Jonathan P. Fadok, 1,2 Tavis MK Dickerson, 2 și Richard D. Palmiter2 *
J Neurosci. Manuscris de autor; disponibil în PMC 2010 martie 9.
Publicat în formularul final modificat ca:
J Neurosci. 2009 septembrie 9; 29 (36): 11089-11097.
doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1616-09.2009.
Programul absolvent 1 în neurobiologie și comportament, Universitatea din Washington, Seattle, WA 98195
2 Departamentul de Biochimie și Institutul Medical Howard Hughes, Universitatea din Washington, Seattle, WA, 98195
* Corespondența trebuie adresată: Richard D. Palmiter, HHMI și Departamentul de Biochimie, Box 357370, Universitatea din Washington, Seattle, WA 98195. E-mail: [e-mail protejat]
Ultima versiune editată a editorului a acestui articol este disponibilă gratuit la J Neurosci
Vezi alte articole din PMC care citează articolul publicat.
Abstract
Dopamina (DA) este implicată în multe comportamente, incluzând funcția motorie, cunoașterea și procesarea recompenselor; totuși, rolul DA în procesarea fricii rămâne echivoc. Pentru a examina rolul DA în învățarea legată de frică, șoarecii cu deficiență de dopamină (DD) au fost testați într-o paradigmă de excitare potențială de frică. Sinteza DA poate fi restaurată la șoareci DD prin administrarea 3, 4-dihidroxi-L-fenilalaninei (L-Dopa), permițând astfel evaluarea procesării fricii fie în starea sărăcită, fie în starea de ND. În cazul șoarecilor DD, a fost absentă suspansul potențat de frică, dar ar putea fi restaurat prin administrarea L-Dopa imediat după condiționarea fricii. Restaurarea selectivă a virusului mediată de sinteza DA în zona tegmentală ventrală a restaurat complet învățarea fricii la șoarecii DD și restabilirea sintezei DA la neuronii DA proiectând memoria pe termen scurt amigdală bazală terapeutică, dar nu și memoria pe termen lung sau sensibilizarea șocului. De asemenea, demonstrăm că receptorii DA D1 (D1R) și receptorii tip D2 sunt necesari pentru învățarea fricii dependente de tac.
Aceste constatări indică faptul că DA care acționează pe mai multe subtipuri de receptori din mai multe regiuni țintă facilitează stabilizarea memoriei fricii.
Cuvinte cheie: dopamina, teama, speriat de frica, amigdala, dopamina Receptorul D1, dopamina D2 receptor
Introducere
DA neuromodulator este important pentru învățarea legate de recompense și comportamentul de căutare a drogurilor (Schultz, 2002, Wise, 2004), iar acumularea de dovezi sugerează că DA poate fi important și pentru învățarea legată de frică (Lamont și Kokkinidis, 1998, Guarraci et al 1999, Greba și Kokkinidis, 2000, Guarraci și colab., 2000, Greba și alții, 2001, Pezze și Feldon, 2004, de Oliveira și colab., 2006). DA neuronilor din proiectul ventral midbrain la zonele creierului limbic importante pentru învățarea fricii și nivelurile DA în aceste zone ale creierului cresc în timpul evenimentelor aversive (Abercrombie și colab., 1989, Kalivas și Duffy, 1995, Doherty și Gratton, 1997, Inglis și Moghaddam , 1999). În plus, unele neuroni DA midbrain își măresc ratele de ardere la stimuli aversivi și indicii predictive (Guarraci și Kapp, 1999, Horvitz, 2000, Joshua și colab., 2008). Mai mult, sa demonstrat că DA a facilitat potențarea pe termen lung, un corelativ neural de memorie, în zone critice pentru învățarea fricii, cum ar fi hipocampul și amigdala (Bissiere și colab., 2003, Lemon și Manahan-Vaughan, 2006; și Wagner, 2006).
În ciuda progreselor făcute în ceea ce privește fiziologia neuronilor DA, teama, rolul precis al DA și al receptorilor apropiați în învățarea legată de frică rămâne nerezolvat. Injecțiile sistemice ale antagoniștilor tip D1R sau în amigdală au blocat dobândirea sau exprimarea învățării legate de frică; totuși, altele au arătat că aceste medicamente nu au efect (Guarraci și colab., 1999, Greba și Kokkinidis, 2000, de Oliveira și colab., 2006). În plus, agoniștii asemănători cu D1R s-au dovedit a spori sau nu au niciun efect asupra condiționării fricii (Guarraci și colab., 1999, Greba și colab., 2000, Inoue și colab., 2000, de Oliveira și colab., 2006). Au fost constatate discrepanțe diferite în studiile care utilizează agoniști sau antagoniști pentru receptorii de tip D2R (Guarraci și colab., 2000, Greba și colab., 2001, Ponnusamy și colab., 2005, de Oliveira și colab., 2006). Aceste discrepanțe s-ar putea datora metodologiei comportamentale, efectelor dependente de doză ale medicamentelor injectate sau diferențelor de alegere a agenților farmacologici. De exemplu, antagoniștii receptorului DA variază foarte mult în ceea ce privește selectivitatea lor, în timp ce unele studii pot antagoniza mai selectiv receptorii D2, alții pot antagoniza mai mult receptorii D2, D3 și D4 (Missale și colab., 1998).
Pentru a elucida rolul DA în învățarea legată de frică, am folosit șoareci fără DA (șoareci DD), precum și șoareci lipsiți de receptorii D1R sau DA D2 (D2R) și le-am testat într-o paradigmă de frică potențială. Terorismul potențat de frică este o paradigmă de condiționare a fricii Pavlovian în care un stimulent neutru provoacă creșteri ale răspunsului acustic de șoc după perechi cu un picioare (Koch, 1999). Terapia potențată de frică este o paradigmă ideală pentru aceste studii, deoarece nu depinde de evaluarea comportamentului de îngheț, care este dificil de măsurat la șoarecii DD hipoactivi (Zhou și Palmiter, 1995). Deoarece șoarecii DD pot fi studiați fie într-o stare înrăutățită de DA, fie în stare plină de DA, ele oferă o oportunitate ideală de a studia rolul DA în învățarea și formarea memoriei. Mai mult decât atât, prin utilizarea virusului mediată de eliberare a recombinazei Cre, semnalizarea DA poate fi restaurată selectiv în regiuni țintă specifice prin reactivarea unei alele Th a șoarecilor DD (Hnasko și colab., 2006). Restaurarea selectivă a DA la zone specifice țintă permite evaluarea regiunilor creierului reglementate de semnalizarea DA în timpul condiționării fricii.
Materiale și metode
Animale și tratamente
DD șoareci au fost generați așa cum s-a descris (Hnasko și colab., 2006). Pe scurt, șoarecii DD (Thfs / fs; DbhTh / +) poartă două alele non-funcționale ale hidroxilazei tirozinei (Th), care au fost inactivate prin inserarea unei gene de rezistență la neomicină (NeoR) flancată de situsurile lox P în primul intron al genei Th . Acești șoareci poartă, de asemenea, o alelă intactă de dopamină β-hidroxilază (Dbh) și o alelă Dbh cu inserție țintită a genei Th. Animalele de control au cel puțin o alelă Th intactă și o alelă Dbh intactă. Nivelurile de catecolamine ne-dopaminergice sunt normale la animalele DD și nivelurile tuturor catecolaminelor sunt normale la animalele de control (Zhou și Palmiter, 1995, Szczypka și colab., 1999). Șoarecii au fost menținute pe fundal genetic C57BL / 6 X 129 / Sv. Datorită hipofagiei severe, șoarecii DD au fost injectați zilnic (ip) cu L-Dopa la 50 mg / kg la un volum de 33 μl / g (Zhou și Palmiter, 1995), începând cu ziua aproximativ 10 postnatală. Aceste injecții restabilește funcția DA pentru 8 la 10 hr (Szczypka și colab., 1999). Au fost descrise șoareci knockout D1R (KO) și D2R KO (Drago și colab., 1994; Kelly și colab., 1997). Ambele tulpini au fost menținute pe un fundal C57BL / 6. Datorită întârzierii creșterii la șoarecii D1R KO, aceștia au fost înțărcați la patru săptămâni și apoi au fost hrăniți cu mâncare umedă pentru a promova creșterea. Toate animalele au fost genotipizate prin analiza PCR. Șoarecii masculi și femele au fost supuși testării comportamentale între vârstele de luni 2-5. Toți șoarecii au fost găzduiți într-un ciclu 12: 12 (lumină: întunecată) într-un mediu controlat cu temperatură cu alimente (5LJ5; PMI Feeds, St. Louis, MO) și apă disponibilă ad libitum. Toate experimentele comportamentale au fost efectuate în timpul ciclului de lumină. Toți șoarecii au fost tratați în conformitate cu liniile directoare stabilite de Institutele Naționale de Sănătate și Comitetul de îngrijire și utilizare a animalelor instituționale din cadrul Universității din Washington
Pentru a evalua dacă alți receptori de tip D2 sunt importanți pentru învățarea fricii, șoarecilor D2R KO li s-a administrat etioprida antagonist de tip D2 (Sigma, St. Louis, MO) la 0.5 mg / kg (ip). Eticlopridul s-a dizolvat în soluție salină 0.9% și s-a administrat la un volum final de 10 μl / g. Șoarecii de tip sălbatic (WT) D2R au fost injectați cu vehicul.
Aparat
Sistemele de atenuare a sunetului (SR-Lab, San Diego Instruments, San Diego, CA) au fost utilizate pentru măsurarea inhibării prepulsei, a răspunsurilor surprinzătoare și a uimii de frică. Pentru răspunsurile surprinzătoare s-au luat citirile 65 1-msec, începând cu debutul pulsului. Pentru a măsura răspunsul la pedepse, s-au efectuat lecturi 500 1-msec, începând cu debutul șocului. Amplitudinea de vârf a răspunsului a fost utilizată pentru a calcula inhibiția prepulzelor, răspunsurile surprinzătoare, suspansul potențat de frică și reactivitatea șocului. Sunetul zgomotului alb a fost produs de un difuzor de frecvență înaltă situat în tavanul camerei. Sunetul de fundal a fost menținut la un nivel constant 65 dB. Nivelurile sonore au fost măsurate în decibeli (scala A) utilizând un cititor de nivel de sunet (RadioShack, Fort Worth, TX). O unitate de calibrare a fost utilizată pentru a asigura integritatea măsurătorilor răspunsului la surprindere (San Diego Instruments, San Diego, CA). O lampă 8-watt a fost montată pe peretele din spate al cutiei de uimire pentru a fi folosită ca un indiciu.
Startle curbe de răspuns
În urma unei perioade de obișnuință 5-min, animalele au fost prezentate cu o serie de șapte studii cu niveluri crescute de sunet: de la 80 la 120 dB, cu un ITI de 30 sec. Această serie a fost prezentată timp de 10 pentru un total de studii 70. În toate încercările, cu excepția încercărilor nulă în care nu exista sunet, pulsul sonor a fost 40 msec.
Inhibarea pre-impuls
Animalele au primit o perioadă de obișnuință 10-min, după care subiecții au fost prezentați cu 5 40-msec, 120-dB, puls-alone. Șoarecii au fost apoi prezentați cu teste 50 fie cu un test de impulsuri în suspans, fie cu unul dintre cele trei trialuri prepulse (5, 10 și 15-dB de mai sus), fie cu un proces nul în care nu a existat un stimul acustic. Intervalul intertrial (ITI) a avut o medie de 15 sec (intervalul 5-25 sec). O încercare de uimire constă într-un puls 40-msec, 120-dB de zgomot alb. Studiile de prepulsare au constat într-o prepulsie 20-msec de intensitate 70, 75 sau 80-dB, care a precedat pulsul 40-msec 120-dB cu 100 msec. Inhibarea pre-puls a fost calculată pentru fiecare nivel prepulzic utilizând următoarea formulă:% inhibiție = [(răspuns mediu de strigare pe studiul prepulz / răspuns mediu de tresărire pe studiul puls-alone) × 100]. Șoarecii DD au fost testați într-o stare cu deficit de DA, 18-24 hr după injectarea de L-Dopa.
Terorismul potențat de frică (paradigma zilei 7)
În ziua 1 (linia de bază), în urma unei perioade de obișnuință 5-min, șoarecii au primit o serie de studii 20 comandate pseudo-aleatoriu, împărțite în mod egal între condițiile tac și no-cue. Pentru studiile non-cue, animalele au fost prezentate cu un puls acustic 40-msec, 105-dB. Pentru testele de tip "cue", animalele au fost prezentate cu un tact de lumină 10-sec, care a co-terminat cu un impuls 40-msec, 105-dB. ITI a avut o medie de 120 sec (interval 60 până la 180 sec).
Trainingul a avut loc în zilele 2, 4 și 6. După o perioadă de obișnuință 10-min, șoarecii au primit prezentări 10 ale luminii tactice, care a co-terminat cu un picioare 0.2-mA, 0.5-sec. ITI a avut o medie de 120 sec (interval 60 până la 180 sec). Sesiunile de testare au avut loc în zilele 3, 5 și 7 și au fost identice cu sesiunea de bază descrisă mai sus. Șoarecii DD au fost în stadiu de scădere a DA, de la 18 la 24 hr după ultima injecție de L-Dopa, în timpul sesiunilor de bază, de antrenament și de testare. L-Dopa a fost injectat după sesiuni de antrenament așa cum se indică în legendele din figura. Următoarea formulă a fost utilizată pentru a calcula spargerea potențială a fricii:% potentiation = [media răspunsurilor la testele cue / media răspunsurilor în studiile no-cue-1) × 100].
Terorismul potențat de frică (paradigma zilei 3)
Zilele 1 și 3 (linia de bază și testul) acestei paradigme au fost identice cu cele descrise pentru paradigma speriată de frică potențiată de 7. În ziua 2 (antrenament), șoarecii au primit perechi 30 ale luminii 10-sec cu un 0.2-mA, 0.5-sec. Semnificația ITI a fost 120 sec (interval 60 până la 180 sec). Șoarecii DD au fost epuizați de DA în timpul procesului de bază, de formare și de testare.
Memorie de scurtă durată
Sesiunile inițiale și de testare au fost identice cu cele descrise pentru paradigma zilei 7. În ziua 2, în urma unei perioade de obișnuință 5-min, șoarecii au primit împerecheri 30 ale unei lumini de semnalizare 10-sec, care a co-terminat cu un picioare 0.5-sec, 0.2-mA. ITI a avut o medie de 120 sec (intervalul 60 până la 180). După antrenament, șoarecii au fost plasați în cuștile lor de casă timp de 10 min înainte de testare. Memoria pe termen scurt a fost evaluată prin utilizarea aceleiași formule utilizate pentru uimirea de frică.
Șocul de sensibilizare
Răspunsurile la starea no-cue în timpul perioadei de referință a memoriei pe termen scurt și a sesiunilor de testare au fost medii pentru fiecare animal și s-a utilizat următoarea formulă pentru a calcula sensibilizarea șocului:% sensibilizare = [răspuns mediu de șoc în timpul testării / 1) × 100].
Cre de restaurare mediată de recombinază a funcției genei Th
Șoarecii anesteziați cu izofluran (1.5-5%) au fost plasați într-un instrument stereotaxic (David Kopf Instruments, Tujunga, CA). Pentru restaurarea funcției genei Th în zona tegmentală ventrală, virusul recombinant AAV1-Cre-GFP (triturat la particule 1.2 x 1012 / ml) a fost injectat bilateral în midbrainul ventral (coordonatele în mm: 3.5 posterior Bregma, 0.5 lateral to midline , 4.5 ventral la Bregma, 0.5 μl / emisferă). Pentru restabilirea specifică a BLA DA, virusul CAV2-Cre recombinant (triturat la particule 2.1 × 1012 / ml) a fost injectat bilateral (coordonate în mm: 1.5 posterior Bregma, 3.25 lateral până la linia mediană, 5 ventral la Bregma, 0.5 μl / . Au fost publicate descrieri detaliate ale ambilor vectori virali (Hnasko și colab., 2006; Zweifel și colab., 2008). Virușii au fost injectați pe o perioadă 10-min utilizând un ac de seringă cu gabarit 32 (Hamilton, Reno, NV) atașat la o pompă de microinfuzie (WPI, Sarasota, FL).
imunohistochimie
După anestezie cu 50 mg / ml pentobarbital de sodiu (0.2-0.3 ml / animal), șoarecii au fost perfecționați transcardial cu soluție salină tamponată cu fosfat, urmată de paraformaldehidă 4% în soluție salină tamponată cu fosfat. Creierii disecați au fost post-fixați în paraformaldehidă 4% peste noapte, au fost crioprotecați în zaharoză 30% în soluție salină tamponată cu fosfat și apoi au fost rapid înghețați în izopentan. Secțiunile coronale cu plutitoare liberă (30 μm) au fost imunologiate cu anticorpi anti-TH (1: 1000, Chemicon) de șoarece sau anticorp anti-TH (1: 2000, Chemicon). Imunofluorescența a fost obținută prin utilizarea de anticorpi secundari IgG conjugați Cy2- sau Cy3- (1: 200, Jackson ImmunoResearch). Secțiunile colorate au fost montate pe diapozitive, au fost acoperite și au fost fotografiate cu un microscop vertical (Nikon).
Analize statistice
Analizele efectuate au inclus măsurători repetate și analize ANOVA, Fisher post-hoc și Student t, așa cum se menționează în rezultate. Analiza statistică a fost efectuată utilizând software-ul Statistica (Statsoft, Tulsa, Oklahoma).
REZULTATE
Șoarecii DD au un răspuns intact de acustică și o inhibare a prepulzării normale
Terorismul potențat de frică necesită răspunsuri invazive de acustică și senzorimotor. Pentru a determina dacă răspunsul acustic de stricăciune este modificat în absența DA, au fost măsurate și comparate răspunsurile șoarecilor DD cu dimensiuni reduse (18 la 24 hr după L-Dopa) la niveluri multiple de decibeli de sunet și comparativ cu controalele (Figura 1A). Măsurile repetate ANOVA nu au arătat niciun efect principal al genotipului și nici o interacțiune semnificativă între nivelul genotipului și nivelul sunetului.
Figura 1
DA este esențială pentru a învăța tresărirea potențată de frică. A, Răspunsul de tresărire acustică al controlului (n=10, pătrate negre) și șoarecilor DD (n=10, pătrate deschise) la diferite intensități de sunet. Răspunsurile sunt raportate în unități arbitrare. B, Inhibarea prepulsului a fost testată la 3 intensități diferite ale prepulsului la șoarecii martor (n=10, bare negre) și DD (n=10, bare deschise). Asteriscurile indică p<0.05, ANOVA cu măsuri repetate. C, Schemă care ilustrează paradigma de tresărire potențată de frică de 7 zile. În zilele inițiale și în zilele de testare, șoarecii au primit 10 prezentări de indiciu fără semnal (prezentare cu durata de 40 msec a unui puls de tresărire de 105 dB) și 10 prezentări de teste cu indici (indicație luminoasă de 10 secunde care co-termină cu pulsul de tresărire) în pseudoaleatoare Ordin. În zilele de antrenament, șoarecii au primit 10 perechi de semnal luminos de 10 secunde care s-au terminat împreună cu o durată de 0.5 secunde, șoc la picioare de 0.2 mA. Învățarea a fost evaluată în zilele de testare ca un procent de potențare în testele cue, în comparație cu testele fără reper. Șoarecii D, DD (n=10, bare deschise) cărora li sa administrat L-Dopa la 3 ore după antrenament (ziua 2 și 4) nu au reușit să învețe (Testul 1 și 2). Cu toate acestea, atunci când șoarecii DD au fost injectați imediat după antrenament (ziua 6), aceștia au prezentat o tresărire semnificativă potențată de frică (Testul 3). Asteriscurile indică p<0.05, ANOVA cu măsuri repetate. E, Măsurători ale reactivității la șoc în timpul sesiunilor de antrenament (Control n=10, bare negre; DD n=10, bare deschise). Răspunsurile sunt raportate în unități arbitrare. F, Schemă care ilustrează paradigma de tresărire potențată de frică de 3 zile utilizată pentru a determina perioada critică de timp în care DA este importantă. Toate cele 30 de perechi cue-șoc au fost date într-o zi de antrenament și șoarecii DD au fost tratați cu L-Dopa imediat, la 1 oră sau la 3 ore după antrenament. G, Doar șoarecii de control (n = 8, bare negre solide, C) și șoarecii DD injectați imediat după antrenament (n = 7, dungi verticale, 0 h) au prezentat tresărire potențată de frică în ziua testului. Acest nivel de tresărire potențată de frică a fost semnificativ mai mare decât cel observat la șoarecii DD cărora li sa administrat L-Dopa 1 oră (n=6, dungi diagonale) sau 3 ore (n=6, bare deschise) după antrenament. Asteriscurile indică p<0.05 în comparație cu valoarea inițială, Fisher post-hoc. Toate valorile raportate sunt medii ± DD epuizat în SEMDA și șoarecii de control au fost, de asemenea, testați într-o paradigmă de inhibare a prepulsului, care este utilizată în mod obișnuit pentru a detecta deficite în gating senzoriomotor. Inhibarea prepulsului a fost îmbunătățită la șoarecii DD (Figura 1B; măsuri repetate ANOVA, genotip: F1, 18=5.37; p<0.05; nu a fost detectat niciun genotip semnificativ prin interacțiunea nivelului prepuls). Aceste date indică faptul că șoarecii DD nu au deficite în răspunsurile de tresărire sau scăderi ale mecanismelor de trecere senzoriomotorii în timp ce se află într-o stare de epuizare DA și validează utilizarea lor în experimentele de tresărire potențate de frică.
Dopamina este necesară într-un moment critic pentru învățarea uimită de frică
Pentru a determina dacă DA este necesar pentru a învăța o sarcină de condiționare a fricii, DD și șoarecii de control au fost supuși unei paradigme de tresărire potențată de frică de 7 zile (Figura 1C). Șoarecii DD au fost dresați și testați într-o stare de epuizare DA. Când au fost testați la 24 de ore după antrenament, șoarecii de control au prezentat tresărire potențată de frică după o singură sesiune de antrenament care nu a fost observată la șoarecii DD (Figura 1D; măsuri repetate ANOVA, genotip, F1, 18 = 7.4590, p<0.05). Chiar și după o sesiune suplimentară de antrenament, șoarecii DD nu au reușit să exprime tresărirea potențată de frică, în timp ce șoarecii de control au continuat să exprime o învățare robustă. Interesant, atunci când i s-a administrat L-Dopa imediat după antrenament în ziua 6, șoarecii DD au prezentat tresărire potențată de frică, care a fost semnificativ mai mare decât valoarea inițială (ANOVA unidirecțională F1, 18=9.1999, p<0.01) și nu a diferit de nivelurile de control ( Figura 1D). Reactivitatea la șoc de-a lungul zilelor de antrenament pentru șoarecii DD și control nu a fost semnificativ diferită între genotipuri în orice zi de antrenament, ceea ce indică faptul că deficitul de învățare la șoarecii DD nu s-a datorat incapacității de a simți șocul la picior (Figura 1E). Pentru a caracteriza fereastra de timp critică pentru acțiunea DA, un studiu suplimentar a variat timpul de administrare a L-Dopa. DD și șoarecii de control au primit o sesiune de antrenament constând din 30 de perechi de șocuri luminoase (Figura 1F) și apoi au fost injectați cu L-Dopa fie imediat, la 1 oră, fie la 3 ore după antrenament și au fost testați 24 de ore mai târziu. Șoarecii DD injectați imediat după antrenament au exprimat o tresărire puternică potențată de frică în ziua testului, similar cu cel al martorilor, în timp ce șoarecii DD injectați cu L-Dopa la 1 oră sau la 3 ore după antrenament nu au arătat nicio învățare (Figura 1G; măsuri repetate ANOVA; tratament × sesiune F3, 23=5.1032, p<0.01). Aceste date indică faptul că DA este necesar într-o perioadă de timp finită pentru a învăța într-o paradigmă de tresărire potențată de frică. Cu toate acestea, DA nu este necesar pentru exprimarea memoriei de frică, deoarece animalele DD au fost întotdeauna testate în absența DA. În plus, absența DA nu afectează reactivitatea la șoc.
D1R este necesar pentru o surpriză potențiată de teamă
Pentru a explora ce receptori DA sunt necesari pentru tresărirea potențată de frică, am analizat mai întâi șoarecii D1R KO. Șoarecii D1R KO și control, de tip sălbatic (WT) au fost testați la mai multe niveluri de intensitate a impulsului de tresărire, așa cum este descris pentru șoarecii DD (Figura 2A). Nu a existat nicio diferență semnificativă între șoarecii D1R KO și WT la orice nivel de sunet testat, ceea ce indică faptul că șoarecii D1R KO au un răspuns intact de tresărire acustică. În acord cu studiile anterioare, am observat inhibarea prepulsului intactă la șoarecii D1R KO (Ralph-Williams și colab., 2002). Când au fost testați în paradigma de tresărire potențată de frică de 7 zile, șoarecii D1R KO nu au reușit să exprime învățarea în niciuna dintre zilele de testare (Figura 2B; măsuri repetate ANOVA genotip × ziua testului F3, 48=6.28; p<0.01), în timp ce WT șoarecii au avut o tresărire semnificativă potențată de frică în zilele de test 2 și 3 (p<0.05 și p<0.01, valoarea de referință de control față de testul 2 și, respectiv, 3, Fisher post-hoc). Șoarecii D1R KO au avut o reactivitate la șoc mai mare decât WT în toate cele trei zile de antrenament (Figura 2C; măsuri repetate ANOVA, genotip F1, 16=10.18; p<0.01; nu a fost observat niciun genotip semnificativ × zi de antrenament). Astfel, deși șoarecii D1R KO au răspunsuri crescute la șocul piciorului în comparație cu șoarecii WT, ei au afectat semnificativ tresărirea potențată de frică, chiar și după 3 zile de antrenament. Aceste date indică o tulburare de învățare la animalele D1R KO și implică D1R în medierea efectelor DA în condiționarea fricii dependentă de indicii. Figura 2 Soarecii D1R KO au afectat semnificativ învățarea. A, Răspunsul de tresărire acustică al șoarecilor D1R WT (n=9, pătrate negre) și KO (n=9, pătrate deschise). B, Rezultatele paradigmei de tresărire potențată de frică de 7 zile cu șoareci D1R. Șoarecii D1R WT (n=9, bare negre solide), dar nu șoarecii D1R KO (n=9, bare deschise), au afișat tresărire potențată de frică în ziua de test 3. Asteriscurile indică p<0.01, comparând KO cu WT, Fisher post- hoc. C, Măsurătorile reactivității la șoc. Șoarecii D1R KO (n = 9, bare deschise) au răspunsuri mai mari la șocuri la picioare decât WT (n = 9, bare solide). Asteriscurile indică p<0.05, ANOVA cu măsuri repetate. Toate valorile raportate sunt medii ± SEM Pentru răspunsurile de tresărire și reactivitatea la șoc, numere raportate în unități arbitrare.
Strigul potențat de frică este intact în șoarecii D2R KO, dar necesită și alți receptori asemănători D2
Pentru a explora dacă receptorii de tip D2 sunt necesari pentru o surpriză potențiată de frică, șoarecii D2R KO și WT au fost supuși reacțiilor de tresărire și testelor de frică potențate. Șoarecii WT și D2R KO au răspunsuri de șoc echivalent la toate nivelurile de dB testate, ceea ce indică faptul că șoarecii D2R KO au un răspuns intact de șoc acustic (Figura 3A). Similar cu șoarecii D1R KO, am observat că șoarecii D2R KO au inhibare prepulsoasă intactă (Ralph-Williams și colab., 2002). Când au fost testate în paradigma speriată de frică potențiată de 7, atât șoarecii WT, cât și cei D2R KO au afișat uluirea potențială a fricii la niveluri echivalente în toate zilele de testare 3 (Figura 3B), iar reactivitatea șocurilor nu a fost diferită între grupuri (Figura 3C). Aceste date indică faptul că D2R nu sunt necesare pentru învățarea uimită de frică.
Figura 3
Șoarecii D2R KO au tresărire intactă potențată de frică. A, Răspunsul de tresărire acustică al șoarecilor D2R WT (n=8, pătrate negre) și KO (n=8, pătrate deschise). B, Rezultatele paradigmei de tresărire potențată de frică de 7 zile cu șoareci D2R. Atât șoarecii WT (n = 8, bare solide) cât și KO (n = 8, bare deschise) au prezentat niveluri semnificative de tresărire potențată de frică. C, Măsurători ale reactivității la șoc în timpul antrenamentului (WT, n=8, bare pline; KO, n=8, bare deschise). Șoarecii D, WT și D2R KO (n=11 fiecare) au fost supuși paradigmei de tresărire potențată de frică de 3 zile. Șoarecilor D2R KO li s-a administrat eticlopridă (0.5 mg/kg) înainte de antrenament și nu au reușit să exprime tresărirea potențată de frică la testare. Asteriscurile indică p<0.01, KO versus WT, Fisher post-hoc. Toate valorile raportate sunt medii ± SEM Pentru răspunsurile de tresărire și reactivitatea la șoc, răspunsurile sunt raportate în unități arbitrare. Studiile anterioare au arătat că administrarea de antagonişti de tip D2, fie sistemic, fie direct în amigdală, afectează frica condiționată (Guarraci et al., 2000; Greba și colab., 2001; Ponnusamy și colab., 2005). Pentru a explora discrepanța dintre rezultatele lor și ale noastre, șoarecilor D2R KO li s-a administrat eticlopridă antagonistă asemănătoare D2R (0.5 mg/kg; administrată ip) înainte de antrenamentul în paradigma de tresărire potențată de frică de 3 zile. Când au fost testați la 24 de ore după antrenament, șoarecii WT injectați cu vehicule au prezentat o tresărire puternică potențată de frică, în timp ce șoarecii D2R KO injectați cu eticlopridă nu au manifestat învățare (Figura 3D; măsuri repetate ANOVA genotip × zi F1, 20 = 7.5698, p<0.05) . Aceste rezultate sugerează că, în plus față de D1R, un membru al familiei de receptori DA asemănător D2, dar nu și D2R, este esențial pentru tresărirea potențată de frică.
Memoria pe termen scurt este afectată la șoarecii DD și D1R KO
DA este necesară în decurs de o oră după antrenament pentru a învăța tresărirea potențiată de frică. În aceste experimente, memoria pe termen lung pentru tresărirea potențiată de frică a fost testată la 24 de ore după antrenament. Ne-am propus să testăm dacă DA este necesară și pentru memoria pe termen scurt. Animalele DD și controalele au fost supuse unei paradigme de 2 zile care a testat memoria pe termen scurt la 10 minute după antrenament (Figura 4A). În ziua testului, au fost evaluate sensibilizarea la șoc și memoria pe termen scurt. Memoria pe termen scurt a fost definită ca o creștere dependentă de tac în răspunsurile la tresărire, în timp ce sensibilizarea la șoc este o potențare dependentă de context a răspunsului acustic la tresărire după șoc, care este independent de tac (McNish și colab., 1997; Richardson, 2000; Risbrough și colab.) al., 2008). Șoarecii DD au avut semnificativ mai puțină sensibilizare la șoc decât martorii (Figura 4B, p <0.05; testul t Student). În mod similar, șoarecii de control au demonstrat o memorie robustă pe termen scurt, absentă la șoarecii DD (Figura 4B, p <0.05, DD versus control, testul t Student). Aceste date sugerează că DA este necesară pentru memoria pe termen scurt și pe termen lung a tresăririi potențiate de frică. Mai mult, DA este necesar pentru învățarea fricii dependente de context, așa cum este testat de sensibilizarea la șoc. Aceste date întăresc, de asemenea, concluzia anterioară conform căreia DA este necesară într-o perioadă critică pentru stabilizarea urmelor memoriei de condiționare a fricii. Figura 4 Memoria pe termen scurt și sensibilizarea la șoc depind de DA. A, Proiectarea paradigmei comportamentale. În ziua 1, au fost obținute răspunsuri inițiale de tresărire. În ziua 2, șoarecii au primit toate cele 30 de perechi de șoc și au fost apoi repuse în casă pentru 10 minute înainte de testare. B, șoarecii martor (n = 10, bare negre) au sensibilizare la șoc semnificativ mai mare și tresărire potențiată de frică în comparație cu DD (n = 10, bare deschise). Asteriscurile indică p <0.05; Testul t al studentului. Șoarecii C, WT (n = 7, bare negre) și D1R KO (n = 7, bare deschise) au sensibilizare la șoc intactă. Numai WT au tresărit potențiat de frică în timpul testului de memorie pe termen scurt. Asteriscurile indică p <0.05, KO versus WT; Testul t al studentului. Șoarecii D, WT (n = 8, bare negre) au o sensibilizare la șoc semnificativ mai mare decât D2R KO (n = 8, bare deschise). Nivelurile de potențare a fricii sunt similare între șoarecii WT și D2R KO. Asteriscurile indică p <0.05, KO versus WT; Testul t al studentului. Toate valorile raportate sunt medii ± SEMPentru a explora ce subtipuri de receptor mediază rolul DA în memoria pe termen scurt și sensibilizarea la șoc, șoarecii D1R și D2R KO au fost testați în aceeași paradigmă ca și șoarecii DD. Șoarecii D1R KO au avut niveluri semnificativ mai mici de memorie pe termen scurt decât șoarecii WT (Figura 4C, p <0.05; Testul t al studentului); cu toate acestea, nu a existat nicio diferență semnificativă între nivelurile de sensibilizare la șoc la D1R KO și șoareci de control, indicând faptul că învățarea dependentă de context a fost intactă. Șoarecii D2R KO au avut niveluri semnificativ mai scăzute de sensibilizare la șoc decât WT (Figura 4D, p <0.05; Testul t Student), totuși nu a existat nicio diferență semnificativă între nivelurile șoarecilor WT și KO de memorie pe termen scurt.
Restaurarea DA la amigdala bazalaterală este suficientă pentru a permite memoria pe termen scurt
Amigdala bazolaterală este critică pentru obținerea memoriei de frică dependentă de tac (Maren, 2003, Maren și Quirk, 2004, Sigurdsson și colab., 2007). Mai mult, există dovezi care sugerează un rol important pentru DA în facilitarea funcției amigdale bazolaterale (Rosenkranz și Grace, 2002, Bissiere și colab., 2003, Marowsky și colab., 2005). Pentru a explora daca DA in amigdala bazalaterala este necesara pentru frica-potentiated suspans, DD si soarecii de control au fost injectate bilateral cu un vector CAV2-Cre in amigdala bazolaterna (Figura 5A). Acest vector este transportat retrograd de la locul injectării la neuronii DA în care restabilește activitatea genei Th (Hnasko și colab., 2006). Imunohistochimia a arătat că TH a fost prezent în amigdala bazală terapeutică a șoarecilor DD injectați cu CAV2-Cre (Figura 5J), dar absent în striatul dorsal și nucleul accumbens (Figura 5G). TH a fost în primul rând restaurat la un număr mic de neuroni în porțiunile caudale ale zonei tegmentale ventrale (Figura 5D). Au fost în mod obișnuit mai puține decât celulele 10 TH pozitive pe secțiunea 30-μm la șoarecii DD injectați, ceea ce este în concordanță cu numărul mic de neuroni DA proeminenți amigdali raportați în literatură (Ford și colab., 2006, Lammel și colab. , 2008, Margolis și colab., 2008).
Figura 5
Regenerarea specifică a regiunii expresiei endogene TH la șoarecii DD. A, Schema ilustrând coordonatele de injectare pentru experimentele de salvare bazilaterală amigdală (BLA). Șoarecii DD (n = 7) și control (n = 7) au fost injectați bilateral în BLA cu vectori CAV2-Cre (0.5 uL / hemisferă). B, Schema ilustrând coordonatele de injectare pentru experimentele de salvare a zonei tegmentale ventral (VTA). AAV1-Cre-GFP a fost injectat bilateral (0.5 uL / hemisferă) în VTA de DD (n = 7) și șoareci de control (n = 10). Figuri adaptate de la Paxinos și Franklin, 2001. C-E, Compararea colorării TH în fragmentul coronal (4 × mărire) prezentând miezul ventral al controlului WT injectat cu virus, DD injectat cu BLA și DD injectat cu VTA. Imunohistochimia C, TH în miezul central de control demonstrează prezența neuronilor DA în VTA și substantia nigra pars compacta (SNpc, indicată prin săgeată). D, șoarecii DD salvați de BLA au avut un număr mic de neuroni TH pozitivi în VTA. Inserția este o mărire 40 × a regiunii în cutie, care prezintă expresia TH în soma și în procese. E, șoarecii DD salvați cu VTA au avut expresia TH predominant în VTA. Observați absența colorării TH în SNpc (indicată de săgeată). F-H, secțiunea coronară (4 × mărire) din controlul injectat de virusul WT, șoarecii DD salvați de BLA și VDA, care prezintă expresia TH în striatum dorsal și nucleul accumbens. Controalele F, WT virus-injectate au expresia TH în întregul ansamblu dorsal (indicat de săgeată) și striatum ventral. G, nu există nici o expresie TH detectată în striatum de șoareci DD salvați de BLA. H, șoarecii DD salvați cu VTA au expresia TH în nucleul accumbens, cu doar o pauză de colorare în striatul dorsal (indicat de săgeată). I-K, secțiune coronară (10 × mărire) care prezintă expresia TH în BLA de control WT injectat cu virus, șoareci DD salvați de BLA și VTA-salvați.
Șoarecii injectați cu amigdală bazolaterală au fost supuși unei paradigme de tresărire potențată de frică de 3 zile. Memoria pe termen scurt și sensibilizarea la șoc au fost evaluate la 10 minute după antrenament, iar memoria pe termen lung pentru tresărirea potențată de frică a fost evaluată la 24 de ore după antrenament (Figura 6A). Interesant, doar memoria pe termen scurt a fost restaurată la șoarecii DD injectați cu amigdala bazolaterală. Nivelurile memoriei pe termen scurt au fost aceleași cu cele ale controalelor, totuși nivelurile memoriei pe termen lung (p<0.05; testul t Student) și sensibilizarea la șoc (p<0.05; testul t Student) au fost semnificativ mai mici decât martorii. În timpul antrenamentului, nivelurile de reactivitate la șoc au fost aceleași între grupuri (Control: 1613±333 față de DD salvat cu BLA: 1758±260). Aceste date sugerează că proiecțiile DA către amigdala bazolaterală, emanând în principal din aspectul caudal al zonei tegmentale ventrale, sunt suficiente pentru dobândirea pe termen scurt a memoriei de frică, totuși proiecțiile DA către alte zone cerebrale corticale sau limbice sunt probabil esențiale pentru Învățarea contextuală și stabilizarea pe termen lung a urmelor memoriei fricii. Figura 6. Soarecii DD salvați cu amigdala bazolaterală (BLA) au restabilit memoria pe termen scurt, în timp ce șoarecii DD salvați cu zona tegmentală ventrală (VTA) au restabilit complet învățarea. A, controlul WT injectat cu virus (n = 7) și șoarecii DD salvați cu BLA (n = 7) au fost supuși paradigmei de tresărire potențată de frică de 3 zile. În stânga, sensibilizarea la șoc este semnificativ mai mică la șoarecii salvați cu BLA. Memoria pe termen mediu și scurt (STM) a fost restabilită la niveluri de control la șoarecii salvați cu BLA. Corect, memoria pe termen lung (LTM), evaluată la 24 de ore după antrenament, este absentă la șoarecii salvați cu BLA. B, Rezultate de la controlul WT (n = 10) și șoarecii DD salvați cu VTA (n = 7) în paradigma de tresărire potențată de frică de 3 zile. În stânga, sensibilizarea la șoc la șoarecii DD salvați cu VTA nu a fost semnificativ diferită de control. Mijloc și dreapta, nivelurile de memorie STM și LTM au fost aceleași ca și controlul la șoarecii de salvare VTA. Asteriscurile indică p<0.05, salvare versus control, testul t Student. Toate valorile raportate sunt medii ± SEM
Restaurarea TH în zonele tegumentare ventriculare neuronale DA este suficientă pentru învățare
Există două circuite DA majore care provin din midbrainul ventral; circuitul mesostriatal, care provine în principal din substantia nigra pars compacta, și circuitul mezocorticolimbic, provenind în principal din zona tegmentală ventrală. Circuitul mezocorticolimbic se proiectează pe scară largă la nucleele creierului cunoscute ca fiind importante pentru condiționarea dependenței de tacut, inclusiv amigdala bazolaterală (Bjorklund și Dunnett, 2007, Lammel și colab., 2008). Pentru a examina dacă este necesară o restaurare mai completă a DA mezocorticolimbic, pentru memorie pe termen lung și sensibilizare la șoc; DD și șoarecii de control au fost injectați bilateral cu un vector AAV1-Cre-GFP în zona tegmentală ventrală pentru a activa în mod specific gena endogenă Th (Figura 5B).
Imunohistochimia a fost utilizată pentru a detecta ce neuroni DA și care obiective au restabilit expresia TH. TH staining absent la soareci DD nesuscuți (Hnasko și colab., 2006). Imunohistochimia a arătat că restaurarea TH în șoarecii DD injectați în zona ventriculară tegmentală a fost foarte specifică zonei tegmentale ventrale și țintelor sale (Figura 5E, H, K). A existat o scurgere a colorării TH în striatumul dorsal, o țintă majoră a neuronilor DA care provin din substanța nigra pars compacta (Figura 5H), în timp ce nucleul accumbens și amigdala bazolaterală au o expresie robustă TH (Fig 5H, K).
Șoarecele injectat în zona tegmentală a șobolanului au fost supuși aceleiași paradigme de excitare cu potențial de frică 3-day ca șoareci bazolateral amigdali-injectați (Figura 6B). Sensibilizarea la șoc, memoria pe termen scurt și memoria pe termen lung au fost restaurate pentru a controla nivelurile în șoarecii DD injectați în zona tegmentală ventrală. Rezistența la șoc în timpul antrenamentului a fost aceeași între grupuri (Control: 1653 ± 268 versus VTA-salvat DD: 1602 ± 198). Aceste date sugerează că proiecțiile DA din zona tegmentală ventrală sunt suficiente pentru formarea memoriei pe termen scurt și pe termen lung, precum și a sensibilizării șocurilor dependente de context.
Discuție
Aceste rezultate demonstrează că DA este necesar pentru condiționarea fricii cu atenție, așa cum este măsurată de uimirea potențată de frică. Șoarecii DD nu au reușit să-și manifeste uimirea cu potențial fricos dacă DA nu a fost restaurată imediat după antrenament. Șoarecii DD au, de asemenea, o afectare a memoriei pe termen scurt și a sensibilizării la șoc. Foarte important, inhibarea prepulsei nu a fost mai mică la șoarecii DD sărăciți cu DA, indicând faptul că oprirea senzorimotor nu este diminuată în absența DA. Studiile anterioare au arătat că psihostimulantele care sporesc transmisia DA pot reduce inhibarea prepulzelor (Schwarzkopf et al., 1992, Bubser și Koch, 1994, Ralph și alții, 1999, Swerdlow și alții, 2006, Doherty și colab., 2007) altele au demonstrat că inhibarea farmacologică a receptorilor dopaminergici crește inhibarea prepulzelor (Schwarzkopf și colab., 1993; Depoortere și colab., 1997). În concordanță cu aceste constatări, șoarecii DD au avut o creștere mică, dar semnificativă, a inhibării prepulzelor față de șoarecii de control. Studiile anterioare au demonstrat, de asemenea, că inhibarea farmacologică a receptorilor DA poate reduce răspunsul acustic al șocului (Davis și Aghajanian, 1976, Schwarzkopf și colab., 1993). Șoarecii DD deficienți de dopamină nu au avut modificări semnificative ale răspunsurilor de șoc acustice; totuși, a existat o tendință spre răspunsuri reduse comparativ cu controalele, în special la intensitățile de stimulare ridicate, în concordanță cu rapoartele anterioare (Schwarzkopf et al., 1993).
Datele prezentate aici demonstrează în mod clar că DA nu este important pentru recuperarea sau exprimarea memoriei de frică dependentă de tact, deoarece șoarecii DD nu necesită DA în timpul sesiunii de testare pentru a exprima suspansul potențat de teamă care a fost anterior dobândit prin injectarea L-Dopa imediat după Instruire. Mai mult, experimentele noastre susțin că DA este necesar pentru procesarea inițială a stimulilor în timpul antrenamentului, deoarece șoarecii DD au fost epuizați de dopamină în timpul tuturor sesiunilor de antrenament. În schimb, datele noastre sugerează că DA este necesar pentru stabilizarea timpurie a traseului de memorie, deoarece șoarecii DD nu exprimă memoria pe termen scurt, iar memoria pe termen lung este văzută doar atunci când L-Dopa este administrat imediat, dar nu 1 hr, după Instruire. Probabil, injectarea șoarecilor DD cu L-Dopa imediat după antrenament stabilizează traseul de memorie, permițându-i să intre într-o formă pe termen lung. Stimulările aversive determină creșteri prelungite ale nivelurilor DA în regiuni ale creierului, esențiale pentru condiționarea fricii care ar permite o astfel de stabilizare a memoriei de frică (Abercrombie și alții, 1989, Kalivas și Duffy, 1995, Doherty și Gratton, 1997, Inglis și Moghaddam, 1999). În concordanță cu datele noastre, alții au arătat că manipularea post-antrenament a funcției DA modifică memoria legată de frică (Bernaerts și Tirelli, 2003, Lalumiere et al., 2004, LaLumiere și colab., 2005).
Constatările noastre indică faptul că mai multe subtipuri de receptori DA sunt necesari pentru apariția fricii potențate. Șoarecele D1R KO nu are o memorie pe termen scurt și pe termen lung pentru o surpriză potențată de frică, sugerând un rol esențial pentru acest subtip receptor în medierea efectelor DA în învățarea fricii dependente de tac. Interesant, învățarea de frică bazată pe context a fost intactă la șoarecii D1R KO. Aceste date confirmă alte studii care arată că antagoniștii de tip D1R atenuează învățarea fricii condiționată de tensiune fără a afecta sensibilizarea șocului și demonstrează că manipulările farmacologice din aceste experimente au fost specifice pentru D1R (Lamont și Kokkinidis, 1998, Guarraci și colab., 1999) . Aceste date sunt, de asemenea, în concordanță cu studiile care demonstrează rolul critic al D1R în alte paradigme de învățare dependente de tacere (Smith et al., 1998, Eyny și Horvitz, 2003).
D2R KO a avut o surpriză intactă de frică, dar nu a avut sensibilizare la șoc. Greba și colab. (2001) au arătat că antagonismul intra-amigdalar al D2R a condus la o afectare a sensibilizării șocului și a uimii cauzate de frică, fără a afecta uimirea sau răspunsul la focul de picioare. Activarea D2R conduce la inducerea potențierii pe termen lung în BLA, care ar putea fi vitală pentru memoria surprinzătoare a fricii (Bissiere et al., 2003). Datele noastre demonstrează că D2R nu este necesar pentru învățarea de frică dependentă de tensiune, ci mai degrabă că acest subtip de receptor DA este important pentru sensibilizarea șocului dependentă de context. Injectarea sistemică a șoarecilor D2R KO sistematic cu etiloprida antagonistului D2 înainte de antrenament a împiedicat apariția fricii potențate; prin urmare, este probabil ca și alți receptori asemănători cu D2R, care sunt de asemenea inhibați de eticloprid, să fie critici în suspansul potențat de teamă (Sigala et al., 1997, Bernaerts și Tirelli, 2003, Laviolette și alții, 2005, Swant și Wagner , 2006). Astfel, deficiențele în învățarea dependentă de vârstă cauzate de antagoniștii tip D2 în studiile anterioare pot fi atribuite acestor medicamente care inhibă și alți membri ai familiei D2R.
Restaurarea selectivă a TH endogenă specifică zonei tegmentale ventrale a condus la o restaurare a învățării la șoarecii DD. Imunohistochimia a indicat că TH a fost restabilită la nuclei limbi importanți, cum ar fi nucleul accumbens și amigdala bazolaterală, dar nu la striatul dorsal. În plus, au existat foarte puțini neuroni pozitivi pentru TH în substantia nigra pars compacta. Aceste date indică faptul că DA din neuronii din zona tegmentală ventrală este important pentru condiționarea de frică și contextuală.
Șoarecii cu restaurare selectivă a DA la memoria amigdală bazală terapeutică au exprimat memoria pe termen scurt, dar nu memoria pe termen lung sau sensibilizarea la șoc. Studiile anterioare au demonstrat că DA facilitează funcția amigdală prin alterarea tonului inhibitor GABAergic și acest efect este mediat fie de D1R, fie de D2R (Bissiere și colab., 2003, Kroner și colab., 2005, Marowsky și colab., 2005). Datele prezentate aici demonstrează că DA în amigdala bazală terapeutică este esențială pentru achiziționarea de memorie pe termen scurt pentru o surpriză potențată de teamă, dar nu este suficientă pentru stabilitatea pe termen lung a memoriei. Restaurarea memoriei pe termen scurt este mediată de un număr mic de neuroni DA bazaliterali care proiectează amigdali, care provin din zona tegmentală ventrală. Restaurarea pe scară largă a TH-ului endogen în șoarecii DD din zona ventriculară a tegmentală salvatoare a dus la memorarea intactă pe termen scurt și pe termen lung; prin urmare, restaurarea TH la alte circuite mezocorticolimbice este probabil necesară pentru a stabili o memorie pe termen lung pentru o surpriză potențată de frică. Studiile anterioare sugerează că nucleul accumbens și cortexul prefrontal pot fi de asemenea ținte importante ale DA în timpul condiționării fricii (Kalivas și Duffy, 1995, Murphy și colab., 2000, Pezze și colab., 2003, LaLumiere și colab., 2005, Laviolette et al., 2005, Floresco și Tse, 2007). Prin urmare, este posibil ca semnalarea DA în nucleul accumbens sau cortexul prefrontal să fie necesară pentru formarea unei memorii pe termen lung.
În concluzie, studiul nostru a utilizat o combinație de modele genetice de șoarece, farmacologie și salvarea specifică a regiunii pentru a demonstra că DA este necesar pentru o surpriză potențată de frică, o sarcină de condiționare a fricii dependente de cue. Aceste constatari subliniaza un rol important pentru acest neurotransmitator in afara procesarii de recompensa. Mai mult, studiul nostru indică necesitatea ca DA să acționeze simultan pe mai mulți receptori DA în regiuni multiple ale creierului pentru a condiționa condiția dependentă de tac. Studiile recente au arătat că neuronii DA din zona tegmentală ventrală variază semnificativ în proprietățile lor moleculare și fiziologice în funcție de locația țintă (Ford și colab., 2006, Margolis și colab., 2006, Bjorklund și Dunnett, 2007, Lammel și colab., 2008; Margolis și colab., 2008). Experimentele pe care le-am efectuat în care gena Th a fost reactivată selectiv în neuronii DA care se proiectează la amigdala bazolaterală arată că sunt o populație mică, selectată de neuroni din zona tegmentală ventrală, mai degrabă decât colaterali ai neuronilor DA care se proiectează în alte regiuni ale creierului. Datele noastre, combinate cu studii care demonstrează eterogenitatea populațiilor neuronale DA, subliniază necesitatea de a înțelege rolul fiecăruia dintre aceste circuite DA discrete. Extinderea cunoștințelor despre numeroasele funcții comportamentale și fiziologice ale DA pentru a include învățarea legată de frică poate duce la o mai bună înțelegere a tulburărilor predominante ale fricii, cum ar fi tulburarea de stres post-traumatic, tulburarea obsesiv-compulsivă și tulburarea de anxietate generalizată.
recunoasteri
Această investigație a fost susținută în parte de Serviciul Public de Sănătate, Premiul pentru Serviciul Național de Cercetare, T32 GM07270, de la Institutul Național de Științe Medicale Generale și NIH Institutele Naționale de Științe Medicale Generale Grant 4 R25 GM 058501-05. Îi mulțumim lui Ilene Bernstein, lui Lisa Beutler, lui Charles Chavkin și Larry Zweifel pentru comentarii utile asupra manuscrisului, Albert Quintana pentru ajutor în histologie și lui Valerie Wall pentru întreținerea coloniilor de șoareci. Îi mulțumim, de asemenea, dr. Miguel Chillon (Unitatea de producție vectorală a CBATEG la Universitat Autonoma din Barcelona) pentru CAV2 și Matthew During pentru virusul AAV1.
Referinte
1. Abercrombie ED, Keefe KA, DiFrischia DS, Zigmond MJ. Efectul diferențial al stresului asupra eliberării in vivo a dopaminei în striatum, nucleul accumbens și cortexul frontal medial. J Neurochem. 1989; 52: 1655-1658. [PubMed]
2. Bernaerts P, Tirelli E. Efectul de facilitare al agonistului receptorului dopaminergic D4 PD168,077 asupra consolidării memoriei unui răspuns învățat de evitare inhibitorie la șoarecii C57BL/6J. Behav Brain Res. 2003;142:41–52. [PubMed]
3. Bissiere S, Humeau Y, Luthi A. Dopaminarea porților de inducție LTP în amigdala laterală prin suprimarea inhibării feed-forward. Nat Neurosci. 2003; 6: 587-592. [PubMed]
4. Bjorklund A, Dunnett SB. Sistemele de neuroni de dopamină din creier: o actualizare. Tendințe Neurosci. 2007; 30: 194-202. [PubMed]
5. Bubser M, Koch M. Inhibarea prepulsă a răspunsului de tresărire acustică la șobolani este redusă de leziunile 6-hidroxidopamină ale cortexului prefrontal medial. Psychopharmacology (Berl) 1994;113:487–492. [PubMed]
6. Davis M, Aghajanian GK. Efectele apomorfinei și haloperidolului asupra răspunsului de tresărire acustică la șobolani. Psychopharmacology (Berl) 1976;47:217–223. [PubMed]
7. de Oliveira AR, Reimer AE, Brandao ML. Mecanismele receptorilor dopaminei D2 în exprimarea fricii condiționate. Pharmacol Biochem Behav. 2006; 84: 102-111. [PubMed]
8. Depoortere R, Perrault G, Sanger DJ. Potențarea inhibării prepulse a reflexului de tresărire la șobolani: evaluarea farmacologică a procedurii ca model pentru detectarea activității antipsihotice. Psychopharmacology (Berl) 1997;132:366–374. [PubMed]
9. Doherty JM, Masten VL, Powell SB, Ralph RJ, Klamer D, Low MJ, Geyer MA. Contribuții ale subtipurilor de receptori de dopamină D1, D2 și D3 la efectele perturbatoare ale cocainei asupra inhibării prepulsului la șoareci. Neuropsihofarmacologie. 2007;12:12.
10. Doherty MD, Gratton A. Receptorii NMDA din nucleul accumbens modulează eliberarea de dopamină indusă de stres în nucleul accumbens și zona tegmentală ventrală. Sinapsa. 1997;26:225–234. [PubMed]
11. Drago J, Gerfen CR, Lachowicz JE, Steiner H, Hollon TR, Love PE, Ooi GT, Grinberg A, Lee EJ, Huang SP și colab. Funcția striatală alterată la un șoarece mutant lipsit de receptori de dopamină D1A. Proc Natl Acad Sci US A. 1994;91:12564–12568. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
12. Eyny YS, Horvitz JC. Roluri opuse ale receptorilor D1 și D2 în condiționarea apetitivă. J Neurosci. 2003;23:1584–1587. [PubMed]
13. Floresco SB, Tse MT. Reglarea dopaminergică a transmisiei inhibitorii și excitatorii în calea corticală amigdala prefrontală bazolaterală. J Neurosci. 2007;27:2045–2057. [PubMed]
14. Ford CP, Mark GP, Williams JT. Proprietățile și inhibiția opioidă a neuronilor mezolimbici ai dopaminei variază în funcție de locația țintă. J Neurosci. 2006; 26: 2788-2797. [PubMed]
15. Greba Q, Kokkinidis L. Administrarea periferică și intraamigdală a antagonistului receptorului dopaminergic D1 SCH 23390 blochează tresărirea potențată de frică, dar nu reactivitatea la șoc sau sensibilizarea la șoc a tresarii acustice. Behav Neurosci. 2000;114:262–272. [PubMed]
16. Greba Q, Munro LJ, Kokkinidis L. Implicarea receptorilor muscarinici colinergici ai zonei tegmentale ventrale în expresia fricii condiționată clasic, măsurată cu tresărirea potențată de frică. Brain Res. 2000;870:135–141. [PubMed]
17. Greba Q, Gifkins A, Kokkinidis L. Inhibarea receptorilor amigdaloizi de dopamină D2 afectează învățarea emoțională măsurată cu tresărirea potențată de frică. Brain Res. 2001;899:218–226. [PubMed]
18. Guarraci FA, Kapp BS. O caracterizare electrofiziologică a neuronilor dopaminergici din zona tegmentală ventrală în timpul tratamentului diferențial de frică pavloviană la iepurele treaz. Behav Brain Res. 1999; 99: 169-179. [PubMed]
19. Guarraci FA, Frohardt RJ, Kapp BS. Implicarea receptorului de dopamină amigdaloid D1 în condiționarea fricii pavloviane. Brain Res. 1999;827:28–40. [PubMed]
20. Guarraci FA, Frohardt RJ, Falls WA, Kapp BS. Efectele infuziilor intra-amigdaloide ale unui antagonist al receptorului de dopamină D2 asupra condiționării fricii pavloviane. Behav Neurosci. 2000;114:647–651. [PubMed]
21. Hnasko TS, Perez FA, Scouras AD, Stoll EA, Gale SD, Luquet S, Phillips PE, Kremer EJ, Palmiter RD. Restaurarea mediată de recombinază Cre a dopaminei nigrostriatale la șoarecii cu deficit de dopamină inversează hipofagia și bradikinezia. Proc Natl Acad Sci US A. 2006;103:8858–8863. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
22. Horvitz JC. Răspunsurile dopaminei mezolimbocorticale și nigrostriatale la evenimentele non-recompensă importante. Neuroștiință. 2000;96:651–656. [PubMed]
23. Inglis FM, Moghaddam B. Inervarea dopaminergică a amigdalei este foarte receptivă la stres. J Neurochem. 1999; 72: 1088-1094. [PubMed]
24. Inoue T, Izumi T, Maki Y, Muraki I, Koyama T. Efectul antagonistului de dopamină D(1/5) SCH 23390 asupra dobândirii fricii condiționate. Pharmacol Biochem Behav. 2000;66:573–578. [PubMed]
25. Josur M, Adler A, Mitelman R, Vaadia E, Bergman H. Midbrain neuronii dopaminergici și interneuronii colinergici striatali codifică diferența dintre evenimentele de recompensă și cele aversive la diferite epoci ale studiilor probabilistice clasice de condiționare. J Neurosci. 2008; 28: 11673-11684. [PubMed]
26. Kalivas PW, Duffy P. Activarea selectivă a transmiterii dopaminei în coaja nucleului accumbens prin stres. Brain Res. 1995; 675: 325-328. [PubMed]
27. Kelly MA, Rubinstein M, Asa SL, Zhang G, Saez C, Bunzow JR, Allen RG, Hnasko R, Ben-Jonathan N, Grandy DK, Low MJ. Hiperplazia lactotropă hipofizară și hiperprolactinemie cronică la șoarecii cu deficit de receptori de dopamină D2. Neuron. 1997;19:103–113. [PubMed]
28. Koch M. Neurobiologia stupefiantului. Prog Neurobiol. 1999; 59: 107-128. [PubMed]
29. Kroner S, Rosenkranz JA, Grace AA, Barrionuevo G. Dopamina modulează excitabilitatea neuronilor bazilaterali amigdali in vitro. J Neurophysiol. 2005; 93: 1598-1610. [PubMed]
30. Lalumiere RT, Nguyen LT, McGaugh JL. Infuziile de dopamină în amigdală intrabazolaterală post-antrenament modulează consolidarea memoriei de evitare inhibitoare: implicarea sistemelor noradrenergice și colinergice. Eur J Neurosci. 2004;20:2804–2810. [PubMed]
31. LaLumiere RT, Nawar EM, McGaugh JL. Modularea consolidării memoriei de către amigdala bazolaterală sau nucleul nucleului accumbens necesită activarea simultană a receptorilor de dopamină în ambele regiuni ale creierului. Aflați Mem. 2005; 12: 296-301. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
32. Lammel S, Hetzel A, Hackel O, Jones I, Liss B, Roeper J. Proprietăți unice ale neuronilor mezoprefrontali în cadrul unui sistem de dopamină mezocorticolimbic dual. Neuron. 2008;57:760–773. [PubMed]
33. Lamont EW, Kokkinidis L. Infuzia de antagonist al receptorului de dopamină D1 SCH 23390 în amigdala blochează expresia fricii într-o paradigmă de tresărire potențată. Brain Res. 1998;795:128–136. [PubMed]
34. Laviolette SR, Lipski WJ, Grace AA. O subpopulație de neuroni din cortexul prefrontal medial codifică învățarea emoțională cu coduri de explozie și frecvență printr-o intrare de amigdală bazolaterală dependentă de receptorul dopaminergic D4. J Neurosci. 2005;25:6066–6075. [PubMed]
35. Lemon N, Manahan-Vaughan D. Receptorii de dopamină D1/D5 poartă achiziția de informații noi prin potențarea hipocampului pe termen lung și depresia pe termen lung. J Neurosci. 2006;26:7723–7729. [PubMed]
36. Maren S. Amigdala, plasticitatea sinaptică și memoria fricii. Ann NY Acad Sci. 2003;985:106–113. [PubMed]
37. Maren S, Quirk GJ. Semnalizarea neuronală a memoriei fricii. Nat Rev Neurosci. 2004;5:844–852. [PubMed]
38. Margolis EB, Mitchell JM, Ishikawa J, Hjelmstad GO, Fields HL. Midine neuronii dopaminei: ținta de proiecție determină durata potențialului de acțiune și inhibarea receptorului dopaminei D (2). J Neurosci. 2008; 28: 8908-8913. [PubMed]
39. Margolis EB, Lock H, Chefer VI, Shippenberg TS, Hjelmstad GO, Fields HL. Opioizii Kappa controlează selectiv neuronii dopaminergici care se proiectează către cortexul prefrontal. Proc Natl Acad Sci US A. 2006;103:2938–2942. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
40. Marowsky A, Yanagawa Y, Obata K, Vogt KE. O subclasă specializată a interneuronilor mediază facilitarea dopaminergiei funcției amigdale. Neuron. 2005; 48: 1025-1037. [PubMed]
41. McNish KA, Gewirtz JC, Davis M. Dovezi ale fricii contextuale după leziuni ale hipocampului: o perturbare a înghețului, dar nu tresărirea potențată de frică. J Neurosci. 1997;17:9353–9360. [PubMed]
42. Missale C, Nash SR, Robinson SW, Jaber M, Caron MG. Receptorii de dopamină: de la structură la funcție. Physiol Rev. 1998;78:189–225. [PubMed]
43. Murphy CA, Pezze M, Feldon J, Heidbreder C. Implicarea diferențială a dopaminei în învelișul și miezul nucleului accumbens în exprimarea inhibiției latente la un stimul condiționat aversiv. Neuroștiință. 2000;97:469–477. [PubMed]
44. Pezze MA, căile dopaminergice Feldon J. Mesolimbic în condiționarea fricii. Prog Neurobiol. 2004; 74: 301-320. [PubMed]
45. Pezze MA, Bast T, Feldon J. Semnificația transmiterii dopaminei în cortexul prefrontal medial de șobolan pentru frica condiționată. Cortexul cerebral. 2003;13:371–380. [PubMed]
46. Ponnusamy R, Nissim HA, Barad M. Blocarea sistemică a receptorilor dopaminergici de tip D2 facilitează dispariția fricii condiționate la șoareci. Aflați Mem. 2005; 12: 399-406. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
47. Ralph RJ, Varty GB, Kelly MA, Wang YM, Caron MG, Rubinstein M, Grandy DK, Low MJ, Geyer MA. Subtipul receptorului de dopamină D2, dar nu D3 sau D4, este esențial pentru întreruperea inhibării prepulsului produsă de amfetamina la șoareci. J Neurosci. 1999;19:4627–4633. [PubMed]
48. Ralph-Williams RJ, Lehmann-Masten V, Otero-Corchon V, Low MJ, Geyer MA. Efecte diferențiate ale agoniștilor dopaminergici direcți și indirecti asupra inhibării prepulsului: un studiu asupra șoarecilor knock-out ai receptorilor D1 și D2. J Neurosci. 2002;22:9604–9611. [PubMed]
49. Richardson R. Sensibilizarea la șoc de tresărire: frică învățată sau neînvățată? Behav Brain Res. 2000;110:109–117. [PubMed]
50. Risbrough VB, Geyer MA, Hauger RL, Coste S, Stenzel-Poore M, Wurst W, Holsboer F. Receptorii CRF(1) și CRF(2) sunt necesari pentru tresărirea potențiată la indicii contextuale, dar nu discrete. Neuropsihofarmacologie. 2008;19:19.
51. Rosenkranz JA, Grace AA. Modularea mediată de dopamină a potențialelor amigdale evocate de miros în timpul condiționării pavloviană. Natură. 2002; 417: 282-287. [PubMed]
52. Schultz W. Devenirea formală cu dopamină și recompensă. Neuron. 2002;36:241–263. [PubMed]
53. Schwarzkopf SB, Mitra T, Bruno JP. Interceptarea senzorială la șobolanii sărăciți de dopamină la nou-născuți: potențiala relevanță pentru descoperirile la pacienții schizofrenici. Biol Psihiatrie. 1992;31:759–773. [PubMed]
54. Schwarzkopf SB, Bruno JP, Mitra T. Efectele haloperidolului și SCH 23390 asupra tresarii acustice și inhibarea prepulsului în condiții bazale și stimulate. Prog Neuropsihofarmacol Biol Psihiatrie. 1993;17:1023–1036. [PubMed]
55. Sigala S, Missale C, Spano P. Efectele opuse ale receptorilor dopaminei D2 și D3 asupra învățării și memoriei la șobolan. Eur J Pharmacol. 1997;336:107–112. [PubMed]
56. Sigurdsson T, Doyere V, Cain CK, LeDoux JE. Potențarea pe termen lung în amigdala: un mecanism celular de învățare și memorie a fricii. Neurofarmacologie. 2007;52:215–227. [PubMed]
57. Smith DR, Striplin CD, Geller AM, Mailman RB, Drago J, Lawler CP, Gallagher M. Evaluarea comportamentală a șoarecilor care le lipsesc receptorii de dopamină D1A. Neuroștiință. 1998;86:135–146. [PubMed]
58. J. Swant, JJ Wagner. Blocarea transportorului de dopamină crește LTP în regiunea CA1 a hipocampului de șobolan prin activarea receptorului de dopamină D3. Învață Mem. 2006;13:161–167. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
59. Swerdlow NR, Shoemaker JM, Kuczenski R, Bongiovanni MJ, Neary AC, Tochen LS, Saint Marie RL. Funcția D1 a creierului anterior și controlul senzoriomotor la șobolani: efectele blocării D1, leziunile frontale și denervarea dopaminei. Neurosci Lett. 2006;402:40–45. [PubMed]
60. Szczypka MS, Rainey MA, Kim DS, Alaynick WA, Marck BT, Matsumoto AM, Palmiter RD. Comportamentul de hrănire la șoarecii cu deficit de dopamină. Proc Natl Acad Sci US A. 1999;96:12138–12143. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
61. Înțelept RA. Dopamina, învățare și motivație. Nat Rev Neurosci. 2004;5:483– 494. [PubMed]
62. Zhou QY, Palmiter RD. Șoarecii cu deficit de dopamină sunt foarte hipoactivi, adiposi și apagici. Cell. 1995; 83: 1197-1209. [PubMed]
63. Zweifel LS, Argilli E, Bonci A, Palmiter RD. Rolul receptorilor NMDA în neuronii dopaminergici pentru plasticitate și comportamente de dependență. Neuron. 2008;59:486–496. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
;
