4. Moser MB,
    5. Moser EI

    (2005) Microstructura unei hărți spațiale în cortexul entorinal. Natură 436: 801-806.

    1. Hetherington PA,
    2. Shapiro ML

    (1997) Câmpurile locului hipocampului sunt modificate prin îndepărtarea semnalelor vizuale individuale într-o manieră dependentă de distanță. Behav Neurosci 111: 20-34.

    1. Jung MW,
    2. Wiener SI,
    3. McNaughton BL

    (1994) Comparația caracteristicilor de ardere spațială a unităților în hipocampus dorsal și ventral la șobolan. J Neurosci 14: 7347-7356.

    1. Kentros C,
    2. Hargreaves E,
    3. Hawkins RD,
    4. Kandel ER,
    5. Shapiro M,
    6. Muller RV

    (1998) Eliminarea stabilității pe termen lung a noilor hărți de celule loc hipocamp prin blocarea receptorului NMDA. Ştiinţă 280: 2121-2126.

    1. Kentros CG,
    2. Agnihotri NT,
    3. Streater S,
    4. Hawkins RD,
    5. Kandel ER

    (2004) O atenție sporită asupra contextului spațial crește atât stabilitatea câmpului cât și memoria spațială. Neuron 42: 283-295.

    1. Knierim JJ,
    2. Kudrimoti HS,
    3. McNaughton BL

    (1998) Interacțiuni între indicii idiotetice și repere externe în controlul celulelor locului și celulelor de direcție ale capului. J Neurophysiol 80: 425-446.

    1. Koera K,
    2. Nakamura K,
    3. Nakao K,
    4. Miyoshi J,
    5. Toyoshima K,
    6. Hatta T,
    7. Otani H,
    8. Aiba A,
    9. Katsuki M

    (1997) K-ras este esențială pentru dezvoltarea embrionului de șoarece. Oncogene 15: 1151-1159.

    1. Leutgeb S,
    2. Leutgeb JK,
    3. Barnes CA,
    4. Moser EI,
    5. McNaughton BL,
    6. Moser MB

    (2005a) Coduri independente pentru memoria spațială și episodică în ansambluri neuronale hipocampale. Ştiinţă 309: 619-923.

    1. Leutgeb S,
    2. Leutgeb JK,
    3. Moser MB,
    4. Moser EI

    (2005b) Plasați celule, hărți spațiale și codul populației pentru memorie. Curr Opin Neurobiol 15: 738-746.

    1. Maneta C,
    2. Testamentele T,
    3. Cacucci F,
    4. Burgess N,
    5. O'Keefe J

    (2002) Plasticitate pe termen lung în reprezentarea hipocampului în celule loc a geometriei mediului. Natură 416: 90-94.

    1. Levine MS,
    2. Altemus KL,
    3. Cepeda C,
    4. Cromwell HC,
    5. Crawford C,
    6. Ariano MA,
    7. Drago J,
    8. Sibley DR,
    9. Westphal H

    (1996) Acțiunile modulatorii ale dopaminei pe răspunsurile NMDA mediate de receptorii sunt reduse în D1A-debitoare mutante deficiente. J Neurosci 16: 5870-5882.

    1. Li S,
    2. Cullen WK,
    3. Anwyl R,
    4. Rowan MJ

    (2003) Facilitarea dependentă de dopamină a inducției LTP în hipocampul CA1 prin expunerea la noutatea spațială. Nat Neurosci 6: 526-531.

    1. Maguire EA,
    2. Burgess N,
    3. Donnett JG,
    4. Frackowiak RS,
    5. Frith CD,
    6. O'Keefe J

    (1998) Știind unde și cum ajungeți: o rețea de navigare umană. Ştiinţă 280: 921-924.

    1. Matthies H,
    2. Becker A,
    3. Schröeder H,
    4. Kraus J,
    5. Höllt V,
    6. Krug M

    (1997) Șoarecii mutanți deficienți de dopamină D1 nu exprimă faza târzie a potențării pe termen lung a hipocampului. Neuroreport 8: 3533-3535.

    1. McHugh TJ,
    2. Blum KI,
    3. Tsien JZ,
    4. Tonegawa S,
    5. Wilson MA

    (1996) Reprezentarea hipocampului deteriorată a spațiului la șoarecii knockout NMDAR1 specifici CA1. Neuron 87: 1339-1349.

    1. McHugh TJ,
    2. Jones MW,
    3. Quinn JJ,
    4. Balthasar N,
    5. Coppari R,
    6. Elmquist JK,
    7. Lowell BB,
    8. Fanselow MS,
    9. Wilson MA,
    10. Tonegawa S

    (2007) Receptorii dentari gyrus NMDA mediază separarea rapidă a modelului în rețeaua de hipocamp. Ştiinţă 317: 94-99.

    1. McNaughton BL,
    2. FP Battaglia,
    3. Jensen O,
    4. Moser EI,
    5. Moser MB

    (2006) Integrarea căilor și baza neurală a „hărții cognitive” Nat Rev Neurosci 7: 663-678.

    1. Mele A,
    2. Castellano C,
    3. Felici A,
    4. Cabib S,
    5. Caccia S,
    6. Oliverio A

    (1996) Dopamina-Ninteracțiuni metil-d-aspartate în modularea activității locomotorii și consolidarea memoriei la șoareci. Eur J Pharmacol 308: 1-12.

    1. Moser EI,
    2. Kropff E,
    3. Moser MB

    (2008) Plasați celulele, celulele de rețea și sistemul de reprezentare spațială a creierului. Annu Rev Neurosci 31: 69-89.

    1. Muller RU,
    2. Kubie JL

    (1987) Efectele schimbărilor din mediu asupra arderii spațiale a celulelor hipocampale-spike complexe. J Neurosci 7: 1951-1968.

    1. Nguyen-Legros J,
    2. Versaux-Botteri C,
    3. Vernier P

    (1999) Localizarea receptorului Dopaminei în retina mamiferului. Mol Neurobiol 19: 181-204.

    1. O'Keefe J,
    2. Burgess N

    (1996) Determinanți geometrici ai câmpurilor locului neuronilor hipocampali. Natură 381: 425-428.

    1. O'Keefe J,
    2. Dostrovsky J

    (1971) Hipocampul ca hartă spațială. Dovadă preliminară din activitatea unității la șobolan în mișcare liberă. Brain Res 34: 171-175.

    1. Otmakhova NA,
    2. Lisman JE

    (1996) D1/D5 Activarea receptorului dopaminei crește magnitudinea potențării timpurii pe termen lung la sinapsele hipocampale CA1. J Neurosci 16: 7478-7486.

    1. Ranck JB Jr.

    (1973) Studii asupra neuronilor singulari în formarea dorsală a hipocampului și a septului la șobolani fără restricții. I. Corelații comportamentale și repertorii de tragere. Exp Neurol 41: 461-531.

    1. Rolls ET

    (2005) Emoție explicată (Oxford UP, New York).

    1. Rolls ET,
    2. Xiang JZ

    (2005) Recompense - reprezentări ale vizualizării spațiale și învățare în hipocampul primat J Neurosci 25: 6167-6174.

    1. Rotenberg A,
    2. O curea,
    3. Hawkins RD,
    4. Kandel ER,
    5. Muller RU

    (2000) Instabilități paralele de potențare pe termen lung, plasarea celulelor și învățare cauzate de scăderea activității proteinei kinazei A. J Neurosci 20: 8096-8102.

    1. Sargolini F,
    2. Fyhn M,
    3. Hafting T,
    4. McNaughton BL,
    5. Witter MP,
    6. Moser MB,
    7. Moser EI

    (2006) Reprezentare conjunctivă a poziției, direcției și vitezei în cortexul entorinal. Ştiinţă 312: 758-762.

    1. Sawaguchi T,
    2. Goldman-Rakic ​​PS

    (1991) Receptorii dopaminei D1 din cortexul prefrontal: implicarea în memoria de lucru. Ştiinţă 251: 947-950.

    1. Skaggs WE,
    2. McNaughton BL,
    3. Gothard KM,
    4. Markus EJ

    (1993) în Progresele sistemelor de prelucrare a informațiilor neurale, O abordare teoretică a informației pentru descifrarea codului hipocampal, eds Hanson SJ, Cowan JD, Giles CL (Morgan Kaufmann, San Mateo, CA), Vol 5, pp 1030-1037.

    1. Stuchlik A,
    2. Vales K

    (2006) Efectul antagonistului receptorilor dopaminei D1 SCH23390 și al agonistului D1 A77636 asupra evitării locului alotetic activ, o sarcină de cunoaștere spațială. Behav Brain Res 172: 250-255.

    1. Stuchlik A,
    2. Fenton AA,
    3. Bures J

    (2001) Navigarea idiotetică extraterească a șobolanilor este afectată de îndepărtarea sau devalorizarea indicilor extramaze și intramaze. Proc Natl Acad Sci SUA 98: 3537-3542.

    1. Swanson-Park JL,
    2. Coussens CM,
    3. Mason-Parker SE,
    4. Raymond CR,
    5. Hargreaves EL,
    6. Dragunow M,
    7. Cohen AS,
    8. WC Abraham

    (1999) O dublă disociere în hipocampul dopaminei D1 / D5 și a receptorilor beta-adrenergici contribuie la persistența potențării pe termen lung. Neuroştiinţe 92: 485-497.

    1. Tran AH,
    2. Tamura R,
    3. Uwano T,
    4. Kobayashi T,
    5. Katsuki M,
    6. Matsumoto G,
    7. Ono T

    (2002) Alterat răspunsul neuronal accumbens la predicția de recompensă asociate cu locul la șoareci knockout receptor dopamina D2. Proc Natl Acad Sci SUA 99: 8986-8991.

    1. Tran AH,
    2. Tamura R,
    3. Uwano T,
    4. Kobayashi T,
    5. Katsuki M,
    6. Ono T

    (2005) Receptorii Dopamine D1 implicați în activitatea locomotorie și accentuează răspunsurile neuronale la predicția recompensei asociate cu locul. Proc Natl Acad Sci SUA 102: 2117-2122.

    1. Whishaw IQ,
    2. McKenna JE,
    3. Maaswinkel H

    (1997) Leziunile hipocampului și integrarea căilor. Curr Opin Neurobiol 7: 228-234.

    1. Wiener SI,
    2. Paul CA,
    3. Eichenbaum H

    (1989) Corelații spațiale și comportamentale ale activității neuronale hipocampale. J Neurosci 9: 2737-2763.

    1. Wilkerson A,
    2. Levin ED

    (1999) Sistemele de dopamină hipocampală ventrală D1 și D2 și memoria spațială de lucru la șobolani. Neuroştiinţe 89: 743-749.

    1. Wilson MA,
    2. McNaughton BL

    (1993) Dinamica codului ansamblului hipocamp pentru spațiu. Ştiinţă 261: 1055-1058.

    1. Yamaguchi H,
    2. Aiba A,
    3. Nakamura K,
    4. Nakao K,
    5. Sakagami H,
    6. Goto K,
    7. Kondo H,
    8. Katsuki M

    (1996) Receptorul Dopamine D2 joacă un rol critic în proliferarea celulară și în expresia proopiomelanocortinei în hipofiză. Genele celule 1: 253-268.

    1. Zinyuk L,
    2. Kubik S,
    3. Kaminsky Y,
    4. Fenton AA,
    5. Bures J

    (2000) Înțelegerea activității hipocampului prin utilizarea unui comportament scop: navigarea prin loc induce descărcarea celulelor atât în ​​cadrele de referință spațiale relevante pentru sarcini, cât și fără sarcină. Proc Natl Acad Sci SUA 97: 3771-3776.

  •