Convertirea ambelor semnale motivaționale pozitive și negative de către populațiile neuronale de dopamină VTA (2011)

OBSERVAȚII: Această cercetare arată că circuitele de recompensă și celulele nervoase producătoare de dopamină răspund fricii. Același circuit care ne conduce cu dopamina să ne urmărim obiectivele, cum ar fi orgasmul, este, de asemenea, activat de frică. Acesta este motivul pentru care „ne plac” lucrurile înfricoșătoare - roller-coastere, salturi cu bungy, filme de groază etc. Ne întrebăm dacă frica sau anxietatea care produc pornografie măresc cantitatea de dopamină eliberată. Acest lucru ar avea sens, deoarece mulți utilizatori se mută în genuri porno care provoacă anxietate și teamă. Dacă un utilizator de porno nu mai primește suficientă dopamină din genul actual, poate căuta porno care să invoce anxietate și teamă pentru a obține o soluție mai mare de dopamină. Adrenalina și noradrenalina stimulează, de asemenea, circuitele de recompensă, așa cum este descris în alte articole din această secțiune.


Studiu complet: Prelucrarea convergentă a ambelor semnale motivaționale pozitive și negative de către populațiile neuronale de dopamină VTA

Wang DV, Tsien JZ, 2011 PLoS ONE 6 (2): e17047. doi: 10.1371 / journal.pone.0017047

Abstract

Dopaminele neuronale din zona tegmentală ventrală (VTA) au fost studiate în mod tradițional pentru rolul lor în motivația de recompensă sau dependența de droguri. Aici studiem modul în care populația neuronilor dopaminergici VTA poate procesa experiențe fricoase și negative, precum și informații despre recompense la șoareci care se comportă liber. Folosind înregistrarea multi-tetrode, constatăm că până la 89% din neuronii dopaminergici presupuși în VTA prezintă o activare semnificativă ca răspuns la tonul condiționat care prezice recompensa alimentară, în timp ce aceeași populație de neuroni dopaminergici răspunde, de asemenea, cădea și agita evenimentele. Majoritatea acestor neuroni de dopamină VTA presupun suprimarea și excitația offset-rebound, în timp ce ~ 25% din neuronii dopatici înregistrați presupun excitație de evenimentele înspăimântătoare. Este important faptul că neuronii dopaminergici VTA prezumtiv prezintă proprietăți de codificare parametrice: duratele lor de schimbare a tragerii sunt proporționale cu durata evenimentului îngrozitoare. În plus, demonstrăm că informațiile contextuale sunt esențiale pentru acești neuroni pentru a determina răspunsuri motivaționale pozitive sau negative, prin același ton condiționat. Luate impreuna, descoperirile noastre sugereaza ca neuronii dopaminei VTA pot folosi strategia de codificare convergenta pentru procesarea atat a experientelor pozitive, cat si a celor negative, integrand intim cu indicii si contextul de mediu.

cifre

Referirea: Wang DV, Tsien JZ (2011) Prelucrarea convergentă a ambelor semnale motivaționale pozitive și negative de către populațiile neuronale de dopamină VTA. PLoS ONE 6 (2): e17047. doi: 10.1371 / journal.pone.0017047

Editor: Hiromu Tanimoto, Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Germania

Primit: Noiembrie 9, 2010; Admis: Ianuarie 19, 2011; Publicat în: 15 Februarie 2011

Drepturi de autor: © 2011 Wang, Tsien. Acesta este un articol cu ​​acces deschis, distribuit în termenii Creative Commons Attribution License, care permite utilizarea, distribuirea și reproducerea nerestricționată în orice mediu, cu condiția ca autorul și sursa originale să fie creditate.

Finanțarea: Această lucrare a fost susținută de fonduri de la NIMH (MH060236), NIA (AG024022, AG034663 & AG025918), USAMRA00002 și Georgia Research Alliance (toate către JZT). Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Dopaminele neuronale din zona tegmentală ventrală (VTA) au fost studiate în mod tradițional pentru rolul lor în motivația de recompensă sau dependența de droguri [1]-[3]. Totuși, neuronii dopaminei VTA sunt de asemenea considerați a fi importanți pentru motivația negativă [1]-[4]. În literatura de specialitate, rolul neuronului dopaminic în motivația pozitivă a fost bine stabilit și susținut de numeroase studii care arată că recompensa (de exemplu, alimentele, sucul) și recompensele (stimuli condiționați) evocă o latență scurtă (50-110 ms) și activitate de spargere scurtă (~ 200 ms) a neuronului dopaminic [5]-[9]. Reacția acestor neuroni dopaminici pare să codifice o gamă largă de evenimente noi și legate de recompensă printr-o regulă de eroare de predicție [5]-[9]. Activitatea VTA de dopamină sa dovedit, de asemenea, că joacă un rol esențial în dependența de droguri: aproape toate medicamentele dependente cresc nivelul de dopamină sinaptică în nucleul accumbens care primește intrări dopaminergice extinse din zona VTA [10]-[12].

Rolul neuronului dopaminergic VTA în motivația negativă a fost de asemenea remarcat. Un număr de studii au constatat că evenimentele aversive (de exemplu, perfuzarea orală a chininei sau LiCl) sau stările negative (de exemplu, retragerea de medicamente) pot modifica concentrațiile de dopamină din zonele creierului inervate de neuronii dopaminei VTA [13]-[15]. În plus, întreruperea transmiterii dopaminei în structurile din aval ale VTA conduce la deteriorarea condiționării la experiențe aversive sau înfricoșătoare [16], [17]. Mai mult, nivelurile de dopamină pot prezenta funcții opuse în ceea ce privește întărirea comportamentului: nivelul inferior al dopaminei în nucleul accumbens se crede că îmbunătățește pedepsirea, dar afectează învățarea bazată pe recompense, în timp ce nivelul sporit al dopaminei îmbunătățește răsplata - dar afectează învățarea bazată pe pedeapsă [18]. Aceste studii de mai sus sugerează că neuronii dopaminei VTA joacă, de asemenea, un rol important în procesarea semnalelor motivaționale negative. Cu toate acestea, rolul exact al neuronului dopaminergic VTA în motivația negativă nu este pe deplin clar.

Pe de altă parte, studiile recente relevă faptul că neuronii dopaminergici din substantia nigra pars compacta (SNc) pot răspunde atât la recompensa (de exemplu, sucul), cât și la stimulii aversivi (de exemplu, puff de aer) și două populații de neuroni ai dopaminei SNc pot transmite distinctiv și semnalele motivaționale negative [9], [19]. Cu toate acestea, au fost ridicate preocupări cu privire la aspectul dacă puful de aer pentru piele, sau un indiciu condiționat care prezice apariția de puf de aer, este cu adevărat aversiv pentru maimuțe atâta timp cât astfel de activități nu sunt considerate daunatoare [9]. Mai mult, neuronii dopaminei SNc sunt cunoscuți pentru a procesa diferite aspecte ale informațiilor și cu circuite neuronale distincte de intrare-ieșire ca și la VTA [5]. Prin urmare, există un interes puternic în investigarea dacă și cum neuronii dopaminei VTA procesează experiențe negative și dacă există populații distincte de neuroni ai dopaminei care se dedică singură procesării informațiilor pozitive și negative.

Pentru a aborda aceste întrebări importante, am folosit o înregistrare extracelulară multi-tetrod în șoareci cu comportament liber și am folosit două tipuri de evenimente terifiante (cădere liberă și agitație) [20] ca modalitate de a studia rolul neuronilor VTA în procesarea semnalelor motivaționale negative. De asemenea, am instruit soareci să asocieze un ton neutru cu livrarea ulterioară a alimentelor, ceea ce ne-a permis să investigăm modul în care aceeași populație de neuroni de dopamină VTA poate procesa semnale pozitive de mișcare. Mai mult decât atât, deoarece informația contextului este o parte integrantă a multor experiențe globale, am întrebat dacă și cum contextele de mediu pot juca un rol în discriminarea informațiilor de recompensă sau aversivă. În acest sens, am continuat să realizăm un set de experimente în care am instruit soareci să asocieze un ton unic atât cu recompensă alimentară, cât și cu un eveniment teribil, dar în contexte diferite, ceea ce ne-a permis să determinăm modul în care răspunsurile neurale ale dopaminei VTA condiționate au fost influențate în mod intrinsec contextul de mediu. Rezultatele noastre sugerează că neuronii dopaminei VTA pot folosi strategia de codificare convergentă pentru prelucrarea atât a experiențelor pozitive, cât și a celor negative.

REZULTATE

Clasificarea neuronilor presupuși de dopamină

Am implantat pachete mobile de 8 tetrode (32 de canale) în VTA din emisfera dreaptă a șoarecilor, iar pozițiile electrozilor de înregistrare au fost confirmate de histologie la sfârșitul experimentului nostru (Figura 1A). Datele din șoarecii 24 din care am înregistrat neuroni dopaminici presupuși au fost folosiți în analizele curente. Un număr total de unități 210 cu forme de undă clare au fost înregistrate de la acești șoareci 24 (pentru exemple de unități bine izolate, vezi Figura S1). Dintre acestea, unitățile 96 au fost clasificate drept neuroni dopaminergici presupuși pe baza modelelor lor de ardere (a se vedea Materiale și metode), iar celelalte unități 114 au fost astfel clasificate ca neuroni ne-dopaminici. Neuronii dopaminergici clasici prezenți au prezentat, de obicei, potențiale largi, trifazice de acțiune (Figura 1B, roșu), deși cu variație, în timp ce neuronii non-dopaminici au prezentat potențiale de acțiune trifazice sau bi-fazice mai înguste (Figura 1B, albastru și negru, respectiv). Foarte important, numai neuronii cu rate scăzute de pornire la momentul inițial (0.5-10 Hz; Figura 1C), intervalul relativ lung între vârfuri (> 4 ms) și modelul de tragere regulat au fost clasificate ca neuroni dopaminici supuși. În schimb, neuronii clasificați non-dopaminici au prezentat, de obicei, o rată mai mare de declanșare de bază (> 10 Hz; Figura 1C) și / sau modularea semnificativă a ratei de ardere în timpul mișcării, în raport cu starea de veghe liniștită [21]-[23].

miniatura

Figura 1. Înregistrarea muti-tetrode și clasificarea neuronilor VTA.

(A) Traseu cu array de electrozi arătat pe un exemplu de secțiune creierului coronal (sus-dreapta) și locurile vârfurilor matricei electrodului (de la șoareci 21) pe diagramele secțiunii atlas [52]. Pătraturile albastre reprezintă locațiile în care au fost înregistrate neuronii DA de tip 1 / 2; pătratele roșii reprezintă locațiile în care au fost înregistrate neuronii tip-3; pătratele purpurii reprezintă locațiile în care au fost înregistrate atât neuronii de tip 1 / 2, cât și cei de tip 3 (vezi Figura 2 pentru clasificarea celor trei tipuri de neuroni DA presupuși). (B) Exemple de forme de undă înregistrate în mod obișnuit pentru neuronii presupuși DA (roșu) și Non-DA (albastru și negru). Lățimea PA a fost măsurată de la jgheab la următorul vârf al potențialului de acțiune. (C) Ratele inițiale de ardere și jumătate PA latime a clasificate DA (roșu) și non-DA (negru) neuroni. DA, dopamină; Non-DA, non-dopamină; AP, potențial de acțiune.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g001

Trei tipuri de neuroni de dopamină VTA susceptibili de frică

Am folosit două tipuri de evenimente terifiante (cădere liberă și mișcare liberă) pentru examinarea modului în care neuronii VTA ar putea răspunde la experiențele negative [20]. Dupa ce soarecii s-au recuperat din interventii chirurgicale si s-au obtinut inregistrari stabile (de obicei 1 ~ 2 saptamani postoperator), am inceput experimentele. Fiecare șoarece a fost plasat într-o cameră cu cădere liberă sau într-o cameră de agitare, în care s-au dat la fiecare sesiune cu un interval de 20-1 min, între încercări,Figura 2A). Intervalul dintre sesiuni este de obicei ore 1-2. Am monitorizat întotdeauna stabilitatea unităților înregistrate examinând formele formei de undă spike, starea de pornire la momentul inițial și distribuțiile clusterului spike înainte și după evenimente, precum și prin toate experimentele. Am apreciat că nu au existat pierderi temporare de unități în timpul celor două evenimente îngrozitoare prin examinarea unităților înregistrate simultan (de exemplu, două unități înregistrate din același tetrod care prezintă schimbări opuse de ardere) (Figura S2). De asemenea, am asigurat că nu au fost incluse zgomote electrice sau mecanice artificiale în datele înregistrate prin evaluarea formelor de undă chiar înainte, în timpul și după evenimentele teribile (Figura S3). În general, acești presupuși neuroni ai dopaminei (n = 96) au fost în mare parte împărțiți în trei tipuri majore pe baza proprietăților lor de răspuns la cele două evenimente teribile: 1 (59%, 57 / 96), 2 (13% 12) și tip-96 (3%, 25 / 24).

miniatura

Figura 2. Trei tipuri de neuroni dopatici (DA) presupuși VTA.

(AC), Rapoarte cu raze de timp (studiile 1-20, de sus în jos) și histograme ale a trei exemple de neuroni dopaminergici VTA (A: tip-1, B: tip-2 și C: (panouri din stânga), agitați (panourile de mijloc) și tonul condiționat care a prezis în mod fiabil livrarea peletelor de zahăr (panourile din dreapta). (D) Procentele diferitelor tipuri de neuroni DA presupuși. (E, F) Procentaje ale neuronilor DA potențiali fricați (E: tip-1 și 2) și excitați (F: tip-3) care au fost activi în mod semnificativ de tonul condiționat care a prezis în mod fiabil livrarea peletelor de zahăr. Cădere liberă, 30 cm înălțime; Se agită, 0.2 sec; Ton, 5 kHz, 1 sec.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g002

Neuronii dopaminergici tip-1 VTA au arătat nu numai suprimarea semnificativă a tragerii lor în răspunsurile la evenimentele de cădere liberă și de agitare (Figura 2A, panourile din stânga și din mijloc (P<0.05, testul Wilcoxon semnat), dar și o excitație puternică de compensare-revenire la încheierea ambelor evenimente. Am definit excitația de revenire ca rata de tragere maximă compensată (netezită cu un filtru Gaussian) pentru a fi de cel puțin două ori mai mare decât rata de tragere de bază și cu scoruri z mai mari de 2. O astfel de excitație de revenire poate semnala siguranța la sfârșitul evenimente înfricoșătoare sau o motivație a unor astfel de evenimente. Am întrebat apoi dacă acești neuroni de tip dopamină de tip 1 au fost receptivi la semnale de recompensă. Prin asocierea repetată a unui ton neutru cu livrarea ulterioară a unei pelete de zahăr, am constatat că acești neuroni și-au crescut în mod semnificativ declanșarea la tonul condiționat care a prezis în mod fiabil recompensa (Figura 2A, panoul din dreapta). Prin urmare, acești neuroni dopaminergici tip 1 au fost receptivi atât la semnalele de recompensă cât și la cele negative.

Neuronii dopaminici tip-2 VTA au prezentat o suprimare semnificativă (P<0.05, testul Wilcoxon cu rang semnat) în timpul căderii libere sau agitării, dar nu au avut activare de revenire după ce aceste evenimente au fost încheiate (scorurile z <2) (Figura 2B, panourile din stânga și din mijloc). Similar cu neuronii dopaminergici tip 1, acești neuroni tip-2 au crescut focalizarea semnificativă la tonul condiționat, care a prezis în mod fiabil recompensa (Figura 2B, panoul din dreapta). Astfel, atât neuronii dopaminergici de tip 1 cât și 2 prezintă modulație bidirecțională prin evenimentele negative și pozitive, adică diminuează arderea lor la evenimentele înspăimântătoare crescând în același timp tragerea lor la semnalele de recompensă.

În mod intrigant, am înregistrat de asemenea un al treilea tip de neuroni asemănători dopaminergici, care împărtășeau mai multă asemănare cu neuronii dopaminergici tip 1 / 2 decât cu neuronii non-dopaminergici. Acești neuroni tip-3 (aproximativ 25% din totalul neuronilor presupuși de dopamină înregistrați) au sporit tragerea lor la evenimente atât de cădere liberă, cât și de agitare (Figura 2C, panourile din stânga și din mijloc (P<0.05, test de rang semnat Wilcoxon). Tragerea lor crescută a fost de obicei urmată de o suprimare compensată. Mai mult, acești neuroni de tip dopamină de tip 3 își pot crește, de asemenea, declanșarea ca răspuns la tonul condiționat care a prezis recompensa (Figura 2C, panoul din dreapta). Acești neuroni de tip 3, care au sporit tragerea lor atât la evenimente pozitive, cât și la evenimente negative, sunt destul de distincte de tipul neuronilor dopaminergici tip 1 și 2. Acest lucru sugerează puternic diversitatea populației de neuroni dopamine VTA [24], [25].

În general, neuronii tip 1 și type-2 constituie majoritatea (72%) din populația neuronală dopamină înregistrată VTA, în timp ce neuronii tip 3 reprezintă aproximativ 25%, restul neuronilor dopaminergici (3%) care nu răspund la evenimente teribile (Figura 2D). Mai mult, analizele noastre sugerează că toate aceste reacții ale neuronilor la evenimentele negative tind să fie uniforme direcțional (45 de neuroni testați atât pentru căderea liberă, cât și pentru evenimentele de scuturare), adică neuronii suprimați (sau activați) de evenimentul de cădere liberă au fost întotdeauna suprimat (sau activat) de alte evenimente înfricoșătoare, cum ar fi evenimentul shake și invers. Dintre neuronii dopaminelor suprimate de frică (tip-1 și tip-2) pe care le-am examinat pentru capacitatea lor de reacție la semnalele de recompensă, 96% dintre aceștia (44/46) au prezentat o activare semnificativă prin tonul satisfăcător (Figura 2E) (P<0.05, test de rang semnat Wilcoxon). Acest lucru arată în mod clar că marea majoritate a neuronilor dopaminei de tip 1 și VTA de tip 2 sunt capabili să răspundă bidirecțional atât la evenimente pozitive, cât și la evenimente negative, adică arată excitație prin informații de recompensă în timp ce suprimare prin experiențe înfricoșătoare. Pe de altă parte, aproximativ 71% dintre neuronii dopaminici supuși tipului 3 (12/17) care au fost activați de evenimente înfricoșătoare pot fi, de asemenea, activați de semnalele de recompensă (Figura 2F) (P<0.05, test de rang semnat Wilcoxon). Acest lucru sugerează cu tărie că evenimentele înfricoșătoare, nu doar recompensa, pot excita unii dintre neuronii dopaminici supuși VTA.

Modele de ardere și caracterizări farmacologice

În ciuda asemănărilor lor în modelul de ardere și în forme de undă de tip spike ale celor trei tipuri de neuroni dopaminergici presupuși (de exemplu, Figura 3A-C), am observat unele diferențe între ele. În primul rând, neuronii de tip dopaminergic de tip 3 au prezentat o probabilitate semnificativ mai mică (9 ± 2.3%, medie ± sem) a arderii la izbucnire comparativ cu tipul de 1 (55.2 ± 2.5%) sau tip-2 (32.0 ± 3.8% neuronilor (Figura 3D și E). În al doilea rând, neuronii de tip 3 au prezentat o rată de focare mult mai scăzută (2.15 ± 0.33 Hz, medie ± sem; n = 24) în comparație cu tipul 1 (5.66 ± 0.27 Hz; n = 57) sau 2 (4.92 ± 0.49 Hz; n = 12) neuroni (Figura 3F).

miniatura

Figura 3. Modele de ardere și caracterizări farmacologice.

(A-C) Trei exemple de neuroni dopaminergici înregistrați în tetrod (tip-1, tip-2 și tip-3) și forme de undă reprezentative ale acestora. PC1 și PC2 reprezintă prima și a doua componentă principală în analiza principală a componentelor. Punctele albastre reprezintă vârfuri individuale pentru neuronii izolați ai dopaminei; punctele negre indică spikes individuale pentru alți neuroni VTA nesortate. (DIntervalul inter-spike al a trei exemple de neuroni dopaminergici presupuși (tip-1, tip-2 și tip-3). (E) Procentele arderii la spargere pentru cele trei tipuri de neuroni dopaminergici presupuși. Bare de eroare, sem; ***P<0.001, Student t-Test. (F) Ratele inițiale de ardere a celor trei tipuri de neuroni dopaminici presupuși. Bare de eroare, sem; ***P<0.001, Student t-Test. (G) Activitatea spike cumulativă a exemplelor de neuroni dopaminergici presupuși (tip-1, tip-2 și tip-3) ca răspuns la agonistul receptorului de dopamină apomorfină. Sa observat că neuronii de dopamină tip-1 și tip-3 au fost înregistrați simultan dintr-o tetrodă. (H și I) Ratele inițiale și post-consumul de droguri ale unor presupuși neuroni ai dopaminei (H) și non-dopaminei (I). Șoarecii au fost injectați cu agonistul receptorului dopaminic apomorfină (1 mg / kg, ip) și vitezele de ardere au fost medii cu 30 min înainte și 30 min după injectarea apomorfinei.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g003

De asemenea, am injectat șoarecii cu agoniști ai receptorilor de dopamină apomorfină (1 mg / kg, ip) și / sau chinpirole (1 mg / kg, ip), care s-au dovedit a inhiba în principal activitatea neuronului dopaminic [6], [8], [24], [25]. Un total de neuroni 77 VTA (incluzând neuroni dopaminergici clasificați 33 și neuroni non-dopaminergici 44) au fost testați cu agoniști ai receptorilor de dopamină. Rezultatele noastre farmacologice au arătat că marea majoritate (96%, 23 / 24) a neuronilor dopaminergici de tip 1 și tip 2 au fost suprimate în mod semnificativ, în timp ce în mod surprinzător neuronii tip 3 (n = 9) au prezentat altfel excitație cu apomorfinăFigura 3H). În plus, neuronii dopaminergici clasificați 4 au fost testați atât cu apomorfină, cât și cu chinpirole (în zile diferite). Acești neuroni dopaminergici 4 au prezentat răspunsuri similare la apomorfină și quinpirole: neuronii (n = 2) suprimați de apomorfină au fost de asemenea suprimați de chinpirole; neuronii (n = 2) activat de apomorfină au fost, de asemenea, activați de quinpirole. În contrast, neuronii ne-dopaminergici VTA (n = 44) au prezentat o schimbare foarte redusă sau fără modificări ale ratei de ardere după injectarea de apomorfină sau chinpiroleFigura 3I).

Răspunsurile VTA presupune neuronii dopaminei la diferite durate și intensități ale evenimentelor înspăimântătoare

Pentru a înțelege mai bine proprietățile de codificare ale neuronilor dopaminergici VTA pentru evenimentele teribile, am efectuat un set de experimente parametrice. Au fost efectuate diferite înălțimi de cădere liberă (10 și 30 cm) și durate diferite de agitare (0.2, 0.5 și 1 sec) în ordine aleatoare în timpul experimentelor de înregistrare. Am constatat că neuronii dopaminei VTA au prezentat modificări ale activității dinamice temporale, proporționale cu duratele evenimentelor teribile. Așa cum se arată în Figura 4A, neuronii dopaminei tip 1 au prezentat supresie dependentă de durată în timpul evenimentelor de cădere liberă (10 cm față de 30 cm înălțime). Analiza populației a arătat că, ca răspuns la evenimentele 10 și 30 cm (Figura 4B), latențele medie de excitație de decalare (latența ratei de declanșare maximă a offsetului de vârf) a neuronilor dopaminergici tip 1 au fost 293 ± 38 ms (media ± sd, n = 15) și 398 ± 28 ms (n = 20) (P<0.001, Student t-Test). Aceste rezultate sugerează că răspunsurile neuronilor dopaminergici tip 1 se corelează cu durata evenimentelor înspăimântătoare (Figura 4B, panoul din dreapta). Sa constatat că rata de ardere a vârfului offset a fost ușor mai mare în timpul evenimentului de cădere liberă 30 cm (30.9 ± 6.6 Hz, media ± sd) în comparație cu evenimentul 10 cm (26.3 ± 5.9 Hz) (P = 0.04, al studentului t-test), sugerând că răspunsurile neuronilor dopaminergici tip 1 VTA la negativi pot reflecta, într-o mai mică măsură, și intensitatea evenimentelor de cădere liberă.

miniatura

Figura 4. Răspunsurile VTA tip-1 presupune neuroni dopaminergici la diferite durate și intensități ale evenimentelor înspăimântătoare.

(A) Raster-uri de evenimente (1-20) și histograme ale unui exemplu de tip neuron 1 ca răspuns la evenimente 10 cm (stânga) și 30 cm (dreapta). (B) Istoricul mediu al populației peri-eveniment (stânga) și latențele excitației decalate (dreapta) ale neuronilor tip 1 ca răspuns la 10 cm (linia albastră; n = 15) și 30 cm (linia roșie; . (C) Raster-uri și histograme ale unui alt tip de neuron 1 ca răspuns la evenimentele de agitare 0.5 sec (stânga) și 1 sec (dreapta). (D) Histograme peri-eveniment (stânga) și latențe de excitație decalate (dreapta) ale neuronilor tip 1 ca răspuns la 0.2 sec (linia verde; n = 13), 0.5 sec (linia albastră; n = 20) sec (linia roșie; n = 1) agită evenimente. (E) Raster-uri și histograme ale unui alt tip de neuron 1 ca reacție la evenimentele de mișcare joase (stânga) și de intensitate ridicată (dreapta). (F) Neutonii de tip 1, ca răspuns la linia de jos (linia albastră; n = 9) și intensitatea ridicată (linia roșie; n = 9), au histograme peri-eveniment (stânga) agită evenimentele. Bare de eroare, sd; *P<0.05, ***P-8, Elevi t-Test.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g004

În mod similar, acești neuroni tip-1 au prezentat proprietăți de răspuns dependente de durată la evenimentele de agitare (Figura 4C și D). Latențele de excitație medie a decalajului au fost 374 ± 25 ms (medie ± sd, n = 13), 672 ± 52 ms (n = 20) și 1169 ± 35 ms (n = 14) pentru evenimentele de agitare care au durat 0.2, 0.5 și 1 sec, respectiv (P<0.001, ANOVA unidirecțional). Urmărirea studenților t- testele au arătat diferențe foarte semnificative pentru fiecare comparație (Figura 4D, panoul din dreapta). Cu toate acestea, nu au existat diferențe semnificative între ratele de declanșare a vârfurilor compensate pe diferite durate ale evenimentelor de agitare (P> 0.05; ANOVA unidirecțională). De asemenea, am variat intensitatea evenimentului de shake: neuronii de tip 1 au prezentat un pic de excitație compensat ușor mai mare de evenimentele de shake de intensitate mare comparativ cu cel de intensitate mică (Figura 4E și F; 29.1 ± 7.7 vs 23.5 ± 9.5 Hz, media ± sd). Aceste rezultate de mai sus sugerează că răspunsurile neuronilor dopaminergici de tip VTA-1 se corelează cu durata evenimentelor îngrozitoare și, într-o mai mică măsură, cu intensitatea evenimentelor teribile.

Mai mult, durata de excitație a neuronilor tip dopaminergic tip 3 se corelează, de asemenea, cu durata evenimentelor teribile. Ca răspuns la evenimentele 10 și 30 cm (Figura 5A și B), duratele de excitație au fost 251 ± 29 ms (media ± sd, n = 8) și 345 ± 33 ms (n = 10), respectiv (P<0.001, Student t-Test). Ca răspuns la evenimentele 0.2, 0.5 și 1 sec tremurați (Figura 5C și D), durata de excitație a neuronilor tip 3 a fost 294 ± 53 ms (n = 10), 573 ± 80 ms (n = 9) și 1091 ± 23 ms (n = 7)P<0.001, ANOVA unidirecțional). Urmărirea studenților t- testele au arătat diferențe foarte semnificative pentru fiecare comparație (Figura 5D, panoul din dreapta). Ca răspuns la intensitățile diferite ale evenimentelor de agitare, neuronii de tip 3 au prezentat un vârf de excitație mai mare prin evenimentele de agitare de intensitate ridicată comparativ cu cele cu intensitate scăzută (Figura 5E și F; 24.2 ± 4.6 vs 15.5 ± 1.3 Hz, media ± sd).

miniatura

Figura 5. Răspunsurile neuronilor dopaminergici de tip VTA-3 la diferite durate și intensități ale evenimentelor teribile.

(A) Raster-uri de evenimente (1-20) și histograme ale unui exemplu de tip neuron 3 ca răspuns la evenimente 10 cm (stânga) și 30 cm (dreapta). (B) Istoricul mediu al populației peri-eveniment (stânga) și latențele excitației decalate (dreapta) ale neuronilor tip 3 ca răspuns la 10 cm (linia albastră; n = 8) și 30 cm (linia roșie; . (C) Raster-uri de evenimente și histograme ale aceluiași neuron (așa cum se arată în A) ca răspuns la evenimentele de agitare 0.5 sec (stânga) și 1 sec (dreapta). (D) Histograme peri-eveniment (stânga) și latențe de excitație decalate (dreapta) ale neuronilor tip 3 ca răspuns la 0.2 sec (linia verde; n = 10), 0.5 sec (linia albastră; n = 9) sec (linia roșie; n = 1) agită evenimente. (E) Raster-uri și histograme ale unui alt tip de neuron 3 ca reacție la evenimentele de mișcare joase (stânga) și de intensitate ridicată (dreapta). (F) Neutonii de tip 3, ca răspuns la linia de jos (linia albastră; n = 5) și intensitatea ridicată (linia roșie; n = 5), au histograme peri-eveniment (stânga) agită evenimentele. Bare de eroare, sd; *P<0.05, ***P-5, Elevi t-Test.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g005

Împreună, aceste rezultate sugerează că schimbările dinamice temporale ale arderii neuronilor dopaminergici VTA au fost corelate bine cu duratele de stimulare a evenimentelor teribile, cu arderea suprimată pentru neuronii de tip 1 și type-2 și cu arderea crescută pentru neuronii tip 3. Modificările lor de ardere se pot corela, de asemenea, cu intensitățile stimulilor evenimentelor teribile, dar cu mult mai puțin.

Codificare integrată a evenimentelor și contextelor

Creierul procesează în mod tipic experiențe episodice în contexte de mediu, iar acest lucru este valabil și pentru comportamentele de dependență. Informațiile contextuale au fost sugerate a fi importante pentru reactivitatea neuronilor dopaminergici pentru a recompensa prognoza [26]. Am întrebat dacă contextul de mediu a jucat un rol în codificarea evenimentelor negative și, mai important, modul în care neuronii dopaminei VTA ar răspunde aceluiași tactic condiționat, dar vor fi corelați cu contexte distincte care ar prezice rezultatul opus (de exemplu, recompensă vs. stimuli aversivi) .

Astfel, am realizat un alt set de experimente în care șoarecii au fost supuși condiționării bidirecționale (atât condiționarea recompensării, cât și a celor aversive). Am folosit un ton neutru ca stimulent condiționat (CS) pentru a se combina cu stimuli distinși necondiționați (SUA, fie peletă de zahăr sau cădere liberă) în diferite medii (Figura 6A). Am supus șoarecii condiționarea Pavlovian timp de o săptămână în timpul căreia șoarecii au primit ~ perechi 200 CS / SUA atât pentru recompensă, cât și pentru condiționarea aversivă (vezi Materiale și metode). După antrenament, șoarecii au abordat repede recipientul pentru peleți de zahăr, de obicei în 3-10 sec (4.3 sec în medie) după apariția tonului condiționat, dar fără a se apropia aparent de vasul de control care nu a primit pelete de zahăr, indicând eficacitatea și specificitatea învățării asociative a recompenselor (Figura 6B, panoul din stânga). Pe de altă parte, ca răspuns la tonul condiționat care a prezis un eveniment de cădere liberă în camera de cădere liberă, șoarecii au prezentat o creștere semnificativă a mișcării înapoi la auzul tonului condiționat (Figura 6B, panoul din dreapta), care poate reflecta evitarea sau comportamentul defensiv al unui animal [27]. Răspunsurile de frică / anxietate ridicate la acești șoareci au fost, de asemenea, evidente datorită creșterii defecării și urinării în camera de cădere liberă comparativ cu camerele de recompensă sau neutre (Figura 6C).

miniatura

Figura 6. Codarea bi-direcțională a semnalelor pozitive și negative prin același ton condiționat în contexte diferite.

(A) Schema paradigmei experimentale pentru condiționarea bidirecțională. Un singur ton (5 kHz, 1 sec) a fost utilizat pe tot parcursul procesului: a fost prevăzută livrarea peletelor de zahăr în camera de premiere (partea de sus); a prezis evenimentul de cădere liberă în camera de cădere liberă (mijloc); și nu prezice nimic în camera neutră (fundul). (B) Stânga, întârzierea abordării vasului după apariția tonului condiționat care prezise livrarea de zahăr. Drept, soarecii au prezentat o creștere semnificativă a creșterii înapoi după apariția tonului condiționat care a prezis evenimentul de cădere liberă. (C) Comportamente asemănătoare aversiunii (defecare și urinare frecvente) provocate în camera de cadere liberă în comparație cu camera de recompensă sau neutră. Bare de eroare, sem; n = 10; *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001, Student t-Test. (D, E) Raster-uri de evenimente (studiile 1-20) și histograme ale a două exemple de neuroni dopaminergici VTA ca răspuns la același ton condiționat care a prezis livrarea peletelor de zahăr (stânga), care a prezis evenimentul de cădere liberă (mijloc) preziceți orice (dreapta), cu un interval de 1-2 h între sesiuni. (F) Histograme peri-eveniment umflate ale populației de neuroni dopaminergici suprimați de frică (tip 1 și 2) ca răspuns la același ton condiționat, care prezise peletul de zahăr (panoul din stânga, n = 16), care prezise evenimentul de cădere liberă , aceleași neuroni 16 așa cum se arată în panoul din stânga), și care nu prezice nimic (panoul drept; n = 10). Cădere liberă, 30 cm înălțime.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g006

Înregistrările de activitate neuronală la acești șoareci condiționați (după formarea săptămânii 1) au arătat că neuronii dopaminergici VTA au răspuns semnificativ tonului condiționat care prezise o peletă de zahăr în camera de recompensă (Figura 6D, panoul din stânga). Interesant, aceiași neuroni VTA au răspuns, de asemenea, în mod fiabil la același ton condiționat când a prezis căderea liberă în camera de cădere liberă (Figura 6D, panou de mijloc). Atunci când același ton condiționat a fost transmis șoarecilor într-o cameră neutră care nu a fost asociată cu niciun eveniment, nu a produs schimbări semnificative în ardere (Figura 6D, panoul din dreapta).

În total, am înregistrat neuronii dopaminergici 16 suprimați de frică (tip-1 și tip-2) de la șoarecii care au fost supuși protocolului de condiționare bidirecțională. Toți acești neuroni au prezentat o creștere semnificativă a ratelor de ardere după apariția tonului condiționat care a prezis în mod credibil peletul de zahăr (Figura 6D-F, panouri stânga (P<0.001, test de rang semnat Wilcoxon). Ca răspuns la același ton care a prezis evenimentul de cădere liberă, jumătate dintre neuroni (8/16) au arătat o scădere semnificativă a ratei de tragere (Figura 6D, panou de mijloc) (P<0.05, testul Wilcoxon cu rang semnat), în timp ce cealaltă jumătate (8/16) a arătat un scurt vârf de activare imediată (de cel puțin două ori mai mare decât rata de tragere inițială și cu scoruri z mai mari de 2), urmată de o supresie semnificativă (Figura 6E, panou de mijloc) (P<0.05, test de rang semnat Wilcoxon). Ca răspuns la același ton reprezentat într-o cameră neutră, au existat modificări foarte limitate sau nicio schimbare în tragere (Figura 6D-F, panouri din dreapta). Aceste rezultate sugerează că neuronii dopaminergici de tipul 1 și type-2 VTA pot codifica bi-direcțional semnalele pozitive și negative integrate (tonul condiționat și informațiile de context combinate) prin creșterea și diminuarea arderilor.

Importanța contextelor în producerea răspunsurilor distincte condiționate a fost, de asemenea, evidentă în neuronii tip dopaminergici tip 3. De exemplu, neuronul tip 3 a răspuns semnificativ tonului condiționat care a fost asociat cu o peletă de zahăr în camera de premiere (Figura 7A, panoul din stânga) sau cădere liberă în camera de cădere liberă (Figura 7A, panou de mijloc). Pe de altă parte, nu a arătat nici o schimbare în rata de ardere atunci când tonul a fost jucat în camera neutră (Figura 7A, panoul din dreapta). Analiza populației din nou, a confirmat că acești neuroni tip-3 și-au mărit tragerea la același ton condiționat în camerele de recompensă și de cădere liberă (Figura 7B, panouri stânga și mijlocie), dar nu în camera neutră (Figura 7B, panoul din dreapta) (P <0.05, Student's t-Test). În mod colectiv, experimentele contextuale de mai sus sugerează că informațiile reprezentate la nivelul neuronilor dopaminergici VTA sunt foarte prelucrate și bogat integrate pentru a codifica un set dat de evenimente motivaționale pozitive sau negative asociate cu contextele de mediu.

miniatura

Figura 7. Răspunsurile tipurilor neuronilor dopaminergici tip 3 la semnale pozitive și negative prin același ton condiționat în contexte diferite.

(A) Raster-uri de evenimente (1-20) și histograme ale unui exemplu de tip neuron 3 ca răspuns la același ton condiționat care a prezis livrarea peletelor de zahăr (stânga), care a prezis evenimentul de cădere liberă (mijloc) și care nu a prezis ceva în camera neutră (dreapta). (B) Neutonii tip-3 (n = 6), în funcție de același ton condiționat, care prezicea livrarea peletelor de zahăr (stânga), a prezis evenimentul de cădere liberă (mijlocul) și care nu prezice nimic dreapta). Cădere liberă, 30 cm înălțime.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g007

Latența debutului de răspuns al neuronilor dopaminergici VTA

Apoi, am stabilit pentru a examina latența debutului de răspuns al neuronilor presupuși de dopamină atât la evenimentele de răsplată, cât și la cele teribile. Istorogramele evenimentelor 10 și 30 cm și histogramele peri-evenimente ale evenimentelor 0.2, 0.5 și 1 sec s-au combinat pentru neuroni individuali de dopamină pentru calculul latenței debutului de răspuns. Latența la debutul răspunsului a fost determinată primind mai întâi rata medie de ardere (medie) și deviația standard (sd) din recipientele 1000 (bin = 10 ms) imediat înainte de debutul stimulului. Latența de răspuns a fost considerată a fi timpul corespunzător primului recipient de cel puțin trei coșuri consecutive cu scoruri Z ≥2 după declanșarea stimulului. Datorită ratei reduse de pornire a neuronului dopaminic, histogramele peri-eveniment (bin = 10 ms) au fost netezite cu un filtru Gaussian (lățimea filtrului = coșuri 3) pentru calculul latenței debutului răspunsului la suprimare -1 și tip-2 neuroni la cădere liberă, se agită și CS aversiv).

Rezultatele noastre au arătat că neuronii dopaminergici de tipul 1 și 2 au prezentat latențe de debut similare la declanșarea evenimentelor de cădere liberă și de agitare (90.6 ± 31.3 ms față de 108.4 ± 48.6 ms, media ± sd) (Figura 8A și E). Neuronii tip dopaminergici tip 3 au prezentat, de asemenea, latențe de debut similare la cele două evenimente teribile (43.5 ± 20.6 ms vs. 46.8 ± 24.2 ms), precum și la cei doi stimuli condiționați (75.7 ± 19.0 ms vs. 62.9 ± 12.5 ms ) (Figura 8B, D și F). Pe de altă parte, neuronii tip-1 și tip-2 au prezentat latență de declanșare a reacției (suprimare) mult mai mare față de CS aversiv comparativ cu latența debutului de reacție (de activare) la recompensa CS (181.6 ± 51.9 ms versus 67.1 ± 19.0 ms) (Figura 8C și E). În ansamblu, debutul debutului de răspuns al supresiei a fost, în general, mai lung decât debutul debutului de răspuns al activării pentru orice comparație (Figura 8E și F).

miniatura

Figura 8. Latențele debutului de răspuns al neuronilor dopaminergici VTA presupuși.

(A) Latențele de declanșare ale răspunsului la neuronii tip 1 și 2 individuale la evenimentele de cădere liberă și de agitare. (B) Latențele de declanșare a răspunsului la neuronii individuali tip 3 de dopamină la evenimentele de cădere liberă și de agitare. (C) Latențele de declanșare a răspunsului la neuronii dopaminergici tip 1 și 2 la CS recompensa care a prezis peletul de zahăr și CS aversiv care a prezis cădere liberă. (D) Latențele debutului de răspuns ale neuronilor individuali de tip-3 de dopamină la CS-ul recompensat care a prezis peletul de zahăr și CS aversiv care a prezis cădere liberă. (E) Latențele la debutul medie a răspunsului la populație a neuronilor dopaminergici tip 1 și 2 (din aceleași date prezentate în A și C) și (F) neuronii tip-3 (din aceleași date ca în B și D). Debutul debutului de răspuns pentru neuronii de tip 1 / 2 la scăderea, scuturarea și suprimarea CS corespund latențelor de suprimare; în timp ce celelalte corespund latențelor de activare. Bare de eroare, sd

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g008

Sincronizarea între seturile unice de neuroni de dopamină VTA

Deoarece nivelele de dopamină din zonele țintă au fost adesea legate de diferitele rezultate cognitive, sa emis ipoteza că arderea sincronizată a neuronilor dopaminergici poate reprezenta un mecanism neural pentru implementarea acestei strategii chimice neurale [28], [29]. Această noțiune este susținută de studii care arată că subseturile de neuroni ai dopaminei din substantia nigra pars compacta (SNc) au prezentat activitate sincronizată spontană [24], [30]. Folosind înregistrarea multi-tetrode în experimentele noastre, am avut ocazia să examinăm corelațiile dinamice dintre neuronii dopaminici putativi înregistrați simultan în VTA (cu până la cinci neuroni dopaminici putativi înregistrați simultan). Analizele noastre au arătat că marea majoritate a neuronilor dopaminici supuși au prezentat declanșare sincronizată spontan, indiferent de ciclul somn-veghe al animalului (Figura 9). De exemplu, corelarea încrucișată a celor două neuroni de dopamină tipice-1 înregistrate simultan au fost extrem de semnificative (Figura 9A și B). Din analiza seturilor de date grupate, în mare, marea majoritate (83%; 48/58 perechi) de neuroni de tip 1 înregistrați simultan au prezentat sincronizare semnificativă (scor z-scor> 11) într-o fereastră de timp de aproximativ 100 ms indiferent dacă șoarecii se comportau liber sau dormeau (Figura 9C). În mod similar, a existat, de asemenea, o sincronizare semnificativă între neuronii de dopamină presupuși tip 1 și tipul-2 (Figura 9D-F). Din perechile de neuroni dopamine tip 1 și 2 înregistrate simultan, 75% (6 / 8) dintre ele au prezentat o sincronizare semnificativă atunci când șoarecii au fost fie comportați liber, fie dormind (Figura 9F).

miniatura

Figura 9. Sincronizarea între seturile unice de neuroni dopaminergici VTA presupuși.

(A) Rasteruri Peri-event (studiile 1-20) și histogramele a două neuroni tip-1 înregistrate simultan ca răspuns la evenimentul de cădere liberă și (B) corelarea încrucișată între acești doi neuroni atunci când mouse-ul se comporta în mod liber. (C) Corelațiile medii încrucișate între neuronii tip-1 înregistrați simultan (perechi 48 în timpul comportării libere și perechi 35 în timpul somnului). (D) Raster-uri și histograme per-eveniment a două neuroni tip-1 și tip-2 înregistrate simultan ca răspuns la evenimentul de cădere liberă și (E) corelarea încrucișată între acești doi neuroni în timpul comportării libere. (F) Corelogramele încrucișate medii între neuronii tip-1 și neuronii tip-2 înregistrați simultan (perechi 6 în timpul comportării libere și a somnului). (G) Raster-uri și histograme per-eveniment ale a două neuroni tip-3 înregistrate simultan ca răspuns la evenimentul de cădere liberă și (H) corelarea încrucișată între acești doi neuroni în timpul comportării libere. (I) Corelațiile medii încrucișate între neuronii tip-3 înregistrați simultan (perechi 15 în timpul comportării libere și perechi 12 în timpul somnului). (J) Raster-uri și histograme per-eveniment de două neuroni de tip 1 și tip-3 (înregistrate simultan dintr-o tetrodă) ca răspuns la evenimentul de cădere liberă și (K) corelarea încrucișată între acești doi neuroni în timpul comportării libere. (L) Corelogramele încrucișate medii între neuronii tip 1 și neuronii tip 3 înregistrați simultan (perechi 12 în timpul comportării libere și perechi 10 în timpul somnului). Cădere liberă, 30 cm înălțime.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.g009

În plus, a fost observată o sincronizare semnificativă în cadrul populației de neuroni dopamine tip-3 (Figura 9G-I). Din numărul de perechi de neuroni de dopamină tip 3 înregistrate simultan, 79% (15 / 19) dintre ele au prezentat o sincronizare semnificativă (Figura 9I). Pe de altă parte, atunci când s-au calculat neuronii dopaminergici tip 1 și tip 3 sau 2 tip 3 (n = perechi 12) pentru corelațiile lor încrucișate, acesta nu a evidențiat nici o sincronizare semnificativăFigura 9J-L). Împreună, activitatea sincronizată între neuronii dopaminergici suprimați de frică (tipul-1 și tipul-2), precum și printre neuronii tip 3 excitat de frică sugerează că diferite subpopulații ale neuronilor dopaminergici presupuși pot primi inputuri distincte din zonele separate ale creierului și sunt integrate cu rețele distincte [25], [31], [32].

Discuție

Înregistrările și analizele ansamblului de mai sus au oferit un set de dovezi privind rolul neuronilor dopaminergici în procesarea atât a experiențelor pozitive, cât și a celor negative. Am constatat că neuronii dopaminei VTA au prezentat diverse proprietăți de răspuns, iar marea majoritate a presupusilor neuroni ai dopaminei reacționează atât la stimulentele de recompensă, cât și la cele de teamă. Această strategie de codificare convergentă de către neuronii dopaminei VTA este interesantă în lumina unui studiu foarte citat la maimuțele trecute, care arată că neuronii dopaminergici răspund preferențial la stimuli cu valoare motivațională mai degrabă apetită decât aversivă [33]. Stimulul aversiv, cum ar fi puful de aer folosit în acest studiu, este un stimul destul de blând în comparație cu cele două evenimente teribile utilizate în experimentul nostru. Unii cercetători au sugerat că stimulul aversiv, cum ar fi puful de aer, nu poate avea valoare negativă, deoarece maimuțele pot învăța să clipească sau să-și închidă ochii față de stimulul condiționat pentru a evita stimulul aversiv [9], [34]. Pe de altă parte, studii mai recente la maimuțele trecute arată existența diferitelor tipuri de neuroni ai dopaminei în substantia nigra pars compacta (SNc) pentru transmiterea atât a semnalelor pozitive, cât și a celor negative [5], [9], [19]. Prin urmare, atât neuronii dopaminei VTA cât și SNc pot urma o strategie de codificare unificată pentru procesarea convergentă a semnalelor motivaționale pozitive și negative.

În studiul VTA, un studiu anterior a demonstrat că diferite populații de neuroni dopaminergici VTA au fost activi sau suprimați prin condiționarea diferențiată a fricii [35]. Recent, s-a raportat că neuronii dopaminergici localizați în porțiunea ventrală a VTA au fost activate de șobolani la șobolani anesteziați [36]. Cu toate acestea, aceste două studii nu au examinat modul în care aceiași neuroni ai dopaminei ar reacționa la recompense sau evenimente pozitive. Profitând de stările de comportament libere ale șoarecilor noștri de înregistrare, am prezentat șoarecii cu stimuli atât pozitivi cât și negativi și am constatat că marea majoritate a neuronilor dopaminergici VTA reacționează la experiența de recompensă și negativă.

Este important de reținut că tehnica noastră actuală de înregistrare extracelulară nu are capacitatea de a vizualiza diferite tipuri de neuroni dopaminergici presupuși în experimentul nostru. Se estimează că neuronii tip 3 dopaminergici înregistrați în experimentul nostru par a fi localizați mai dorsal sau anterior în zona VTA (Figura 1A, pătrate roșii și violete). Totuși, sa constatat că cel puțin 12 perechi de tip-1 / 2 și neuronii tip-3 au fost înregistrate simultan și în mai multe cazuri înregistrate de la un tetrod (de exemplu, Figura 3G; Figura 9J). Este posibil ca mai multe experimente anatomice mai atente să rezolve această problemă. Cu toate acestea, rezultatele noastre de la șoareci care se comportă liber, susțin în continuare noțiunea că, în timp ce majoritatea neuronilor dopaminari supuși VTA prezintă o activitate scăzută, un grup mic de neuroni de tip dopaminergic poate fi activat prin evenimente negative sau aversive. Neuronii de tip 3 dopaminergici de tipul înregistrat în experimentul nostru au împărtășit mai multă similitudine cu neuronii dopaminici putativi de tip 1/2 decât cu neuronii non-dopaminici: toate cele trei tipuri de neuroni au prezentat o rată scăzută de declanșare de bază (0.5-10 Hz), relativ lung interval între vârfuri (> 4 ms) și model de tragere regulat. Pe de altă parte, neuronii VTA non-dopaminici au prezentat, în cea mai mare parte, o rată de tragere la bază mai mare (> 10 Hz) și o modulație puternică prin mișcare [21]-[23]. Ca răspuns la cele două evenimente înfricoșătoare, majoritatea acestor neuroni non-dopaminici (> 70%) au prezentat activare semnificativă și cu o mare diversitate de tipare de declanșare temporală. Activitatea complexă de bază, precum și proprietățile de răspuns ale acestor neuroni non-dopaminici la cele două evenimente înfricoșătoare depășesc scopul discuției de aici.

Constatările noastre actuale oferă, de asemenea, mai multe informații despre rolul neuronilor dopaminergici VTA în motivația pozitivă și negativă. În primul rând, neuronii presupuși ai VTA dopaminei răspund la diferite stimuli negativi, în maniere similare, la animalele trecute. Adică neuronii care au răspuns la căderea liberă au răspuns întotdeauna să se agită într-o manieră similară (suprimarea neuronilor tip 1 și tip-2, activarea neuronilor tip 3). Răspunsurile unidirecționale la evenimentele negative dintr-un anumit tip de neuroni de dopamină VTA sunt similare cu cele ale răspunsurilor lor la o gamă largă de evenimente noi și legate de recompense [5], [37].

Cea de-a doua caracteristică notabilă este excitarea puternică a rebound-ului de neuroni de tipul dopaminei tip 1 la terminarea evenimentelor de cădere liberă sau de agitare. Această excitație compensată la animalele care se comportă liber poate codifica informații care reflectă nu numai o ușurare la terminarea unor astfel de evenimente terifiante [38]-[40], dar poate furnizarea unor semnale motivaționale (de exemplu, motivația de a scăpa). Este, de asemenea, la fel de posibil ca excitația offset-redound să joace un rol important în angajarea comportamentelor de căutări (de ex., Sporturi extreme, plimbare cu Turnul Terorii la Disney World). Este demn de remarcat faptul că activarea de rebound a neuronului dopaminei VTA a fost de asemenea raportată la terminarea stimulilor de picioare la șobolanii anesteziați [36]. Cu toate acestea, va fi de mare interes să examinăm în continuare relevanța funcțională a neuronului dopaminergic în diferite comportamente riscante.

În al treilea rând, neuronii dopaminergici VTA presupun activități dinamice temporale care se corelează strâns cu duratele evenimentelor teribile. Folosirea modificării activității temporale pentru codificarea duratei evenimentului îngrozitor pare să aibă un sens pentru că suprimarea este foarte limitată datorită ratei reduse de pornire a majorității neuronilor dopaminergici. Acest lucru este interesant în comparație cu constatarea că neuronii dopaminei prezintă diferite răspunsuri de vârf la diferite valori ale bolusurilor recompensate [41]. Considerând sursele care conduc suprimarea neuronilor dopaminergici tip 1 și tip 2, studii recente sugerează că nucleul habenular lateral (LHb) și nucleul tegmental patromatic GABAergic (RMTg) joacă roluri importante [42]-[45]. În primul rând, acești nuclei prezintă răspunsuri opuse la stimulii recompensatori sau aversivi în comparație cu răspunsurile neuronului dopaminergic la aceiași stimuli [42], [44]. În al doilea rând, neuronii dopaminei sunt puternic suprimați după activarea LHb sau RMTg [43], [45].

În al patrulea rând, vom arăta în continuare că neuronii dopaminei VTA pot manifesta schimbări complet opuse în tragerile lor prin stimularea condiționată pentru semnalizarea evenimentelor de recompensă sau fricos care au avut loc în contexte distincteFigura 6). Acest lucru sugerează că procesarea neurală care apare la nivelul VTA este foarte integrată, iar informațiile contextuale sunt parte integrantă a procesului de codificare atât pentru experiențele pozitive, cât și pentru cele negative. Această constatare este în concordanță cu dovezile anatomice și ipotezele anterioare că neuronii VTA primesc informații foarte prelucrate din structurile anterioare ale creierului, cum ar fi hipocampul și cortexul prefrontal [37], [46]-[48]. Această integrare la nivel înalt a experiențelor și evenimentelor din populația neuronală a VTA poate explica de ce mediile joacă un astfel de rol dominant în provocarea poftei sau a întăririi obiceiurilor.

În cele din urmă, tehnicile noastre de înregistrare simultană ne-au permis să demonstrăm o corelație semnificativă între neuronii dopaminergici tip 1 și tipul 2, precum și printre neuronii tip 3. Specificitatea unei astfel de sincronizări de ardere este foarte interesantă, având în vedere luarea în considerare a posibilului aranjament al rețelei VTA. Acest lucru sugerează că neuronii dopaminergici VTA presupun folosirea a două strategii sincronizate extrem de specifice pentru optimizarea eficacității transmisiei dopaminei și astfel asigurarea unei modulații coordonate a structurilor din aval cum ar fi nucleul accumbens. Lipsa activității sincronizate între tipul-3 și tipul-1 / 2 neuronii este în concordanță cu multe alte diferențe între ele, atât electro-fiziologic cât și farmacologic (Figura 3). În mod deosebit, spre deosebire de neuronii dopaminergici de tip 1 și tip-2, aproape toate (96%; 23 / 24) care prezintă suprimare semnificativă, neuronii tip 3 prezintă altfel excitație de către agoniștii receptorilor de dopaminăFigura 3H). Se remarcă faptul că neuronii dopaminergici putativi au fost raportați că sunt în principal inhibați sau nu sunt afectați de agonistul receptorului dopaminic în studiile anterioare. Numai câteva studii au arătat că unele neuroni ai dopaminei pot fi activate de agoniștii receptorilor de dopamină [24], [25], probabil deoarece neuronii activi au fost pur și simplu clasificați ca neuroni non-dopaminergici în studiile anterioare. În mod special, un număr mic de neuroni de dopamină VTA care sunt de asemenea TH-pozitivi au fost raportate a fi activate de agonistul receptorilor de dopamină [25]. Vor fi necesare experimente viitoare, probabil folosind optogenetice, pentru a confirma dacă acești neuroni tip-3 activi de teamă au fost neuroni ai dopaminei. Iar acceptarea acestor neuroni tip-3 ca neuroni ai dopaminei ar trebui să fie cu prudență până în prezent.

În concluzie, vom arăta că marea majoritate a neuronilor dopaminergici VTA presupuși sunt capabili să răspundă atât informațiilor aversive bazate pe răsplată, cât și pe frică. Acești presupuși neuroni ai dopaminei răspund la diferite evenimente negative într-o manieră similară și, mai important, durata lor temporală de schimbări dinamice de ardere sunt proporționale cu duratele evenimentelor teribile. Potențialii neuroni ai dopaminei VTA integrează de asemenea indicii și informații contextuale pentru a distinge între evenimentele de recompensă și cele teribile. Luate impreuna, sugeram ca neuronii dopaminergici VTA pot folosi strategia de codificare convergenta la nivelul populatiei de retea pentru a procesa atat experientele pozitive cat si cele negative. O astfel de codificare convergentă a experiențelor este, de asemenea, foarte integrată cu indicii și contexte de mediu pentru a spori în continuare specificitatea comportamentală.

Materiale și metode

Declarație de etică

Toate animalele utilizate în acest studiu au fost conforme cu procedurile aprobate de Comitetul pentru îngrijirea și utilizarea animalelor instituționale din cadrul Universității de Științe din Georgia și au fost incluse în numărul de protocol BR-07-11-001.

Subiecții

Un total de șoareci 71 de sex masculin C57BL / 6J au fost utilizați pentru înregistrare și au fost adăpostiți individual pe un ciclu 12-h light / 12-h închis. Numai datele de la șoarecii 24 din care am înregistrat neuroni dopaminici presupuși au fost utilizați în analizele curente.

Intervențiile chirurgicale

S-a construit o gamă de electrodi cu 32 de canale (un pachet de 8 tetrode), ultra-ușor (greutate <1 g), mobil (cu șurub), similar cu cel descris anterior [49]. Fiecare tetrod a constat din patru fire de Fe-Ni-Cr cu diametrul 13-μm (Stablohm 675, Fine Fine Wire, cu impedanțe tipice 2-4 MΩ pentru fiecare fir) sau sârme Platinum cu diametrul 17-μm (90% Platinum 10% Iridium, California Fine Wire, cu impedanțe tipice 1-2 MΩ pentru fiecare fir). Cu o săptămână înainte de operație, șoarecii (3-6 luni vechi) au fost eliminați din cuștile standard și adăpostiți în coloane personalizate (40 × 20 × 25 cm). În ziua operației, șoarecii au fost anesteziați cu ketamină / xilazină (80 / 12 mg / kg, ip); matricea electrodului a fost apoi implantată spre VTA din emisfera dreaptă (3.4 mm posterior față de bregma, 0.5 mm laterală și 3.8-4.0 mm ventral pe suprafața creierului) și securizată cu ciment dentar.

Inregistrarea tetrodei și izolarea unităților

Două sau trei zile după operație, electrozii au fost testați zilnic pentru activitatea neurală. Dacă nu s-au detectat neuroni ai dopaminei, matricea de electrozi a fost avansată 40 ~ 100 μm zilnic, până când am putut înregistra de la un presupus neuron al dopaminei. Înregistrarea extracelulară cu mai multe canale a fost similară celei descrise anterior [49]. Pe scurt, s-au înregistrat vârfurile (filtrate la 250-8000 Hz, digitizate la 40 kHz) în timpul întregului proces experimental, utilizând sistemul de procesare a achiziției cu mai multe canale Plexon (Plexon Inc.). Mamele de comportament au fost înregistrate simultan utilizând sistemul de urmărire Plexon CinePlex. Tocurile înregistrate au fost izolate utilizând software-ul Plexon OfflineSorter: parametrii de sortare multipli de tip spike (de exemplu, analiza componentelor principale, analiza energetică) au fost utilizați pentru cea mai bună izolare a undelor de undă înregistrate în tetrod. Combinând stabilitatea înregistrărilor multi-tetrode și tehnicile de izolare multiple a unităților disponibile în OfflineSorter (de exemplu, analiza componentelor principale, analiza energetică), neuronii VTA individuali pot fi studiați în detaliu, în multe cazuri de zile (Figura S1).

Evenimente fricoase

Două evenimente înfricoșătoare, cădere liberă (de la 10 și 30 cm) și agitare (pentru 0.2, 0.5 și 1 sec) au fost efectuate la întâmplare în experimentele noastre, cu un interval de ore, în mod tipic, 1-2 între sesiuni. Am folosit fie o cameră pătrată (10 × 10 × 15 cm), fie o cameră rotundă (11 cm în diametru, 15 cm în înălțime) pentru evenimentul de cădere liberă. Am folosit o cameră rotundă (12.5 cm în diametru, 15 cm în înălțime) pentru evenimentele de agitare. În fiecare sesiune de evenimente de cădere liberă sau tremurătoare, un șoarece a fost plasat în camera de cădere liberă sau de mișcare (mouse-ul se poate mișca liber în interiorul camerelor). După obișnuirea cu 3 min, s-au efectuat, în cadrul studiilor 20, evenimente de cădere liberă (sau de agitare) cu un interval de 1-2 min între încercări. Camera de cădere liberă a fost ridicată (fie 10 cm sau 30 cm înălțime) și legată de un sistem solenoid (Senzori magnetici, seria S-20-125) înainte de fiecare eveniment de cădere liberă. Evenimentul de cădere liberă a fost apoi livrat prin asigurarea unui control mecanic precis (WPI, PulseMaster A300) al sistemului solenoid pentru a elibera frânghia de suspensie. Camera de cădere liberă a aterizat apoi pe un tampon moale, care a redus foarte mult bounces și a împiedicat daune potențiale la stabilitatea înregistrării (Cifrele S2 și S3). Durata căderii libere a fost calculată prin ecuația: T = SQRT (2 × h / g), unde h este înălțimea căderii libere, iar g este accelerația gravitației terestre. Luând în considerare întârzierea de aterizare moale, duratele estimate pentru căderile libere de 10 și 30 cm au fost de 230 și respectiv 340 ms. Evenimentul de agitare a fost livrat prin asigurarea unui control mecanic precis al unei mașini cu vortex (Thermolyne Maxi Mix II Type 37600 Mixer) la o viteză maximă de 3000 rpm pe tot parcursul, cu excepția cazului în cea de intensitate scăzută, care a fost de aproximativ 1500 rpm.

Am monitorizat întotdeauna stabilitatea unităților înregistrate examinând forma de undă spike, starea inițială de ardere și distribuțiile clusterului spike înainte și după evenimente, precum și prin întregul experiment. Am inclus numai seturile de date de la animalele care îndeplinesc aceste criterii de înregistrare pentru analize suplimentare de date. Așa cum se arată în Cifrele S1, S2, și S3, neuronii dopaminici enumerați în prezentul studiu au fost înregistrați stabil și bine izolați în timpul evenimentelor de cădere liberă și de agitare, fără pierderea temporară a unității sau contaminarea cu zgomot / artefact.

În special, am făcut trei pași pentru a ne asigura că vârfurile nu au fost contaminate de artefacte: 1) Am redus interferența pentru înregistrare prin împământarea întregului aparat experimental. Am descoperit că artefactele electrice generate în timpul evenimentelor de cădere liberă și de agitare au fost la un nivel similar celui în timpul explorării locomotorii. 2) Am redus în continuare resturile de artefacte de către Clientul de Referință Plexon care ne-a permis să alegem un canal fără unități vizibil bune ca canal de referință. Acest lucru a eliminat foarte mult zgomotele de fond și artefactele. 3) În cazul în care ar fi fost lăsate eventuale forme de undă artefact, le-am eliminat în timpul procesării prealabile a formelor de undă spike utilizând Plexon Offline Sorter deoarece formele de undă artefacte erau foarte diferite de formele de undă neuronale.

Răsplata și condiționarea bidirecțională

Șoarecii au fost ușor restricționați pentru alimentație înainte de formarea de asociere a recompenselor În condiționarea recompensării, șoarecii au fost plasați în camera de recompensă (45 cm în diametru, 40 cm în înălțime). Șoarecii au fost pregătiți pentru a asocia un ton (5 kHz, 1 sec) cu administrarea ulterioară a peletelor de zahăr timp de cel puțin două zile (studiile 40-60 pe zi, cu un interval de 1-2 min între încercări). Tonul a fost generat de generatorul de semnale audio A12-33 (înălțime și cădere 5-ms, aproximativ 80 dB în centrul camerei) (Coulbourn Instruments). O peletă de zahăr (14 mg) a fost livrată de un distribuitor de alimente (ENV-203-14P, Med. Associates Inc.) și a căzut în una din cele două recipiente (12 × 7 × 3 cm) la terminarea tonului recipientul a fost utilizat ca martor, în cazul în care nu a fost niciodată recepționat un pelet de zahăr).

Într-un set separat de experimente, șoarecii au fost pregătiți pentru condiționarea bidirecțională (atât condiție de recompensă, cât și condiționarea aversivă). Tonul condiționat (5 kHz, 1 sec) utilizat a fost identic, dar în diferite contexte: în timpul condiționării de recompensă (în camera de recompensă, 45 cm în diametru, 40 cm înălțime), tonul a fost asociat cu livrarea peletelor de zahăr; în timpul condiționării aversive (în camera de cădere liberă), același ton a fost asociat cu un eveniment de cădere liberă (30 cm înălțime). Șoarecii au fost instruiți timp de o săptămână sau mai mult și au fost contrabalansați: jumătate dintre șoareci au primit condiție de recompensă în zilele 1 și 2, urmate de condiționarea aversivă în zilele 3 și 4 (studiile 40-60 în fiecare zi); cealaltă jumătate a șoarecilor a primit condiție aversivă în zilele 1 și 2, urmată de condiționarea recompensării în zilele 3 și 4 (40-60 pe zi). În zilele 5 și ulterior, au fost date câte trei sesiuni (20-30 trial per session) în fiecare zi, într-o ordine aleatorie, inclusiv condiționarea recompenselor, condiționarea aversivă și într-o a treia cameră neutră (55 × 30 × 30 cm îmbogățită cu jucării ) unde tonul nu prezice nimic. Intervalul dintre sesiuni a fost 1-2 ore; intervalul dintre încercări a fost 1-2 min. Latența abordării zahărului / recipientului de control după debutul tonului condiționat a fost examinată în ziua 7. Întârzierile mai lungi decât 60 sec au fost considerate ca 60 sec; în cazul în care mouse-ul se afla în interiorul recipientului în timpul tonului condiționat, latența nu a fost utilizată pentru calcul. Comportamentul de mișcare înapoi (capul și / sau membrele care se deplasează înapoi) după apariția tonului condiționat au fost examinate și în ziua 7.

Verificarea histologică a locului de înregistrare

La finalizarea experimentelor, poziția finală a electrodului a fost marcată prin trecerea unui curent 10-sec, 20-μA (Stimulus Isolator A365, WPI) prin două electrozi. Șoarecii au fost profund anesteziați și perfundați cu soluție salină 0.9% urmată de paraformaldehidă 4%. Creierii au fost apoi îndepărtați și post-fixați în paraformaldehidă timp de cel puțin 24 h. Creierii au fost congelați rapid și tăiați pe un criostat (secțiuni coronale 50-μm) și colorați cu violet de cresil. Experimentele histologice au fost efectuate pe șoareci 21 (la alți șoareci 3, secțiunile creierului, din păcate, nu erau bine pregătite). Rezultatele histologice confirmă faptul că neuronii dopaminergici au fost înregistrați din zona VTA la șoarecii 17 și din zona de frontieră VTA-SNc la șoarecii 4 (Figura 1A).

Analiza datelor

Punctele neuronale sortate au fost procesate și analizate în NeuroExplorer (Nex Technologies) și Matlab. Neuronii dopaminici au fost clasificați pe baza următoarelor trei criterii: 1) rata scăzută de tragere inițială (0.5-10 Hz); 2) interval inter-vârf relativ lung (toți neuronii dopaminici putativi clasificați au ISI> 4 ms într-un nivel de încredere ≥99.8%). Cel mai scurt ISI pe care l-am înregistrat a fost de 4.1 ms în orice condiții din experimentul nostru (numai unitățile bine izolate cu amplitudine ≥0.4 mV au fost utilizate pentru calcularea celui mai scurt ISI). Cele mai scurte medii ISI au fost de 6.8 ± 2.2 ms (Media ± sd; n = 36). În schimb, ISI pentru neuronii non-dopaminici poate fi de până la 1.1 ms; 3) tipar de tragere regulat atunci când șoarecii se comportau liber (fluctuație <3 Hz). Aici, fluctuația reprezintă abaterea standard (sd) a valorilor barei histogramei ratei de tragere (bin = 1 sec; înregistrată pentru cel puțin 600 sec). În plus, s-a observat că marea majoritate (89%; 56/63) dintre neuronii dopaminei clasificați testați au arătat o activare semnificativă ca răspuns la tonul care prezice recompensa (Figura 2E și F). De asemenea, sa constatat că majoritatea neuronilor dopaminergici clasificați (70%, 23 / 33, tip-1 și 2) au prezentat o suprimare semnificativă (≤30% rata de pornire inițială) și ceilalți neuroni 27% tip-3 = 9) au prezentat activarea (Figura 3H). Pe de altă parte, neuronii ne-dopaminici VTA au prezentat o limitare sau nici o schimbare în rata de ardere de către agoniștii receptorilor de dopamină (Figura 3I). Lățimile de jumătate AP ale formelor de undă spike au fost măsurate de la jgheaburi la următoarele vârfuri ale potențialului de acțiune (Figura 1B). Lățimi AP mai mari de 0.8 ms au fost considerate 0.8 ms. Pentru calcularea probabilității de declanșare a exploziei neuronului dopaminic, activitatea de bază atunci când șoarecii au avut un comportament liber a fost utilizată în conformitate cu criteriile stabilite anterior (debut de explozie, ISI ≤80 ms; offset de explozie, ISI ≥160 ms) [50].

Modificările activității neuronale la stimulii condiționați și necondiționați au fost comparate cu o perioadă de control 10-sec înainte de declanșarea stimulului în fiecare studiu cu o fereastră de timp aleasă (în funcție de durata stimulilor) utilizând un test Wilcoxon semnat-rank. Pentru evenimentele 10 și 30 cm fără căderi, ferestrele de timp au fost 100-230 și 100-340 ms după debutul evenimentului de cădere liberă; pentru evenimentele 0.2, 0.5 și 1 sec, ferestrele de timp au fost 100-200, 100-500 și 100-1000 ms după debutul evenimentului de agitare (respectiv, sa constatat că un număr de neuroni dopaminergici tip 1 / 2 , ~ 10%, a arătat, de asemenea, o mică activare în timpul inițial 100 ms imediat după declanșarea evenimentelor de cădere liberă și de agitare). Pentru condiționarea recompensării, fereastra de timp a fost 50-600 ms după apariția tonului condiționat; pentru condiționarea aversivă, fereastra de timp a fost 200-600 ms după apariția tonului condiționat.

Rezultatele pe raze de evenimente (studiile 1-20, de sus în jos) și histogramele au fost efectuate în NeuroExplorer (Nex Technologies). Toate netezile au fost efectuate în NeuroExplorer utilizând un filtru Gaussian (lățimea filtrului = coșuri 3). Corelațiile încrucișate au fost efectuate între perechile de neuroni de dopamină înregistrate simultan atunci când șoarecii au comportat în mod liber (fără stimuli externi) sau au dormit în casa. Pentru calcularea scorului "z" a valorii vârfului de corelație încrucișată, histogramele de corelație încrucișată au fost netezite pentru a obține valoarea maximă; media și deviațiile standard au fost obținute din spițele amestecate (randomizate) din Matlab [51]. Se observă că unitățile sincronizate reprezintă neuroni dopaminici diferiți, mai degrabă decât același neuron. Am exclus posibilitatea ca unitățile sincronizate să fi fost înregistrate sau contaminate de același neuron (atunci când s-ar întâmpla, ar fi un vârf ascuțit la o văduvă timp de ~ 1 ms în loc de ~ 100 ms așa cum s-a arătat în Figura 9).

informatii justificative

Figure_S1.tif
  • 1 / 3
  •  
  •  
  •  

smochinacțiune

Neuronii dopaminei VTA sunt înregistrați stabil și bine izolați. (A) Un exemplu de neuron dopaminergic de tip 1 bine izolat (puncte albastre) într-o analiză a componentelor principale 2 și forme de undă reprezentative (înregistrate de tetrod) în ziua 1 (panoul superior) și ziua 2 (panoul inferior) . Izolarea spike a fost efectuată utilizând Plexon OfflineSorter (Plexon Inc. Dallas, TX). PC1 și PC2 reprezintă prima și a doua componentă principală, respectiv. Punctele albastre reprezintă vârfuri individuale pentru neuronul dopaminic izolat; punctele negre indică spițele individuale pentru alte neuroni VTA. (B) Un exemplu de neuron dopaminergic de tip 2 bine izolat (puncte albastre) și forme de undă reprezentative în ziua 1 (panoul superior) și ziua 2 (panoul inferior). (C) Un exemplu de tip neuron de dopamină de tip 3 bine izolat (puncte albastre) și forme de undă reprezentative în ziua 1 (panoul superior) și ziua 2 (panoul inferior).

Figura S1.

Neuronii dopaminei VTA sunt înregistrați stabil și bine izolați. (A) Un exemplu de neuron dopaminergic de tip 1 bine izolat (puncte albastre) într-o analiză a componentelor principale 2 și forme de undă reprezentative (înregistrate de tetrod) în ziua 1 (panoul superior) și ziua 2 (panoul inferior) . Izolarea spike a fost efectuată utilizând Plexon OfflineSorter (Plexon Inc. Dallas, TX). PC1 și PC2 reprezintă prima și a doua componentă principală, respectiv. Punctele albastre reprezintă vârfuri individuale pentru neuronul dopaminic izolat; punctele negre indică spițele individuale pentru alte neuroni VTA. (B) Un exemplu de neuron dopaminergic de tip 2 bine izolat (puncte albastre) și forme de undă reprezentative în ziua 1 (panoul superior) și ziua 2 (panoul inferior). (C) Un exemplu de tip neuron de dopamină de tip 3 bine izolat (puncte albastre) și forme de undă reprezentative în ziua 1 (panoul superior) și ziua 2 (panoul inferior).

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.s001

(TIF)

Figura S2.

Fără pierderi temporare ale unității în timpul evenimentelor de cădere liberă și agitare. (A) Răspunsurile a patru neuroni VTA dopamine și non-dopaminice înregistrate simultan în timpul evenimentelor de cădere liberă. Rețineți că unitățile înregistrate din același tetrode pot prezenta răspunsuri opuse (de exemplu, tetrode # 5 unități 1 și 2; tetrode # 8 unități 1 și 2), sugerând că înregistrarea a fost stabilă fără pierderi temporare de unități. (B) Răspunsurile acelorași patru neuroni VTA în timpul evenimentelor de agitare. (C) Forme de undă reprezentative pentru aceleași patru neuroni VTA cu 1 oră înainte, în timpul sesiunii de cădere liberă și eveniment de agitare și la 1 oră după.

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.s002

(TIF)

Figura S3.

Nu există contaminare cu zgomot / artefact în timpul căderii libere și a evenimentelor de agitare. (A) Răspunsuri ale unui exemplu de neuron de dopamină presupus (tip-1) și forma sa de undă înainte (1 sec), în timpul (1 sec) și după (1 sec) evenimentele de cădere liberă și de agitare. Rețineți că formele de undă nu au prezentat schimbări semnificative după evenimentele de cădere liberă și de agitare, sugerând că nu a existat o contaminare cu zgomot / artefact. (3 sec), în timpul (1 sec), și după (1 sec) evenimente de cădere liberă și agitație (B) Răspunsuri ale unui alt neuron dopaminic (tip-1)

doi: 10.1371 / journal.pone.0017047.s003

(TIF)

recunoasteri

Mulțumim Dr. Rhea-Beth Markowitz pentru editarea manuscrisului nostru și Kun Xie pentru furnizarea de asistență tehnică.

Contribuțiile autorului

Conceperea și proiectarea experimentelor: DVW JZT. Efectuarea experimentelor: DVW. Analiza datelor: DVW JZT. Scrierea hârtiei: DVW JZT.

Referinte

  1. 1. Berridge KC, Robinson TE (1998) Care este rolul dopaminei în recompensă: impactul hedonic, învățarea recompenselor sau saliența stimulentelor? Brain Res Rev 28: 309-369.
  2. 2. Ikemoto S, Panksepp J (1999) Rolul nucleului accumbens dopamină în comportamentul motivat: o interpretare unificatoare, cu referire specială la căutarea de recompense. Brain Res Rev 31: 6-41.
  3. Vezi articolul
  4. PubMed / NCBI
  5. Google Academic
  6. Vezi articolul
  7. PubMed / NCBI
  8. Google Academic
  9. Vezi articolul
  10. PubMed / NCBI
  11. Google Academic
  12. Vezi articolul
  13. PubMed / NCBI
  14. Google Academic
  15. Vezi articolul
  16. PubMed / NCBI
  17. Google Academic
  18. Vezi articolul
  19. PubMed / NCBI
  20. Google Academic
  21. Vezi articolul
  22. PubMed / NCBI
  23. Google Academic
  24. Vezi articolul
  25. PubMed / NCBI
  26. Google Academic
  27. Vezi articolul
  28. PubMed / NCBI
  29. Google Academic
  30. Vezi articolul
  31. PubMed / NCBI
  32. Google Academic
  33. Vezi articolul
  34. PubMed / NCBI
  35. Google Academic
  36. Vezi articolul
  37. PubMed / NCBI
  38. Google Academic
  39. Vezi articolul
  40. PubMed / NCBI
  41. Google Academic
  42. Vezi articolul
  43. PubMed / NCBI
  44. Google Academic
  45. Vezi articolul
  46. PubMed / NCBI
  47. Google Academic
  48. Vezi articolul
  49. PubMed / NCBI
  50. Google Academic
  51. Vezi articolul
  52. PubMed / NCBI
  53. Google Academic
  54. Vezi articolul
  55. PubMed / NCBI
  56. Google Academic
  57. Vezi articolul
  58. PubMed / NCBI
  59. Google Academic
  60. Vezi articolul
  61. PubMed / NCBI
  62. Google Academic
  63. Vezi articolul
  64. PubMed / NCBI
  65. Google Academic
  66. Vezi articolul
  67. PubMed / NCBI
  68. Google Academic
  69. Vezi articolul
  70. PubMed / NCBI
  71. Google Academic
  72. Vezi articolul
  73. PubMed / NCBI
  74. Google Academic
  75. Vezi articolul
  76. PubMed / NCBI
  77. Google Academic
  78. Vezi articolul
  79. PubMed / NCBI
  80. Google Academic
  81. Vezi articolul
  82. PubMed / NCBI
  83. Google Academic
  84. Vezi articolul
  85. PubMed / NCBI
  86. Google Academic
  87. Vezi articolul
  88. PubMed / NCBI
  89. Google Academic
  90. Vezi articolul
  91. PubMed / NCBI
  92. Google Academic
  93. Vezi articolul
  94. PubMed / NCBI
  95. Google Academic
  96. Vezi articolul
  97. PubMed / NCBI
  98. Google Academic
  99. Vezi articolul
  100. PubMed / NCBI
  101. Google Academic
  102. Vezi articolul
  103. PubMed / NCBI
  104. Google Academic
  105. Vezi articolul
  106. PubMed / NCBI
  107. Google Academic
  108. Vezi articolul
  109. PubMed / NCBI
  110. Google Academic
  111. Vezi articolul
  112. PubMed / NCBI
  113. Google Academic
  114. Vezi articolul
  115. PubMed / NCBI
  116. Google Academic
  117. Vezi articolul
  118. PubMed / NCBI
  119. Google Academic
  120. Vezi articolul
  121. PubMed / NCBI
  122. Google Academic
  123. Vezi articolul
  124. PubMed / NCBI
  125. Google Academic
  126. Vezi articolul
  127. PubMed / NCBI
  128. Google Academic
  129. Vezi articolul
  130. PubMed / NCBI
  131. Google Academic
  132. Vezi articolul
  133. PubMed / NCBI
  134. Google Academic
  135. Vezi articolul
  136. PubMed / NCBI
  137. Google Academic
  138. Vezi articolul
  139. PubMed / NCBI
  140. Google Academic
  141. Vezi articolul
  142. PubMed / NCBI
  143. Google Academic
  144. Vezi articolul
  145. PubMed / NCBI
  146. Google Academic
  147. Vezi articolul
  148. PubMed / NCBI
  149. Google Academic
  150. Vezi articolul
  151. PubMed / NCBI
  152. Google Academic
  153. 3. Wise RA (2004) Dopamina, învățarea și motivația. Nat Rev Neurosci 5: 483-494.
  154. 4. Joshua M, Adler A, Bergman H (2009) Dinamica dopaminei în controlul comportamentului motor. Curr Opin Neurobiol 19: 615-620.
  155. 5. Schultz W (2007) Funcții multiple de dopamină la diferite cursuri de timp. Annu Rev Neurosci 30: 259-288.
  156. 6. Pan WX, Schmidt R, Wickens JR, Hyland BI (2005) Celulele de dopamină răspund la evenimentele prezise în timpul condiționării clasice: dovezi ale traiectoriilor de eligibilitate în rețeaua de învățare a recompenselor. J Neurosci 25: 6235-6242.
  157. 7. Bayer HM, Glimcher PW (2005) Neuronii de dopamină Midbrain codifică un semnal de eroare de predicție cantitativă de recompensă. Neuron 47: 129-141.
  158. 8. Roesch MR, Calu DJ, Schoenbaum G (2007) Neuronii dopaminergici codifică opțiunea mai bună la șobolanii care decid între recompense întârziate sau dimensiuni diferite. Nat Neurosci 10: 1615-1624.
  159. 9. Adulți A, Mitelman R, Vaadia E, Bergman H (2008) Neuronii dopaminergici midbrain și interneuronii colinergici striatali codifică diferența dintre evenimentele de recompensă și aversivi în diferite epoci ale studiilor probabilistice clasice de condiționare. J Neurosci 28: 11673-11684.
  160. 10. Di Chiara G, Imperato A (1988) Medicamente abuzate de oameni cresc preferențial concentrațiile de dopamină sinaptică în sistemul mezolimbic al șobolanilor care se mișcă liber. Proc Natl Acad Sci Statele Unite ale Americii 85: 5274-5278.
  161. 11. Hyman SE, Malenka RC, Nestler EJ (2006) Mecanisme neuronale de dependență: rolul învățării și memoriei legate de recompense. Annu Rev Neurosci 29: 565-598.
  162. 12. Everitt BJ, Robbins TW (2005) Sisteme neurale de întărire a dependenței de droguri: de la acțiuni la obiceiuri la constrângere. Nat Neurosci 8: 1481-1489.
  163. 13. Roitman MF, Wheeler RA, Wightman RM, Carelli RM (2008) Răspunsurile chimice în timp real în nucleul accumbens diferențiază stimulentele recompensatoare și aversive. Nat Neurosci 11: 1376-1377.
  164. 14. Ventura R, Morrone C, Puglisi-Allegra S (2007) Sistemul de catecolamine prefrontal / accumbal determină atributul motivational de saliență atît de stimulente legate de recompensă, cît și de aversiune. Proc Natl Acad Sci Statele Unite ale Americii 104: 5181-5186.
  165. 15. Diana M, Pistis M, Carboni S, Gessa GL, Rossetti ZL (1993) Reducerea profundă a activității neuronale dopaminergice mezolimbice în timpul sindromului de abstinență etanol la șobolani: dovezi electrofiziologice și biochimice. Proc Natl Acad Sci Statele Unite ale Americii 90: 7966-7969.
  166. 16. Levita L, Dalley JW, Robbins TW (2002) Nucleus accumbens dopamină și frica învățată revizuită; o revizuire și câteva constatări noi. Behav Brain Res 137: 115-127.
  167. 17. Pezze MA, Feldon J (2004) Căi dopaminergice mezolimbice în condiționarea fricii. Prog Neurobiol 74: 301-320.
  168. 18. Cools R, Lewis SJ, Clark L, Barker RA, Robbins TW (2007) L-DOPA perturbă activitatea în nucleul accumbens în timpul învățării inversate în boala Parkinson. Neuropsihofarmacologie 32: 180–189.
  169. 19. Matsumoto M, Hikosaka O (2009) Două tipuri de neuroni ai dopaminei transmit distinct semnale motivaționale pozitive și negative. Natura 459: 837-841.
  170. 20. Lin L, Osan R, Shoham S, Jin W, Zuo W, și colab. (2005) Identificarea unităților de codificare la nivel de rețea pentru reprezentarea în timp real a experiențelor episodice din hipocamp. Proc Natl Acad Sci Statele Unite ale Americii 102: 6125-6130.
  171. 21. Miller JD, Farber J, Gatz P, Roffwarg H, DC germană (1983) Activitatea neuronilor mesenfalici ai dopaminei și non-dopaminei în etapele de somn și de mers pe jos la șobolan. Brain Res 273: 133-41.
  172. 22. Kiyatkin EA, Rebec GV (1998) Heterogenitatea neuronilor din zona tegmentală ventrală: înregistrarea unică a unității și iontoforeza la șobolani treji, nerestricționați. Neuroștiință 85: 1285-1309.
  173. 23. Lee RS, Steffensen SC, Henriksen SJ (2001) Profiluri de descărcare ale neuronilor GABA din zona tegmentală ventrală în timpul mișcării, anesteziei și ciclului somn-trezire. J Neurosci 21: 1757-1766.
  174. 24. Hyland BI, Reynolds JN, Hay J, Perk CG, Miller R (2002) Modurile de ardere a celulelor dopaminei midbrain la șobolanul în mișcare liberă. Neuroștiință 114: 475-492.
  175. 25. Margolis EB, Mitchell JM, Ishikawa J, Hjelmstad GO, Fields HL (2008) Neuroni de dopamină Midbrain: ținta de proiecție determină durata potențialului de acțiune și inhibarea receptorului dopaminei D (2). J Neurosci 28: 8908-8913.
  176. 26. Nakahara H, Itoh H, Kawagoe R, Takikawa Y, Hikosaka O (2004) Neuronii dopaminergici pot reprezenta erori predictive dependente de context. Neuron 41: 269-280.
  177. 27. Depaulis A, Keay KA, Bandler R (1992) Organizarea neuronală longitudinală a reacțiilor defensive în regiunea gri periaqueductal a șobolanului. Exp Brain Res 90: 307-318.
  178. 28. Wilson CJ, Callaway CH (2000) Model oscilator cuplat al neuronilor dopaminergici ai substantia nigra. J Neurophsiol 83: 3084-3100.
  179. 29. Komendantov AO, Canavier CC (2002) Cuplaj electric între neuronii dopaminei midbrain model: efecte asupra modelului de ardere și sincroniei. J Neurofiziol 87: 1526-1541.
  180. 30. Joshua M, Adler A, Prut Y, Vaadia E, Wickens JR, și colab. (2009) Sincronizarea neuronilor dopaminergici midbrain este îmbunătățită prin recompensarea evenimentelor. Neuron 62: 695-704.
  181. 31. Domeniile HL, Hjelmstad GO, Margolis EB, Nicola SM (2007) Neuronii zonei tegmentale ventriculare în comportamentul apetit învățat și armarea pozitivă. Annu Rev Neurosci 30: 289-316.
  182. 32. Lammel S, Hetzel A, Häckel O, Jones I, Liss B, și colab. (2008) Proprietăți unice ale neuronilor mezoprefrontali în cadrul unui sistem dopamină mezocorticolimbic dublu. Neuron 57: 760-773.
  183. 33. Mirenowicz J, Schultz W (1996) Activarea preferențială a neuronilor dopaminergici midbrain prin stimulente apetisante mai degrabă decât stimuli aversivi. Natura 379: 449-451.
  184. 34. Frank MJ, Surmeier DJ (2009) Nu neuronii dopaminergici substantia nigra fac diferenta intre recompensa si pedeapsa? J Mol celule fierbere 1: 15-16.
  185. 35. Guarraci FA, Kapp BC (1999) O caracterizare electrofiziologică a neuronilor dopaminergici din zona tegmentală ventrală în timpul condiționării favoarei pavaloviane diferențiate la iepurele treaz. Behav Brain Res 99: 169-179.
  186. 36. Brischoux F, Chakraborty S, Brierley DI, Ungless MA (2009) Extracția fazică a neuronilor dopaminici în VTA ventrală prin stimuli nocivi. Proc Natl Acad Sci Statele Unite ale Americii 106: 4894-4899.
  187. 37. Lisman JE, Grace AA (2005) Bucla hipocampală-VTA: controlul intrării informațiilor în memoria pe termen lung. Neuron 46: 703-713.
  188. 38. Solomon RL, Corbit JD (1974) O teorie a motivației procesului adversar: I. dinamica temporală a afecțiunii. Psiholog Rev 81: 119-145.
  189. 39. Seymour B, O'Doherty JP, Koltzenburg M, Wiech K, Frackowiak R și colab. (2005) Procesele neuronale opozitive-aversive oponente stau la baza învățării predictive a ameliorării durerii. Nat Neurosci 8: 1234–1240.
  190. 40. Baliki MN, Geha PY, Fields HL, Apkarian AV (2010) Predicarea valorii durerii și a analgeziei: răspunsul nucleului accumbens la modificările stimulilor nocivi în prezența durerii cronice. Neuron 66: 149-160.
  191. 41. Tobler PN, Fiorillo CD, Schultz W (2005) Codificarea adaptivă a valorii de recompensă de către neuronii dopaminergici. Știință 307: 1642-1645.
  192. 42. Matsumoto M, Hikosaka O (2007) Habenula laterală ca sursă de semnale negative de recompensă în neuronii dopaminergici. Natura 447: 1111-1115.
  193. 43. Ji H, Shepard PD (2007) Stimularea laterală a habenulei inhibă neuronii dopaminei din midbrainul șobolanului printr-un mecanism mediat de receptorul GABA (A). J Neurosci 27: 6923-6930.
  194. 44. JTM, Fields HL, Baxter MG, Saper CB, Olanda PC (2009) Nucleul tegmental patromedial (RMTg), un neuron al dopaminei aferente GABAergic, codifică stimulii aversivi și inhibă răspunsurile motorii. Neuron 61: 786-800.
  195. 45. Jhou TC, Geisler S, Marinelli M, Degarmo BA, Zahm DS (2009) Nucleul tegmental mezomontin patromedial: o structură vizată de habenula laterală care se proiectează în zona tegmentală ventrală a tsai și substantia nigra compacta. J Comp Neurol 513: 566-596.
  196. 46. Karreman M, Moghaddam B (1996) Cortexul prefrontal reglează eliberarea bazală a dopaminei în striatumul limbic: un efect mediat de zona tegmentală ventrală. J Neurochem 66: 589-598.
  197. 47. Carr DB, Sesack SR (2000) Proiecții de la cortexul prefrontal al șobolanului până la zona tegmentală ventrală: specificitatea țintă în asociațiile sinaptice cu mesoaccumbeni și neuroni mezocortici. J Neurosci 20: 3864-3873.
  198. 48. Berridge KC (2007) Dezbaterea despre rolul dopaminei în recompensă. Psihofarmacologie 191: 391–431.
  199. 49. Lin L, Chen G, Xie K, Zaia KA, Zhang S, și colab. (2006) Înregistrări pe scară largă a ansamblului neuronal în creierul șoarecilor care se comportă liber. Metode J Neurosci 155: 28-38.
  200. 50. Grace AA, Bunney BS (1984) Controlul modelului de ardere în neuronii de dopamină nigrală: declanșarea focului. J Neurosci 4: 2877-2890.
  201. 51. Narayanan NS, Laubach M (2009) Metode pentru studierea interacțiunilor funcționale între populațiile neuronale. Metode Mol Biol 489: 135-165.
  202. 52. Paxinos G, Franklin KBJ (2001) Creierul mouse-ului în coordonate stereotaxice, ed. 2. Londra: Academic Press.