Biologické substráty odmien a odporu: hypotéza aktivity nucleus accumbens (2009)

A. Farmakologický dôkaz

Je dobre známe, že drogy zneužívania (Di Chiara a Imperato, 1988) a prírodné odmeny (Fibiger a kol., 1992; Pfaus, 1999; Kelley, 2004) majú spoločný účinok zvýšenia extracelulárnych koncentrácií dopamínu v NAc. Okrem toho lézie NAc znižujú odmeňujúce účinky stimulancií a opiátov (Roberts a kol., 1980; Kelsey a kol., 1989). Farmakologické štúdie u potkanov (napr. Caine a kol., 1999) a opíc (napr. Caine a kol., 2000) naznačujú, že funkcia receptora podobného D2 hrá rozhodujúcu úlohu v odmene. Avšak štúdie, ktoré zahŕňali priamu mikroinfúziu liekov do tejto oblasti, poskytli najsilnejší dôkaz jej úlohy v odmeňovaní štátov. Napríklad potkany si sami podajú dopamín uvoľňujúci prostriedok amfetamín priamo do NAc (Hoebel a kol., 1983), čo dokazuje zosilňujúce účinky zvyšujúce extracelulárny dopamín v tejto oblasti. Potkany si tiež sami podajú inhibítor spätného vychytávania dopamínu kokaín do NAc, hoci tento účinok je prekvapivo slabý v porovnaní s účinkom amfetamínu (Carlezon a kol., 1995). Toto pozorovanie viedlo k špekuláciám, že odmeňujúce účinky kokaínu sú sprostredkované mimo NAc, v oblastiach vrátane čuchového tuberkulóru (Ikemoto, 2003). Potkany však budú ochotne aplikovať inhibítor spätného vychytávania dopamínu nomifensín do NAc (Carlezon a kol., 1995), čo naznačuje, že lokálne anestetické vlastnosti kokaínu komplikujú štúdie, v ktorých sa liek aplikuje priamo na neuróny. Spoločná infúzia dopamínového D2-selektívneho antagonistu sulpiridu zoslabuje intrakraniálne samopodávanie nomifensínu, čo poukazuje na kľúčovú úlohu receptorov podobných D2 v odmeňujúcich účinkoch intrainfekčných infúzií tohto lieku. Keď sa posudzujú spolu s dôkazmi z rôznych iných štúdií (na preskúmanie, pozri Rompré a Wise, 1989), tieto štúdie sú úplne v súlade s teóriami prevládajúcimi v 1980e, že dopamínové akcie v NAc hrajú nevyhnutnú a dostatočnú úlohu v odmeňovaní a motivácii ,

Aj keď je málo kontroverzie, že dopamínové akcie v NAc sú dostatočné na odmenu, iná práca začala spochybňovať predstavu, že sú potrebné. Napríklad potkany si sami podajú morfín priamo do NAc (Olds, 1982), ďaleko od spúšťacej zóny (VTA), v ktorej liek pôsobí na zvýšenie extracelulárneho dopamínu v NAc (Leone a kol., 1991; Johnson a Sever, 1992). Vzhľadom na to, že opioidné receptory μ- a δ sú umiestnené priamo na NAc MSN (Mansour a kol., 1995), tieto údaje boli prvé, ktoré naznačujú, že odmena môže byť vyvolaná udalosťami, ktoré nastali súbežne s (alebo po prúde) udalosťami vyvolanými dopamínom. Potkany budú tiež podávať fencyklidín (PCP), komplexný liek, ktorý je inhibítorom spätného vychytávania dopamínu a nekompetitívnym antagonistom NMDA, priamo do NAc (Carlezon a Wise, 1996). Z dvoch dôkazov vyplýva, že tento účinok nie je závislý od dopamínu. Po prvé, intrakraniálne samopodanie PCP nie je ovplyvnené spoločnou infúziou dopamínového D2-selektívneho antagonistu sulpiridu; a po druhé, potkany si sami podajú iné nekompetitívne (MK-801) alebo kompetitívne (CPP) NMDA antagonisty bez priamych účinkov na dopamínové systémy priamo do NAc (Carlezon a Wise, 1996). Tieto údaje poskytli včasné dôkazy o tom, že blokáda receptorov NMDA v NAc je dostatočná na odmeňovanie a predĺženie odmeny môže byť nezávislé od dopamínu. Očakáva sa, že blokáda receptorov NMDA povedie k celkovému zníženiu excitability NAc MSN bez ovplyvnenia východiskového excitačného vstupu sprostredkovaného receptormi AMPA (Uchimura a kol., 1989; Pennartz a kol. 1990). Dôležité je, že potkany si sami podávali antagonisty NMDA do hlbokých vrstiev PFC (Carlezon a Wise, 1996), ktoré premietajú priamo do NAc (pozri Kelley, 2004) a boli konceptualizované ako súčasť inhibičného („STOP!“) motivačného okruhu (Childress, 2006). Keď sa tieto štúdie posudzujú spoločne, poskytli dva kritické dôkazy, ktoré zohrali významnú úlohu vo formulácii našej súčasnej pracovnej hypotézy: po prvé, že závislosť od závislej od dopamínu je oslabená blokádou receptorov podobných D2, ktoré sú inhibičnými receptormi exprimovanými prevažne v NAc na MSNs nepriamej dráhy; a po druhé, že udalosti, pri ktorých sa očakáva zníženie celkovej excitability NAc (napr. stimulácia G_iReceptory opioidných receptorov, znížená stimulácia excitačných receptorov NMDA, znížený excitačný vstup) sú dostatočné na odplatu. Táto interpretácia viedla k vývoju modelu odmeny, v ktorom kritickou udalosťou je znížená aktivácia MSN v NAc (Carlezon a Wise, 1996).

Ďalšie farmakologické dôkazy podporujú túto teóriu a implikujú vápnik (Ca2 +) a jeho druhú funkciu messenger. Aktivované NMDA receptory bránia Ca2 +, intracelulárnej signálnej molekule, ktorá môže ovplyvniť membránovú depolarizáciu, uvoľňovanie neurotransmiterov, signálnu transdukciu a reguláciu génov (pozri Carlezon a Nestler, 2002; Carlezon a kol., 2005). Mikroinjekcia antagonistu L-typu Ca2 + diltiazem priamo do NAc zvyšuje odmeňujúce účinky kokaínu (Chartoff a kol., 2006). Mechanizmy, ktorými zmeny vyvolané diltiazemom v Ca2 + influxu ovplyvňujú odmenu, nie sú známe. Jednou z možností je, že blokáda prítoku Ca2 + cez napäťovo ovládané kanály typu L znižuje rýchlosť vypaľovania neurónov v ventrálnom NAc (Cooper a White, 2000). Je však dôležité poznamenať, že samotný diltiazem nebol odmeňovaný, prinajmenšom v dávkach testovaných v týchto štúdiách. To môže naznačovať, že východiskové hladiny Ca2 + influxu cez kanály typu L v rámci NAc sú normálne nízke a je ťažké ich ďalej znižovať. Súvisiaca možnosť je, že mikroinjekcia diltiazemu redukuje averzívne účinky kokaínu, ktoré sú sprostredkované v NAc, odmena za odmaskovanie. Napríklad aktivita proteínu viažuceho transkripčný faktor cAMP (CREB) v NAc je asociovaná s averzívnymi stavmi a znížením odmeny kokaínu (Pliakas a kol., 2001; Nestler a Carlezon, 2006). Aktivácia CREB závisí od fosforylácie, ktorá sa môže vyskytnúť prostredníctvom aktivácie L-typu Ca2 + kanálov (Rajadhyaksha a kol., 1999). Fosforylovaný CREB môže indukovať expresiu dynorfínu, neuropeptidu, ktorý by mohol prispievať k averzívnym stavom prostredníctvom aktivácie κ-opioidných receptorov v NAc (pozri prehľad Carlezon a kol., 2005). Potenciálna úloha intra-NAc Ca2 + pri regulácii odmeňovania a averzívnych stavov je spoločnou témou našej práce, ktorá bude podrobnejšie vysvetlená nižšie.

B. Molekulárne dôkazy

Myši bez receptorov dopamínu D2 majú zníženú citlivosť voči účinkom kokaínu na odmeňovanie (Welter a kol., 2007). Ablácia receptorov podobných D2 tiež znižuje odmeňujúce účinky morfínu (Maldonado a kol., 1997) - pravdepodobne znížením schopnosti lieku stimulovať dopamín prostredníctvom mechanizmov VTA: Leone a kol., 1991; Johnson a Sever, 1992) - a laterálna hypotalamická stimulácia mozgu (Elmer a kol., 2005). Jedna interpretácia týchto zistení je, že strata receptorov podobných D2 v NAc znižuje schopnosť dopamínu inhibovať nepriamu dráhu, predpokladaný mechanizmus odmeňovania. Tieto zistenia v kombinácii s dôkazmi, že ľudia závislí na receptore znížili väzbu receptora podobného dopamínu D2 v NAc, naznačujú, že tento receptor hrá zásadnú úlohu v kódovaní odmeny (Volkow a kol., 2007).

Iné pokroky v molekulárnej biológii umožnili detekciu neuroadaptívnych reakcií na lieky zneužívania a schopnosť napodobňovať takéto zmeny v diskrétnych oblastiach mozgu, aby sa preskúmala ich významnosť. Jednou z takýchto zmien je expresia receptorov glutamátu typu AMPA, ktoré sú exprimované všadeprítomne v mozgu a pozostávajú z rôznych kombinácií receptorových podjednotiek GluR1-4 (Hollmann a kol., 1991; Malinow a Malenka, 2002). Lieky zneužívania môžu meniť expresiu GluR v NAc. Napríklad opakované prerušované vystavenie kokaínu zvyšuje expresiu GluR1 v NAc (Churchill a kol., 1999). Expresia GluR2 je navyše zvýšená v NAc myší, ktoré boli upravené tak, aby exprimovali AFosB, neuroadaptáciu spojenú so zvýšenou citlivosťou na lieky zneužívania (Kelz a kol., 1999). Štúdie, v ktorých sa vírusové vektory použili na selektívne zvýšenie hladiny GluR1 v NAc, naznačujú, že táto neuroadaptácia má tendenciu robiť averzívne kokaínové testy na mieste, zatiaľ čo zvýšený GluR2 v NAc zvyšuje odmenu kokaínu (Kelz a kol., 1999). Možné vysvetlenia tohto typu nálezov pravdepodobne zahŕňajú Ca2 + a jeho účinok na neuronálnu aktivitu a intracelulárnu signalizáciu. Zvýšená expresia GluR1 podporuje tvorbu GluR1-homomérnych (alebo GluR1-GluR3 heteromérnych) AMPAR, ktoré sú Ca2 + -permeabilné (Hollman et al., 1991; Malinow a Malenka, 2002). Na rozdiel od toho GluR2 obsahuje motív, ktorý zabraňuje Ca2 + influxu; tak zvýšená expresia GluR2 by uprednostňovala tvorbu Ca2 + -mpermeabilných AMPAR s obsahom GluR2 (a teoreticky by znížila počet CaPARNXX + -permeable AMPAR). AMPAR s obsahom GluR2 tak majú fyziologické vlastnosti, ktoré ich funkčne odlišujú od tých, ktorým chýba táto podjednotka, najmä s ohľadom na ich interakcie s Ca2 + (Obr. 1).

Obr. 1

Schematické znázornenie podjednotkového zloženia AMPA (glutamátových) receptorov. Pre jednoduchosť sú receptory znázornené podjednotkami 2. GluR2 obsahuje motív, ktorý blokuje Ca2 + tok cez receptor, a teda heteromérne receptory, ktoré \ t ...

Tieto skoré štúdie zahŕňali štúdie kondicionovania, ktoré vo všeobecnosti vyžadujú opakovanú expozíciu drogám zneužívania a pravdepodobne zahŕňajú cykly odmeňovania a averzie (vysadenie). Novšie štúdie skúmali, ako zmeny v modelovaní expresie GluR, ktoré boli získané opakovanou expozíciou lieku, ovplyvňujú intrakraniálnu samostimuláciu (ICSS), čo je operatívna úloha, v ktorej je veľkosť zosilňovača (odmena stimulujúca mozog) presne kontrolovaná (Wise, 1996). Zvýšená expresia GluR1 v NAc shell zvyšuje ICSS prahy, zatiaľ čo zvýšený GluR2 ich znižuje (Todtenkopf a kol., 2006). Účinok GluR2u na ICSS je kvalitatívne podobný účinku spôsobenému drogami zneužívania (Wise, 1996), čo svedčí o tom, že odzrkadľuje zvýšenie odmeňujúceho účinku stimulácie. Na rozdiel od toho je účinok GluR1u kvalitatívne podobný účinku spôsobenému prodepresívnou liečbou vrátane vysadenia lieku (Markou et al., 1992) a agonistov κ-opioidných receptorov (Pfeiffer a kol., 1986; Wadenberg, 2003; Todtenkopf a kol., 2004; Carlezon a kol., 2006), čo svedčí o tom, že odzrkadľuje zníženie odmeňujúceho účinku stimulácie. Tieto zistenia ukazujú, že zvýšená expresia GluR1 a GluR2 v NAc shell má výrazne odlišné dôsledky na motivované správanie. Okrem toho potvrdzujú predchádzajúce pozorovania, že zvýšená expresia GluR1 a GluR2 v NAc škrupine má opačné účinky v štúdiách kondicionovania miesta kokaínu (Kelz a kol., 1999) a rozšíriť zovšeobecniteľnosť týchto účinkov na správanie, ktoré nie je motivované drogami zneužívania. Azda najdôležitejšie je, že poskytujú viac dôkazov, ktoré by naznačili, že Ca2 + tok v rámci NAc je v zníženej odmene alebo zvýšenej averzii. Pretože Ca2 + hrá úlohu pri neuronálnej depolarizácii a génovej regulácii, zmeny v expresii GluR a zložení podjednotky AMPAR v NAc škrupine pravdepodobne iniciujú fyziologické a molekulárne reakcie, ktoré pravdepodobne interagujú s cieľom zmeniť motiváciu. Mechanizmy, ktorými môže Ca2 + signálna transdukcia spúšťať gény zapojené do averzívnych stavov, sú podrobne opísané nižšie.

A. Farmakologický dôkaz

Niektoré z prvých dôkazov, že NAc zohráva úlohu v averzívnych stavoch, pochádzajú zo štúdií, ktoré zahŕňali antagonistov opioidných receptorov. Mikroinjekcie širokospektrálneho antagonistu opioidného receptora (metylnaloxonium) do NAc potkanov závislých od opiátov stanovujú podmienené averzie miesta (Stinus a kol., 1990). U potkanov závislých od opiátov môže vyzrážané vysadenie indukovať gény a transkripčné faktory v NAc (bezprostredne predčasne) v NAc (Gracy a kol., 2001; Chartoff a kol., 2006), čo naznačuje aktiváciu MSN. Selektívne κ-opioidné agonisty, ktoré napodobňujú účinky endogénneho κ-opioidného ligandu dynorfínu, tiež produkujú averzívne stavy. Mikroinjekcie κ-opioidného agonistu do NAc spôsobujú podmienené averzie miesta (Bals-Kubik a kol., 1993) a zvýšiť prahové hodnoty ICSS (\ tChen a kol., 2008). Inhibícia (G_i-pripojené) κ-opioidné receptory sú lokalizované na termináloch vstupov dopamínu VTA do NAc (Svingos a kol., 1999), kde regulujú lokálne uvoľňovanie dopamínu. Ako také sú často v apozícii k β-ó-ó-opioidným receptorom (Mansour a kol., 1995) a stimulácia produkuje opačné účinky agonistov na týchto receptoroch othr v testoch správania. Extracelulárne koncentrácie dopamínu sa v NAc redukujú systémovo (DiChiara a Imperato, 1988; Carlezon a kol., 2006) alebo lokálne mikroinfúzie K-opioidného agonistu (Donzati et al., 1992; Spanagel a kol., 1992). Znížená funkcia dopamínových systémov stredného mozgu bola spojená s depresívnymi stavmi vrátane anhedónie u hlodavcov (Wise, 1982) a dysforiu u ľudí (\ tMizrahi a kol., 2007). Zdá sa teda, že jedna cesta k averzii je redukovaná na vstup dopamínu do NAc, čo by znížilo stimuláciu inhibičných receptorov podobných dopamínu D2, ktoré sa javia ako kritické pre odmenu (Carlezon a Wise, 1996).

Zdá sa, že ďalšie štúdie potvrdzujú dôležitú úlohu receptorov podobných dopamínu D2 pri potláčaní averzívnych reakcií. Mikroinjekcie antagonistu podobného dopamínu D2 do NAc potkanov závislých od opiátov urýchľujú príznaky abstinencie somatického opiátu (Harris a Aston-Jones, 1994). Hoci v tejto štúdii neboli zmerané motivačné účinky, liečba, ktorá vyvoláva vysadenie opiátov, často spôsobuje averzívne stavy silnejšie, než spôsobujú somatické príznaky abstinencie (Gracy a kol., 2001; Chartoff a kol., 2006). Zaujímavé je, že mikroinjekcie dopamínu podobného agonistu D1 do NAc tiež spôsobujú somatické príznaky abstinencie u potkanov závislých od opiátov. Údaje ukazujú, že ďalšou cestou k averzii je zvýšená stimulácia excitačných dopamínových receptorov podobných D1 u potkanov s neuroadaptáciami vyvolanými závislosťou od opiátov v NAc. Možno nie je prekvapením, že jedným z dôsledkov stimulácie receptora podobného D1 u potkanov závislých od opiátov je fosforylácia GluR1 (Chartoff a kol., 2006), čo by viedlo k zvýšenej povrchovej expresii AMPA receptorov na MSN priamych ciest.

B. Molekulárne dôkazy

Vystavenie drogám zneužívania (Turgeon a kol., 1997) a stresu (Pliakas a kol., 2001) aktivovať transkripčný faktor CREB v NAc. Zvýšenie funkcie CREB vyvolané vírusovým vektorom v NAc znižuje odmeňujúce účinky liekov (Carlezon a kol., 1998) a hypotalamickú stimuláciu mozgu (\ tParsegian a kol., 2006), čo poukazuje na účinky podobné anhonia. To tiež robí nízke dávky kokaínu aversive (domnelý príznak dysforie), a zvyšuje správanie nehybnosti v teste núteného plávania (domnelý príznak "behaviorálneho zúfalstva") (Pliakas a kol., 2001). Mnohé z týchto účinkov možno pripísať zvýšeniu funkcie dynorfínu regulovanému CREB (\ tCarlezon a kol., 1998). Agonisti selektívni voči ó-opioidným receptorom majú účinky, ktoré sú kvalitatívne podobné tým, ktoré sú vyvolané zvýšenou funkciou CREB v NAc, vyvolávajúcim znaky anhedónie a dysforie v modeloch odmeňovania a zvýšenej nehybnosti v teste s núteným plávaním (Bals-Kubik a kol., 1993; Carlezon a kol., 1998; Pliakas a kol., 2001; Mague a kol., 2003; Carlezon a kol., 2006). Na rozdiel od toho κ-selektívni antagonisti produkujú fenotyp podobný antidepresíve, ktorý sa podobá fenotypu pozorovanému u zvierat s narušenou funkciou CREB v NAc (Pliakas a kol., 2001; Newton a kol., 2002; Mague a kol., 2003). Tieto zistenia naznačujú, že jedným biologicky dôležitým dôsledkom aktivácie CREB vyvolanej liečivom alebo stresom v rámci NAc je zvýšená transkripcia dynorfínu, ktorá spúšťa kľúčové príznaky depresie. Účinky Dynorphinu sú pravdepodobne sprostredkované stimuláciou κ-opioidných receptorov, ktoré pôsobia na inhibíciu uvoľňovania neurotransmiterov z mezolimbických dopamínových neurónov, čím sa redukujú aktivity VTA neurónov, ako je vysvetlené vyššie. Zdá sa, že táto cesta k averzii je znížená o vstup dopamínu do NAc, čo by viedlo k zníženiu stimulácie inhibičných receptorov podobných dopamínu D2, ktoré sa javia ako kritické pre odmenu (Carlezon a Wise, 1996). Ako je vysvetlené nižšie, existuje aj dôkaz, že zvýšená expresia CREB v NAc priamo zvyšuje excitabilitu MSN (Dong et al., 2006) okrem straty D2-regulovanej inhibície, zvyšuje možnosť, že viacnásobné účinky prispievajú k averzívnym reakciám.

Opakovaná expozícia drogám zneužívania môže zvýšiť expresiu GluR1 v NAc (Churchill a kol., 1999). Zvýšenie hladiny GluR1 vyvolané vírusovým vektorom v NAc zvyšuje averziu na mieste v štúdiách kondicionovania, „atypický“ typ senzibilizácie na liek (tj zvýšenú citlivosť na averzívny skôr než na hodnotiace aspekty kokaínu). Táto liečba tiež zvyšuje prahy ICSS (Todtenkopf a kol., 2006), čo poukazuje na účinky podobné anhonia a dysforii. Je zaujímavé, že tieto motivačné účinky sú prakticky identické s účinkami spôsobenými zvýšenou funkciou CREB v NAc. Tieto podobnosti zvyšujú možnosť, že oba účinky sú súčasťou toho istého väčšieho procesu. V jednom možnom scenári by expozícia lieku mohla vyvolať zmeny v expresii GluR1 v NAc, čo by viedlo k lokálnemu zvýšeniu povrchovej expresie Ca2 + -priepustných AMPA receptorov, čo by zvýšilo Ca2 + influx a aktivovalo CREB, čo by viedlo k zmenám sodíka. expresia kanálu, ktorá ovplyvňuje základnú líniu a stimulovanú excitabilitu MSN v NAc (Carlezon a Nestler, 2002; Carlezon a kol., 2005; Dong et al., 2006). Alternatívne môžu skoré zmeny vo funkcii CREB predchádzať zmenám v expresii GluR1. Tieto vzťahy sú v súčasnosti v intenzívnom štúdiu v niekoľkých laboratóriách financovaných NIDA, vrátane našich vlastných.

A. Testovanie hypotézy s elektrofyziológiou

Jedným z upozornení na hypotézu inhibície / odmeňovania je, že rozšírená a dlhodobá inhibícia streľby NAc, ako v štúdiách inaktivácie alebo lézií, nevyvoláva odmeňujúce účinky (napr. Yun a kol., 2004b). To vyvoláva možnosť, že to nie je inhibícia NAc, per se, ktorá kóduje odmenu, ale skôr prechody od normálnych bazálnych mier paľby k nižším mieram, ktoré sa vyskytujú pri odmeňovaní stimulov. Predĺžená inhibícia môže degradovať dynamické informácie normálne kódované v prechodných depresiách NAc streľby.

Testy predpovedí tejto hypotézy založené na elektrofyziológii spadajú do dvoch základných kategórií. Prvá kategória zahŕňa manipuláciu so stavom správania zvierat, aby sa vytvorili trvalé zmeny v odozve na odmeňovanie stimulov, po ktorých nasleduje testovanie elektrofyziologických korelácií tohto zmeneného stavu odmeňovania. Napríklad stav skorého vysadenia z chronického vystavenia psychostimulanciám je charakterizovaný anhedóniou a nedostatočnou citlivosťou na prirodzené odmeňujúce stimuly. Čo by hypotéza inhibície / odmeny predpovedala o elektrofyziologickom stave neurónov NAc počas tohto stavu? Hlavnou predikciou je, že NAc neuróny by vykazovali zníženie supresie aktivity normálne produkované expozíciou odmeňujúceho stimulu (napr. Sacharózy). Podľa našich vedomostí to ešte nebolo preskúmané. Možné mechanizmy takéhoto zníženia inhibície, ak by sa vyskytli, by mohli zahŕňať celkové zvýšenie neuronálnej excitability vyvolanej akoukoľvek kombináciou zmien v vnútornej excitabilite (napr. Zvýšenie Na + alebo Ca2 + prúdov, zníženie K + prúdov) alebo synaptického prenosu (napr. Zníženie glutamátergickej alebo zvýšenie GABAergného prenosu). Na druhej strane, dostupné údaje o excitabilite NAc MSN počas skorého vysadenia psychostimulancií naznačujú, že sa počas tejto fázy v skutočnosti znižuje (Zhang a kol., 1998; Hu a kol., 2004; Dong et al., 2006; Kourrich a kol., 2007). Ako je uvedené vyššie, je možné, že predĺžená depresia excitability môže degradovať informácie súvisiace s odmenou obsiahnuté v prechodných zábranách streľby, napríklad vytvorením efektu „podlahy“ a znížením veľkosti týchto inhibícií. Túto možnosť ešte treba otestovať.

Vzhľadom na zjavnú súvislosť medzi NAc a ventrálnou pallidum v kódovaní odmeny (pozri vyššie) by sme predpovedali, že akékoľvek zmeny excitability vyvolané nepretržitou moduláciou stavu odmeňovania zvierat by mohli byť obzvlášť zreteľné v neurónoch striatopalídií / D2. Hoci štúdium podrobných fyziologických vlastností týchto neurónov bolo v minulosti ťažké, nedávny vývoj línie BAC transgénnych myší, ktoré exprimujú GFP v týchto neurónoch (Gong a kol., 2003; Lobo a kol., 2006) umožnila ich vizualizáciu in vitro preparáty rezov, ktoré značne uľahčujú potenciál pre fyziologickú charakterizáciu buniek D2.

Druhá kategória testov založených na elektrofyziológii zahŕňa použitie genetického inžinierstva (pozri nižšie) na zmenu funkčnej expresie kľúčových zložiek bunkového mechanizmu pre moduláciu excitability alebo excitability v neurónoch NAc. Teoreticky by to mohlo umožniť moduláciu inhibícií alebo excitácií spojených s odmenou alebo averziou v neurónoch NAc. S ohľadom na túto skutočnosť by možno najužitočnejšími cieľovými molekulami boli tie, ktoré sa podieľajú na modulácii neurónovej excitability závislej od aktivity, než na udržaní bazálnych frekvencií. Tieto ciele by pravdepodobne poskytli lepšiu príležitosť na moduláciu citlivosti stimulov ako všeobecnejšie ciele (napr. Podjednotky kanálov Na +), čím by sa umožnilo vyhodnotenie hypotézy inhibície / odmeňovania. Napríklad frekvencia aktivácie aktívnych neurónov môže byť riadená rôznymi iónovými vodivosťami, ktoré produkujú hrot po hyperpolarizácii (AHP). Zacielením NAc neurónov s genetickou (alebo možno aj farmakologickou) manipuláciou zameranou na kanály, ktoré produkujú AHP, môže byť možné znížiť veľkosť averzných reakcií súvisiacich s excitáciou v týchto neurónoch, a tak otestovať, či táto fyziologická zmena koreluje so zníženým správaním. indexy averzie.

B. Testovanie hypotézy s behaviorálnou farmakológiou

Jedným z najzreteľnejších farmakologických testov by bolo zistiť, či krysy samy podávali dopamínové agonisty podobné D2 priamo do NAc. Zaujímavé je, že predchádzajúca práca ukazuje, že zatiaľ čo potkany si sami aplikujú kombinácie agonistov podobných D1-u a D2-agonistom do NAc, nepodávajú sa samostatne ani samostatne, aspoň v testovaných dávkach (Ikemoto a spol., 1997). Aj keď sa na povrchu zdá, že toto zistenie ruší našu pracovnú hypotézu, elektrofyziologické dôkazy naznačujú, že ko-aktivácia receptorov D1 a D2 na neurónoch NAc môže za určitých podmienok spôsobiť zníženie ich excitovateľnosti membrán, ktoré nie je pozorované v odpovedi ani na jednu z týchto reakcií. samotného agonistu (O'Donnell a Grace, 1996). Okrem toho je potrebné viac práce na štúdium behaviorálnych účinkov intrainfekčných mikroinfúzií agonistov GABA; táto práca bola historicky brzdená zlou rozpustnosťou benzodiazepínov, o ktorých je známe, že sú návykové (Griffiths a Ator, 1980) napriek ich tendencii znižovať funkciu dopamínu v NAc (Drevo, 1982; Finlay a kol., 1992: Murai a kol., 1994) - a relatívne malý počet výskumníkov, ktorí používajú postupy mikroinjekcie mozgu spolu s modelmi odmeňovania. Ďalšími spôsobmi testovania našej hypotézy by bolo štúdium účinkov manipulácií v oblastiach mozgu v smere MSN obsahujúcich receptor D2. Opäť, skoré dôkazy naznačujú, že odmena je kódovaná aktiváciou ventrálnej pallidum, čo je predpokladaný dôsledok inhibície MSN nepriamej dráhy (Tindell a kol., 2006).

C. Testovanie hypotézy s genetickým inžinierstvom

Vývoj techník genetického inžinierstva, ktoré umožňujú smerovanie indukovateľných alebo podmienených mutácií na špecifické oblasti mozgu, bude dôležitým nástrojom na testovanie našich hypotéz. Myši s konštitutívnou deléciou GluRA (alternatívna nomenklatúra pre GluR1) vykazujú mnoho zmien v citlivosti na drogy zneužívania (Vekovischeva a kol., 2001; Dong et al., 2004; Mead a kol., 2005, 2007), z ktorých niektoré sú v súlade s našou pracovnou hypotézou a niektoré nie. Strata GluR1 v počiatočnom štádiu vývoja by mohla dramaticky zmeniť schopnosť reagovať na mnohé typy stimulov, vrátane návykových látok. Okrem toho tieto mutantné myši GluR1 postrádajú proteín v celom mozgu, zatiaľ čo skúmaný výskum sa zameriava na mechanizmy, ktoré sa vyskytujú v NAc. Tieto body sú obzvlášť dôležité, pretože sa očakáva, že strata GluR1u v iných oblastiach mozgu bude mať dramatické a niekedy veľmi odlišné účinky na správanie súvisiace so zneužívaním drog. Ako jeden z príkladov sme ukázali, že modulácia funkcie GluR1 vo VTA má opačný účinok na odpovede na liek v porovnaní s moduláciou GluR1 v NAbc (Carlezon a kol., 1997; Kelz a kol., 1999). Zistenia u myší s deficitom GluR1 nie sú v rozpore s kombinovanými nálezmi NAc a VTA: konštitutívne mutantné myši GluR1 sú citlivejšie na stimulačné účinky morfínu (účinok, ktorý možno vysvetliť stratou GluR1 v NAc). , ale nevyvíjajú progresívne zvyšovanie citlivosti na morfín (účinok, ktorý by sa mohol vysvetliť stratou GluR1 v teste VTA), sa uskutočňuje za podmienok, ktoré podporujú senzibilizáciu a zahŕňajú ďalšie oblasti mozgu. Preto treba byť opatrný pri prideľovaní priestorových a časových interpretácií dát z konštitutívnych knockoutových myší: literatúra sa stáva plná príkladov proteínov, ktoré majú dramaticky odlišné (a niekedy opačné) účinky na správanie v závislosti od študovaných oblastí mozgu (pozri Carlezon a kol., 2005).

Predbežné štúdie u myší s indukovateľnou expresiou dominantne negatívnej formy CREB - manipulácie, ktorá znižuje excitabilitu NAc MSNs - sú precitlivené na odmeňovanie účinkov kokaínu, pričom sú necitlivé na averzívne účinky κ-opioidného agonistu (DiNieri a kol., 2006). Hoci tieto zistenia sú v súlade s našou pracovnou hypotézou, ďalšie štúdie (napr. Elektrofyziológia) môžu pomôcť charakterizovať fyziologický základ týchto účinkov. Bez ohľadu na to, zvýšená kapacita priestorovej a časovej kontroly expresie génov, ktoré regulujú excitabilitu NAc MSNs, umožní progresívne sofistikovanejšie testy našej pracovnej hypotézy.

Financované Národným inštitútom pre zneužívanie drog (NIDA) udeľuje DA012736 (pre WAC) a DA019666 (pre MJT) a profesiu McKnight-Land Grant (pre MJT). Ďakujeme MJ Kaufmanovi, B. deB. Fredrick a SS Negus za povolenie citovať nepublikované údaje zo svojich štúdií zobrazovania mozgu u opíc.