Am J Physiol Regul Integral Comp Physiol. 2011 Apr; 300 (4): R876-R884.
Publicat online 2011 Feb 9. doi: 10.1152 / ajpregu.00655.2010
PMCID: PMC3075076
1,2 Abstract
Am raportat anterior că administrarea de insulină în nucleul arcuat al hipotalamusului scade motivația pentru zaharoză, evaluată printr-o sarcină de auto-administrare, la șobolani. Deoarece modelul de activare a sistemului nervos central (CNS) asociat cu administrarea de sucroză nu a fost evaluat, în studiul de față am măsurat expresia c-Fos ca indice de activare neuronală. Am instruit șobolanii la presa de zahăr pentru zaharoză, conform unui program cu raport fix (FR) sau a raportului progresiv (PR) și a exprimat expresia imunoreactivității c-Fos în SNC, comparativ cu expresia c-Fos în controlul manipulat. Am observat o expresie unică a c-Fos în hipotalamusul medial (nucleul arcuat, paraventricular, retrochiasmatic, dorsomedial și ventromedial) în asociere cu debutul performanței PR și exprimarea c-Fos în hipotalamus lateral și nucleul patului de stria terminalis în asociere cu debutul performanței FR. Expresia c-Fos a fost crescută în nucleul accumbens al șobolanilor FR și PR. Studiul nostru subliniază importanța circuitelor de hipotalamă de energie homeostazică și a circuitului limbic în realizarea unei sarcini de recompensare alimentară. Având în vedere rolul hipotalamusului medial în reglementarea echilibrului energetic, studiul nostru sugerează că acest circuit poate contribui la recompensarea reglementării în contextul mai larg al homeostaziei energetice.
au fost identificate circuitele dopaminergice mezolimbice (DA), incluzând zona tegmentală ventrală (VTA) și proiecțiile către zonele striatale și corticale, jucând un rol critic în aspectele motivante sau pline de satisfacție ale numeroaselor clase de medicamente de abuz (13, 22-24, 26, 48). Cercetările recente din partea laboratorului nostru și a altor persoane sugerează că acest circuit joacă, de asemenea, un rol major în motivația sau recompensarea aspectelor legate de alimente. Interacțiunea funcțională și anatomică cu circuitele care reglează homeostazia energetică este sugerată de rapoartele privind modularea recompensei alimentare prin starea nutrițională a animalelor (10, 14, 16, 43). Modularea recompensei, inclusiv recompensarea alimentară, prin starea nutrițională sau metabolică, este puternic influențată de semnalele neuronale și endocrine, incluzând insulina (15), leptină (11, 18, 21, 30, 32), ghrelin (35), hormon de concentrare a melaninei (MCH) (45) și orexin (5, 7): prezența receptorilor, eficacitatea biochimică și celulară și eficacitatea in vivo sau comportamentală a acestor semnale în sistemul nervos central (CNS) au fost demonstrate abundent în ultimii ani.
De asemenea, circuitul limbic extins a fost demonstrat că joacă un rol în hrănirea și răsplata alimentelor (2, 19, 28). Cu toate acestea, există site-uri care contribuie suplimentar la SNC. În special, hipotalamusul lateral (LH) a fost mult timp cunoscut ca fiind un situs mediator al hrănirii și comportamentelor de autostimulare (4, 31). Neuronii nerecurenți și semnalarea leptinei în LH au fost identificate ca fiind importante pentru hrănire și recompensă alimentară (5, 29, 30). Am observat recent că insulina administrată fie în cel de-al treilea ventricul cerebral, fie în nucleul arcuat al hipotalamusului (ARC) ar putea scădea autoadministrarea sucrozei, dar administrarea de insulină în VTA sau nucleul accumbens nu a avut niciun efect asupra acestei paradigme de recompensă15). Astfel, se pare că situsurile hipotalamice multiple pot juca un rol semnificativ în căutarea și achiziția de alimente motivate și, în concordanță cu aceasta, s-ar putea ipoteza că regiunile hipotalamice sunt substanțial activate în asociere cu auto-administrarea alimentară. Pentru a începe să testeze această ipoteză, am cartografiat expresia c-Fos în SNC a șobolanilor instruiți într-o paradigmă de autoadministrare a sucrozei, după formarea cu rapoarte fixe (FR) sau după instruirea progresivă (PR), o sarcină mai strictă pentru evaluarea motivației (20).
MATERIALE SI METODE
Subiecte.
Subiecții au fost șobolani masculi Albino (325-425 g) de la Simonsen (Gilroy, CA). Șobolanii au fost menținuți pe chow ad libitum. Aceștia au fost menținuți pe un ciclu de lumină-întuneric de 12: 12-ore, cu lumini aprinse la 6 AM și au fost instruiți și testați între orele 7 AM și amiază, în starea postprandială și postabsorbtivă. Toate procedurile efectuate pe șobolani au urmat liniile directoare ale Institutului Național de Sănătate pentru îngrijirea animalelor și au fost aprobate de Subcomitetul de îngrijire și utilizare a animalelor al Comitetului de cercetare și dezvoltare de la sistemul VA Puget Sound Health Care.
Sucroză de auto-administrare.
Procedurile au fost bazate pe metodologia publicată (15) și au fost efectuate pe șobolani hrăniți. Experimentul a inclus trei faze: autosaptarea pentru inițierea antrenamentului, instruirea FR și cursuri progresive (PR) folosind algoritmul PR al lui Richardson și Roberts (38). Algoritmul PR necesită 1, 2, 4, 6, 9, 12, 16, 20, 28, 36, 48, 63, 83, 110, 145, 191, 251, 331, etc) levier presa pentru livrari succesive recompensa in cadrul unei sesiuni (38). Șobolanii au fost instruiți să se auto-administreze 5% sucroză (recompensă 0.5 ml) livrată într-un recipient pentru picături lichide. Dulapurile operant, controlate de un sistem Med Associates (Georgia, VT), au avut două pârghii, însă numai o pârghie (o pârghie activă, retractabilă) a activat pompa de perfuzie. Se apasă și presele pe cealaltă pârghie (o pârghie staționară inactivă). Așa cum am observat anterior, numărul de prese pe levierul inactiv a fost foarte scăzut (mai puțin decât presele 10 / sesiune). Soluția de zaharoză a fost livrată într-un recipient pentru picurare lichidă pentru consum oral (Med Associates, St. Albans, VT). Formarea inițială a fost efectuată în timpul sesiunilor 1-h în cadrul unui program de armare continuă (FR1: fiecare presă de pârghie a fost întărită). Fiecare sesiune a început cu introducerea pârghiei active și iluminarea unei lumini albe a casei care a rămas pe toată sesiunea. Un ton 5 (2900 Hz, 20 dB deasupra fondului de fundal) și lumina (7.5 W lumină albă deasupra pârghiei active) este însoțită de fiecare livrare de recompensă, cu un timp de ieșire 20, începând cu livrarea sucrozei. Pregătirea FR a fost efectuată pentru zilele 10; răspunsul stabil este realizat de a cincea sesiune. Instruirea PR a fost realizată pentru un maxim posibil 3 h / zi pentru zilele 10. Sesiunile PR s-au încheiat după ce 30 min nu a dat nici o reacție la apăsarea levierului activ, moment în care lumina casei a fost oprită automat și pârghia activă a fost retrasă; șobolanii au fost scoși din camere și s-au întors în cuștile lor. "Timpul de oprire" a fost raportat în Tabelul 2 reprezintă ora la care sistemul a fost oprit; prin urmare, ultima apăsare activă a pârghiei ar fi avut loc cu 30 min înainte de ora de oprire. Datele comportamentale (Tabelul 2) reprezintă mediile de sesiunile 6-10 pentru formarea FR, și sesiunile 1-9 pentru formarea PR. Șobolanii cu șobolani cu control au fost luați din camera de locuit și au fost plasați într-o încăpere curată, cu lumină de casă pentru 60 min, în sala de procedură, pentru a simula experiențele de manipulare și de cameră ale șobolanilor care au administrat sucroza. Nu li se dădea nimic de mâncare sau de băut în timp ce erau în cutiile de operatori și nu aveau acces la pârghii.
În ultima zi, șobolanii au fost așezați în camere conform zilelor de antrenament și au fost ținuți în camere timp de 90 de minute, după care au fost îndepărtați, pentru anestezie, perfuzie și imunohistochimie ulterioară. Șobolanii de control au fost, de asemenea, aduși în sala de procedură și ținute într-o cameră de operare curată, ca în zilele de antrenament, timp de 90 de minute, după care au fost anesteziați și perfuzați. Imediat după ultima sesiune de 90 de minute, șobolanii au fost anesteziați profund cu inhalare de izofluran și perfuzați cu 0.9% NaCI urmat cu soluție rece de paraformaldehidă de 4%. Momentul pentru anestezic și eutanasie s-a bazat pe cursul de timp cunoscut al expresiei maxime a proteinei c-Fos la 90-120 de minute după eveniment. Astfel, expresia c-Fos ar reflecta activarea SNC la debutul sarcinii comportamentale, mai degrabă decât a fi rezultatul animalelor care au experimentat sarcina și au ingerat zaharoză. Creierele au fost îndepărtate și postfixate în paraformaldehidă timp de câteva zile; apoi au fost plasate ulterior în zaharoză-PBS 20%, după care au fost plasate în soluție de zaharoză-PBS 30%. Creierele au fost secționate pe un criostat (criostat Leica CM 3050S) pentru imunohistochimie.
imunohistochimia c-Fos și cuantificarea.
Am folosit metodologia stabilită pentru a cuantifica proteina c-Fos imunoreactivă în secțiunile creierului (12). Ecranul calitativ inițial al întregului creier a fost efectuat pentru exprimarea c-Fos. Diafragme coronale 12-μm cu secțiune transversală au fost spălate 3 ori în PBS (Oxoid, Hampshire, UK). Secțiunile au fost apoi blocate pentru 1 h la temperatura camerei în PBS conținând 5% ser de capră normală sau de măgar. Secțiunile au fost apoi spălate de mai multe ori în PBS și incubate peste noapte la 4 ° C în soluții primare de anticorp realizate în PBS. Secțiunile au fost spălate de trei ori în PBS și apoi incubate în întuneric la temperatura camerei în soluție secundară de anticorpi compusă în PBS pentru 1 h. Secțiunile au fost apoi spalate din nou în PBS și au fost montate și capacul alunecat în mediul de montare Hard Medium (Vector Laboratories, Burlingame, CA). Imaginile digitale ale secțiunilor au fost achiziționate utilizând un microscop de fluorescență Nikon Eclipse E-800 conectat la o cameră Optiphot și utilizând software-ul Image Pro Plus (Media Cybernetics, Silver Spring, MD).
Ulterior, ne-am concentrat asupra unui număr limitat de zone care prezintă o diferență aparentă între condiții, pentru cuantificare și pentru fenotiparea neuronală. Mai exact, ne-am concentrat asupra nucleului nucleului accumbens și cochiliei (NAc); nucleul patului posterior și posterior al stria terminalis (aBNST, pBNST); medii hipotalamice medii [nucleul ventromedial (VMH), hipotalamusul dorsomedial (DMH), nucleul paraventricular (PVN), zona retrochiasmatică (RCh) și ARC]; hipotalamus lateral (LH), inclusiv regiunile dorsale și ventrale și zona periferică (peF); VTA; creierul stem [nucleul inferior, nucleul hipoglosal (nXII) al tractului solitar, nucleul reticular lateral și nucleele C1 / A1 adrenalină / noradrenalină]. Secțiunile 12-μm potrivite cu atlas au fost evaluate pentru exprimarea și cuantificarea c-Fos în secțiunile și regiunile potrivite, pe baza atlasului lui Paxinos și Watson (34). Te rog vezi Tabelul 1 pentru coordonate stereotaxice specifice. Obiectivul principal al analizelor a fost de a compara fiecare sarcină comportamentală cu controlul său respectiv (PR vs. PRC, FR față de FRC). Pentru a optimiza diferențele posibile pe baza comportamentului față de condițiile de control, au fost selectați pentru analiză cei mai performanți din grupurile PR și FR. Astfel, au fost analizați șobolanii 4 / 12 PR și 3 / 12 FR: Acești șobolani au avut număr de presă activă a pârghiei (principalul criteriu de comportament) care a fost mai mare decât o deviație standard peste media pentru grupul de comportament respectiv. S-a analizat, de asemenea, o subcota de șobolani de control (șobolani 5 PRC și 3 FRC, prezenți în camera de procedură în același timp cu șobolani FR sau PR). Un grup suplimentar de trei șobolani a fost luat prin procedura FR ("FRext") pentru a imita durata adăugată a procedurii PR (adică pentru un total de zile 20, deoarece șobolanii PR sunt luați prin FR și apoi PR) pentru a evalua dacă diferențele dintre FR și PR s-au datorat sarcinii comportamentale sau duratei procedurii. Creierul FRext nu a fost analizat și examinat sistematic, dar anumite regiuni de interes au fost analizate împreună cu celelalte patru grupuri, pentru a permite o cuantificare comparativă, după cum sa arătat specific în rezultate.
Pentru cuantificare (la 40 × mărire), s-au selectat regiuni potrivite la atlas. Software-ul ImagePro Plus (Media Cybernetics) a fost utilizat pentru a captura o imagine a zonei dorite. O zonă a fost delimitată pentru numărare și a fost stabilit un prag pentru numărul de celule pozitive. Același domeniu și fundal (prag) au fost utilizate pentru secțiunile din grupurile experimentale respective, iar numărarea software-ului de celule pozitive (cuantificarea) a fost efectuată în aceeași sesiune pentru toate grupurile experimentale, pentru a preveni modificările între sesiune în setările de fundal. Pentru analiza statistică, au fost luate constatări de la un șobolan individual numai dacă secțiunile corespunzătoare sau complete prin fiecare zonă (așa cum este definită în Tabelul 1) au fost disponibile; datele pentru o anumită zonă nu au fost luate de la un șobolan dacă ar exista o reprezentare bilaterală incompletă pentru acea zonă.
Analiza de imunofluorescență marcată dublu calitativ.
Secțiunile creierului au fost luate de la șobolani în care s-a cuantificat c-Fos, pentru imunohistochimie dublă. Deoarece nu am dorit să deranjăm performanța comportamentală a animalelor, acestea nu au fost pretratate cu colchicină pentru a optimiza vizualizarea neurotransmițătorilor peptidici. Prin urmare, vizualizarea fenotipurilor neuronale activate în asociere cu sarcina de autoadministrare a fost limitată. Cu toate acestea, pentru a începe evaluarea fenotipurilor neuronilor activi într-o serie de locații ale SNC, imaginile digitale (achiziționate așa cum este descris în secțiunea de mai sus) au fost realizate la mărirea cu 20 ×, 40 × sau 60 × (așa cum se indică în legendele din figură) . Procedura de colorare duală pentru glutamat decarboxilază (GAD), tirozin hidroxilază (TH), CRF, neuropeptidă Y (NPY), peptidă asociată Agouti (AgRP) și triptofan hidroxilază a fost comparabilă cu testul imunoreactivității c-Fos proprii, cu excepția faptului că un amestec de c-Fos-Ab și unul dintre ceilalți anticorpi primari a fost utilizat pentru incubarea peste noapte la 4 ° C; în mod similar, ambii anticorpi secundari au fost în aceeași soluție și au fost incubați timp de 1 oră în întuneric la temperatura camerei. O spălare cu 20% etanol 50% înaintea etapei de blocare a fost utilizată pentru analiza orexinei. Testele inițiale de optimizare au fost efectuate pentru a determina o diluare adecvată a anticorpilor primari. Anticorpii principali utilizați au fost anti-c-Fos de iepure (1: 500) (sc-52) și anti-c-Fos de șoarece (1: 800) (ambii de la Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA); anti-GAD de șoarece (1: 1,000), anti-tirozin hidroxilază de șoarece (1: 500) și anti-triptofan hidroxilază de oaie (toate de la Chemicon, Temecula, CA); anti-CRF de iepure (1: 500) (cadou de la Dr. Wylie Vale, Salk Institute, CA); anti-NPY de iepure (1: 1,000), anti-AGRP de iepure (1: 1,000) și anti-orexină A de capră (1: 5,000) toate de la Phoenix Pharmaceutical (St. Joseph, MO). Anticorpii secundari utilizați au fost anti-iepure sau anti-șoarece conjugat cu Cy3 (Jackson Immunoresearch; West Grove, PA), Alexa Fluor 488 anti-șoarece sau anti-iepure sau măgari anti-ovine IgG (Molecular Probes, Eugene, OR) ; toți anticorpii secundari au fost diluați la 1: 500. C-Fos / MCH cu imunocolorare duală a fost testată în serie; în primul rând, pentru MCH (1: 2,500 anticorp primar, Millipore) cu Alexa-488-capră anti-iepure (1: 500) anticorp secundar. Diapozitivele au fost reblocate cu 5% ser normal de capră și colorate pentru anti-c-Fos (1: 500) și anti-iepure cy3-capră ca anticorp secundar. O spălare cu 20% etanol 50% înainte de etapa de blocare a fost utilizată pentru testul MCH.
Analize statistice.
Datele de grup sunt prezentate ca mijloace ± SE în text, tabele și cifre. Semnificația este definită ca P ≤ 0.05. Se fac comparații statistice între grupurile experimentale (FR vs. PR) sau între grupurile experimentale și controalele corespunzătoare (PR vs. PRC; FR vs. FRC) utilizând studenții nepereche t-Test. Coeficienții de corelație Pearson dintre apăsările pârghiei active și expresia c-Fos în diferite regiuni ale creierului, precum și corelația expresiei c-Fos între diferite regiuni ale creierului în condiții experimentale identice, au fost calculați folosind programul de analiză statistică StatPlus: mac LE pentru versiunea Mac OS 2009 de AnalystSoft. Am testat corelațiile liniare (Pearson's R statistică) între expresia c-Fos în diferite regiuni ale SNC. De asemenea, am examinat corelațiile dintre expresia c-Fos în diferite regiuni și comportament activat ale SNC. Au fost utilizate date FR și PR de la șobolani, pentru care s-a efectuat cuantificarea c-Fos, pentru aceste corelații.
REZULTATE
c-Fos quantitation.
După cum am observat anterior, numărul preselor active de pârghii a fost semnificativ mai mare pentru performanța PR vs. FR (Tabelul 2), iar numărul de recompense pentru zaharoză a fost mai mare în timpul performanțelor FR. Durata sesiunii pentru șobolanii PR a fost de aproximativ 90 min (timpul de oprire - 30). Tabelul 3 afișează numărul de celule imunoreactive c-Fos în toate regiunile CNS unde s-a efectuat cuantificarea. Modelul expresiei c-Fos pentru șobolanii FR și PR este rezumat în Fig. 1. A existat o activare semnificativă a hipotalamusului medial (MHla, un compozit de ARC, PVN, RCh, DMH și VMH) la șobolani implicați în apăsarea de pârghie PR pentru zaharoză, dar nu a fost activată globală la șobolani implicați în apăsarea de pârghie FR pentru zaharoză, comparativ cu controalele respective. În hipotalamusul medial al șobolanilor PR, această activare a apărut în PVN, ARC și VMH (Fig. 2). FR presare, dar nu presare pârghie PR, a fost asociată cu activarea semnificativă în cadrul LH (bazat predominant pe activarea în zona periferică). Atât presele active cu pârghie cât și expresia c-Fos hipotalamică au fost comparabile între grupurile FRext și FR (MHla, 946 ± 26 și 911 ± 118; ARC, 176 ± 18 și 186 ± 10; LHla, 468 ± 79 și 378 ± 34; LHpeF, 200 ± 31 și 173 ± 15), sugerând că diferența în modelul de expresie între grupurile FR și PR nu are legătură cu durata instruirii / experienței, ci cu natura sarcinii instrumentale. Pentru grupul FR, a existat o creștere semnificativă a exprimării c-Fos în BNST, observată atât la aBNST cât și la pBNST. Atât presarea pârghiilor FR cât și PR a fost asociată cu creșterea neuronilor c-Fos-imunopozitivi în carcasa NAc; Numărul c-Fos a crescut semnificativ în miezul NAc de la șobolani implicați în apăsarea pârghiei FR, cu o tendință nesemnificativă față de creșterea expresiei c-Fos la șobolanii implicați în apăsarea pârghiei PR. c-Fos nu a crescut în VTA cu sarcina PR, deși sa observat o tendință nesemnificativă față de o creștere a sarcinii FR. În cele din urmă, c-Fos a fost semnificativ crescut în nucleul hipoglosal (nervul cranian XII) din tulpina cerebrală a șobolanilor instruiți pentru PR, dar nu și pentru FR.
Expresia c-Fos a fost observată în alte regiuni ale SNC, incluzând amigdala și cortexul cerebral (Fig. 3). Cu toate acestea, expresia a fost observată atât în condițiile de control, cât și în asociere cu sarcinile PR și FR, sugerând că aspectele nespecifice ale procedurii (manipularea, mișcarea în camera de procedură) ar fi putut duce la această activare. Cuantificarea în aceste regiuni nu a fost efectuată. De asemenea, s-a observat activarea în regiuni ale tulpinii cerebrale, altele decât nXII, dar a apărut în asociere atât cu condițiile de control, cât și cu cele legate de sarcină, sugerând de asemenea un rol în activarea nespecifică sau activarea comportamentală.
Am testat corelațiile dintre expresia c-Fos în diferite regiuni ale SNC. Combinând date din grupurile de apăsare a pârghiei, am găsit o corelație negativă între expresia c-Fos în LH și VMH; astfel, activarea VMH a fost asociată cu scăderea activării globale a LH (Pearson's R, -0.7986; t = -3.7534; P = 0.0056). De asemenea, am observat o corelație pozitivă semnificativă între expresia c-Fos în regiunea perifornicală a LH și VTA (Pearson's R, 0.7772; t = 3.493; P = 0.0082), în concordanță cu conectivitatea monosinaptică cunoscută între aceste două regiuni (a se vedea discuția din Ref. 2 și 13). Am găsit o corelație negativă semnificativă între expresia c-Fos în VTA vs. NAc-shell, indiferent dacă a fost testată separat pentru performanța FR (Pearson's R, -0.9262; t = -4.9125; P = 0.008) sau pentru performanță PR (Pearson's R, -0.9897; t = -9.7624; P = 0.0103), în concordanță cu intrările reciproce cunoscute între regiunile striatale până la substantia nigra și VTA (2, 13). De asemenea, am testat corelațiile dintre expresia c-Fos în diferite regiuni ale SNC și comportamentul. Combinând date din grupurile de apăsare a pârghiei, am observat o corelație pozitivă semnificativă între c-Fos în ARC și apăsările de pârghie active (Pearson's R, 0.8208; t = 3.8017; P = 0.0067).
Identificarea neuronilor activi cu aportul de sucroză și motivația pentru zaharoză.
În tulpina creierului, neuronii c-Fos-pozitivi nu au prezentat imunofenie pozitivă pentru TH, enzima care limitează viteza pentru epinefrină și norepinefrină (și dopamină); astfel, acești neuroni catecholaminergici nu par să fie activi de sarcinile FR sau PR. Cu toate acestea, unii neuroni c-Fos pozitivi au prezentat o imunozălzire pozitivă pentru hidroxilaza triptofanului, indicând faptul că a fost activată o populație de neuroni serotoninici. Așa cum se arată în Fig. 4, în ARC, corpurile celulare c-Fos pozitive au fost înconjurate cu fibre colorate cu AGRP și s-a observat un model similar pentru fibre NPY / c-Fos (nu este prezentat). În PVN, neuronii c-Fos-pozitivi păreau să înconjoare neuronii CRF-pozitivi, dar nu s-a observat colocalizare (datele nu sunt prezentate). Fig. 5 arată imunozălțarea pentru orexină și MCH în LH. Au fost găsite neuronii nereonici în ambele dLH și peHL. Deși am observat neuroni MCH-pozitivi în peLH, nu a existat, în esență, nicio colocalizare cu c-Fos în acea regiune a LH. Cu toate acestea, am observat colocalizarea c-Fos la neuronii cu orexin-pozitivi în cadrul peLH (Fig. 6, top) și colocalizare c-Fos foarte limitată cu MCH în vLH (Fig. 6, de jos). Ar trebui reafirmat faptul că atât localizarea, cât și colocalizarea cu c-Fos pot fi subestimate pentru neurotransmițătorii peptidici, cum ar fi CRH, deoarece șobolanii nu au fost pretratate cu colchicină. În cele din urmă, în nucleul accumbens core and shell (Fig. 7), s-a observat co-imunostabilizarea c-Fos cu GAD, enzima sintetică pentru neurotransmitatorul GABA, atât pentru șobolani FR, cât și pentru PR. Nu a existat o colorare robustă pentru TH în cadrul VTA; totuși, neuronii c-Fos-pozitivi au fost rareori observați și nu par să se colocalizeze exclusiv cu TH.
DISCUŢIE
În studiul actual, am folosit expresia genei imediate imediate, c-Fos, pentru a evalua modelul de activare a SNC asociat cu declanșarea activității de presare a pârghiei de auto-administrare a sucrozei, fie ca o sarcină relativ neobișnuită (FR) o sarcină progresivă mai dificilă gândită pentru a reflecta căutarea motivată a unei recompense, cum ar fi zaharoza, și implicarea puternică a circuitelor limbic (22, 24, 49) (RELATII CU PUBLICUL). Modelele de activare hipotalamică diferă între cele două sarcini, cu predominarea LH / limbic în sarcina FR și activarea mediană hipotalamică / limbic predominând în sarcina PR (vezi Fig. 1). Există mai multe motive posibile pentru acest lucru. În primul rând, aceste paradigme s-ar putea "mapa" ca experiențe calitativ diferite în sistemul nervos central. Șobolanii instruiți în performanța FR vor aștepta o activitate ușoară, cu recompense mari. Anticiparea unui aliment satisfăcător ar trebui să influențeze puternic modelul c-Fos observat la șobolani FR. Diferența calitativă aparentă în modelul de activare sugerează că oa doua posibilitate - că animalele de PR au pur și simplu mai multă experiență în sarcină - este mai puțin probabilă și acest lucru a fost susținut de măsurarea c-Fos în hipotalamusul șobolanilor care au primit sesiuni 20 FR , care au prezentat o activitate similară grupului FR, nu grupului PR. Ambele posibilități ar putea fi testate prin creșterea sistematică a dificultății de antrenament FR și evaluarea modificărilor în activarea SNC, caz în care se va anticipa o schimbare calitativă în modelul de activare. Cu toate acestea, în timp ce numărul de experiențe de formare ar putea să nu reflecte modelul de activare a SNC, numărul mediu de recompense pentru zaharoză într-o sesiune ar putea fi: sarcina PR poate fi pur și simplu învățată ca o experiență "mai puțin satisfăcătoare" și aceasta ar putea fi funcțional legată de lipsa activării LH. Astfel, modelul de activare a SNC la începutul sesiunii ar putea reflecta o stare interoceptivă, cum ar fi cea a paradigmei condiționate a locului: puterea activării în circuitele limbice este legată de învățare și motivație. Am observat variabilitatea expresiei c-Fos în hipotalamusul medial al animalelor FRC. În special în PVN, această variabilitate ar putea fi activarea mascării la șobolanii FR, pentru care sa observat o tendință spre creșterea șobolanilor c-Fos față de FRC (Tabelul 3). Totuși, activarea hipotalamică mediană generală nu a fost diferită între animalele FR și FRC.
Trebuie remarcat faptul că, deși scopul nostru a fost acela de a identifica site-urile SNC care contribuie la apariția comportamentului, rezoluția temporală este oarecum o considerație. Așa cum s-a discutat mai jos, se apreciază acum că diferite subcomponente ale comportamentului instrumental sau operant sunt mediate de activarea diferitelor populații de neuroni (13, 23, 33, 49). Nu putem exclude în totalitate faptul că activarea datorată presării foarte rapide sau linsului de recompense ar fi contribuit într-o oarecare măsură la modelele de activare pe care le-am observat. Constatările noastre oferă baza pentru investigarea în continuare a rolurilor anumitor situri ale SNC în diferite aspecte sau componente ale sarcinii de autoadministrare, iar pentru astfel de studii, măsurarea altor genuri imediate imediate cu diferite momente "on" și "off" (36) va fi foarte util.
Corelațiile pe care le-am găsit în expresia c-Fos între diferitele regiuni ale creierului susțin conectivitatea funcțională cunoscută a regiunilor limbice hipotalamice și primare pentru această sarcină specială de recompensă, cum ar fi între LH și VMH și între regiunea periferică a LH și VTA (a se vedea discuția din Ref. 2 și 13). De asemenea, am examinat corelațiile dintre expresia c-Fos în diferite regiuni activate și comportament. Corelația dintre c-Fos din ARC și prese active active se potrivește cu rolul bine definit al activității ARC în consumul de alimente (1); cu observația noastră anterioară că injectarea insulinei în mod specific în ARC a redus administrarea sucrozei (15); cu rapoarte anterioare despre rolul critic al ARC și a neuronilor endorfiniergici în obținerea și performanța autoadministrării cocainei (40-42); și cu proiecțiile identificate de la ARC la NAc (17). Astfel, ARC joacă un rol esențial în comportamentul motivat de a căuta și de a obține multe tipuri de stimulente satisfacatoare, incluzând, dar fără a se limita la, alimente. În cele din urmă, am observat o activare semnificativă a PVN și VMH cu debutul cererii de zaharoză în PR. Acest lucru este în concordanță cu rolurile bine caracterizate ale acestor nuclee medii hipotalamice în reglarea aportului alimentar, a conectivității sinaptice directe cu ARC și identificarea conexiunilor cu circuitele limbice (1, 27, 37).
Am constatat o corelație negativă semnificativă între expresia c-Fos în VTA față de shell-ul NAc, fie că este testat pentru performanța FR sau PR. A fost oarecum surprinzător faptul că activarea VTA mai puternică nu a fost observată în asociere cu administrarea automată de PR sau FR sucroză (față de controalele respective). Poate că această descoperire reflectă momentul măsurării noastre, concentrându-ne asupra potențialelor situri ale SNC active la începutul sarcinii, pentru care aceste animale erau bine instruite. Acest lucru ar fi în concordanță cu observațiile și teza lui Schultz (44), că activarea neuronală a dopaminei servește ca un marker al stimulilor sau recompenselor neașteptate, iar această activare scade în asociere cu formarea. Cu toate acestea, eliberarea de dopamină striatală în timpul consumului de zaharoză la animalele antrenate sa dovedit a apărea ca un eveniment foarte precis și temporar discret (39). Astfel, este posibil ca tendințele pe care le-am observat să fie semnificative cu un grup mai mare de studiu (adică, mai multă putere statistică). Am observat activarea NAc în asociere cu declanșarea preluării FR și PR de zaharoză. Atât activarea, cât și inhibarea neuronilor NAc au fost raportate în asociere cu performanța recompensării instrumentale, iar modelul activării / activității depinde de formare și mediu și este asociat cu diferite componente ale comportamentului (orientare, abordare, admisie) (6, 33, 50). După cum sa discutat mai sus, măsurarea c-Fos nu va capta o astfel de activitate specifică. Carlezon a propus ca "recompensa" să fie asociată predominant cu o scădere a activității neuronilor NAc, adică a neuronilor medii spinați (3). Acest lucru nu este în concordanță cu observațiile noastre - substanța îmbunătățită cu NAc c-Fos comparată cu controlul manipulării și cu neuronii c-Fos-pozitivi colocalizați cu GAD, în concordanță cu activarea neuronilor spinoși medii (GABAergic) - dar nu am evaluat în mod specific inhibarea NAc neuronală “. Activarea și inhibarea NAc pot apărea atât în timpul sarcinilor instrumentale, cu specificitate anatomică cât și temporală. Din perspectiva acestui studiu, se poate concluziona că NAc este implicat în debutul absorbției instrumentale de zaharoză, în care nucleul NAc contribuie la activarea motorie și coaja NAc contribuind atât la aspectele motrice cât și la cele motivaționale ale sarcinii.
Am observat, de asemenea, activarea ambelor regiuni importante ale BNST (anterior și posterior) la șobolani FR. BNST este o parte a circuitelor limbice care modulează răspunsurile neuroendocrine la experiențele de stimulare repetate (8, 9), și într-un sens mai larg, este asociat cu învățarea despre stimulii recurenți. Deși rolul său a fost elucidat cel mai cuprinzător în legătură cu experiențele repetate de stres, constatarea noastră sugerează un rol mai larg pentru BNST: BNST poate modula răspunsurile SNC la recurente stimuli pozitivi, precum și negativi sau stresanți. Deoarece am observat această activare la debutul FR, dar nu și PR, performanța, recrutarea BNST poate fi legată de recompensele sporite de zaharoză din formarea FR. Observarea noastră de lipsă a activării directe a neuronilor CRF sugerează că răspunsul instrumental pentru zaharoză nu este un factor major de stres; totuși, expresia c-Fos în alte neuroni PVN este în concordanță cu modularea circuitelor de stres (46). De fapt, Ulrich-Lai și colegii au raportat că, prin utilizarea unei diete / alimentație diferită, aportul de zaharoză modulează funcția PVN (47). În cele din urmă, am observat activarea nucleului nervului hipoglosal în asociere cu PR, dar nu cu performanța FR. Semnificația acestui lucru poate fi doar speculativă; o posibilitate este că relevanța gustului de zaharoză poate fi sporită la șobolani care consumă mai puține recompense de zaharoză.
Zahărul și consumul de zaharoză ar trebui considerate ca o experiență multimodală, dinamică în timp, deoarece ingerarea ar duce la semnale periferice legate de conținutul caloric al sucrozei, precum și aluzie și alliestezie în cadrul sesiunii (25). În timp ce cercetările noastre s-au axat pe influența semnalelor endocrine periferice, și anume, insulina și leptina, pentru a modula recompensarea alimentară, efectele lor pot fi, la rândul lor, mediate direct prin transmițători și neuropeptide care joacă un rol pe termen scurt sau lung hrănirea sau recompensa alimentară (vezi discuția din Ref. 14). Studiul actual oferă unele informații despre acest lucru; am observat o anumită activare a neuronilor care exprimă fie MCH, fie orexin, două neuropeptide care sunt orexigene. Aceste descoperiri pot, de fapt, să subestimeze rolul MCH sau orexinului în recompensarea alimentară, deoarece imunocitochimia la șobolanii tratați fără colchicină a limitat, fără îndoială, vizualizarea ambelor astfel de neuropeptide. Identificarea neuronilor de orexin activi din LH este consistentă în ansamblu cu numeroasele studii care implică neuronii de orexină în hrănire, recompensă alimentară și recompensă de stimulare generalizată (de exemplu, 5, 7, 29). Am observat activarea neuronilor de orexin peFLH. Aston-Jones și colegii săi (5) au disecat rolurile diferitelor populații de neuroni de orexin LH în comportamentul de recompensă și au implicat neuronii peFLH de orexin în excitare, spre deosebire de recompensa per se. Constatarea noastră sugerează, prin urmare, un rol pentru orexin LH în stare de excitare și, probabil, orientarea spre pârghia activă sau indicii pentru luarea sucrozei.
Demnă de luat în considerare în viitor este unicitatea sau generalizabilitatea zaharzei ca stimul stimulativ. Indiferent dacă modelul activării timpurii a SNC pe care îl raportăm aici este specific pentru alimente ca stimul sau generalizat la alți stimulenți satisfăcători, rămâne să fie determinat. Așa cum sa menționat mai sus, în special în sarcina FR, se așteaptă ca ingerarea unui număr de recompense de zaharoză să aibă consecințe metabolice, cu modularea eliberării hormonilor (de exemplu, colecistocinină, ghrelină, insulină) și modificări ale activării neuronale periferice și SNC. Aceste schimbări nu ar trebui să joace un rol direct în modelele de activare timpurie ale SNC pe care le-am măsurat, dar pot juca un rol în învățarea despre recompensa de sucroză în timpul antrenamentului. Din nou, neuropeptide precum orexina pot fi implicate critic.
Studiul nostru reprezintă, după cunoștința noastră, prima demonstrație a activării anumitor nuclee hipotalamice mediale la debutul autoadministrării zaharozelor, incluzând atât PVN, implicat în homeostazie și răspunsul la stres, cât și ARC, care este critică pentru homeostazia energetică, analiza nutrienților și reglarea aportului alimentar. Foarte important, am observat activarea hipotalamusului medial și a NAc, în asociere cu debutul PR, sugerând că atât site-urile homeostatice, cât și unele situsuri limbic joacă un rol în inițierea autoadministrării sucrozei. Siturile suplimentare de circuite limbic pot fi recrutate la un moment dat mai târziu în sarcină.
Perspective și semnificație
În timp ce, din punct de vedere istoric, studiile comportamentului motivațional și al recompensei ar implica cel mai puternic circuitul limbic al SNC, sa acumulat un număr mare de dovezi care subliniază interacțiunea funcțională critică între circuitul limbic și cel homeostatic. Studiul actual sugerează acum importanța probabilă a anumitor nuclee medii hipotalamice în munca motivată pentru sucroză. Extrapolând din acest studiu, studiile viitoare pot evalua dacă rolul hipotalamusului medial este necesar și dacă activarea acestuia este implicată în căutarea motivată a altor recompense, cum ar fi drogurile de abuz. În plus, concluziile acestui studiu oferă rațiunea pentru studierea modificărilor comportamentelor motivate în circumstanțe concomitent cu fiziologia hipotalamică mediană modificată, cum ar fi în cazul obezității.
SUBVENȚII
Această cercetare a fost susținută de National Institutes of Health Grant DK40963. Dr. Dianne Figlewicz Lattemann este cercetător științific în domeniul carierei în domeniul cercetării biomedicale, Departamentul de Probleme Veteranilor Puget Sound Health Care System, Seattle, Washington. Dr. Sipols este susținut de către Consiliul de Științe din Letonia, Grant 04.1116.
DEZVĂLUIRI
Nu există conflicte de interese, financiare sau de altă natură, declarate de către autori.
MULȚUMIRI
Mulțumim doctorilor. Yavin Shaham, Stephen Benoit, Christine Turenius și JE Blevins pentru sfaturi și discuții utile.
REFERINȚE
;
