Оптогенетическая диссекция медиальной префронтальной схемы коры (2014)

Абстрактные

Медиальная префронтальная кора (mPFC) критически участвует в многочисленных когнитивных функциях, включая внимание, ингибирующий контроль, формирование привычек, рабочую память и долговременную память. Более того, благодаря плотной взаимосвязи с подкорковыми областями (например, таламусом, стриатумом, амигдалой и гиппокампом), mPFC, как полагают, использует сверху вниз исполнительный контроль над обработкой аверсивных и аппетитных стимулов. Поскольку mPFC участвует в обработке широкого спектра когнитивных и эмоциональных стимулов, считается, что он функционирует как центральный центр в мозговой цепи, опосредующий симптомы психических расстройств. Новая технология оптогенетики позволяет анатомически и функционально рассекать схемы mPFC с беспрецедентным пространственным и временным разрешением. Это дает важные новые сведения о вкладе конкретных субпопуляций нейронов и их связности с функцией mPFC в состояниях здоровья и болезней. В этом обзоре мы представляем текущие знания, полученные с помощью оптигенных методов, касающихся функции и дисфункции mPFC, и интегрируем их с результатами традиционных интервенционных подходов, используемых для исследования схемы mPFC на животных моделях когнитивной обработки и психических расстройств.

Ключевые слова: оптогенетика, префронтальная кора, познание, депрессия, зависимость, страх, память

Введение

Детальное понимание возможности подключения и функциональности нервной системы имеет решающее значение для понимания того, как мозг функционирует в состояниях здоровья и болезней. Медиальная префронтальная кору (mPFC) представляет собой область мозга, которая была вовлечена во множество неврологических и психических расстройств. Однако в течение длительного времени его анатомическая сложность препятствовала тщательному исследованию вклада различных типов клеток mPFC и их афферентных и эфферентных проекций в развитие и выражение поведения, связанного с нейронной дисфункцией. Благодаря многочисленным связям с другими кортикальными и подкорковыми областями (Groenewegen et al., ), mPFC может выступать в качестве панели управления, интегрируя информацию, которую он получает от многочисленных входных структур, и сводит обновленную информацию к структурам вывода (Miller and Cohen, ). Несколько психических состояний человека, включая депрессию, шизофрению и злоупотребление психоактивными веществами, связаны с измененной функцией mPFC (Tzschentke, ; Хайдбредер и Гроненеген, ; Van den Oever et al., ). Это подтверждается значительным количеством экспериментальных исследований на животных, в которых использовались поражения, фармакологическое вмешательство и электрофизиологические методы для определения того, участвует ли mPFC в когнитивных процессах и симптомах психических расстройств (как подробно описано ниже). Тем не менее, точное раскрытие сложной организации mPFC требует вмешательства с высокой клеточно-специфической и временной разрешающей способностью в течение субсекунды. В последние годы в быстро растущем числе исследований использовались оптико-электронные подходы к решению этой проблемы, что существенно улучшило наше понимание схемы mPFC. Сначала мы кратко расскажем о технологическом фоне и возможностях оптико-электронных инструментов, а затем рассмотрим имеющуюся в настоящее время литературу, в которой использовалась оптогенетика для анализа вклада различных типов клеток mPFC и их связей в mPFC и с другими областями мозга, к познанию и психиатрической расстройства.

Оптогенетическая технология

Технология Optogenetics использует генетически кодированные светочувствительные белки, такие как микробные опсины, которые вводятся в интактные живые нейроны млекопитающих, что позволяет манипулировать нейронной активностью в пробирке и в естественных условиях (Boyden et al., ; Дейссерот, ). Этот метод характеризуется способностью модулировать нейронный обжиг в миллисекундах с большой специфичностью клеточного типа у бодрствующих, свободно перемещающихся животных (Gradinaru et al., ). Широко используемым деполяризующим opsin является Channelrhodopsin-2 (ChR2 и генетически модифицированные варианты), канал катиона, который индуцирует возбуждение потенциала действия при освещении импульсами голубого света (Mattis et al., ). Напротив, хлоридный насос Halorhodopsin (NpHR) или протонный насос Archaerhodopsin (Arch или ArchT) часто используются для гиперполяризации нейронных мембран (Mattis et al., ). Подробное обсуждение использования и актуальности различных вариантов опсина и оптико-волоконных инструментов было бы вне рамок этого обзора, но было отлично рассмотрено другими (Zhang et al., ; Yizhar et al., ). Короче говоря, специфическая экспрессия opsins клеточного типа может быть достигнута с использованием стратегий нацеливания на основе генов (Zhang et al., ). Трансгенные животные и вирусные конструкции, несущие гены opsin, находящиеся под прямым контролем тканеспецифических промоторных последовательностей, позволяют экспрессию opsins в генетически определенных клеточных типах (см. Дополнительную таблицу S1 для обзора оптогенетических манипуляций, обсуждаемых в этом обзоре). Альтернативно, клеточная избирательная экспрессия может быть достигнута с использованием мышиных или крысиных линий Cre-recombinase (Cre) в сочетании с Cre-зависимыми векторами вирусного опсина. Что касается возбуждающих пирамидальных нейронов, которые присутствуют в mPFC, промотор CaMKIIα или Thy1 может быть использован для экспрессии opsins в этих клетках (Gradinaru et al., ; Van den Oever et al., ). Поскольку они являются относительно сильными промоторами, они пригодны для стимулирования экспрессии гена opsin, расположенного ниже промотора. Промоторные области, которые используются для таргетинга ГАМКергических интернейронов, как правило, являются относительно слабыми промоторами, и, следовательно, модуляция активности интернейрона mPFC обычно достигается с использованием трансгенных мышей, в которых GABAergic-специфический промотор клеток стимулирует экспрессию Cre (Zhang et al., ). Например, для манипулирования быстрыми повторами ГАМКергических интернейронов широко используются мыши parvalbumin (PV) :: Cre (Sohal et al., ; Sparta et al., ). Когда эти трансгенные животные получают вирусный вектор, в котором ген опсина вставлен в открытую открытую рамку считывания с двойной флукцией, клетки, экспрессирующие Cre, необратимо инвертируют открытую рамку считывания, чтобы позволить экспрессию opsin, приводимую в действие активным вездесущим активным промотором (например, коэффициент удлинения 1α, промотор EF1) (Zhang et al., ).

Что касается в естественных условиях эксперименты, свет может быть доставлен в мозг лазерным или светодиодным устройством, связанным с тонким оптическим волокном (~ 100-300 мкм), которое имплантируется в мозг и нацелено на клетки, экспрессирующие opsin (Sparta et al., ). Используемый тип opsin и глубина освещенной ткани определяют длину волны и необходимый источник света. В дополнение к оптической модуляции opsin, выражающей сомати, проекционная манипуляция возможна путем освещения opsin, экспрессирующего эфферентные проекции в иннервированном целевом регионе (Zhang et al., ). Другие преимущества включают в себя быструю обратимость и повторяемость фотостимуляции, интеграцию с электрофизиологическими записями и анатомическую трассировку с использованием флуоресцентных репортерных белков, слитых с opsins (Gradinaru et al., ). Важными ограничениями для рассмотрения являются токсичность вирусных векторов и потенциально опасный нагрев нейронов во время фотостимуляции. Хотя с небольшими ограничениями оптигетные подходы имеют беспрецедентную способность избирательно и надежно модулировать активность нейронов mPFC в поведенческих парадигмах и препаратах острой срезки (Yizhar et al., ). Поскольку подавляющее большинство опубликованных в настоящее время оптико-генетических экспериментов было проведено у мышей и крыс, мы в первую очередь сосредоточимся на анатомии и функциональности схемы грызуна mPFC.

Человеческое Тело

Внутри mPFC четыре отдельных области были определены вдоль дорзальной до вентральной оси, то есть медиальной области предцентральной области (PrCm, также известной как вторая лобная область (Fr2)), передняя конуса коры (ACC), предлимбическая кору ( PLC) и инфралимической коры (ILC, Heidbreder и Groenewegen, ). Помимо этого разделения, которое в основном основано на цитоархитектурных различиях, mPFC часто делится на дорзальный компонент (dmPFC), охватывающий ACC и дорзальную область ПЛК, и вентральный компонент (vmPFC), охватывающий вентральный ПЛК, ILC и дорсальной грудной коры (DPC), в соответствии с функциональными критериями и связностью с другими зонами головного мозга (Heidbreder and Groenewegen, ). Для целей этого обзора в следующих разделах мы сосредоточимся главным образом на анатомических данных, полученных с помощью оптико-оптических инструментов, и упомянем точную субрегион mPFC, когда эта информация доступна, или иначе ссылаться на dmPFC и vmPFC.

Цитоархитектура mPFC

Местная сеть mPFC состоит в основном из возбуждающих пирамидальных клеток (80-90% от общей популяции) и ингибирующих ГАМКергических интернейронов (10-20% от общей популяции), которые могут быть дополнительно разделены на разные типы клеток на основе морфологических, физиологические и молекулярные свойства (Ascoli et al., ; DeFelipe et al., ). Хорошо изученные подтипы ГАМКергического интернейрона включают в себя перисоматическое нацеливание на быстрорастущие интервалные сосуды паравальбумина (PV) и дендритные целенаправленные сонатостатин (SOM) интернейроны. PV-интернейроны представляют особый клинический интерес, так как их число, как известно, уменьшается у пациентов с шизофренией (обсуждается ниже) (Beasley and Reynolds, ; Lewis et al., ). Оба типа интернейронов оказывают сильное управление местной схемой, поскольку они способны синхронизировать пикирующую активность пирамидальных клеток, генерирующих нейронные колебания (Kvitsiani et al., ). Было показано, что селективная фотостимуляция экспрессирующих ChR2 PV и SOM-интернейронов в mPFC мышей генерирует различные реакции цепи (Kvitsiani et al., ). Было обнаружено, что нейроны парвальбумина контролируют выходы основных пирамидальных нейронов, так как они оказывают быстрое, мощное и равномерное торможение при обжиге основной клетки (Kvitsiani et al., ; Sparta et al., ). С другой стороны, нейроны соматостатина модулировали вход, который принимали основные пирамидальные нейроны, и ингибирующий эффект синхронной фотостимуляции этих нейронов был слабым, более переменным и растягивался в течение более длительного времени (Kvitsiani et al., ). Оптогенетические подходы подтвердили критический вклад GABAergic интернейронного обжига в гамма-колебания и эмоциональное поведение (Vertes, ; Cruikshank et al., ; Yizhar, ; Маленький и Картер, ). Пирамидальные нейроны в слое V (см. Ниже) mPFC можно охарактеризовать как толстые пучковые, подкоркообразные проецирующие клетки и тонкопрофильные колоссально проецирующие клетки (Демброу и Джонстон, ). Оптогенетическая модуляция показала, что колоссально проецирующие клетки дифференциально иннервируют оба подтипа и показали, что интернейроны PV преимущественно ингибируют подкоркообразные пирамидальные нейроны (Lee et al., ). Подтипы пирамидальных клеток также могут быть выделены на основе экспрессии дофамина D1 или дофамина D2-рецептора (D1-R и D2-R), из которых нейроны D1-R были вовлечены в контроль за потреблением пищи путем избирательной оптогенетической активации этой популяции ( Land et al., ).

Слои и возможности подключения mPFC

Ламинарная организация грызуна mPFC несколько отличается от таковой других кортикальных областей, у которых есть отдельный входной слой IV (Uylings et al., ). Эфферентные проекции гранулированных корок на подкорковые области возникают из глубоких слоев V и VI, а гранулированные кортико-кортикоидные соединения в основном производятся нейронами в поверхностных слоях II и III (Дуглас и Мартин, ). Однако у грызуна mPFC отсутствует классический входной слой IV (Uylings et al., ). Кроме того, как глубокие, так и поверхностные слои mPFC получают дальний вклад от корковых и подкорковых областей и проектируются в другие (лимбические) структуры (Sesack et al., ; Gabbott и др., ; Гувер и Вертес, ).

Ламинарный рисунок имеет важные последствия для обработки сигналов в mPFC. Афферентные проекции, происходящие из лимбической и кортикальной областей, ориентированы главным образом на поверхностные слои I и II / III (Romanski et al., ). В течение длительного времени технические ограничения мешали отображению функциональных связей, поскольку простое перекрытие позвоночника и вазоскопия аксонов необязательно указывают на функциональное соединение, а парные записи не подходят для изучения соединений на большие расстояния (Petreanu et al., ). Кроме того, большинство отдаленных возбуждающих входов разделены острыми срезами, что мешает измерениям с помощью электрической стимуляции. Оптогенетическая активация пресинаптических терминалов, экспрессирующих ChR2, показала, что пирамидальные нейроны PLC II слоя получали функциональные входы от контралатерального mPFC, таламусного ядра средней линии (MTN), базалатеральной амигдалы (BLA) и вентрального гиппокампа (HPC; Little and Carter, ). Эти входные волокна синапсировали в разных местах дендритов, которые часто были плохо предсказаны только анатомией, а связи показали смещение для популяций шипов различного объема (Little and Carter, ). Было показано, что объем позвоночника коррелирует с силой возбуждающего постсинаптического тока (EPSC, Humeau et al., ), эта точно настроенная анатомическая и функциональная связь идеально позиционирует mPFC для интеграции и ретрансляции информации из предпочтительных афферентных источников. Оба dmPFC и vmPFC сильно связаны с таламусом (Gabbott et al., ; Вертеш, ). Таламокортикальные связи жизненно важны для опосредования процессов ощущения, восприятия и сознания (Джон, ; Алитто и Усри, ). В дополнение к таламическому входу, полученному нейронами слоя II (Little and Carter, ), таламические нейроны, которые синапсируют на mPFC-слой I-нейроны, также были идентифицированы с помощью оптогенетики (Cruikshank et al., ). Фотостимуляция таламокортикальных проекций, происходящих из средних и параламинарных ядер таламуса, приводила к быстрым и сильным синаптическим ответам в интерлейронах с поздним пропитомным слоем I, которые были в большей степени возбуждены, чем пирамидальные клетки (Cruikshank et al. ). Эти интернейроны способствовали подавлению вперед ингибирования пирамидальных клеток II / III слоя (Cruikshank et al., ). Напротив, фармакологическая активация неокортикальных интернейронов слоя I с использованием холинергических агонистов не вызывала торможения вперед (Christophe et al., ). Кроме того, синаптические реакции интернейронов mPFC поддерживались при повторной фотостимуляции таламокортикальных проекций (Cruikshank et al., ). Эти оптогенетические данные позволяют предположить, что таламокортикальные проекционные нейроны способны управлять передачей в течение относительно длительных периодов времени (минут), необходимых для работы функции памяти (см. Ниже).

Субрегионы mPFC также взаимно взаимосвязаны (Heidbreder и Groenewegen, ). Связь между ILC и ПЛК была оценена методами отслеживания, а в последнее время также оптогенетическими инструментами (Vertes, ; Джи и Нойгбауэр, ). Ji и Neugebauer продемонстрировали, что фотостимуляция пирамидальных клеток ILC снижает спонтанную и вызываемую активность в пирамидальных клетках ПЛК, вероятно, опосредуется подавлением вперед ингибирования (Ji и Neugebauer, ). Напротив, как спонтанная, так и вызванная активность в ChR2, экспрессирующих пирамидальные нейроны глубоких слоев ILC, были увеличены при оптической активации этой популяции нейронов, не влияя на поведение ILC-ингибирующего нейрона (Ji и Neugebauer, ). Поскольку проект ILC и PLC отличается по-разному над мозгом и имеет разную роль в нескольких процессах, включая привычное поведение, выражение условного страха и привыкания (Killcross и Coutureau, ; Вертеш, ; Van den Oever et al., ; Sierra-Mercado et al., ), этот механизм может позволить ILC подавлять выход ПЛК, одновременно активируя подкорковые области цели.

MPFC интенсивно развивается в другие области коры головного мозга и подкоркового мозга, что позволяет ему осуществлять контроль над висцеральными, автоматическими, лимбическими и когнитивными функциями (Miller and Cohen, ; Гувер и Вертес, ). Исследования трассировки показали дорсовентральный сдвиг вдоль mPFC из преимущественно сенсорномоторных целевых областей dmPFC в лимбические целевые области vmPFC (Sesack et al., ; Гувер и Вертес, ). Глутаматергические проекции mPFC на ядро ​​accumbens (NAc) и оболочку хорошо описаны и подтверждены оптогенетическими подходами (Britt et al., ; Suska et al., ). Интересно отметить, что при микроинъекции кре-зависимого вектора ААВ ChR2 в мышах Dlxi12b :: Cre, Lee et al. () свидетельствовали о существовании mPFC ГАМКергических нейронов, которые имеют долгосрочные прогнозы к NAc. Это указывает на то, что не все ГАМКергические нейроны, находящиеся в mPFC, являются локальными интернейронами. Кроме того, glutamatergic PLC прогнозы к BLA были изучены с использованием оптико-электронной технологии. Этот путь считается важным для интеграции более высокой когнитивной обработки с врожденными эмоциональными реакциями (Yizhar, ), процесс, дисрегулированный в расстройствах настроения (более подробно описан ниже). Маленький и Картер () оптико-целевого ПЛК-слоя II и идентифицировали две различные пирамидальные клеточные популяции в этом слое, которые либо выступают в контралатеральный mPFC, либо в BLA. Эти проекционные нейроны ПЛК были сходны по анатомическим и физиологическим свойствам, что усложняло изучение их функции цепи. Фотостимуляция контралатеральных mPFC или BLA ChR2-экспрессирующих пресинаптических терминалов в паре с цельноклеточными записями пирамидальных нейронов mPFC или BLA показала, что BLA-BLA-проецирующие нейроны PLC демонстрируют сильное синаптическое соединение. Усиленная синаптическая передача в этом пути была связана с увеличением плотности позвоночника, большим объемом позвоночника и синаптическим нацеливанием. Кроме того, BLA вводит целевые шипы вблизи сомы нейронов PLC-BLA, которые смогли выявить более сильные EPSC, чем проекции, нацеленные на дендрит (Little and Carter, ). Прогнозы PLC-BLA также нацелены на долю GABAergic интернейронов в BLA, что в некоторых случаях вызвало подавление передачи GABAergic в прямом направлении (Hübner et al., ). Эта уникальная взаимосвязь между ПЛК и БЛА может обеспечить высокоэффективную двунаправленную связь, которая может быть важна для контроля сверху вниз по реагированию на эмоциональные раздражители.

Эти первоначальные исследования демонстрируют уникальные возможности оптогенетики для зондирования схемы mPFC на уровне отдельных ячеек, внутри-mPFC-связи и дальних афферентных и эфферентных проекций. Фотостимуляция в препаратах с острым срезом является очень важным методом для анатомического анализа функциональных соединений и для измерения синаптических свойств между различными группами нейронов. Однако, чтобы определить, является ли конкретное соединение причинным образом вовлечено в определенный когнитивный процесс, в естественных условиях требуется модуляция нейронной активности. В следующих разделах мы обсудим выводы, полученные на основе оптогенетических вмешательств у свободно движущихся животных.

Познание

Традиционные методы манипуляции связаны с mPFC в разнообразных когнитивных функциях, из которых работа и долговременная производительность памяти, настороженность и привычное поведение до сих пор были решены с помощью технологии оптогенетики.

Производительность рабочей памяти, бдительность и временное управление

Рабочая память представляет собой сложный мозговой процесс, который относится к временному хранению информации (временной шкале от секунд до минут), необходимой для когнитивной деятельности (Baddeley, ). MPFC был вовлечен в этот процесс, поскольку было обнаружено, что обратимая фармакологическая инактивация ПЛК ухудшает рабочие характеристики памяти (Gilmartin and Helmstetter, ). Функцию рабочей памяти можно оценить, используя задачу отслеживания страха, в которой за условным раздражителем следует аверсивный безусловный стимул после задержки в несколько секунд. Известно, что префронтальные нейроны проявляют стойкий обжиг во время задержки (Gilmartin and McEchron, ), что указывает на роль mPFC в поддержании представления условного раздражителя во время задержки. Однако причинные доказательства необходимости активности нейронов mPFC, перекрывающие задержку, только недавно были предоставлены с использованием оптогенетического вмешательства. Gilmartin et al. (), выраженные ArchT в нейронах PLC (с использованием неселективного промотора CAG), чтобы обеспечить торможение именно во время фазы задержки задачи отслеживания следа. Действительно, фотоингибирование во время ослабленного изучения связи между условным и безусловным стимулом, подтверждающее, что пикирование нейронов ПЛК требуется для обеспечения работоспособности памяти во время отслеживания страха. Другой задачей для измерения производительности рабочей памяти является задание с задержкой чередования с оперантом, в котором животные чередуют рычаги с заданной задержкой для получения вознаграждения (Dunnett et al., ). Экситотоксические поражения и фармакологическая инактивация mPFC специфически нарушают получение и выражение задачи с задержкой чередования с большими задержками, что указывает на то, что активность mPFC имеет решающее значение, когда требуются высокие требования к рабочей памяти (Rossi et al., ). Повреждения вентрального полосатого тела или дорсального гиппокампа, области, которые сильно связаны с mPFC, не привели к снижению характеристик замедленного чередования. Важно отметить, что ChR2-опосредованная активация интернейронов PV в ПЛК выборочно во время задержки также значительно ухудшала производительность в этой задаче (Rossi et al., ). Вместе эти исследования показывают, что активность ПЛК необходима для обеспечения работоспособности памяти и демонстрирует, что фотоактивация интернейронов PV может имитировать последствия хронического поражения и фармакологической инактивации пространственно и временно точно.

Функция рабочей памяти mPFC модулируется несколькими моноаминовыми системами, включая систему норадреналина и допамина (DA) (Rossetti и Carboni, ; Роббинс и Робертс, ). Во время пространственной рабочей памяти уровни внеклеточного норадреналина повышаются в mPFC и фармакологическая стимуляция адренорецепторов альфа-2A в увеличенной рабочей памяти ПЛК (Rossetti and Carboni, ; Ramos et al., ). Используя оптико-энтетику, было обнаружено, что фотоактивация норадренергических проекций ChR2 из локуса coeruleus вызывала постоянный обжиг, клеточный коррелятор рабочей памяти, в пирамидных нейронах PLC и ACC, который опосредовался посредством активации пресинаптических альфа1 и постсинаптических адренорецепторов alpha2 (Zhang и другие., ). Кортальный норадреналин не только был вовлечен в работу функции памяти, но, как полагают, более тесно коррелирует с состояниями внимания, бодрствования и возбуждения (Berridge, ). Carter et al. () использовали оптогенетическое вмешательство, чтобы точно вызвать передачу норадреналина и изучить его влияние на бдительность у мышей. Освещение NpHR-экспрессирующих норадренергических нейронов locus coeruleus уменьшало бодрствование в течение активного периода животного и вызывало снижение внеклеточных уровней норадреналина в mPFC. В соответствии с этим тоническая и фазическая фотостимуляция нейронов голубого пятна, экспрессирующих ChR2, вызывает немедленные переходы от сна к бодрствованию. Интересно, что тоническая активация увеличивала общую двигательную активность, тогда как фазовая активация имела противоположный эффект. Более того, устойчивая высокочастотная (> 5 Гц) фотоактивация нейронов голубого пятна вызвала состояние остановки поведения. Картер и др. () показывают, что этот последний эффект может быть вызван истощением запасов норадреналина mPFC, поскольку длительная фотостимуляция снижает уровень внеклеточного норадреналина в mPFC, а поведенческие аресты ослабляются ингибиторами обратного захвата норадреналина. Это элегантное исследование показывает, что префронтальное высвобождение норадреналина тонко настраивается, чтобы влиять на бодрствование, причем даже тонкие различия оказывают значительное влияние на переходы сна и пробуждения.

Как правило, рабочая память представляет собой память двух сенсорных стимулов, разделенных задержкой. Считается, что отслеживание времени или память определенного интервала времени в масштабе времени секунд включают в себя внутреннюю синхронизацию, в которой также задействована схема mPFC (Kim et al., ). В частности, передача DA в mPFC была вовлечена в синхронизацию определенного интервала с использованием задачи фиксированного интервала времени (Drew et al., ). Было показано, что в недавнем исследовании передача D1-R в mPFC сыграла решающую роль в временном управлении движением к цели (вознаграждению) в течение определенного интервала времени (Narayanan et al., ). Фармакологическая блокада D1-R, но не D2-R в ILC и PLC нарушает временный контроль за ответом в задаче фиксированного интервала времени. В поддержку специфической роли D1-Rs, опосредованного NpHR оптического ингибирования mPFC D1-R экспрессирующих нейронов, нарушенных фиксированных временных интервалов (Narayanan et al., ). Поразительно, что ChR2-опосредованная стимуляция нейронов D1-R в течение последних 10 s интервала 20-диапазона улучшала реакцию только на 20. Основываясь на этих доказательствах, авторы утверждают, что система mPFC D1 регулирует временный контроль целенаправленного поведения, а не кодирование прохождения времени.

Несмотря на значительные успехи в последние годы, многое еще предстоит узнать о нейробиологическом субстрате рабочей памяти и связанных с ней функциях, сравнив оптогенетические вмешательства mPFC в разных задачах одного и того же животного. Это имеет значение, например, для оценки общих черт и различий в механизмах схемы mPFC, которые регулируют временную синхронизацию и производительность рабочей памяти. Тонко настроенная стрельба mPFC D1-нейронов обеспечивает точный временный контроль над направленным ответом цели, но требуется ли (устойчивая) активность этой нейронной популяции для оптимальной работы рабочей памяти (Narayanan et al., ; Gilmartin et al., ). Более того, хотя традиционные подходы к манипуляциям показывают, что холинергическая система mPFC играет ключевую роль в рабочей памяти (Chudasama et al., ), в рамках mPFC эта нейротрансмиттерная система до сих пор не была нацелена на оптико-цифровую технологию.

Изучение, память и исчезновение

Предполагается, что mPFC оказывает когнитивный контроль над условными ответами на отвратительные и полезные стимулы путем интеграции информации об опытных контекстах и ​​событиях (Euston et al., ). Парадигма кондиционирования страха - широко используемая модель для изучения функций обучения и памяти, а также исчезновение приобретенных воспоминаний о страхе (LeDoux, ; Милад и Квирк, ; Maren et al., ). Конкретные роли для подрайонов mPFC были установлены в выражении условной страшной памяти с дорзальными областями, опосредующими кодирование и выражение памяти страха и вентральных областей, способствующих консолидации и выражению памяти исчезновения (Peters et al., ; Courtin et al., ). Эти результаты подтверждаются поражениями, фармакологическими инактивациями и в естественных условиях всплеск записи (Morgan и LeDoux, ; Милад и Квирк, ; Courtin et al., ). Однако исследования временного вклада отдельных элементов схемы mPFC были начаты недавно. Используя optogenetics, Courtin et al. () установили, что фазическое торможение интернейронов dmPFC PV лежит в основе выражения страха, как оценивается путем замораживания поведения в парадигме кондиционирования страха. Вначале они показали, что активность специфической субпопуляции ГАМКергических интернейронов тормозится при представлении условного раздражителя, связанного с шоком стопы. Затем эта субпопуляция была идентифицирована как PV интернейроны, поскольку ChR2- и ArchT-опосредованная оптическая модуляция PV нейронов соответственно ослабляли или вызывали выражение условного страха. Примечательно, что оптическое торможение этих нейронов также вызывало морозное поведение перед обучением страху и восстановлением выражения страха после тренировки по вымиранию (Courtin et al., ). Они обнаружили, что ответ на страх с контролем нейронов PV опосредуется путем сброса тета-фазовых колебаний в mPFC и растормаживания пирамидальных клеток, проецирующих BLA, что еще больше подтверждает роль проекции mPFC-BLA при эмоциональном контроле. Это исследование также выявило вторую популяцию тормозных интернейронов, которая проявляла повышенную активность во время состояний страха. Авторы предполагают, что эта субпопуляция может ингибировать интернейроны PV и получать входные данные из областей мозга (например, гиппокамп, BLA), которые приводят к выражению страха (Courtin et al., ), интересная гипотеза, которую еще предстоит решить в ходе будущих исследований. Вымирание условного страха связано с уменьшенной передачей синаптической эффективности возбуждения mPFC к пионамным клеткам BLA, но не влияло на выход к интернейронам GABAergic BLA и интеркалированным клеткам, что продемонстрировано с использованием оптогенетики (Cho et al., ). В результате равновесие возбуждения / торможения (E / I) в этом пути, вероятно, изменится, что благоприятствует ингибированию и приводит к подавлению реакции условного страха (Cho et al., ). Эти оптогенетические исследования подтверждают роль dmPFC в управлении ответами на страх и уточняют временный вклад субпопуляций ГАМКергических интернейронов в такое поведение. Интересное исследование Lee et al. () показали, что фотоактивация долгосрочных прогнозов GABAergic mPFC на NAc вызвала уклонение от использования в режиме реального времени, предполагая, что этот новый путь может также регулировать реакцию на отклоняющиеся стимулы.

Привычное поведение

Привычки определяются как поведенческие шаблоны, которые нечувствительны к изменениям значения результата. Привычное поведение дифференциально регулируется подрайонами mPFC; в то время как ПЛК повышает гибкость, активация ILC подавляет гибкость и способствует поведенческой жесткости (Killcross и Coutureau, ). Предыдущие исследования показали, что поражение и фармакологическая инактивация КМП вызывают переход от фиксированного к гибкому ответу (Coutureau and Killcross, ). Временный контроль нейронов ILC до привычного поведения подтвержден и уточнен с помощью повторяющейся оптико-электронной модуляции. Краткий фотоингибирование пирамидальных клеток ILC блокировал образование и экспрессию привычного поведения, но последующий поведенческий ответ зависел от времени ингибирования (Smith et al., ; Смит и Грейбиэль, ). В этих исследованиях обычное поведение оценивалось путем тренировки крыс, чтобы получить награду в заданной задаче T-лабиринта. После перетренированности крысы стали нечувствительными к девальвации награды. Животные продолжали целенаправленное поведение, когда пирамидальные клетки ILC были оптогенетически отключены во время формирования привычки, но как только привычка была полностью выражена, фотоингибирование вызвало новую привычную картину. Более того, когда фотоингибирование повторялось во время выполнения новой привычки, животные повторно выражали первоначальную привычку (Smith et al., ). Это немедленное переключение между привычным поведением демонстрирует, что даже полуавтоматические поведения находятся под контролем коры, когда они выполняются. Целевая область ILC, которая опосредует переключение между привычками, еще не идентифицирована, но прогнозы на дорсолатеральную полосатую полосу представляют особый интерес, так как аналогичная картина активности всплеска наблюдается в обоих регионах после установления привычки (Smith and Graybiel, ). Исходя из этих доказательств, авторы предположили, что развитие привычной работы определяется балансом сенсомоторной полосатой активности и чувствительной к ценности активности ILC. Интересно, что только поверхностные слои ILC имитировали пикирующую активность в дорсолатеральном стриатуме (Smith and Graybiel, ), подчеркивая необходимость применения оптико-функциональных манипуляций на основе слоев и путей, чтобы более подробно изучить схему привычек.

Психиатрические расстройства

Оптогенетика предоставила важные новые сведения о функции mPFC в здоровом мозге, но также использовалась для выяснения элементов нервной цепи, связанных с фенотипами, связанными с болезнью (Steinberg et al., ). В следующих разделах мы обсудим, как были подтверждены оптогенетические манипуляции, а в некоторых случаях обновлены современные теории, которые направлены на объяснение вклада схемы mPFC в различные психические расстройства, включая депрессию, шизофрению и наркоманию.

Депрессия

Основной депрессивный расстройство (MDD) является одним из наиболее распространенных психических расстройств, которое, по оценкам, влияет на 5% мирового населения и поэтому считается главной причиной инвалидности во всем мире (Всемирная организация здравоохранения, ). К основным критериям депрессивного расстройства относятся депрессивное настроение и анхедония (снижение способности испытывать удовольствие), которые сохраняются со временем и влияют на каждый жизненный опыт (Американская психиатрическая ассоциация, ). Кроме того, диагноз MDD включает соматические эффекты, такие как нарушения приема пищи (потеря веса или усиление), во сне (бессонница или гиперсомния), а также в уровнях психомоторной активности (возбуждение или замедление). Когнитивный спад, характеризующийся ухудшением работоспособности памяти и принятием решений, потерей концентрации и смещениями внимания, также считается ключевым фактором в сохранении депрессивного состояния (Murrough et al., ). Многогранные фенотипические выражения, которые сопровождают депрессию, объясняются дисфункциональными процессами в нескольких областях мозга и схемах, включая вознаграждение мозга, аффективные и исполнительные центры управления.

Поскольку mPFC считается концентратором схемы, который способствует когнитивным функциям более высокого порядка и обеспечивает контроль сверху вниз по автоматическим процессам, связанным с лимбической системой (Clark et al., ; Murrough et al., ; Тредвей и Зальд, ), предлагается играть критически важную роль в аффективном и когнитивном дефиците, связанном с депрессией. У людей депрессивные состояния связаны с нарушенной лобной активностью (гипер- или гипоактивацией) и морфологией, которые, как считается, способствуют дефициту рабочей памяти, неадаптивной регуляции эмоций (анхедония, отрицательный аффект), смещениям внимания и нарушению принятия решений ( Southwick и др., ; Fales et al., ; Beevers et al., ; Disner et al., ). Обнаружение стресса, тесно связанное с началом и развитием депрессивного состояния, считается пагубным для функционирования mPFC. Надлежащая производительность mPFC необходима для модулирования индуцированных стрессом поведенческих адаптаций и для контроля над подкорковыми областями, активируемыми напряжением (Amat et al., ; Czéh et al., ; Арнстен, ; Dias-Ferreira et al., ; Treadway et al., ). В последние годы клинический инструментарий для лечения депрессии был расширен с помощью глубокой стимуляции мозга (DBS) ПФУ. Эти недавние исследования показали, что хроническая стимуляция субгенной коры головного мозга (Cg25), человеческого эквивалента грызуна vmPFC (Hamani et al., ; Chang et al., ), отменяет депрессивные кортикальные функциональные дефициты и облегчает симптомы у пациентов с депрессией, резистентных к терапии (Mayberg et al., ). Последующие обратные трансляционные исследования подтвердили участие mPFC в ответах, подобных антидепрессантам, поскольку высокочастотная электрическая стимуляция крысиного ПЛС уменьшала поведенческое отчаяние, смоделированное в результате принудительного плавания (FST, Hamani et al., ), что коррелирует с мотивационной, активной адаптацией к сложным средам. Аналогичным образом, после хронического непредсказуемого легкого стресса, хронический vmPFC DBS уменьшал депрессию, связанную с андедонией, что оценивалось с помощью теста предпочтения сахарозы у крыс и освобождалось от социального избегания у мышей, восприимчивых к хроническому стрессовому стрессу (Hamani et al., ; Veerakumar et al., ). В течение многих лет как клинические, так и доклинические исследования включали mPFC в качестве важного посредника депрессивной симптоматики (Koenigs and Grafman, ), что привело к поиску причинности и уточнению точного вклада субрегионов mPFC и их отчетливых афферентных и эфферентных прогнозов в развитии расстройства и ответа антидепрессантов.

Первые оптогенные эксперименты, которые непосредственно оценивали роль активности mPFC в депрессивном поведении, подтвердили, что активация нейронов vmPFC меняет депрессивноподобную симптоматику в депрессионно-уязвимой популяции мышей (Covington et al., ; фигура Figure1) .1). В этом исследовании авторы использовали парадигму хронического социального поражения, модель депрессии с высоким лицом, прогностическую и конструктивную достоверность (Nestler and Hyman, ), чтобы отличить мышей от их устойчивости / уязвимости к социальному стрессу. Фотостимуляция vmPFC была достигнута с использованием вирусного вектора вируса простого герпеса (HSV), кодирующего ChR2, управляемого промотором IE4 / 5, который нацеливал ChR2 на mPFC-нейроны неселективным образом (Covington et al., ). В частности, ILC и ПЛК чувствительных к стрессу мышей стимулировали по аналогии с параметрами DBS, которые ранее облегчали депрессивные симптомы, имитируя кортикальный обстрел (Hamani et al., ). Фотостимуляция полностью восстановила показатели социального взаимодействия и уменьшила анхедонию, что выражалось в предпочтении употребления раствора сахарозы над водой без изменения уровней беспокойства или социальной памяти (Covington et al., ). Примечательно, что традиционные манипуляции mPFC привели к противоречивым наблюдениям. Например, родовые поражения mPFC привели к выражению депрессивного поведения, включая изученную беспомощность (Klein et al., ), тогда как переходная фармакологическая инактивация ILC приводила к ответу антидепрессанта, как оценивается FST (Slattery et al., ). Эти противоположные результаты могут исходить из различного временного разрешения методологий и / или различных исследуемых областей (например, целых mPFC (Klein et al., ) против vmPFC (Covington et al., ) или ILC (Slattery et al., ). В качестве оптогенетической активации vmPFC Covington et al. () не был специфичен для определенного подтипа нейронов, направление чистого эффекта стимуляции на уровне цепи остается нерешенным. Эти данные могут отражать изменчивость участия mPFC в исследованиях человека, которые поддерживают либо снижение, либо увеличение активности отдельных лобных областей в выражении депрессивного состояния.

Рисунок 1  

Оптогенетические данные о вовлечении mPFC в депрессивноподобное поведение и тревожность, Желтая вспышка: фотоингибирование; синяя вспышка: фотоактивация; ↑ = продепрессивные / анксиогенные эффекты; ↓ = антидепрессант / анксиолитические эффекты. 1Covington ...

В последующем исследовании Kumar et al. () использовали пикмидальную клеточно-специфическую фотостимуляцию слоя V для изучения вклада этого субпоказа mPFC в депрессивноподобную симптоматику. С этой целью были использованы мыши Thy1 :: Chr2, экспрессирующие ChR2 в пирамидальных клетках, проецирующих лимбические структуры, включая вентральную тегментальную область (VTA), BLA и NAc. Острая стимуляция ПЛК у наивных животных вызывала устойчивый антидепрессантный ответ, выраженный в уменьшенной неподвижности в FST. Соответственно, у животных, подвергшихся воздействию хронической модели социального поражения, хроническая оптическая стимуляция пирамидальных клеток ПЛС вызывала длительный анксиолитический эффект в тесте повышенного плюс лабиринт (ЭПМ), классический тест для оценки тревоги. В дополнение к поведенческим эффектам стимуляции ПЛК авторы сообщали о синхронной осцилляционной активности в целевых лимбических структурах ПЛК (VTA, BLA и NAc), что свидетельствует о последствиях влияния пирамидальной клеточной модуляции ПЛК на подкорковые области, ответственные за аффективную и вознаграждающую обработку , Важно отметить, что подобные изменения в активности нейронов в этой цепи наблюдались у пациентов с депрессией (Sheline et al., ) и может лежать в основе антидепрессантных эффектов mPFC DBS у людей (Mayberg et al., ). Интересно отметить, что в отличие от активации vmPFC стимуляция пирамидальной клетки ПЛК не отменяет хорошо охарактеризованный фенотип социального избегания, вызванный поражением (Kumar et al., ). Эти расхождения могут быть отнесены к различным используемым параметрам стимуляции частоты или к целевым слоям клеточных типов и mPFC. Важно отметить, что по мере того, как оптическое волокно в этих экспериментах было нацелено на ChR2 + somata в mPFC, точные прогнозы, которые влияли на антидепрессанты, по-прежнему определялись нацеливанием на конкретные проекции.

Warden et al. исследовали роль эфферентов mPFC в депрессивном поведении с акцентом на проекции на ядро ​​дорзального ранга (DRN) и латеральную оболочку (LHb, Warden et al., ), регионы, которые сильно связаны с MDD (Sartorius et al., ; Willner et al., ; Albert et al., ; Махар и др., ). Проекция mPFC-DRN представляет особый интерес, так как антидепрессивный эффект vbPFC DBS у крыс сопровождается структурными и функциональными изменениями в серотонинергических DRN-нейронах (Veerakumar et al., ) и полностью отменяется после серотонинергического истощения в DRN (Hamani et al., ). У наивных животных оптиогенная активация возбудительной проекции mPFC-DRN через освещение терминалов mPFC в DRN способствовала поведенческой активации в FST (Warden et al., ). Напротив, фотоактивация терминалов mPFC в LHb индуцировала неподвижность в FST, тогда как освещение пирамидальных клеток vmPFC не оказывало влияния. Совсем недавно вклад vmPFC-DRN в депрессивноподобное состояние был исследован с использованием парадигмы хронического социального поражения (Challis et al., ). У наивных животных повторная активация прогнозов vmPFC-DRN, опосредованная ChR2, увеличивала недопущение социальной мишени, указывая на депрессивноподобный фенотип. В соответствии с этим, Arch-опосредованное фотоингибирование того же пути предотвратило развитие социального ухода у животных, подвергшихся социальному поражению (Challis et al., ). Авторы показывают, что нейроны vmPFC в основном нацелены на ГАМКергические нейроны в DRN, которые, вероятно, ингибируют серотонинергические нейроны, объясняя наблюдаемые эффекты продепрессантов. Однако их данные несовместимы с антидепрессивными и проактивными эффектами, которые были обнаружены в FST после стимуляции пути vmPFC-DRN (Warden et al., ). Это говорит о том, что путь mPFC-DRN может быть дифференциально вовлечен в регулирование социального взаимодействия и поведенческого отчаяния, две поведенческие конструкции, которые эти тесты оценивают. Альтернативно, контрастные наблюдения могут быть объяснены дифференциальным эффектом острого (Warden et al., ) против повторной послеаварийной фотоактивации пути vmPFC-DRN (Challis et al., ) на выражение депрессивного поведения. Тем не менее, эти эксперименты демонстрируют вклад mPFC в адаптивную способность под физическую (активную или пассивную реактивность) или эмоционально (эмоциональное принятие решений) сложных условий, которые серьезно нарушаются при депрессии (Gotlib et al., ; Derntl et al., ; Volman et al., ; Cruwys et al., ). Vialou et al. () показали, что прогнозы PLC-NAc и PLC-BLA дифференциально связаны с восприимчивостью депрессии и связанными с тревожностью поведением. Они обнаружили, что хроническое социальное поражение усиливает повышенный ΔFosB в ПЛК, что связано с увеличением экспрессии рецептора холецистокинина B (CCKB) и индукцией восприимчивого к депрессии фенотипа у животных, подвергшихся воздействию подпорогового стресса (Vialou et al. , ). В поддержку этого, локальное применение агониста CCK (CCK-8) в ПЛК способствовало восприимчивому фенотипу и опосредованной ChR2 оптической стимуляции глутаматергических терминалов ПЛК в NAc предотвращало вызванные администрацией CCK-8 социальные дефициты (Vialou et al. , ). Вливание CCK-8 в ПЛК также вызывало анксиогенный эффект в EPM, и этот эффект был отменен путем фотостимуляции PLC-BLA, но не PLC-NAc, пути. В совокупности эти данные подчеркивают важность выборочного манипулирования конкретными проекциями mPFC для определения их роли в управлении сверху вниз подкорковых структур при депрессивном поведении и (малой) адаптивной реакции на стрессоры (Lobo et al., ; Yizhar, ; Shenhav и Botvinick, ).

Помимо модуляции эфферентных проекций, оптогенетика также использовалась для вмешательства с афферентными DA-проекциями mPFC (Chaudhury et al., ; Friedman et al., ; Gunaydin et al., ). Чтобы выборочно манипулировать проекцией VTA-mPFC DA, Chaudhury et al. () микроинъектировали ретроградный вирусный псевдонизирующий вирус, кодирующий Cre в mPFC и Cre-зависимых векторах ChR2 или NpHR в VTA. Фотоингибирование пути VTA-mPFC уменьшало социальное взаимодействие у мышей, которые подверглись подпороговому социальному поражению (Chaudhury et al., ). Интересно, что они также обнаружили, что скорость стрельбы нейронов VTA DA, которые протекают в mPFC, была существенно снижена у восприимчивых мышей, которые получили стресс со стороны общества. Вместе это указывает на то, что высвобождение DA в mPFC может препятствовать развитию чувствительного к депрессии фенотипа. Активация канала VTA-mPFC, связанная с Channelrhodopsin-2, не влияла на развитие восприимчивого фенотипа после подпорогового социального поражения (Chaudhury et al., ). Однако повторная стимуляция экспрессирующих ChR2 нейронов VTA-mPFC отменила социальное избегание в чувствительной к депрессии популяции после хронического социального поражения (Friedman et al., ). Противоположные эффекты наблюдались с опосредованной ChR2 стимуляцией пути VTA-mPFC DA у наивных мышей, которые не проявляли никаких изменений в социальном взаимодействии, но вместо этого демонстрировали увеличение тревожного поведения и отвращение условного места (Gunaydin et al., ). Вместе эти исследования показывают, что направление поведенческих эффектов зависит от поведенческого состояния животного. У животных, подверженных депрессии, изменения в активности афферентных DA-прогнозов mPFC достаточны для повышения уязвимости для развития депрессивного фенотипа или для отмены депрессивного поведения.

Оптогенетический контроль mPFC и связанных областей мозга значительно продвинул наше понимание нейробиологических основ депрессии (Lammel et al., ). В частности, были предприняты важные шаги по раскрытию вклада конкретных эфферентных прогнозов mPFC в конкретные поведенческие компоненты депрессивной симптоматики, такие как социальное, тревожное и связанное с наградами поведение. Интересно отметить, что в этих исследованиях также были выявлены механизмы устойчивости, в том числе анатомические (проекция VTA-mPFC DA) и молекулярные (CCK) пути, которые могут оказаться весьма полезными в борьбе с этим изнурительным расстройством. В будущем профилирование изменений экспрессии гена и белка в mPFC при оптико-энзиматической стимуляции может обеспечить понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе восприимчивости и устойчивости к депрессивному поведению, и может открыть новые пути для медицинского вмешательства (Lobo et al., ).

Несмотря на эти достижения, которые стали возможными благодаря оптогенетическим инструментам, до сих пор не были рассмотрены несколько клинически значимых проблем. Поскольку депрессия характеризуется фенотипической экспрессией на индивидуальной основе, с универсальной симптоматикой, однострочная оценка депрессивного поведения и тревоги с использованием относительно упрощенных поведенческих анализов (FST, EPM, предпочтение сахарозы) может ограничивать трансляционную ценность этих результатов (Belzung et и др., ), аргументируя разработку и использование моделей с повышенной достоверностью для изучения депрессивного состояния. Важно отметить, что кортикальные манипуляции, которые влияют на социальное взаимодействие у животных, не обязательно отражают депрессивноподобный фенотип, но могут указывать на механизмы, поддерживающие социальное поведение в целом. Таким образом, идентифицированные схемы mPFC могут также играть роль в других психиатрических условиях, которые характеризуются социальными нарушениями, например нарушениями аутистического спектра, тревожными расстройствами и шизофренией (см. Ниже: Yizhar, ; Allsop et al., ). Кроме того, в зависимости от поведенческого чтения (например, общительности или анхедонии), оптогенетическое вмешательство может иметь дифференциальный эффект (Альберт, ), что еще более усложняет интерпретацию роли конкретных элементов схемы в сложном поведенческом состоянии. Наконец, возмущение схем, опосредующих снижение когнитивной депрессии, вызванное депрессией, которое является критическим фактором уязвимости для стойкости расстройства, оставалось неизведанной областью, касающейся оптико-оптических манипуляций, но имеет большие перспективы для выяснения новых целей, которые могут быть использованы для лечения от этого распространенного психического расстройства.

Шизофрения

Шизофрения характеризуется очень гетерогенной познавательной (оперативной памятью, вниманием), положительными (бред, галлюцинации) и негативными (плоский аффект, анхедония) симптомами, а также дезорганизованной речью и аномальным двигательным поведением (American Psychiatric Association, ). Текущая фармакотерапия затрагивает лишь небольшую долю симптомов, причем большинство методов лечения ограничены в контроле дефицита психоза и неспособны принять участие в первичной причине инвалидности, т. Е. Когнитивного снижения (Ross et al., ; Чо и Сохал, ). Поскольку патогенез шизофрении остается неясным и, вероятно, включает в себя сложные нейронные схемы, оптиогенная диссекция подстилающих нейронных субстратов и нейроадаптаций будет способствовать пониманию этого тяжелого и в настоящее время неизлечимого психического расстройства (Peled, ; Чо и Сохал, ).

Многие из когнитивных дефицитов, сопровождающих шизофрению, такие как нарушение рабочей и эпизодической памяти, а также нарушения аффективного контроля и оценки вознаграждения, были прослежены до дисрегуляции функции ПФУ, что привело к изменению связи с подкорковыми областями, такими как миндалина, стриатум и гиппокамп ( Ross et al., ; Мейер-Линденберг, ; Arnsten et al., ). Существует несколько теорий относительно изменений mPFC, которые вызывают симптомы шизофрении, включая измененную дофаминергическую модуляцию, изменение баланса E / I и аномальную колебательную активность в диапазоне гамма-частот (Meyer-Lindenberg, ; Lisman, ). Оптогенетические подходы начали рассматривать достоинства этих теорий, предоставляя причинное понимание основных механизмов гетерогенных симптомов шизофрении, в частности когнитивной дисфункции и аберрантной обработки информации, связанной с этим расстройством (Wang and Carlén, ; Touriño et al., ).

Предполагалось, что двойная роль допамина будет способствовать развитию шизофрении. В частности, считается, что повышенная передача DA в мезолимбической системе и параллельная ДА гипоактивность в mPFC объясняют экспрессию шизофренических симптомов (Brisch et al., ; Чо и Сохал, ). Кроме того, несбалансированная активация кортикальных D1-R и D2-Rs, которые оказывают противодействующее воздействие на нейрональную возбудимость (Болье и Гайнетдинов, ), считается критическим для нарушенной обработки информации и проявлением как положительных, так и отрицательных симптомов при шизофрении (Seamans and Yang, ; Дурстевиц и моряки, ; Brisch et al., ). Участие D2-R подтверждается тем фактом, что все антипсихотики, которые используются для лечения положительных симптомов шизофрении, блокируют функцию D2-R (Cho and Sohal, ). Кроме того, префронтальные D2-R имеют решающую роль в когнитивных процессах, которые нарушаются при шизофрении, включая рабочую память и сенсомоторное стробирование, как определено мутантными мышами и фармакологическими вмешательствами (Ralph et al., ; Моряки и Ян, ; Дурстевиц и моряки, ). Оптогенетическая модуляция экспрессирующих нейронов D2-R в mPFC дала новое представление о функциональности D2-Rs и их потенциальном вкладе в симптомы шизофрении. Внутримышечная инфузия Cre-зависимого вектора ChR2 у мышей D2-R :: Cre позволила устойчивую экспрессию ChR2 в субпопуляции пирамидальных клеток уровня V, проецирующих на таламус (Gee et al., ). Острые записи срезов продемонстрировали, что на начальном этапе агонистический агонист D2-R имел минимальное влияние на текущие инъекции в нейронах D2-R, однако значительная последеполяризация произошла, когда приложению квинпирола предшествовала оптогенетическая активация контралатерального D2-R- выражая mPFC проекционные нейроны, генерируя колебания напряжения и пикируя в течение сотен миллисекунд (Gee et al., ). Учитывая специфичность экспрессии D2-R в кортико-таламическом проецируемом слое V нейронов, D2-R-опосредованная после деполяризации может усилить результаты подкорковых структур. При патологических состояниях, таких как избыточная представленность D2-R, наблюдаемая при шизофрении (Seeman and Kapur, ), это усиленное усиление сигнала может повысить уровень шума в mPFC, тем самым искажая реле информации в подкорковых областях и потенциально повышая восприимчивость к психозу. Поскольку считается, что уровень шума в mPFC увеличивается у пациентов с шизофренией (обсуждается ниже), уменьшение D2-R-опосредованной после деполяризации может быть нейрофизиологической основой для положительного эффекта антипсихотиков на симптомы шизофрении. Дальнейшие исследования с использованием в естественных условиях модели должны будут проверить, вовлечена ли D2-R после деполяризации в когнитивную дисфункцию, наблюдаемую при шизофрении.

Теория баланса E / I предполагает, что возвышение в отношении кортикального E / I, опосредованного либо посредством гипервозбудимости пирамидальных клеток, либо гипоактивности тормозных интернейронов, лежит в основе поведенческих и когнитивных симптомов шизофрении, включая социальную дисфункцию (Lisman, ; Ван и Карлен, ). Сетевые и поведенческие эффекты измененного баланса E / I в mPFC были устранены с использованием стабильной функции шага opsin (SSFO), мутанта ChR2 со значительно уменьшенным временем дезактивации (~ 30 min) (Yizhar et al., ; Yizhar, ) при возбуждении одним импульсом синего света, тем самым уменьшая порог срабатывания потенциала действия в SSFO-экспрессирующих нейронах. Краткая фотоактивация пирамидальных нейронов mPFC с SSFO повышала баланс E / I, нарушала обработку информации на клеточном уровне и увеличивала ритмическую высокочастотную активность, напоминающую клинические признаки шизофрении (Yizhar et al., ) (см. раздел ниже). На поведенческом уровне этих манипуляций было достаточно, чтобы полностью упразднить социальное взаимодействие и обратимо ослабленное приобретение условно-страшной памяти. Усиленный баланс E / I в первичной зрительной коре не изменил социального поведения, которое ссылается на специфику mPFC в опосредовании этих поведенческих дефицитов. Интересно отметить, что деполяризация SSFO-экспрессирующих mPFC ГАМКергических PV нейронов не влияла на социальное взаимодействие и условный страх (Yizhar et al., ), несмотря на то, что она решительно уменьшала пики и синаптическую активность. Однако социальные дефициты, наблюдаемые после фотоактивации пирамидальных клеток, выражающих SSFO, частично были спасены путем совместной активации экспрессирующих ChR2 PV нейронов (Yizhar et al., ). Как обсуждалось ранее, ингибирование нейронов mPFC PV может привести к серьезным дефицитам рабочей памяти (Rossi et al., ), еще раз подчеркивая важность правильно сбалансированного коркового возбуждающего тонуса. Примечательно, что считается, что повышенный баланс E / I в рамках mPFC способствует социальной дисфункции, связанной с расстройствами аутистического спектра (Yizhar et al., ), следовательно, эти данные могут указывать на патофизиологический механизм, который опосредует общие нарушения в социальном поведении. Хотя использование SSFOs помогает объяснить причину искаженного mPFC E / I баланса на клеточном уровне и на социальном взаимодействии, измененный баланс E / I при шизофрении и аутизме, вероятно, является результатом аберрантного механизма нейроразвития. Следовательно, у пациентов баланс E / I повышен в течение периода времени, который намного превышает временную шкалу дезактивации имеющихся в настоящее время SSFOs. Поэтому относительно «острые» эффекты изменения баланса E / I у животных с нормальным уровнем развития должны интерпретироваться с осторожностью. При этом оптогенетические манипуляции с использованием SSFOs впервые продемонстрировали устойчивые дифференциальные эффекты изменения баланса mPFC E / I на сетевую активность и поведение. Кроме того, SSFOs могут использоваться для оценки того, беспокоит ли баланс E / I другие психиатрические заболевания, включая аутизм, депрессию и зависимость, потенциально объединяющую этиологию этих расстройств (Tye и Deisseroth, ).

Третий путь, который направлен на объяснение когнитивного дефицита пациентов с шизофренией, включает гамма-ритмы, нейронные колебания 30-80 Гц, которые играют ключевую функцию в синхронизации активности нейронов внутри и между областями, которая, как известно, требуется для рабочей памяти, восприятия и внимания (Lewis et al., ; Ван и Карлен, ), и, вероятно, важно для многих других функций мозга. У пациентов с шизофренией наблюдаются аномальные гамма-колебания, которые коррелируют с изменениями в рабочей памяти и когнитивном контроле (Uhlhaas et al., ; Ульхас и Сингер, ). Когда функция PV нейрона нарушена, субоптимальный ингибирующий привод приводит к десинхронизации, что способствует изменению гамма-ритма и, по-видимому, к нарушениям памяти, связанным с шизофренией (Lewis et al., ). В соответствии с этим понятием, локальный синтез ГАМК и обратный захват последовательно снижаются в ПФК пациентов с шизофренией, и это изменение специфически опосредовано PV-нейронами, что подразумевает аберрантную функциональность этой конкретной интернейронной популяции (Lewis et al., ). Аналогичным образом сообщалось о сниженной PV-иммунореактивности в PFC у пациентов с шизофренией (Beasley and Reynolds, ). Оптогенетические исследования подтвердили критическую важность интернейронов кортикальных PV в управлении гамма-колебаниями (Cardin et al., ; Sohal и др., ). Sohal et al. () показали, что фотостимуляция экспрессирующих ChR2 пирамидных клеток PFC вызвала гамма-колебания в естественных условиях, однако одновременное опосредованное NpHR ингибирование PV-интернейронов специфически подавляло гамма-мощность, предполагая, что стимуляция пирамидальных клеток активировалась вниз по потоку PV-нейронов. Важно отметить, что при воздействии пирамидальных нейронов на вход гамма-частоты передача сигнала микросхемы была улучшена за счет уменьшения сигналов схемы и сигналов схемы усиления, включая сигналы на локальные интернейроны (Sohal et al., ). Парвальбумин-интернейроны, управляемые гамма-опосредованными нейронными синхронными зависимостями от активации NMDA-рецептора, в качестве целевой делеции NMDA-рецепторов в PV-нейронах нарушали оптико-индуктивную индукцию гамма-осцилляций и приводили к избирательному снижению когнитивных функций, напоминающему шизофренический дефицит (Carlén et al. ). Вместе селективная оптогенетическая модуляция активности интернейронов PV подтвердила, что этот нейтальный подтип управляет гамма-колебаниями, что последовательно способствует быстрой и целенаправленной обработке информации; «усиление» кортикальной реакции на сенсорные входы (Ван и Карлен, ). Изменения в синхронности колебаний также считаются лежащими в основе других психиатрических состояний, включая биполярное расстройство и аутизм, а также эпилепсию (Uhlhaas and Singer, ; Sheline et al., ). Таким образом, усилия, направленные на дальнейшее выяснение схемных и молекулярных адаптаций, которые способствуют аберрантной генерации нейронных колебаний, имеют первостепенное значение.

Взятые вместе, первые оптогенетические манипуляции схемы mPFC, по крайней мере, частично подтвердили существующие теории, которые направлены на объяснение невропатологических механизмов, лежащих в основе шизофрении. Повышенный возбуждающий привод, потенциально в результате сверхэкспрессии D2-R, приводящий к десинхронизированной передаче нейронов и нарушенной обработке кортикальной информации, способствует симптомам, связанным с этим расстройством. Учитывая многогранный и сложный характер шизофрении, вероятно, невозможно воспроизвести полный фенотипический спектр в модели на животных. Хотя оптогенетические манипуляции в мозге грызунов неоценимы для обеспечения новых направлений в этой области исследований, трансляционная ценность наблюдаемых механизмов остается проблемой, которая должна быть решена в будущем.

Наркомания

У зависимых индивидуумов есть поведенческий репертуар, ограниченный повторяющимися циклами поиска наркотиков, потребления и выздоровления от употребления наркотиков, несмотря на часто серьезные негативные последствия (Hyman, ). Наркомания является конечной точкой серии переходов от первоначального гедонического употребления наркотиков к привычному и в конечном итоге компульсивному употреблению наркотиков, что совпадает с длительными адаптациями в нейронных цепях (Robinson and Berridge, ; Каливас и Волков, ). Высокий уровень рецидивов является серьезной проблемой в лечении зависимости, поскольку зависимые люди остаются очень подверженными рецидиву даже после длительных периодов (от нескольких месяцев до года) воздержания (Kalivas and O'Brien, ). Считается, что эта постоянная уязвимость поддерживается сильными и стойкими ассоциативными воспоминаниями о воздействии наркотиков и экологических симптомах (Hyman et al., ). Схема мозга, поддерживающая зависимость, является сложной, но достаточные данные свидетельствуют о том, что mPFC играет важную роль в развитии и сохранении привыкания к привыканию (Kalivas, ). Более конкретно, mPFC был вовлечен в атрибуцию значимости для поощрительных стимулов, принудительного приема лекарств, выражения воспоминаний, связанных с наркотиками, и рецидива при поисках лекарств (Van den Oever et al., ; Hogarth et al., ; Peters и др., ). Оптогенетические подходы подтвердили важную функцию mPFC на животных моделях аддиктивного поведения и предоставили интересные новые сведения о временном вкладе субрегионов mPFC и прогнозах в NAc к компульсивному приему наркотиков и поиску наркотиков.

Данные исследований нейровизуализации показывают, что гипофункция mPFC способствует потере контроля над ограничением потребления у людей, употребляющих наркотики (Goldstein and Volkow, ). Эта гипотеза была недавно рассмотрена с использованием оптогенетики у крыс, которые продолжали самостоятельно вводить кокаин, несмотря на спаривание вознаграждения кокаина с доставкой вредного стимула (удар ногой). Chen et al. () показали, что долгосрочное кокаиновое самоуправление уменьшает возбудимость нейронов ПЛК, причем наиболее устойчивый эффект у устойчивых к отторжению крыс. Восстановление пирамидальной функции ПЗ путем оптогенетической стимуляции снижало потребление кокаина у крыс, устойчивых к отвращению (рис. (Figure2A) .2A). В отличие от этого, когда ПЛК-нейроны были optogenetically замолчать, непротивляемые крысы, занимающиеся самообслуживанием кокаина в паре с ударом ноги. Это исследование показывает, что, когда использование кокаина сопряжено с неблагоприятным последствием, гипоактивность пирамидальных клеток ПЛК способствует снижению ингибирующего контроля над компульсивным потреблением кокаина.

Рисунок 2  

Оптогенетические данные о вовлечении mPFC в привыкание к поведению, Желтая вспышка: фотоингибирование; синяя вспышка: фотоактивация. ↑ = усиление приема / поиска наркотиков; ↓ = снижение потребления / поиска лекарств. Оптогенетические манипуляции указывают ...

Фармакологические вмешательства на животных моделях условного наркозависимости указывают на то, что dmPFC и vmPFC дифференциально влияют на выражение этого специфического поведения (Peters et al., ; Van den Oever et al., ). Принимая во внимание, что деятельность dmPFC, как считается, стимулирует реагирование на наркотики, vmPFC либо пропагандирует, либо подавляет ответные меры в отношении наркотиков, в зависимости от типа препарата, который ранее вводился, и проведения сеансов экстинкции до начала лечения наркотикамиt (McLaughlin and See, ; Peters и др., ; Rogers et al., ; Koya et al., ; Willcocks и McNally, ; Lubbers et al., ). Фактически, несколько строк доказательств указывают на то, что ILC обеспечивает консолидацию и выражение памяти исчезновения (Peters et al., ; LaLumiere et al., ), и как таковое, торможение этого региона после изучения исчезновения вызывает выражение первоначального ответа на поиск кокаина. Оптогенетические манипуляции с vmPFC расширили эти данные, показав, что пирамидальные клетки vmPFC действительно способствуют экспрессии и исчезновению условного кокаинового поиска, но в зависимости от времени (Van den Oever et al. ; фигура Figure2B) .2B). Channelrhodopsin-2-опосредованная активация пирамидальных клеток vmPFC способствовала исчезновению памяти с предпочтением предпочтения кокаина (CPP) только тогда, когда была применена фотостимуляция 3 через несколько недель, но не через 1 через день после кондиционирования. В соответствии с этим наблюдением NpHR-опосредованное ингибирование этих нейронов блокировало вымирание CPP-памяти 3 недель после кондиционирования. Удивительно, что фотоингибирование избирательно ослабляло экспрессию дневной кокаиновой памяти 1. Вместе, оптогенетическая манипуляция пирамидальными клетками указывала на временную реорганизацию схемы, которая контролирует экспрессию кокаиноподобных воспоминаний и дифференциальную роль vmPFC в регуляции условного кокаина, стремящегося со временем.

Оптогенетические исследования подтвердили, что активность ПЛК необходима для восстановления кокаина в угашенных животных. Подобно фармакологической инактивации, фотоингибирование нейронов ПЛК (с использованием неселективного промотора) приводило к восстановлению кокаина с восстановлением кокаина (Stefanik et al., ). Кроме того, та же группа продемонстрировала, что путь BLA-PLC критически участвует в восстановлении поиска кокаина путем оптического ингибирования пресинаптических терминалов BLA в ПЛК (Стефаник и Каливас, ). Оптогенетическое торможение пирамидальных нейронов dmPFC также ослабляло вызванное стрессом восстановление желаемого вкуса пищи у крыс (Calu et al., ), предполагая, что разные модальности активируют схему dmPFC, чтобы вызвать восстановление искания вознаграждения. Кроме того, это показывает, что активность ПЛК приводит к восстановлению кокаина и поиску естественных вознаграждений, тогда как повышенная активность тех же нейронов подавляет компульсивный кокаин (Chen et al., ). Противоположная функция ПЛК может зависеть от присутствия или отсутствия кокаина в операционных тестах. Это подтверждается наблюдением, что фотоингибирование пирамидальных клеток ПЛК улучшает самообслуживание кокаина и ослабляет восстановление кокаина, ищущего у крыс, которые были подвергнуты высокочастотному расписанию приема кокаина (Martín-García et al., ). В настоящее время ГАМКергические интернейроны еще не манипулируют моделями зависимости, но недавно была изучена роль интернейронов PV в естественном обучении и вымирании сахарозы. Поддержка Channelrhodopsin-2-активации интернейронов ПЛК не влияла на получение самоуправляемого вознаграждения сахарозы, но ускоренное исчезновение поощрения за счет ингибирования сетевой активности PL (Sparta et al., ). Независимо от того, влияет ли активность ПЛК на вымирание наркотиков, остается предметом будущих исследований.

Интегрируя входной сигнал от источников, таких как BLA, VTA и HPC и передавая возбуждающий выход на NAc, считается, что mPFC управляет схемой двигателя для регулирования реакции на лекарства и связанные с лекарством стимулы (Kalivas et al., ). Спинные области mPFC в основном выступают в дорсолатеральное стриатум и NAc-сердечник, тогда как вентральные области преимущественно нацелены на дорсомедиальный стриатум и оболочку NAc (Voorn et al., ). Pэксперименты по борьбе с вредоносными действиями действительно связаны с ядром ядра dmPFC-NAc и vmPFC-NAc в отношении кокаина и героина, вызванного наркотиками и кией (McFarland et al., ; LaLumiere и Kalivas, ; Peters и др., ; Bossert et al., ), но с этим методом нельзя исключать влияние на косвенные пути. Фотосингибирование пресинаптических терминалов ПЛК в сердечнике NAc ослабляет восстановление кокаина с кокаином (Stefanik et al., ), подтверждая, что моносинаптическая глутаматергическая проекция от ПЛК к сердечнику NAc играет критически важную роль в этом поведенческом ответе. Оптогенетические данные об участии пути оболочки mPFC-NAc обеспечивали оптической модуляцией терминалов ILC в срезах мозга NAc, полученных от животных, подвергшихся воздействию кокаина (Suska et al., ). Это показало, что пресинаптический ввод терминалов mPFC в оболочке NAc был усилен после как короткого (1 дня), так и длительного (45 дней) абстиненции от неконтингентного и условного воздействия кокаина, но только после условного воздействия это усиление значительно увеличилось через некоторое время. Пресинаптическое усиление было вызвано увеличением вероятности высвобождения глутамата, а не увеличением количества квантовых размеров глутаматергического высвобождения или количества сайтов активного высвобождения (Suska et al., ). Интересно, что воздействие кокаина не влияло на пресинаптическую передачу в проекции оболочки BLA-NAc (Suska et al., ), что указывает на то, что вход от mPFC благоприятствует введению BLA после введения кокаина. В элегантном исследовании Ма и др. () было показано, что самообслуживание кокаина индуцирует тихие синапсы в пути mPFC-NAc. Интересно, что молчащие синапсы в пути оболочки ILC-NAc созрели путем набора GluA2-без AMPA-R (наблюдаемого в день 45 абстиненции), тогда как тихие синапсы в корневом канале PLC-NAc завербовали GluA2-содержащий AMPA-Rs. α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоты, лишенные субъединицы GluA2, являются проницаемыми для кальция, имеют большую проводимость канала, проявляют более высокую кинетику дезактивации каналов и тем самым способствуют быстрой синаптической передаче сигналов, гомеостатической синаптической шкале и специализированным формам краткосрочная и долгосрочная пластичность (для отличного обзора см. Исаак и др., ). Оптогенетически вызванная длительная депрессия (1 Гц для 10 мин) повторно вводила тихие синапсы в обоих путях, но это либо улучшило (оболочка ILC-NAc), либо уменьшило (ядро PLC-NAc) последующий поиск кокаина (Ma et al. ), что дополнительно поддерживает дифференциальные роли dmPFC и vmPFC в этом поведении.

Основная популяция клеток в NAc состоит из GABAergic средних колючих нейронов (MSN), которые могут быть подразделены на экспрессирующую популяцию D1-R и D2-R, вместе включающую ~ 90-95% всех нейронов NAc (Lobo et al., ). Выборочное выражение ChR2 в каждой популяции NAc MSN показало, что активация нейронов D1-R улучшала обучение кокаину в парадигме CPP, тогда как активация нейронов D2-R имела противоположный эффект (Lobo et al., ). Фотостимуляция терминалов mPFC в ядре NAc специально индуцировала экспрессию ΔFosB в нейронах D1-R, тогда как в оболочке NAc экспрессия ΔFosB индуцировалась как в подтипах D1-R, так и D2-R (Lobo et al., ). Это говорит о том, что распределение терминалов mPFC на нейронах NAc отличается для оболочки и ядра (Lobo et al., ). Однако это потребует проверки по всем ячейкам. Функциональная значимость прогнозов mPFC для NAc D1-R MSNs была продемонстрирована Pascoli et al. (), который показал, что низкотемпературная (1 Гц) фотостимуляция пути оболочки ILC-NAc меняет неконкурентное кокаин-индуцированное синаптическое потенцирование в нейронах D1-R и локомоторную сенсибилизацию. Совсем недавно одна и та же группа использовала оптогенетику, чтобы выявить присутствие GluA2-отсутствующего AMPA-R в проспекте XIUMX D1-R MSN ILC-NAc D1-R через месяц после самообследования кокаина (Pascoli et al., ). Фотостимуляция этого пути при 13 Гц, но не 1 Гц, обратная синаптическая адаптация после самообслуживания кокаина и отмена коад-индуцированного поиска кокаина. Авторы предположили, что для этого эффекта требуется стимуляция 13-Hz, потому что это вызывает долгосрочную депрессию, опосредуемую mGluR, эффективный механизм для удаления синаптических GluA2-отсутствующих AMPA-R (Lüscher и Huber, ). Однако этот вывод противоречит наблюдению Ма и др. (); (обсуждается выше). Различия в контурной специфичности (оптогенетическая модуляция проекций на D1-R нейроны vs, прогнозы для всех нейронов оболочки NAc оболочки), а в режиме самообслуживания кокаина можно объяснить противодействующие эффекты, наблюдаемые в этих исследованиях.

В дополнение к участию в рецидиве при поиске лекарств путь mPFC-NAc был вовлечен в компульсивное устойчивое к отторжению потребление алкоголя, Фотоингибирование проекции ядра dmPFC-NAc уменьшило потребление алкоголя в сочетании с аверсивными стимулами различных сенсорных модальностей и различными методами приема (Seif et al., ). Потребление алкоголя не зависело от фотоингибирования, когда оно не спаривалось с неблагоприятным последствием, что указывает на то, что этот путь преобладает в организации устойчивых к отвращению, компульсивных аспектов алкоголизма, когда потребление часто сопровождается конфликтом или вызовом (Tiffany and Conklin, ). Однако эти результаты противоречат выводу о том, что фотоингибирование ПЛК усиливает устойчивое к отторжению потребление кокаина (Chen et al., ), предполагая, что ПЛК может дифференциально регулировать компульсивное потребление алкоголя и кокаина.

Привлечение пути mPFC-NAc к приобретению вознаграждения и наркомании также изучалось с помощью оптигенных подходов. Stuber et al. () обнаружили, что оптическая активация проекции оболочки mPFC-NAc (20 Гц) не поддерживает получение поведения самостимуляции операнта (активные реакции инициировали световые импульсы, передаваемые на пресинаптические терминалы mPFC в NAc), несмотря на то, что оптическая активация проекция mPFC вызвала EPSC в NAc. Последующее исследование показало, что животные приобретают оптическую самостимуляцию пути оболочки mPFC-NAc, когда частота стимуляции увеличивается до 30 Гц (Britt et al., ). Следовательно, глутаматергическая проекция от mPFC до NAc может вызывать только всплески MSN и усиливать поведение с сильной активацией mPFC или когда уровни DA в NAc поднимаются параллельно. Точный сайт стимуляции в mPFC может иметь решающее значение для достижения этого эффекта, учитывая, что считается, что ILC имеет более сильный прогноз для оболочки NAc, чем PLC (Voorn et al., ). Как и в вышеупомянутых исследованиях, выражение ChR2 не было конкретно нацелено на ПЛК или ILC, остается определить, существует ли различие в потенции обоих путей, чтобы вызвать пикирование в оболочках оболочки NAc и усилить поведение в поисках вознаграждения.

В соответствии с традиционными методами вмешательства оптогенетические манипуляции схемой mPFC в моделях зависимости от грызунов подтвердили критическое участие этого региона в регулировании приема лекарств и при поиске лекарств и дальнейшее поддержание функциональной сегрегации вдоль дорзально-вентральной оси mPFC. Более того, специфическая модуляция по каналам обеспечила новые представления о роли прогнозов BLA-PLC и mPFC-NAc. В частности, оптическая стимуляция аксональных терминалов ПЛК и ИЛК в препаратах острых мозговых срезов ядра и оболочки NAc продемонстрировала индуцированные кокаином пути-специфические нейроадаптации, которые могут быть отменены с использованием определенных частот фотоактивации (Pascoli et al., , ; Ma et al., ). Это может обеспечить возможности для опосредованного DBS отмены индуцированных наркотиками нейроадаптаций у наркоманов. Однако, поскольку электрическая стимуляция влияет на активность нейронов неселективным образом, эффективность трансляции в DBS остается подходить с осторожностью и требует дальнейших исследований.

Заключительные замечания

Относительно недавнее применение оптогенетической технологии в исследованиях нейронауки углубило понимание функций различных типов схем в головном мозге и уже внесло существенный вклад в наше понимание схемы mPFC в условиях здоровья и болезней. Оптогенетические манипуляции позволяют проводить каузальные системные исследования по различным когнитивным и невропатологическим поведениям у свободно перемещающихся животных и позволяют интегрировать в естественных условиях и бывших естественных условиях электрофизиологические записи, которые не были осуществимы с использованием традиционных методов вмешательства. Тем не менее, в течение десятилетий обширный объем исследований, связанных с поражением, фармакологическими и электрофизиологическими методами, дал важные знания об участии МПРК в различных когнитивных процессах. Интеграция данных, полученных с помощью этих традиционных методов вмешательства и оптогенетической модуляции, по-прежнему будет иметь неоценимое значение для нашего понимания схемы mPFC и создания вычислительных моделей функции mPFC.

Основным прорывом в раскрытии нейронных схем, который был включен с помощью технологии оптогенетики, является непосредственная манипуляция проекциями нейронов внутри и между областями мозга. Что касается схемы mPFC, это привело к лучшему пониманию взаимосвязи внутри mPFC, роли афферентных и эфферентных проекций mPFC в когнитивных процессах и психических расстройствах и даже к открытию новой популяции GABAergic-клеток с дальним прогнозы к NAc (Lee et al., ). Кроме того, благодаря отличной совместимости оптогеники и бывших естественных условиях физиология среза мозга, дифференциальные кокаин-индуцированные нейроадаптации в ПЛК и проекции ILC к NAc были выяснены (Ma et al., ), демонстрируя целесообразность вскрытия специфических для субпочвенных механизмов mPFC с использованием оптогенетики.

Несмотря на большой прогресс, некоторые факторы не уделяли мало внимания, и в некоторых случаях для совершенствования надлежащего решения технических проблем в будущих экспериментах требуются технические усовершенствования. Что касается GABAergic-интернейронной популяции в mPFC, экспрессия opsin до сих пор была в первую очередь ориентирована на PV-интернейроны, оставив роль многих других типов клеток GABAergic (например, SOM +, calretinin + cells и т. Д.) Без внимания. Поскольку трансгенные мышиные и крысиные линии Cre-driver становятся все более доступными, это открывает новые возможности для изучения роли других субпопуляций mPFC в когнитивных характеристиках и психических расстройствах. Важно отметить, что ранее проведенные оптогенетические исследования указывали на существование субпопуляций в популяции GABAergic и пирамидальных клеток, которые можно отличить только от их дифференциальной активности в определенных поведенческих состояниях (Little and Carter, ; Courtin et al., ). Например, интернейроны PV были связаны с производительностью рабочей памяти (Rossi et al., ), выражение ответов страха (Courtin et al., ), поддерживая надлежащий баланс E / I (Yizhar et al., ; Kvitsiani et al., ) и синхронизация гамма-колебаний (Sohal et al., ; Sohal, ). Оптогенетическая мечение нейронов, которые проявляют повышенную активность в ходе конкретной поведенческой задачи, станет решающим следующим шагом для анализа причинного участия этих специфических нейронных ансамблей в выражении поведенческих характеристик (Cruz et al., ). Экспрессия Opsin, обусловленная промотором немедленного раннего гена с-FOS, широко используемый маркер активности нейронов, в нейронах гиппокампа, которые были активны во время лечения страха, демонстрируют, что это достижимая цель (Liu et al., ). Интерпретация оптогенетических данных часто затрудняется неспецифическим нацеливанием opsins на субрегионы mPFC. Поскольку становится все более очевидным, что дорзальная и вентральная области mPFC имеют разные, а иногда и противоположные функции (Heidbreder и Groenewegen, ; Van den Oever et al., ), стереотаксическая доставка векторов опсина в эти определенные субрегионы имеет большое значение. Кроме того, технические достижения, которые позволяют нацеливать opsins на определенные уровни в mPFC, будут иметь большую ценность, учитывая сложную связь между нейронами и нейронами mPFC-нейронов (Groenewegen et al., ; Voorn et al., ; Гувер и Вертес, ).

В настоящее время многие одобренные FDA фармацевтические агенты нацеливают рецепторы, связанные с G-белком, в мозг (Lee et al., ). Таким образом, улучшение понимания временной роли этих рецепторов в конкретных поведенческих состояниях будет способствовать лечению психических расстройств новой, более избирательной фармакотерапией. Конструкция опсинов, которые состоят из химеры опсина, слитого с внутриклеточным доменом рецептора, связанного с G-белком (optoXR), позволяет опросить причинное вовлечение связанных с G-белком сигнальных каскадов с высоким пространственно-временным разрешением (Airan et al., ). До сих пор optoXR не использовались для изучения вклада конкретных сигнальных каскадов в функцию mPFC-схемы, но были бы чрезвычайно полезны для объяснения роли измененной сигнализации G-белка, наблюдаемой при психических заболеваниях (Hearing et al., ; Luján et al., ). Кроме того, новые разработки в области хемогенетических технологий (например, DREADD: рецепторы конструкторов, исключительно активированные конструкторскими препаратами) будут также способствовать расчленению схемы mPFC и идентификации целевых продуктов (Sternson and Roth, ).

Использование оптогенетики у людей для лечения неврологических расстройств широко обсуждалось (Peled, ; Kumar et al., ; Touriño et al., ), однако клиническое применение оптико-электронной техники, насколько нам известно, в настоящее время не представляется возможным. Расширение оптогенетических методов для видов вне грызунов было только стабильно, безопасно и эффективно применено в макаке резуса, примате, отличном от человека (Han et al., ; Diester et al., ; Хан и др., ; Cavanaugh et al., ; Gerits et al., ; Jazayeri et al., ). Дальнейшие исследования и клинические испытания потребуются для безопасного выражения и фотостимулирования опсинов в мозге человека. Следовательно, несмотря на большие перспективы для клинического лечения, в настоящее время оптико-генетическая система должна в первую очередь рассматриваться как мощный инструментарий для функционального анализа нейронных схем на животных моделях связанных с заболеванием симптомов, а также для выявления и уточнения целей для фармацевтической и DBS-терапии.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мариана Р. Матос финансируется ЕС MSCA-ITN CognitionNet (FP7-PEOPLE-2013-ITN 607508). August B. Smit, Sabine Spijker финансируются частично за счет гранта, предоставленного консорциуму NeuroBasic Pharmaphenomics. Данайская Рига частично финансируется фондом доказательной концепции NCA (Sabine Spijker). Michel C. Van den Oever финансируется грантом ZonMw VENI (916.12.034) и грантом Hersenstichting Nederland (KS 2012 (1) -162).

Дополнительный материал

Дополнительный материал для этой статьи можно найти в Интернете по адресу: http://www.frontiersin.org/journal/10.3389/fnsys.2014.00230/abstract

Рекомендации

  • Эйран Р.Д., Томпсон К.Р., Фенно Л.Э., Бернштейн Х., Дейссерот К. (2009). Временно точный контроль in vivo внутриклеточной сигнализации. Природа 458, 1025-1029. 10.1038 / nature07926 [PubMed] [Крест Ref]
  • Albert PR (2014). Осветите свою жизнь: оптогенетика для депрессии? J. Psychiatry Neurosci. 39, 3-5. 10.1503 / jpn.130267 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Albert PR, Вахид-Ансари Ф., Лакхарт С. (2014). Серотонин-префронтальная корковая схема в фенотипах тревоги и депрессии: ключевая роль пред- и постсинаптической экспрессии рецептора 5-HT1A. Фронт. Behav. Neurosci. 8: 199. 10.3389 / fnbeh.2014.00199 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Alitto HJ, Usrey WM (2003). Кортикоталамическая обратная связь и сенсорная обработка. Тек. ОПИН. Neurobiol. 13, 440-445. 10.1016 / s0959-4388 (03) 00096-5 [PubMed] [Крест Ref]
  • Allsop SA, Вандер Weele CM, Wichmann R., Tye KM (2014). Оптогенетическая информация о взаимосвязи между поведением, связанным с тревожностью, и социальным дефицитом. Фронт. Behav. Neurosci. 8: 241. 10.3389 / fnbeh.2014.00241 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Amat J., Baratta MV, Paul E., Bland ST, Watkins LR, Maier SF (2005). Медиальная префронтальная кора определяет, как контролируемость стресса влияет на поведение и дорсальное ядро. Туземный Neurosci. 8, 365-371. 10.1038 / nn1399 [PubMed] [Крест Ref]
  • Американская психиатрическая ассоциация (2013). Диагностическое и Статистическое Руководство по Психическим Расстройствам. Арлингтон, VA: Американская психиатрическая публикация.
  • Arnsten AF (2009). Пути сигнализации, которые нарушают структуру и функцию префронтальной коры. Туземный Rev. Neurosci. 10, 410-422. 10.1038 / nrn2648 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Arnsten AF, Wang MJ, компакт-диск Paspalas (2012). Нейромодуляция мысли: гибкости и уязвимости в синапсах префронтальной кортикальной сети. Neuron 76, 223-239. 10.1016 / j.neuron.2012.08.038 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Ascoli GA, Alonso-Nanclares L., Anderson SA, Barrionuevo G., Benavides-Piccione R., Burkhalter A., ​​et al. , (2008). Петильская терминология: номенклатура признаков ГАМКергических интернейронов коры головного мозга. Туземный Rev. Neurosci. 9, 557-568. 10.1038 / nrn2402 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Бадделей А. (1992). Рабочая память. Наука 255, 556-559. 10.1126 / science.1736359 [PubMed] [Крест Ref]
  • Beasley CL, Reynolds GP (1997). Парвальбумин-иммунореактивные нейроны уменьшаются в префронтальной коре шизофреников. Schizophr. Местожительство 24, 349-355. 10.1016 / s0920-9964 (96) 00122-3 [PubMed] [Крест Ref]
  • Beaulieu JM, Gainetdinov RR (2011). Физиология, сигнализация и фармакология дофаминовых рецепторов. Pharmacol. Rev. 63, 182-217. 10.1124 / pr.110.002642 [PubMed] [Крест Ref]
  • Beevers CG, Clasen P., Stice E., Schnyer D. (2010). Симптомы депрессии и когнитивный контроль эмоций: исследование функционального магнитного резонанса. Neuroscience 167, 97-103. 10.1016 / j.neuroscience.2010.01.047 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Belzung C., Turiault M., Griebel G. (2014). Оптогенетика для изучения схем страха и депрессии типа поведения: критический анализ. Pharmacol. Biochem. Behav. 122, 144-157. 10.1016 / j.pbb.2014.04.002 [PubMed] [Крест Ref]
  • Berridge CW (2008). Норадренергическая модуляция возбуждения. Brain Res. Rev. 58, 1-17. 10.1016 / j.brainresrev.2007.10.013 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Bossert JM, Stern AL, Theberge FR, Marchant NJ, Wang HL, Morales M., et al. , (2012). Роль проекций из вентральной медиальной префронтальной коры в оболочку окунания ядра в контексте индуцированного восстановления героина. J. Neurosci. 32, 4982-4991. 10.1523 / JNEUROSCI.0005-12.2012 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Boyden ES, Zhang F., Bamberg E., Nagel G., Deisseroth K. (2005). Миллисекундная шкала времени, генетически ориентированное оптическое управление нейронной активностью. Туземный Neurosci. 8, 1263-1268. 10.1038 / nn1525 [PubMed] [Крест Ref]
  • Brisch R., Saniotis A., Wolf R., Bielau H., Bernstein HG, Steiner J., et al. , (2014). Роль допамина в шизофрении с нейробиологической и эволюционной точки зрения: старомодная, но все еще в моде. Фронт. Психиатрия 5: 47. 10.3389 / fpsyt.2014.00047 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Britt JP, Benaliouad F., McDevitt RA, Stuber GD, Wise RA, Bonci A. (2012). Синаптический и поведенческий профиль множественных глутаматергических входов в ядро ​​accumbens. Neuron 76, 790-803. 10.1016 / j.neuron.2012.09.040 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Calu DJ, Kawa AB, Marchant NJ, Navarre BM, Henderson MJ, Chen B., et al. , (2013). Оптогенетическое торможение дорсальной медиальной префронтальной коры ослабляет вызванное стрессом восстановление желаемой пищи, ищущей у самок крыс. J. Neurosci. 33, 214-226. 10.1523 / JNEUROSCI.2016-12.2013 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Cardin JA, Carlén M., Meletis K., Knoblich U., Zhang F., Deisseroth K., et al. , (2009). Вождение быстрых клеток стимулирует гамма-ритм и контролирует сенсорные реакции. Природа 459, 663-667. 10.1038 / nature08002 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Carlén M., Meletis K., Siegle JH, Cardin JA, Futai K., Vierling-Claassen D., et al. , (2012). Критическая роль рецепторов NMDA в интервалнях паравальбумина для индукции гамма-ритма и поведения. Mol. Психиатрия 17, 537-548. 10.1038 / mp.2011.31 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Carter ME, Yizhar O., Chikahisa S., Nguyen H., Adamantidis A., Nishino S., et al. , (2010). Тюнинг возбуждения с оптогенетической модуляцией нейронов локуса coeruleus. Туземный Neurosci. 13, 1526-1533. 10.1038 / nn.2682 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Cavanaugh J., Monosov IE, McAlonan K., Berman R., Smith MK, Cao V., et al. , (2012). Оптогенетическая инактивация изменяет поведение визуомотора обезьян. Neuron 76, 901-907. 10.1016 / j.neuron.2012.10.016 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Challis C., Beck SG, Berton O. (2014). Оптогенетическая модуляция нисходящих предферокортикальных входов к дорзальному рапу двунаправленно смещает социально-эффективный выбор после социального поражения. Фронт. Behav. Neurosci. 8: 43. 10.3389 / fnbeh.2014.00043 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Chang CH, Chen MC, Qiu MH, Lu J. (2014). Вентромедиальная префронтальная корта регулирует депрессивноподобное поведение и быстрый сон для движения глаз у крысы. Нейрофармакология 86C, 125-132. 10.1016 / j.neuropharm.2014.07.005 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Chaudhury D., Walsh JJ, Friedman AK, Juarez B., Ku SM, Koo JW, et al. , (2013). Быстрое регулирование поведения, связанного с депрессией, путем контроля над дофаминовыми нейронами среднего мозга. Природа 493, 532-536. 10.1038 / nature11713 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Chen BT, Yau HJ, Hatch C., Kusumoto-Yoshida I., Cho SL, Hopf FW и др. , (2013). Спасение кокаин-индуцированной гипофармации префронтальной коры предотвращает компульсивный поиск кокаина. Природа 496, 359-362. 10.1038 / nature12024 [PubMed] [Крест Ref]
  • Cho JH, Deisseroth K., Bolshakov VY (2013). Синаптическое кодирование исчезновения страха в схемах mPFC-амигдала. Neuron 80, 1491-1507. 10.1016 / j.neuron.2013.09.025 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Cho KK, Sohal VS (2014). Оптогенетические подходы к исследованию нейронных путей, участвующих в шизофрении и связанных с ней расстройствах. Hum. Mol. Жене. 23, R64-R68. 10.1093 / hmg / ddu225 [PubMed] [Крест Ref]
  • Christophe E., Roebuck A., Staiger JF, Lavery DJ, Charpak S., Audinat E. (2002). Два типа никотиновых рецепторов опосредуют возбуждение интернейронов неокортикального слоя I. J. Neurophysiol. 88, 1318-1327. 10.1152 / jn.00199.2002 [PubMed] [Крест Ref]
  • Чудасама Ю., Дальли Дж. В., Натвани Ф., Бугер П., Роббинс Т. В. (2004). Холинергическая модуляция зрительного внимания и рабочей памяти: диссоциирующие эффекты базального переднего мозга 192-IgG-сапориновые поражения и интрафронронтальные вливания скополамина. Учить. Памятная записка 11, 78-86. 10.1101 / lm.70904 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Кларк Л., Чемберлен С.Р., Саакян Б.Ю. (2009). Нейрокогнитивные механизмы депрессии: последствия для лечения. Annu. Rev. Neurosci. 32, 57-74. 10.1146 / annurev.neuro.31.060407.125618 [PubMed] [Крест Ref]
  • Courtin J., Bienvenu TC, Einarsson EO, Herry C. (2013). Медиальные префронтальные цепи нейронов коры в страхе. Neuroscience 240, 219-242. 10.1016 / j.neuroscience.2013.03.001 [PubMed] [Крест Ref]
  • Courtin J., Chaudun F., Rozeske RR, Karalis N., Gonzalez-Campo C., Wurtz H., et al. , (2014). Префронтальные паравербуминовые интернейроны формируют нейронную активность, чтобы стимулировать выражение страха. Природа 505, 92-96. 10.1038 / nature12755 [PubMed] [Крест Ref]
  • Coutureau E., Killcross S. (2003). Инактивация префронтальной коры Infralimbic восстанавливает целенаправленную реакцию у перетренированных крыс. Behav. Brain Res. 146, 167-174. 10.1016 / j.bbr.2003.09.025 [PubMed] [Крест Ref]
  • Covington HE, 3rd, Lobo MK, Maze I., Vialou V., Hyman JM, Zaman S., et al. , (2010). Антидепрессивный эффект оптико-стимулирующей стимуляции медиальной префронтальной коры. J. Neurosci. 30, 16082-16090. 10.1523 / JNEUROSCI.1731-10.2010 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Cruikshank SJ, Ahmed OJ, Stevens TR, Patrick SL, Gonzalez AN, Elmaleh M., et al. , (2012). Таламическое управление схемами 1 слоя в префронтальной коре. J. Neurosci. 32, 17813-17823. 10.1523 / JNEUROSCI.3231-12.2012 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Cruwys T., Haslam SA, Dingle GA, Haslam C., Jetten J. (2014). Депрессия и социальная идентичность: интегративный обзор. Чел. Soc. Psychol. Rev. [Epub впереди печати]. 18, 215-238. 10.1177 / 1088868314523839 [PubMed] [Крест Ref]
  • Cruz FC, Koya E., Guez-Barber DH, Bossert JM, Lupica CR, Shaham Y., et al. , (2013). Новые технологии для изучения роли нейронных ансамблей в наркомании и страхе. Туземный Rev. Neurosci. 14, 743-754. 10.1038 / nrn3597 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Czéh B., Müller-Keuker JI, Rygula R., Abumaria N., Hiemke C., Domenici E., et al. , (2007). Хронический социальный стресс ингибирует клеточную пролиферацию в медиальной префронтальной коре взрослого человека: асимметрию полушария и разворот с помощью флуоксетина. Нейропсихофармакология 32, 1490-1503. 10.1038 / sj.npp.1301275 [PubMed] [Крест Ref]
  • DeFelipe J., López-Cruz PL, Benavides-Piccione R., Bielza C., Larrañaga P., Anderson S., et al. , (2013). Новое понимание классификации и номенклатуры корковых ГАМКергических интернейронов. Туземный Rev. Neurosci. 14, 202-216. 10.1038 / nrn3444 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Дейссерот К. (2010). Управление мозгом светом. Sci. Am. 303, 48-55. 10.1038 / научныйамериканский1110-48 [PubMed] [Крест Ref]
  • Дембров Н., Джонстон Д. (2014). Субсциркутическая специфическая нейромодуляция в префронтальной коре. Фронт. Нейронные цепи 8: 54. 10.3389 / fncir.2014.00054 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Derntl B., Seidel EM, Eickhoff SB, Kellermann T., Gur RC, Schneider F., et al. , (2011). Нейронные корреляции социального подхода и отмены у пациентов с большой депрессией. Soc. Neurosci. 6, 482-501. 10.1080 / 17470919.2011.579800 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Dias-Ferreira E., Sousa JC, Melo I., Morgado P., Mesquita AR, Cerqueira JJ, et al. , (2009). Хронический стресс вызывает перестройку переднего плана и влияет на принятие решений. Наука 325, 621-625. 10.1126 / science.1171203 [PubMed] [Крест Ref]
  • Diester I., Kaufman MT, Mogri M., Pashaie R., Goo W., Yizhar O., et al. , (2011). Оптогенетический набор инструментов, предназначенный для приматов. Туземный Neurosci. 14, 387-397. 10.1038 / nn.2749 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Disner SG, Beevers CG, Haigh EA, Beck AT (2011). Нейронные механизмы когнитивной модели депрессии. Туземный Rev. Neurosci. 12, 467-477. 10.1038 / nrn3027 [PubMed] [Крест Ref]
  • Дуглас Р.Дж., Мартин К.А. (2004). Нейронные цепи неокортекса. Annu. Rev. Neurosci. 27, 419-451. 10.1146 / annurev.neuro.27.070203.144152 [PubMed] [Крест Ref]
  • Drew MR, Fairhurst S., Malapani C., Horvitz JC, Balsam PD (2003). Влияние антагонистов допамина на время двух интервалов. Pharmacol. Biochem. Behav. 75, 9-15. 10.1016 / s0091-3057 (03) 00036-4 [PubMed] [Крест Ref]
  • Dunnett SB, Nathwani F., Brasted PJ (1999). Медиальные префронтальные и неостроальные поражения нарушают работу в задаче замедленного чередования с оперантом у крыс. Behav. Brain Res. 106, 13-28. 10.1016 / s0166-4328 (99) 00076-5 [PubMed] [Крест Ref]
  • Durstewitz D., Seamans JK (2008). Теория дофамина префронтальной коры переднего отдела коры головного мозга имеет отношение к генотипам катехол-о-метилтрансферазы и шизофрении. Biol. Психиатрия 64, 739-749. 10.1016 / j.biopsych.2008.05.015 [PubMed] [Крест Ref]
  • Euston DR, Gruber AJ, McNaughton BL (2012). Роль медиальной префронтальной коры в памяти и принятии решений. Neuron 76, 1057-1070. 10.1016 / j.neuron.2012.12.002 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Fales CL, Barch DM, Rundle MM, Mintun MA, Snyder AZ, Cohen JD, et al. , (2008). Измененная обработка эмоциональных помех в аффективных и когнитивно-контрольных схемах головного мозга при большой депрессии. Biol. Психиатрия 63, 377-384. 10.1016 / j.biopsych.2007.06.012 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Friedman AK, Walsh JJ, Juarez B., Ku SM, Chaudhury D., Wang J., et al. , (2014). Усиление механизмов депрессии в дофаминовых нейронах среднего мозга приводит к устойчивости к гомеостату. Наука 344, 313-319. 10.1126 / science.1249240 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Gabbott PL, Warner TA, Jays PR, Salway P., Busby SJ (2005). Префронтальная кора в крысе: проекции на подкорковые вегетативные, моторные и лимбические центры. J. Comp. Neurol. 492, 145-177. 10.1002 / cne.20738 [PubMed] [Крест Ref]
  • Gee S., Ellwood I., Patel T., Luongo F., Deisseroth K., Sohal VS (2012). Синаптическая активность разрушает дофаминовую модуляцию D2-рецептора определенного класса пирамидальных нейронов слоя V в префронтальной коре. J. Neurosci. 32, 4959-4971. 10.1523 / JNEUROSCI.5835-11.2012 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Gerits A., Farivar R., Rosen BR, Wald LL, Boyden ES, Vanduffel W. (2012). Оптогенетически индуцированные поведенческие и функциональные изменения сети у приматов. Тек. Biol. 22, 1722-1726. 10.1016 / j.cub.2012.07.023 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Gilmartin MR, Helmstetter FJ (2010). Для отслеживания и контекстного лечения страха требуется нейронная активность и NMDA-рецептор-зависимая передача в медиальной префронтальной коре. Учить. Памятная записка 17, 289-296. 10.1101 / lm.1597410 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Гилмартин М.Р., МакЭкрон МД (2005). Одиночные нейроны в медиальной префронтальной коре крысы демонстрируют тоническое и фазическое кодирование при обучении следа. Behav. Neurosci. 119, 1496-1510. 10.1037 / 0735-7044.119.6.1496 [PubMed] [Крест Ref]
  • Гильмартин М.Р., Мияваки Х., Хельмстеттер Ф. Дж., Диба К. (2013). Префронтальная активность связывает неперекрывающиеся события в памяти. J. Neurosci. 33, 10910-10914. 10.1523 / JNEUROSCI.0144-13.2013 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Гольдштейн Р.З., Волков Н.Д. (2011). Дисфункция префронтальной коры при наркомании: результаты нейровизуализации и клинические последствия. Туземный Rev. Neurosci. 12, 652-669. 10.1038 / nrn3119 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Gotlib IH, Joormann J., Minor KL, Hallmayer J. (2008). Реактивность оси HPA: механизм, лежащий в основе ассоциаций между 5-HTTLPR, стрессом и депрессией. Biol. Психиатрия 63, 847-851. 10.1016 / j.biopsych.2007.10.008 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Градинару В., Томпсон К.Р., Чжан Ф., Могри М., Кей К., Шнайдер М.Б. и др. , (2007). Стратегии таргетинга и считывания для быстрого оптического нейронного контроля in vitro и in vivo. J. Neurosci. 27, 14231-14238. 10.1523 / jneurosci.3578-07.2007 [PubMed] [Крест Ref]
  • Groenewegen HJ, Wright CI, Uylings HB (1997). Анатомические связи префронтальной коры с лимбическими структурами и базальными ганглиями. J. Psychopharmacol. 11, 99-106. 10.1177 / 026988119701100202 [PubMed] [Крест Ref]
  • Гунайдин Л.А., Грозеник Л., Финкельштейн Ю.К., Каувар И.В., Фенно Л.Е., Адхикари А. и др. , (2014). Естественная динамика нейронных прогнозов, лежащая в основе социального поведения. Ячейка 157, 1535-1551. 10.1016 / j.cell.2014.05.017 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Hamani C., Diwan M., Isabella S., Lozano AM, Nobrega JN (2010a). Влияние различных параметров стимуляции на антидепрессантовую реакцию медиальной префронтальной коры головного мозга у крыс. J. Psychiatr. Местожительство 44, 683-687. 10.1016 / j.jpsychires.2009.12.010 [PubMed] [Крест Ref]
  • Hamani C., Diwan M., Macedo CE, Brandão ML, Shumake J., Gonzalez-Lima F., et al. , (2010b). Антидепрессантные эффекты медиальной префронтальной коры глубокой стимуляции мозга у крыс. Biol. Психиатрия 67, 117-124. 10.1016 / j.biopsych.2009.08.025 [PubMed] [Крест Ref]
  • Hamani C., Machado DC, Hipólide DC, Dubiela FP, Suchecki D., Macedo CE, et al. , (2012). Глубокая стимуляция мозга меняет анахоническое поведение в хронической модели депрессии: роль нейротрофического фактора серотонина и мозга. Biol. Психиатрия 71, 30-35. 10.1016 / j.biopsych.2011.08.025 [PubMed] [Крест Ref]
  • Han X., Chow BY, Zhou H., Klapoetke NC, Chuong A., Rajimehr R., et al. , (2011). Оптический нейронный глушитель с высокой светочувствительностью: разработка и применение оптогенетического контроля коры приматов, отличных от человека. Фронт. Сист. Neurosci. 5: 18. 10.3389 / fnsys.2011.00018 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Хан Х., Цянь Х., Бернштейн Дж. Г., Чжоу Х.Х., Францези Г.Т., Штерн П. и др. , (2009). Миллисекундный оптический контроль нейронной динамики в мозге нечеловеческого примата. Neuron 62, 191-198. 10.1016 / j.neuron.2009.03.011 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Слушание MC, Zink AN, Wickman K. (2012). Кокаин-индуцированные адаптации в метаботропной ингибирующей сигнализации в мезокортиколимбической системе. Rev. Neurosci. 23, 325-351. 10.1515 / revneuro-2012-0045 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Heidbreder CA, Groenewegen HJ (2003). Медиальная префронтальная кора в крысе: свидетельство дорсо-вентрального различия, основанного на функциональных и анатомических характеристиках. Neurosci. Biobehav. Rev. 27, 555-579. 10.1016 / j.neubiorev.2003.09.003 [PubMed] [Крест Ref]
  • Hogarth L., Balleine BW, Corbit LH, Killcross S. (2013). Ассоциативные механизмы обучения, лежащие в основе перехода от использования рекреационных наркотиков к наркомании. Энн. NY Acad. Sci. 1282, 12-24. 10.1111 / j.1749-6632.2012.06768.x [PubMed] [Крест Ref]
  • Hoover WB, Vertes RP (2007). Анатомический анализ афферентных проекций на медиальную префронтальную кору головного мозга крысы. Мозговая структура. Функцион. 212, 149-179. 10.1007 / s00429-007-0150-4 [PubMed] [Крест Ref]
  • Hübner C., Bosch D., Gall A., Lüthi A., Ehrlich I. (2014). Ex vivo диссекция оптогенетически активированных mPFC и входов гиппокампа в нейроны в базалатеральной миндалине: последствия для страха и эмоциональной памяти. Фронт. Behav. Neurosci. 8: 64. 10.3389 / fnbeh.2014.00064 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Humeau Y., Herry C., Kemp N., Shaban H., Fourcaudot E., Bissiere S., et al. , (2005). Дендритная гетерогенность позвоночника определяет афферент-специфическую пластичность геббиса в миндалине. Neuron 45, 119-131. 10.1016 / j.neuron.2004.12.019 [PubMed] [Крест Ref]
  • Hyman SE (2005). Наркомания: болезнь обучения и памяти. Am. J. Психиатрия 162, 1414-1422. 10.1176 / appi.ajp.162.8.1414 [PubMed] [Крест Ref]
  • Hyman SE, Malenka RC, Nestler EJ (2006). Нейронные механизмы зависимости: роль обучения, связанного с наградами, и памяти. Annu. Rev. Neurosci. 29, 565-598. 10.1146 / annurev.neuro.29.051605.113009 [PubMed] [Крест Ref]
  • Isaac JT, Ashby M., McBain CJ (2007). Роль субъединицы GluR2 в функции рецептора AMPA и синаптической пластичности. Neuron 54, 859-871. 10.1016 / j.neuron.2007.06.001 [PubMed] [Крест Ref]
  • Jazayeri M., Lindbloom-Brown Z., Horwitz GD (2012). Скачкообразные движения глаз, вызванные оптогенетической активацией приматов V1. Туземный Neurosci. 15, 1368-1370. 10.1038 / nn.3210 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Ji G., Neugebauer V. (2012). Модуляция медиальной префронтальной кортикальной активности с использованием in vivo-записей и оптогенетики. Mol. Мозг 5: 36. 10.1186 / 1756-6606-5-36 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Джон ЭР (2002). Нейрофизика сознания. Brain Res. Brain Res. Rev. 39, 1-28. 10.1016 / s0165-0173 (02) 00142-x [PubMed] [Крест Ref]
  • Kalivas PW (2009). Гипотеза глютамата гомеостаза о склонности. Туземный Rev. Neurosci. 10, 561-572. 10.1038 / nrn2515 [PubMed] [Крест Ref]
  • Kalivas PW, O'Brien C. (2008). Наркомания как патология поэтапной нейропластичности. Нейропсихофармакология 33, 166-180. 10.1038 / sj.npp.1301564 [PubMed] [Крест Ref]
  • Kalivas PW, Volkow ND (2005). Нейронная основа зависимости: патология мотивации и выбора. Am. J. Психиатрия 162, 1403-1413. 10.1176 / appi.ajp.162.8.1403 [PubMed] [Крест Ref]
  • Kalivas PW, Volkow N., Seamans J. (2005). Неуправляемая мотивация при наркомании: патология при передаче глутамата префронталь-апфбенса. Neuron 45, 647-650. 10.1016 / j.neuron.2005.02.005 [PubMed] [Крест Ref]
  • Killcross S., Coutureau E. (2003). Координация действий и привычек в медиальной префронтальной коре крыс. Cereb. Cortex 13, 400-408. 10.1093 / cercor / 13.4.400 [PubMed] [Крест Ref]
  • Kim J., Ghim JW, Lee JH, Jung MW (2013). Нейронные корреляции интервальных сроков в префронтальной коре грызунов. J. Neurosci. 33, 13834-13847. 10.1523 / JNEUROSCI.1443-13.2013 [PubMed] [Крест Ref]
  • Klein J., Winter C., Coquery N., Heinz A., Morgenstern R., Kupsch A., et al. , (2010). Поражение медиальной префронтальной коры и субталамического ядра выборочно влияет на депрессионное поведение у крыс. Behav. Brain Res. 213, 73-81. 10.1016 / j.bbr.2010.04.036 [PubMed] [Крест Ref]
  • Кенигс М., Графман Дж. (2009). Функциональная нейроанатомия депрессии: различные роли вентромедиальной и дорсолатеральной префронтальной коры. Behav. Brain Res. 201, 239-243. 10.1016 / j.bbr.2009.03.004 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Koya E., Uejima JL, Wihbey KA, Bossert JM, Hope BT, Shaham Y. (2009). Роль вентральной медиальной префронтальной коры в инкубации кокаиновой тяги. Нейрофармакология 56 (комплект 1), 177-185. 10.1016 / j.neuropharm.2008.04.022 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Kumar S., Black SJ, Hultman R., Szabo ST, Demaio KD, Du J. и др. , (2013). Корковый контроль аффективных сетей. J. Neurosci. 33, 1116-1129. 10.1523 / JNEUROSCI.0092-12.2013 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Квициани Д., Ранаде С., Хангья Б., Танигучи Х., Хуан Дж., Кепек А. (2013). Четкие поведенческие и сетевые корреляции двух типов интернейронов в префронтальной коре. Природа 498, 363-366. 10.1038 / nature12176 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • LaLumiere RT, Kalivas PW (2008). Выделение глутамата в ядре прилегающего ядра необходимо для поиска героина. J. Neurosci. 28, 3170-3177. 10.1523 / JNEUROSCI.5129-07.2008 [PubMed] [Крест Ref]
  • LaLumiere RT, Niehoff KE, Kalivas PW (2010). Интралимическая кора регулирует консолидацию исчезновения после самообслуживания кокаина. Учить. Памятная записка 17, 168-175. 10.1101 / lm.1576810 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Lammel S., Tye KM, Warden MR (2014). Прогресс в понимании расстройств настроения: оптогенетическая диссекция нейронных цепей. Гены Brain Behav. 13, 38-51. 10.1111 / gbb.12049 [PubMed] [Крест Ref]
  • Land BB, Narayanan NS, Liu RJ, Gianessi CA, Brayton CE, Grimaldi DM и др. , (2014). Медиальные префронтальные нейроны дофамина D1 контролируют потребление пищи. Туземный Neurosci. 17, 248-253. 10.1038 / nn.3625 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • LeDoux JE (2000). Эмоциональные схемы в мозге. Annu. Rev. Neurosci. 23, 155-184. 10.1146 / annurev.neuro.23.1.155 [PubMed] [Крест Ref]
  • Lee AT, Gee SM, Vogt D., Patel T., Rubenstein JL, Sohal VS (2014a). Пирамидальные нейроны в префронтальной коре получают субтипные формы возбуждения и торможения. Neuron 81, 61-68. 10.1016 / j.neuron.2013.10.031 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Lee HM, Giguere PM, Roth BL (2014b). DREADDs: новые инструменты для открытия и развития лекарств. Диск лекарств. Сегодня 19, 469-473. 10.1016 / j.drudis.2013.10.018 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Lee AT, Vogt D., Rubenstein JL, Sohal VS (2014c). Класс ГАМКергических нейронов в префронтальной коре посылает дальние проекции на ядро ​​accumbens и вызывает острое поведение избегания. J. Neurosci. 34, 11519-11525. 10.1523 / JNEUROSCI.1157-14.2014 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Льюис Д.А., Хашимото Т., Волк Д.В. (2005). Корковые тормозные нейроны и шизофрения. Туземный Rev. Neurosci. 6, 312-324. 10.1038 / nrn1648 [PubMed] [Крест Ref]
  • Lisman J. (2012). Возбуждение, торможение, локальные колебания или крупномасштабные циклы: что вызывает симптомы шизофрении? Тек. ОПИН. Neurobiol. 22, 537-544. 10.1016 / j.conb.2011.10.018 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Маленький JP, Carter AG (2012). Субклеточная синаптическая связь слоев пирамидальных нейронов 2 в медиальной префронтальной коре. J. Neurosci. 32, 12808-12819. 10.1523 / JNEUROSCI.1616-12.2012 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Маленький JP, Carter AG (2013). Синаптические механизмы, лежащие в основе сильной взаимной связи между медиальной префронтальной корой и базалатеральной амигдалой. J. Neurosci. 33, 15333-15342. 10.1523 / JNEUROSCI.2385-13.2013 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Лю X., Рамирес С., Панг ПТ, Пьюрич ЦБ, Говиндараджан А., Дейссерот К. и др. , (2012). Оптогенетическая стимуляция инграмм гиппокампа активирует воспоминание памяти о страхе. Природа 484, 381-385. 10.1038 / nature11028 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Lobo MK, Covington HE, 3rd, Chaudhury D., Friedman AK, Sun H., Damez-Werno D., et al. , (2010). Снижение типа BDNF по типу сотового типа имитирует оптогенетический контроль вознаграждения кокаина. Наука 330, 385-390. 10.1126 / science.1188472 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Lobo MK, Karsten SL, Gray M., Geschwind DH, Yang XW (2006). Профилирование FACS-массивов подтипов нейронов протиральных нейронов у молодых и взрослых мышей. Туземный Neurosci. 9, 443-452. 10.1038 / nn1654 [PubMed] [Крест Ref]
  • Lobo MK, Nestler EJ, Covington HE, 3rd (2012). Потенциальная полезность оптогенетики при изучении депрессии. Biol. Психиатрия 71, 1068-1074. 10.1016 / j.biopsych.2011.12.026 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Lobo MK, Zaman S., Damez-Werno DM, Koo JW, Bagot RC, DiNieri JA, et al. , (2013). Индукция ΔFosB в полосатой среде подколины нейлонов шпионов в ответ на хронические фармакологические, эмоциональные и оптогенетические стимулы. J. Neurosci. 33, 18381-18395. 10.1523 / JNEUROSCI.1875-13.2013 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Lubbers BR, van Mourik Y., Schetters D., Smit AB, De Vries TJ, Spijker S. (2014). Префронтальная гамма-аминомасляная кислота типа рецепторная вставка контролирует вызванный кией рецидив к поиску никотина. Biol. Психиатрия 76, 750-758. 10.1016 / j.biopsych.2014.02.001 [PubMed] [Крест Ref]
  • Luján R., Marron Fernandez de Velasco E., Aguado C., Wickman K. (2014). Новое понимание терапевтического потенциала каналов Гирка. Тенденции Neurosci. 37, 20-29. 10.1016 / j.tins.2013.10.006 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Lüscher C., Huber KM (2010). Группа 1 mGluR-зависимая синаптическая долгосрочная депрессия: механизмы и последствия для схем и болезней. Neuron 65, 445-459. 10.1016 / j.neuron.2010.01.016 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Ma YY, Lee BR, Wang X., Guo C., Liu L., Cui R., et al. , (2014). Двунаправленная модуляция инкубации кокаиновой тяги путем тихоокеанского ремоделирования префронтальной коры головного мозга с учетом синуситальных прогнозов. Neuron 83, 1453-1467. 10.1016 / j.neuron.2014.08.023 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Махар И., Бамбико Ф.Р., Мечавар Н., Нобрега Дж. Н. (2014). Стресс, серотонин и гиппокампальный нейрогенез в отношении депрессии и антидепрессантов. Neurosci. Biobehav. Rev. 38, 173-192. 10.1016 / j.neubiorev.2013.11.009 [PubMed] [Крест Ref]
  • Maren S., Phan KL, Liberzon I. (2013). Контекстный мозг: последствия для обуздания страха, исчезновения и психопатологии. Туземный Rev. Neurosci. 14, 417-428. 10.1038 / nrn3492 [PubMed] [Крест Ref]
  • Martín-García E., Courtin J., Renault P., Fiancette JF, Wurtz H., Simonnet A., et al. , (2014). Частота самообслуживания кокаина влияет на поиск лекарств у крыс: оптогенетические данные о роли предлимбической коры. Нейропсихофармакология 39, 2317-2330. 10.1038 / npp.2014.66 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Mattis J., Tye KM, Ferenczi EA, Ramakrishnan C., O'Shea DJ, Prakash R., et al. , (2012). Принципы применения оптико-волоконных инструментов, полученных на основе прямого сравнительного анализа микробных опсинов. Туземный Методы 9, 159-172. 10.1038 / nmeth.1808 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Mayberg HS, Lozano AM, Voon V., McNeely HE, Seminowicz D., Hamani C., et al. , (2005). Глубокая стимуляция мозга для лечения резистентной депрессии. Neuron 45, 651-660. 10.1016 / j.neuron.2005.02.014 [PubMed] [Крест Ref]
  • McFarland K., Lapish CC, Kalivas PW (2003). Префронтальное высвобождение глутамата в ядро ​​ядра accumbens обеспечивает кокаин-индуцированное восстановление поведения, связанного с наркотиками. J. Neurosci. 23, 3531-3537. [PubMed]
  • McLaughlin J., см. RE (2003). Селективная инактивация дорсомедиальной префронтальной коры и базалатеральной миндалины ослабляет обусловленное восстановление потушенного поведения кокаина у крыс. Психофармакология (Berl) 168, 57-65. 10.1007 / s00213-002-1196-x [PubMed] [Крест Ref]
  • Мейер-Линденберг А. (2010). От карт до механизмов посредством нейровизуализации шизофрении. Природа 468, 194-202. 10.1038 / nature09569 [PubMed] [Крест Ref]
  • Milad MR, Quirk GJ (2002). Нейроны в медиальной префронтальной сигнальной памяти коры для страха исчезновения. Природа 420, 70-74. 10.1038 / nature01138 [PubMed] [Крест Ref]
  • Milad MR, Quirk GJ (2012). Исчезновение страха как модель трансляционной нейронауки: десять лет прогресса. Annu. Преподобный психол. 63, 129-151. 10.1146 / annurev.psych.121208.131631 [PubMed] [Крест Ref]
  • Miller EK, Cohen JD (2001). Интегрирующая теория функции префронтальной коры. Annu. Rev. Neurosci. 24, 167-202. 10.1146 / annurev.neuro.24.1.167 [PubMed] [Крест Ref]
  • Morgan MA, LeDoux JE (1995). Дифференциальный вклад дорсальной и вентральной медиальной префронтальной коры в приобретение и вымирание условного страха у крыс. Behav. Neurosci. 109, 681-688. 10.1037 // 0735-7044.109.4.681 [PubMed] [Крест Ref]
  • Murrough JW, Iacoviello B., Neumeister A., ​​Charney DS, Iosifescu DV (2011). Познавательная дисфункция в депрессии: нейроциркулятор и новые терапевтические стратегии. Neurobiol. Учить. Памятная записка 96, 553-563. 10.1016 / j.nlm.2011.06.006 [PubMed] [Крест Ref]
  • Narayanan NS, Land BB, Solder JE, Deisseroth K., DiLeone RJ (2012). Для временного контроля требуется префронтальная сигнализация DOPNUMX допамина. Proc. Natl. Акад. Sci. США 1, 109-20726. 20731 / pnas.10.1073 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Nestler EJ, Hyman SE (2010). Модели животных нейропсихиатрических расстройств. Туземный Neurosci. 13, 1161-1169. 10.1038 / nn.2647 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Pascoli V., Terrier J., Espallergues J., Valjent E., O'Connor EC, Lüscher C. (2014). Контрастные формы кокаино-вызванных компонентов контроля пластичности рецидива. Природа 509, 459-464. 10.1038 / nature13257 [PubMed] [Крест Ref]
  • Pascoli V., Turiault M., Lüscher C. (2012). Сторнирование вызванного кокаином синаптического потенцирования сбрасывает индуцированное лекарством адаптивное поведение. Природа 481, 71-75. 10.1038 / nature10709 [PubMed] [Крест Ref]
  • Пелед А. (2011). Оптогенетический нейронный контроль при шизофрении. Med. Гипотезы 76, 914-921. 10.1016 / j.mehy.2011.03.009 [PubMed] [Крест Ref]
  • Peters J., Kalivas PW, Quirk GJ (2009). Схемы экстинкции для страха и склонности перекрываются в префронтальной коре. Учить. Памятная записка 16, 279-288. 10.1101 / lm.1041309 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Peters J., LaLumiere RT, Kalivas PW (2008). Префронтальная кору головного мозга нарушает ответственность за подавление кокаина, ищущего у тушащихся крыс. J. Neurosci. 28, 6046-6053. 10.1523 / JNEUROSCI.1045-08.2008 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Peters J., Pattij T., De Vries TJ (2013). Ориентация кокаина и воспоминаний героина: расходящиеся роли в предродовой коре головного мозга. Тенденции Фармакол. Sci. 34, 689-695. 10.1016 / j.tips.2013.10.004 [PubMed] [Крест Ref]
  • Петряну Л., Хубер Д., Собчик А., Свобода К. (2007). Channelrhodopsin-2-вспомогательное схематическое отображение длинноволновых каллозальных проекций. Туземный Neurosci. 10, 663-668. 10.1038 / nn1891 [PubMed] [Крест Ref]
  • Ralph RJ, Varty GB, Kelly MA, Wang YM, Caron MG, Rubinstein M., et al. , (1999). Дофамин D2, но не D3 или D4, рецепторный подтип необходим для нарушения ингибирования предымпульса, продуцируемого амфетамином у мышей. J. Neurosci. 19, 4627-4633. [PubMed]
  • Рамос Б.П., Старк Д., Вердуско Л., Ван Дейк Ч., Арнстен А.Ф. (2006). Стимуляция Alpha2A-адренорецепторов улучшает префронтальную регуляцию поведения коры при подавлении сигналов цАМФ у пожилых животных. Учить. Памятная записка 13, 770-776. 10.1101 / lm.298006 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Robbins TW, Roberts AC (2007). Дифференциальное регулирование фронто-исполнительной функции моноаминами и ацетилхолином. Cereb. Cortex 17 (комплект 1), i151-i160. 10.1093 / cercor / bhm066 [PubMed] [Крест Ref]
  • Robinson TE, Berridge KC (1993). Нейронная основа тяги к наркотикам: теория склонности к сенсибилизации. Brain Res. Brain Res. Rev. 18, 247-291. 10.1016 / 0165-0173 (93) 90013-p [PubMed] [Крест Ref]
  • Rogers JL, Ghee S., См. RE (2008). Нейронные схемы, основанные на восстановлении поведения, вызванного героином, на животной модели рецидива. Neuroscience 151, 579-588. 10.1016 / j.neuroscience.2007.10.012 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Romanski LM, Tian B., Fritz J., Mishkin M., Goldman-Rakic ​​PS, Rauschecker JP (1999). Двойные потоки слуховых афферентов нацелены на множественные домены в префронтальной коре примата. Туземный Neurosci. 2, 1131-1136. 10.1038 / 16056 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Ross CA, Марголис Р.Л., Рединг С.А., Плетников М., Койл Дж. Т. (2006). Нейробиология шизофрении. Neuron 52, 139-153. 10.1016 / j.neuron.2006.09.015 [PubMed] [Крест Ref]
  • Rossetti ZL, Carboni S. (2005). Повышение норадреналина и допамина в префронтальной коре крысы в ​​пространственной рабочей памяти. J. Neurosci. 25, 2322-2329. 10.1523 / jneurosci.3038-04.2005 [PubMed] [Крест Ref]
  • Росси М.А., Айрапетян В.Ю., Маймон Б., Мак К., Дже Х.С., Инь Х.Х. (2012). Префронтальные кортикальные механизмы, лежащие в основе задержки чередования у мышей. J. Neurophysiol. 108, 1211-1222. 10.1152 / jn.01060.2011 [PubMed] [Крест Ref]
  • Sartorius A., Kiening KL, Kirsch P., Von Gall CC, Haberkorn U., Unterberg AW, et al. , (2010). Ремиссия крупной депрессии при глубоком стимуляции мозга боковой лабиной у пациента с рефрактерной терапией. Biol. Психиатрия 67, e9-e11. 10.1016 / j.biopsych.2009.08.027 [PubMed] [Крест Ref]
  • Seamans JK, Ян CR (2004). Основные особенности и механизмы модуляции допамина в префронтальной коре. Prog. Neurobiol. 74, 1-58. 10.1016 / j.pneurobio.2004.05.006 [PubMed] [Крест Ref]
  • Seeman P., Kapur S. (2000). Шизофрения: больше допамина, больше рецепторов D2. Proc. Natl. Акад. Sci. США 97, 7673-7675. 10.1073 / pnas.97.14.7673 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Seif T., Chang SJ, Simms JA, Gibb SL, Dadgar J., Chen BT, et al. , (2013). Кортикальная активация активных антигиперчувствительных бактерий accumbens, опосредующих устойчивость к отторжению алкоголя. Туземный Neurosci. 16, 1094-1100. 10.1038 / nn.3445 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Sesack SR, Deutch AY, Roth RH, Bunney BS (1989). Топографическая организация эфферентных проекций медиальной префронтальной коры на крысе: исследование антероградной трассировки трахеи с лейкоагглютинином Phaseolus vulgaris. J. Comp. Neurol. 290, 213-242. 10.1002 / cne.902900205 [PubMed] [Крест Ref]
  • Sheline YI, Price JL, Yan Z., Mintun MA (2010). Функциональная МРТ в состоянии покоя в депрессии размахивает увеличением связи между сетями через дорсальную связь. Proc. Natl. Акад. Sci. США 107, 11020-11025. 10.1073 / pnas.1000446107 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Шенхав А., Ботвиник М.М. (2013). Мотивированное действие: новый свет на префронтально-нейромодуляторных схемах. Тек. Biol. 23, R161-R163. 10.1016 / j.cub.2012.12.028 [PubMed] [Крест Ref]
  • Sierra-Mercado D., Padilla-Coreano N., Quirk GJ (2011). Диссоциативная роль предлимбической и инфралимической коре, вентрального гиппокампа и базалатеральной миндалины в выражении и вымирании условного страха. Нейропсихофармакология 36, 529-538. 10.1038 / npp.2010.184 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Slattery DA, Neumann ID, Cryan JF (2011). Переходная инактивация инфралимической коры индуцирует антидепрессанты у крыс. J. Psychopharmacol. 25, 1295-1303. 10.1177 / 0269881110368873 [PubMed] [Крест Ref]
  • Smith KS, Graybiel AM (2013). Представление двойного оператора о привычном поведении, отражающее динамику коры и полосатого тела. Neuron 79, 361-374. 10.1016 / j.neuron.2013.07.032 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Smith KS, Virkud A., Deisseroth K., Graybiel AM (2012). Реверсивный онлайн-контроль привычного поведения с помощью оптико-энцефалического возмущения медиальной префронтальной коры. Proc. Natl. Акад. Sci. США 109, 18932-18937. 10.1073 / pnas.1216264109 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Sohal VS (2012). Анализ кортикальных колебаний, возникающих в результате оптико-генетических исследований. Biol. Психиатрия 71, 1039-1045. 10.1016 / j.biopsych.2012.01.024 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Сохал В.С., Чжан Ф., Йижар О., Дейссерот К. (2009). Парвальбуминовые нейроны и гамма-ритмы усиливают эффективность кортикальной цепи. Природа 459, 698-702. 10.1038 / nature07991 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Southwick SM, Vythilingam M., Charney DS (2005). Психобиология депрессии и устойчивость к стрессу: последствия для профилактики и лечения. Annu. Rev. Clin. Psychol. 1, 255-291. 10.1146 / annurev.clinpsy.1.102803.143948 [PubMed] [Крест Ref]
  • Sparta DR, Hovelsø N., Mason AO, Kantak PA, Ung RL, Decot HK, et al. , (2014). Активация префронтальных суррогатов параквальбина кортикального сустава способствует вымиранию поведения, направленного на поощрение. J. Neurosci. 34, 3699-3705. 10.1523 / jneurosci.0235-13.2014 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Sparta DR, Stamatakis AM, Phillips JL, Hovelso N., Van Zessen R., Stuber GD (2012). Конструкция имплантируемых оптических волокон для долговременной оптико-электронной манипуляции нейронными цепями. Туземный Protoc. 7, 12-23. 10.1038 / nprot.2011.413 [PubMed] [Крест Ref]
  • Стефаник М.Т., Каливас П.В. (2013). Оптогенетическая диссекция базолатеральных прогнозов на миндалевидную клетку при восстановлении кокаина при регенерации кокаина. Фронт. Behav. Neurosci. 7: 213. 10.3389 / fnbeh.2013.00213 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Stefanik MT, Moussawi K., Kupchik YM, Smith KC, Miller RL, Huff ML, et al. , (2013). Оптогенетическое торможение кокаина в поисках крыс. Addict. Biol. 18, 50-53. 10.1111 / j.1369-1600.2012.00479.x [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Steinberg EE, Christoffel DJ, Deisseroth K., Malenka RC (2014). Осветительные схемы, относящиеся к психическим расстройствам с оптогенетикой. Тек. ОПИН. Neurobiol. 30C, 9-16. 10.1016 / j.conb.2014.08.004 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Sternson SM, Roth BL (2014). Хемогенетические инструменты для опроса функций мозга. Annu. Rev. Neurosci. 37, 387-407. 10.1146 / annurev-neuro-071013-014048 [PubMed] [Крест Ref]
  • Stuber GD, Sparta DR, Stamatakis AM, Van Leeuwen WA, Hardjoprajitno JE, Cho S., et al. , (2011). Возбудительная передача от миндалины к ядру accumbens облегчает поиск вознаграждений. Природа 475, 377-380. 10.1038 / nature10194 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Suska A., Lee BR, Huang YH, Dong Y., Schlüter OM (2013). Селективное пресинаптическое усиление префронтальной коры к ядру приспосабливает путь кокаином. Proc. Natl. Акад. Sci. США 110, 713-718. 10.1073 / pnas.1206287110 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Tiffany ST, Conklin CA (2000). Модель когнитивной обработки алкогольной тяги и принудительного употребления алкоголя. Наркомания 95 (комплект 2), S145-S153. 10.1046 / j.1360-0443.95.8s2.3.x [PubMed] [Крест Ref]
  • Touriño C., Eban-Rothschild A., de Lecea L. (2013). Оптогенетика при психических заболеваниях. Тек. ОПИН. Neurobiol. 23, 430-435. 10.1016 / j.conb.2013.03.007 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Treadway MT, Buckholtz JW, Zald DH (2013). Воспринимаемое напряжение предсказывает измененную обработку обратной связи и потери обратной связи в медиальной префронтальной коре. Фронт. Hum. Neurosci. 7: 180. 10.3389 / fnhum.2013.00180 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Treadway MT, Zald DH (2011). Переосмысление анхедонии в депрессии: уроки трансляционной нейронауки. Neurosci. Biobehav. Rev. 35, 537-555. 10.1016 / j.neubiorev.2010.06.006 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Тай КМ, Дейссерот К. (2012). Оптогенетическое исследование нейронных схем, лежащих в основе болезни мозга на моделях животных. Туземный Rev. Neurosci. 13, 251-266. 10.1038 / nrn3171 [PubMed] [Крест Ref]
  • Tzschentke TM (2001). Фармакология и поведенческая фармакология мезокортикальной дофаминовой системы. Prog. Neurobiol. 63, 241-320. 10.1016 / s0301-0082 (00) 00033-2 [PubMed] [Крест Ref]
  • Uhlhaas PJ, Singer W. (2006). Нейронная синхронность в нарушениях головного мозга: актуальность для когнитивных дисфункций и патофизиологии. Neuron 52, 155-168. 10.1016 / j.neuron.2006.09.020 [PubMed] [Крест Ref]
  • Uhlhaas PJ, Singer W. (2010). Аномальные нейронные колебания и синхронность при шизофрении. Туземный Rev. Neurosci. 11, 100-113. 10.1038 / nrn2774 [PubMed] [Крест Ref]
  • Uhlhaas PJ, Haenschel C., Nikolić D., Singer W. (2008). Роль колебаний и синхронности в корковых сетях и их предполагаемая значимость для патофизиологии шизофрении. Schizophr. Bull. 34, 927-943. 10.1093 / schbul / sbn062 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Uylings HB, Groenewegen HJ, Kolb B. (2003). У крыс есть префронтальная кора? Behav. Brain Res. 146, 3-17. 10.1016 / j.bbr.2003.09.028 [PubMed] [Крест Ref]
  • Van den Oever MC, Rotaru DC, Heinsbroek JA, Gouwenberg Y., Deisseroth K., Stuber GD, et al. , (2013). Вентромедиальные префронтальные пирамидальные клетки коры имеют временную динамическую роль в отозвании и вымирании памяти, связанной с кокаином. J. Neurosci. 33, 18225-18233. 10.1523 / jneurosci.2412-13.2013 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Van den Oever MC, Spijker S., Smit AB, De Vries TJ (2010). Механизмы пластичности префронтальной коры при поиске лекарств и рецидиве. Neurosci. Biobehav. Rev. 35, 276-284. 10.1016 / j.neubiorev.2009.11.016 [PubMed] [Крест Ref]
  • Veerakumar A., ​​Challis C., Gupta P., Da J., Upadhyay A., Beck SG, et al. , (2014). Антидепрессантные эффекты кортикальной стимуляции глубокого мозга совпадают с про-нейропластическими адаптациями серотониновых систем. Biol. Психиатрия 76, 203-212. 10.1016 / j.biopsych.2013.12.009 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Vertes RP (2004). Дифференциальные проекции инфралимической и предлимпийской коры в крысе. Synapse 51, 32-58. 10.1002 / syn.10279 [PubMed] [Крест Ref]
  • Vertes RP (2006). Взаимодействие медиальной префронтальной коры, гиппокампа и талисмальной линии средней линии в эмоциональной и когнитивной обработке у крысы. Neuroscience 142, 1-20. 10.1016 / j.neuroscience.2006.06.027 [PubMed] [Крест Ref]
  • Vialou V., Bagot RC, Cahill ME, Ferguson D., Robison AJ, Dietz DM и др. , (2014). Префронтальная кортикальная цепь для депрессивного и тревожного поведения, опосредованная холецистокинином: роль ΔFosB. J. Neurosci. 34, 3878-3887. 10.1523 / jneurosci.1787-13.2014 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Volman I., Roelofs K., Koch S., Verhagen L., Toni I. (2011). Превращение передней префронтальной коры нарушает контроль над социальными эмоциональными действиями. Тек. Biol. 21, 1766-1770. 10.1016 / j.cub.2011.08.050 [PubMed] [Крест Ref]
  • Voorn P., Vanderschuren LJ, Groenewegen HJ, Robbins TW, Pennartz CM (2004). Помещение спина на дорзально-вентральном отделе полосатого тела. Тенденции Neurosci. 27, 468-474. 10.1016 / j.tins.2004.06.006 [PubMed] [Крест Ref]
  • Ван X., Карлен М. (2012). Оптогенетическая диссекция кортикальной обработки информации - сияющий свет при шизофрении. Brain Res. 1476, 31-37. 10.1016 / j.brainres.2012.04.015 [PubMed] [Крест Ref]
  • Warden MR, Selimbeyoglu A., Mirzabekov JJ, Lo M., Thompson KR, Kim SY, et al. , (2012). Префронтальная проекция нейрональной коры головного мозга, которая контролирует реакцию на поведенческую проблему. Природа 492, 428-432. 10.1038 / nature11617 [PubMed] [Крест Ref]
  • Willcocks AL, McNally GP (2013). Роль медиальной префронтальной коры в вымирании и восстановлении алкогольной зависимости у крыс. Евро. J. Neurosci. 37, 259-268. 10.1111 / ejn.12031 [PubMed] [Крест Ref]
  • Willner P., Scheel-Kruger J., Belzung C. (2013). Нейробиология депрессии и антидепрессивного действия. Neurosci. Biobehav. Rev. 37, 2331-2371. 10.1016 / j.neubiorev.2012.12.007 [PubMed] [Крест Ref]
  • Всемирная организация здравоохранения (2012). Лист депрессии № 290. Доступно в Интернете по адресу: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs369/en/, Доступен в августе 21, 2014.
  • Йижар О. (2012). Оптогенетическое понимание социальной функции поведения. Biol. Психиатрия 71, 1075-1080. 10.1016 / j.biopsych.2011.12.029 [PubMed] [Крест Ref]
  • Yizhar O., Fenno LE, Davidson TJ, Mogri M., Deisseroth K. (2011a). Оптогенетика в нейронных системах. Neuron 71, 9-34. 10.1016 / j.neuron.2011.06.004 [PubMed] [Крест Ref]
  • Yizhar O., Fenno LE, Prigge M., Schneider F., Davidson TJ, O'shea DJ, et al. , (2011b). Неокортикальный баланс возбуждения / торможения при обработке информации и социальной дисфункции. Природа 477, 171-178. 10.1038 / nature10360 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Zhang Z., Cordeiro Matos S., Jego S., Adamantidis A., Seguela P. (2013). Норадреналин переносит стойкую активность в префронтальной коре с помощью синергических адренорецепторов alpha1 и alpha2. PLoS One 8: e66122. 10.1371 / journal.pone.0066122 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]
  • Zhang F., Gradinaru V., Adamantidis AR, Durand R., Airan RD, de Lecea L., et al. , (2010). Оптогенетический опрос нейронных цепей: технология зондирования структур мозга млекопитающих. Туземный Protoc. 5, 439-456. 10.1038 / nprot.2009.226 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Крест Ref]