Proc Natl Acad Sci US A. 2010 Február 2; 107(5): 2265-2270.
abstraktné
Hoci existuje veľké množstvo informácií o špecifických senzorických a motorických funkciách mozgu stavovca, menej sa rozumie regulácia globálnych mozgových stavov. Nedávno sme navrhli, že funkcia nazývaná generalizované vzrušenie (Ag) slúži ako najzákladnejšia hnacia sila v nervovom systéme, ktorá je zodpovedná za počiatočnú aktiváciu všetkých reakcií na správanie. Zviera so zvýšeným generalizovaným vzrušením CNS sa vyznačuje vyššou motorickou aktivitou, zvýšenou citlivosťou na zmyslové podnety a väčšou citovou labilitou. Implicitná v tejto teórii bola predikcia, že zvýšenie generalizovaného vzrušenia zvýši špecifické motivované správanie, ktoré závisí od vzrušenia. Tu sa zaoberáme myšlienkou priamo testovaním dvoch línií myší chovaných na vysoké alebo nízke hladiny generalizovaného vzrušenia a hodnotením ich odpovedí v testoch špecifických foriem behaviorálneho vzrušenia, pohlavia a úzkosti / skúmania. Uvádzame, že zvieratá vybrané pre diferenciálne generalizované vzrušenie vykazujú výrazný nárast senzorickej, motorickej a emocionálnej reaktivity v našom rozrušení vzrušenia. Okrem toho samce myší vybrané pre vysoké hladiny generalizovaného vzrušenia boli excitabilné a vykazovali viac neúplných pripojení pred prvou intromisiou (IN), ale po dosiahnutí tohto IN vykazovali oveľa menej IN pred ejakuláciou, rovnako ako ejakuláciu oveľa skôr po prvom IN , čo znamená vysokú úroveň sexuálneho vzrušenia. Okrem toho zvieratá s vysokým vzrušením oboch pohlaví vykazovali vyššie úrovne správania podobného úzkosti a znížili prieskumné správanie vo zvýšených úlohách v bludisku a svetlom tmavom boxe. Zhrnuté, tieto údaje ilustrujú vplyv Ag na motivované správanie.
Jednou zo základných výziev, ktorým čelia všetky stavovce, je potreba aktivovať veľké množstvo reakcií na správanie na veľké množstvo environmentálnych podmienok, z ktorých niektoré ohrozujú. Nedávno sme navrhli (
Nasledujúce ovládanie používateľského rozhrania popper nemusí byť prístupné. Prejdite na ďalšie tlačidlo, aby sa ovládací prvok vrátil na prístupnú verziu.
Zničiť ovládanie používateľského rozhrania1), že v nervových systémoch stavovcov existuje funkcia, ktorá iniciuje behaviorálnu aktiváciu veľkého počtu odpovedí na splnenie tejto základnej výzvy, funkcie, ktorú sme nazvali generalizované vzrušenie. Neuróny obsluhujúce generalizované mechanizmy vzrušenia by prijímali senzorické vstupy z vonkajšieho prostredia a vnútorného prostredia a boli schopné rýchlo aktivovať stavy vzrušenia, ktoré posilňujú špecifickejšie, motivované reakcie správania. Zvýšenie aktivity tohto systému by zvýšilo generalizované vzrušenie, produkovalo by zviera s väčšou motorickou aktivitou, väčšou zmyslovou citlivosťou a zvýšenou citovou labilitou. Účelom tejto práce bolo doplniť dôkazy o tom, že existuje všeobecná funkcia vzrušenia (začatím šľachtenia vysoko a nízko vzrušujúcich línií myší) a testovať vplyv vysokých alebo nízkych generalizovaných stavov vzrušenia na špecifické motivované správanie: mužské sexuálne správanie a úzkosť / prieskum.
Existencia generalizovaného vzrušenia ako merateľného a fyziologicky relevantného stavu CNS bola doteraz odvodená z troch samostatných prístupov, z ktorých tretí je tu uvedený.
Najprv sme použili analýzy hlavných komponentov na extrahovanie najväčšieho jediného faktora, ktorý je základom behaviorálneho vzrušenia
Jednou zo základných výziev, ktorým čelia všetky stavovce, je potreba aktivovať veľké množstvo reakcií na správanie na veľké množstvo environmentálnych podmienok, z ktorých niektoré ohrozujú. Nedávno sme navrhli (1), že v nervových systémoch stavovcov existuje funkcia, ktorá iniciuje behaviorálnu aktiváciu veľkého počtu odpovedí na splnenie tejto základnej výzvy, funkcie, ktorú sme nazvali generalizované vzrušenie. Neuróny obsluhujúce generalizované mechanizmy vzrušenia by prijímali senzorické vstupy z vonkajšieho prostredia a vnútorného prostredia a boli schopné rýchlo aktivovať stavy vzrušenia, ktoré posilňujú špecifickejšie, motivované reakcie správania. Zvýšenie aktivity tohto systému by zvýšilo generalizované vzrušenie, produkovalo by zviera s väčšou motorickou aktivitou, väčšou zmyslovou citlivosťou a zvýšenou citovou labilitou. Účelom tejto práce bolo doplniť dôkazy o tom, že existuje všeobecná funkcia vzrušenia (začatím šľachtenia vysoko a nízko vzrušujúcich línií myší) a testovať vplyv vysokých alebo nízkych generalizovaných stavov vzrušenia na špecifické motivované správanie: mužské sexuálne správanie a úzkosť / prieskum.
Existencia generalizovaného vzrušenia ako merateľného a fyziologicky relevantného stavu CNS bola doteraz odvodená z troch samostatných prístupov, z ktorých tretí je tu uvedený.
Najprv sme použili analýzy hlavných komponentov na extrahovanie najväčšieho jednotlivého faktora, ktorý je základom behaviorálneho vzrušenia (2). Na stanovenie relatívneho prínosu tejto najzákladnejšej sily pre vzrušenie CNS v myších behaviorálnych obrazovkách sme uskutočnili metaanalýzu piatich behaviorálnych experimentov s myšami (3). Percento údajov o behaviorálnych vzruchoch, ktoré boli spôsobené vynúteným riešením jedným faktorom, sa v piatich experimentoch pohybovalo od 29% po 45%. Môžeme teda povedať, že generalizované vzrušenie CNS existuje a predstavuje približne jednu tretinu údajov v týchto experimentoch.
Po druhé, existuje množstvo chemických a anatomických a fyziologických údajov o proximálnych mechanizmoch, ktoré sú základom vzrušenia CNS. V neuroanatomických termínoch sú známe vzostupné a zostupné dráhy. Regulácia neurónových stavov vzrušenia je riadená distribuovanou, obojstrannou, obojsmernou neurónovou sieťou s prepojeniami medzi dolným mozgovým kmeňom a predným mozgom. 1, 4). Fyziologicky sa systémy vzrušenia mozgového kmeňa vyvinuli na udržanie spontánnej (nie nevyhnutne súvisiacej s úlohou) aktivity v predvolenej sieti v kôre (5 -7). Prudký prechod (8) od tichej bdelosti po aktívne prieskumné správanie je poznačený zníženou synchronizáciou nízkofrekvenčných oscilácií (9) v dôsledku znížených korelácií medzi membránovými potenciálmi v mozgových kortikálnych neurónoch (10). Prechody zo spánku do bdelosti sú pravdepodobne uľahčené zvýšenou elektrickou aktivitou v medulárnych častiach vzostupného retikulárneho aktivačného systému a medulárnych raphe skupín (napr. (11 -13). Vypracováva sa aj neurochémia generalizovaného vzrušenia. Vlákna z neurochemicky odlišných bunkových skupín v mozgovom kmeni, napr. Monoaminergné dráhy, ovplyvňujú neuróny v talamických, hypotalamických a iných cieľoch predného mozgu. V hypotalame tieto vstupy riadia aktivitu neurónov, ktoré produkujú neurochemikálie súvisiace s vzrušivosťou, ako je hypokretín a histamín. Dôležité je, že tieto spojenia sú tiež obojsmerné, pretože histamín a hypokretínové neuróny v projekte hypotalamu sa vracajú do oblastí vzrušenia mozgového kmeňa a sú súčasťou siete, ktorá reguluje vzrušenie a spánok (14). Napríklad bol opísaný „prepínač“ na kontrolu globálneho vzrušenia mozgu, kde GABAergické spánovo aktívne neuróny vo ventrolaterálnej preoptickej oblasti (vlPO) podporujú spánok tak priamou inhibíciou vzostupných monoamínových systémov vzrušenia (norepinefrin, serotonín, histamín, atď.). a tiež inhibíciou hypokretínových neurónov v laterálnom hypotalame (LHA), ktoré normálne excitujú monoamínové dráhy a predný mozog (15). Dráha je recipročná, pretože serotonergné, noradrenergné a histaminergné vstupy do vlPO inhibujú aktivitu počas bdelosti (16). aktivita vlPO teda inhibuje vzostupnú aktivitu vzrušenia a tiež odstraňuje inhibíciu tonizmu na vlastnú aktivitu (4). Podobne monoaminergné bunkové skupiny inhibujú vlPO aktivitu a tým brzdia vlastnú aktivitu. Týmto spôsobom môže hypotalamická aktivita regulovať a brániť aktivitu vzostupných monoaminergných vstupov do predného mozgu. Nakoniec, z genomického hľadiska existuje pravdepodobne viac ako gény 100 zapojené do generalizovaného vzrušenia CNS, vrátane, ale nie je to nijako limitované, génov kódujúcich syntetické enzýmy pre vysielače, neuropeptidy a ich receptory súvisiace s vzrušivosťou, napr.17). Mechanizmy generalizovanej funkcie vzrušenia sú teda dokumentované na neuroanatomických, neurofyziologických a neurochemických úrovniach.
Tieto distribuované vzostupné a zostupné systémy sa podieľajú na globálnej regulácii vzrušenia CNS, ale aj na rôznych špecifických účinkoch na stavy správania, napr. Úzkosti, strachu, hladu, smädu a sexuálnej túžby, ktoré poskytujú substrát, na ktorom globálne zmeny v mozgu excitabilita sa môže premietnuť do zmien v špecifickom správaní (18 -20).
Tu uvádzame tretí riadok podpory existencie generalizovaného vzrušenia: údaje z rozsiahleho selektívneho šľachtiteľského projektu, ktorý sa uskutočnil na produkciu línií myší vybraných pre buď vysoké alebo nízke generalizované vzrušenie. Na tento účel sme vyvinuli kvantitatívny a automatizovaný test generalizovaného vzrušenia a tento test sa použil na výber vysoko outbredných myší na základe celkového indexu správania vzrušenia. Ako už bolo spomenuté, kľúčovou zložkou všeobecnej teórie vzrušenia je, že zmeny v generalizovanom vzrušení by mali byť schopné modulovať silu špecifických motivovaných správaní. Skúmali sme teda vzťah medzi hladinami generalizovaného vzrušenia a mužského sexuálneho správania, správania závislého od hormónov, o ktorom sa predtým zistilo, že sú ovplyvnené niektorými z tých istých neurochemikálií, ktoré sa podieľajú na vzrušivosti CNS (napr. Histamín a hypokretín) (21, 22). Použili sme tiež dva testy „úzkosti“, zvýšené bludisko a prechodový test svetlo / tma za predpokladu, že zvýšenie úzkosti by sa premietlo do poklesu skúmania. Výsledky ukázali, že zvieratá chované na vysokú alebo nízku hladinu generalizovaného vzrušenia vykazujú výrazné rozdiely v testoch špecifických prejavov vzrušenia: sexuálneho a úzkostného / prieskumného správania.
výsledky
Vyvinuli sme behaviorálny test generalizovaného vzrušenia CNS, ktorý berie do úvahy tri navrhované aspekty vzrušenia, motorickú aktivitu, zmyslovú citlivosť a emocionalitu (3). V tomto teste sa testovali geneticky heterogénne myši ( SI Text ) pre špecifické detaily šľachtenia) a poradie stanovenia pre vysoké a nízke vzrušenie na každom z troch podtypov generalizovaného vzrušenia. Myši, ktoré vykazovali najvyššie (a najnižšie) skóre sumarizované cez tri subškály v každej generácii, boli potom použité ako zakladatelia nasledujúcej generácie. Samce a samičky myší pochádzajúce z „vysokých“ rodičov sa označujú ako HM a HF, zatiaľ čo potomstvo „nízkych“ rodičov je LM a LF. Vo všetkých prípadoch sme tiež separovali myši na základe individuálneho správania sa v skúškach vzrušenia na porovnanie účinkov rodičovského vzrušenia a vzruchu potomstva na správanie. Obrázok S1 vykazuje hodnoty vzrušenia pre myši 5 (G5), ktoré slúžili ako zásoba, z ktorej boli odvodené experimentálne myši (G6) v tomto rukopise.
Generalizované vzrušenie merané naším testom bolo vyššie u myší z vyššej línie. Samice aj vysoko generalizované vzrušujúce myši vykazovali viac aktivity v domácej klietke (Obr. 1 A-D ), hlavne kvôli väčšej aktivite počas počiatočnej fázy temnej fázy. Okrem toho, ženy a zvieratá s vysokým vzrušením oboch pohlaví vykazovali viac strachového správania v kontexte konjunktúrnej paradigmy kondicionovania (Obr. 1E ). Nakoniec, behaviorálna reaktivita na podanie neutrálneho odorantu bola vyššia u zvierat v porovnaní s tými, ktoré boli vybrané pre nízke vzrušenie (Obr. 1F ); hoci žiadny rozdiel medzi pohlaviami nebol zjavný. Tieto údaje naznačujú, že aj v generáciách 6 sa môžu začať generovať divergentné línie myší vykazujúcich diferenciálne vzory generalizovaného vzrušenia.
Selektívne šľachtenie mení správanie v generalizovanej skúške vzrušenia. Všetky údaje sú uvedené ako priemer (± SEM). (A) Celková vzdialenosť lokomotorickej aktivity domácej klietky v zásobníkoch 1-h a spriemerovaná v 4 po sebe idúcich dňoch. Celková prejdená vzdialenosť počas (B) svetelné obdobie, \ tC) prvý 4 h obdobia tmy a (D) neskoro v období temna. (E) Zmena celkovej prejdenej vzdialenosti z aklimatizácie na posunutie vo fáze vyhľadávania paradigmy strachu. Prerušenia lúča (merané pomocou. \ T F) vertikálna činnosť, \ tG) horizontálna činnosť a \ tH) celková vzdialenosť v odozve na prezentáciu odorantu (vzduch prešiel cez 100% benzaldehyd). * Výrazne odlišné medzi vysokou a nízkou. Rozdiely sa považujú za štatisticky významné, ak P <0.05. HF, n = 29, LF, n = 21, HM, n = 27, LM, n = 18.
Ďalej sme sa snažili zistiť, či by sa geneticky kódované rozdiely v generalizovanom vzrušení mohli premietnuť do zmien v špecifických typoch motivovaného správania závislého od vzrušenia. Za týmto účelom sme vzali myši G6 a rozdelili ich dvoma rôznymi spôsobmi (irodičovské vzrušenie - či ich rodičia boli vo vysokých alebo nízkych líniách - a (ii) vzrušenie potomstva - či príslušné zviera (G6) bolo v hornej alebo dolnej časti distribúcie vzrušenia. Po prvé, samce myší boli vystavené pohlavne naivným špecifickým (kmeňa Het8) po sebe idúce dni až do párenia. Muži z vyššej línie a tí potomkovia, ktorí vykazovali vysoké hladiny generalizovaného vzrušenia, vykazovali špecifický model sexuálneho správania spojeného s vyššou úrovňou vzrušivosti a sexuálneho vzrušenia (Obr. 2). Muži s vysokými vzrušivosťami vykazovali pred nasadením viac svalov (Obr. 2 A a E ) a potom menej intromácií pred ejakuláciou (Obr. 2 B a F ) a po prvej intrúzii sa ejakulovali rýchlejšie (Obr. 2 C a G ). Okrem toho percento úspešných pokusov, ktoré viedli k intromisii, bolo signifikantne nižšie u samcov myší z línie vysokého vzrušenia (Obr. 2 D a H ). Vzorec sexuálneho správania naznačuje, že muži s vysokými vzrušivosťami boli excitovateľní nevhodným spôsobom, ako je naznačené veľmi nízkym pomerom intromisie: celková montáž. Dôležité je, že časová štruktúra párenia pri párení bola podobná medzi líniami, pretože medzi genetickými líniami a medzi potomkami skupín s vysokým a nízkym vzostupom neboli žiadne rozdiely v latencii k nasadeniu, intromitu alebo ejakulácii (Obr. 3 A-F ).
Vysoké generalizované vzrušenie je spojené s vysokým sexuálnym vzrušením. Všetky údaje sú uvedené ako priemer (± SEM). Celkový počet pripojení pred prvým spustením komunikácie (A) rodičovské vzrušenie,E) vzrušenie potomstva a (I) v oboch podmienkach. Počet intromácií pred prvým pripojením pre (B) rodičovské vzrušenie a (F) vzrušenie potomstva. Latencia na ejakuláciu po prvom rozptýlení u zvierat rozdelených na (C) rodičovské vzrušenie a (G) a vzruch a integrácia potomstva: počet úspešných intromácií / celkový počet pripojení + intromissions) rozdelených podľa (D) rodičovské vzrušenie a (H) vzrušenie potomstva. Rozdiely sa považujú za štatisticky významné, ak P <0.05. HM, n = 6, LM, n = 6.
Sexuálne správanie u vysoko generalizovaných vzrušujúcich myší si zachováva časovú štruktúru. Všetky údaje sú uvedené ako priemer (± SEM). Latencia na pripojenie (A, Da G), latencia do intromitu (B, Ea H) a latencia ejakulácie (C, Fa I) sa nelíšia medzi riadkami alebo na základe vzrušení potomstva. Rozdiely sa považujú za štatisticky významné, ak P <0.05. HM, n = 6, LM, n = 6.
Potom sme položili otázku, či sa zvýšenie vzrušenia CNS premieta do zvýšenia správania v úzkosti / prieskumného správania? Myši s vysokým a nízkym podielom oboch pohlaví sa testovali na úlohách zvýšeného plus bludiska a prechodov svetlo-tma. Zaujímavé je, že rozdiely boli signifikantné podľa rodičovskej úrovne vzrušenia, ale neboli systematicky odlišné medzi zvieratami, ktoré sa líšili v samotnom vzrušení. Vo zvýšenom plus bludisku myši z vyššej línie vykazovali celkový nárast správania podobného úzkosti (pokles v prieskume), ako je indikované kratším časom stráveným v otvorených ramenách (Obr. 4A ), dlhšia latencia na vstup do otvoreného ramena (Obr. 4B ) a celkové zníženie prieskumného správania, ako je indikované celkovými vstupmi do ramena (Obr. 4D ). Vo všetkých prípadoch samice, nezávisle od šľachtiteľského typu, tiež strávili menej času v otvorenom ramene a vykazovali dlhšiu latenciu, aby najprv vstúpili do otvoreného ramena. Neexistoval konzistentný vzťah medzi skóre a vzostupom vzrušenia potomstva vo zvýšenom plus bludisku (Obr. 4 E-H ). V teste svetlo-tma sa myši z vysokej línie nelíšili v čase strávenom vo svetle (Obr. 5A ), ale po dlhšom intervale vstúpil do tmavej strany poľa (Obr. 5B ) a mal podstatne menej prechodov medzi dvomi stranami krabice (Obr. 5C ). Opäť platí, že len rodičovské vzrušenie a nie vzrušenie potomstva predpovedali správanie v úlohe svetlo-tma (Obr. 5 D-F ). Celkovo vykazovali zvieratá z vyššej línie vyššie správanie podobné úzkosti a zníženie celkového prieskumu.
Výber pre vysoké generalizované vzrušenie vyvoláva správanie podobné úzkosti. Všetky údaje sú uvedené ako priemer (± SEM). Myši z vysokých línií Ag čas strávený v oboch otvorených (A) a uzavretých zbraní (\ tB) a vykazovali dlhšiu latenciu na vstup do otvoreného ramena (C) a vykazoval menej celkových vstupov do ramena (D). Neexistoval žiadny vzťah medzi jednotlivými hodnotami v teste vzrušenia (E-H). Rozdiely sa považujú za štatisticky významné, ak P <0.05. HF, n = 22, LF, n = 22, HM, n = 24, LM, n = 15.
Výber pre vysoké generalizované vzrušenie mení prechodové správanie svetla a tmy. Riadky sa nelíšili v celkovom čase strávenom vo svetle (alebo v tme) (A), ale zvieratá s vysokou Ag vykazovali dlhšiu latenciu na vstup do tmavej strany komory (B) a menej celkových prechodov svetlo-tma (C). Neexistoval žiadny vzťah medzi jednotlivými skóre na vzrušivosti pri skúške vzrušenia (D-F). HF, n = 22, LF, n = 22, HM, n = 24, LM, n = 15.
Nakoniec, aby sme získali informácie o najvýznamnejšom znaku údajov získaných z nášho testu generalizovaného vzrušenia, použili sme matematickú metódu nazývanú analýza hlavných zložiek. Táto metóda sa tu používa na analýzu relatívnych príspevkov motorických, senzorických a emocionálnych (strachových) opatrení, pretože ovplyvňujú najväčší, najzákladnejší rozmer vzrušenia. To znamená, že najobecnejšia elementárna sila pôsobiaca v našom teste vzrušenia je odhalená núteným jednosložkovým riešením nášho súboru dát (2). Najzaujímavejšie porovnania, ktoré vyplynú z analýzy hlavných komponentov, sú ilustrované v. \ T Obr. 6, To demonštruje samostatné príspevky motorickej aktivity, čuchovej citlivosti a strachu k hlavnej zložke #1, čo je zložka, ktorá kvantifikuje najviac generalizované a silné správanie generujúce silu v týchto skúškach vzrušenia. v Obr. 6ak má opatrenie (-) znak, znamená to, že bolo skutočne zoskupené so silami na hlavnom komponente #1, ale v opačnom smere (nízkou Hodnoty tohto správania sú silne asociované s príspevkom Principal Component # 1 k produkcii správania súvisiaceho s vzrušivosťou). Hlavný komponent #1 odráža vysoký stupeň motorickej aktivity. Naša analýza nastoľuje otázku, či štruktúry funkcií vzrušenia sú rovnaké u mužov a žien.
Matematická štruktúra generalizovaného vzrušenia je odlišná medzi mužmi a ženami vybranými pre divergentné úrovne generalizovaného vzrušenia. Diferenciálne merania motorických, senzorických (olfaktorických) a emocionálnych (strachových) meraní na najviac zovšeobecnené silové správanie pri skúške vzrušenia, menovite hlavná zložka 1. Vzory týchto príspevkov sa líšili medzi HM a LM, medzi HF a LF, medzi HM a HF a medzi LM a LF. Napríklad LM boli nízke, pretože merania motorov nevedeli k ich hlavnému komponentu 1. Okrem toho, HM mal vysoký pozitívny prínos strachu k hlavnej zložke 1 (HF to neurobil), ale HM chýbalo silné prispenie olfaktorickej reakcie. Kontroly využívajúce tie isté veľké súbory údajov, ktoré sú skramblované a kontroly s použitím náhodných čísel, nedokázali poskytnúť podobné vzorce a prudko znížili percento údajov vysvetlených hlavnou zložkou 1.
Obr. 6 ukazuje, že veľké rozdiely medzi HM a LM pochádzajú z veľkého podielu motorickej aktivity HM na hlavnej zložke #1, ako aj rozdielu v príspevku strachu. V skutočnosti je to zlyhanie motorickej aktivity riadené hlavnou zložkou #1, ktorá robí týchto samcov LM namiesto HM. HM majú vysoké rýchlosti pohybu a sú hanebné. Samice sú rôzne. Hlavný rozdiel medzi HF a LF pochádza zo silnej reaktivity HF na čuchový vstup. Čo sa týka pohlavných rozdielov, medzi HM a HF existujú veľké rozdiely v prínose čuchovej reakcie na hlavnú zložku #1, ako aj strach. Sme špekulujú, že HF žena pripravená na kamaráta, ktoré strávili veľa času v jej nory, sa objaví z jej nory tesne pred ovuláciou. Musí chýbať strach a hojne sa pohybovať, šíriť zápach vaginálnych sekrétov, formu správania dvorenia, ktoré povzbudzuje mužov, aby sa správali rovnako ako ovuláciu. Jej silná čuchová odozva jej pomôže vybrať si zdravých silných mužov ako potenciálnych otcov jej vrhu (23, 24). Medzi LM a LF je najväčší rozdiel v tom, že LF mal veľký motorický príspevok k hlavnej zložke #1, ako aj menší rozdiel medzi LM a LF v strachu. Z tejto aplikácie analýzy hlavných zložiek vyvodzujeme, že štruktúra primárnej zložky vzrušenia nie je rovnaká u mužov ako u žien.
Diskusia
Tieto údaje poskytujú dôkaz, že geneticky pozmenené generalizované vzrušenie má hlboký vplyv na sexuálne a prieskumné / úzkostné správanie. Mužské sexuálne správanie v tejto štúdii bolo charakterizované HM zvieratami, ktoré boli viac excitujúce, vykazovali rýchlejšie pohyby, vykazovali mnoho predčasných a neúspešných koní pred ich prvým úspešným vložením penisu a potom ejakulovali rýchlo po minimálnom počte ďalších intromácií. Pomer intromácií k excitovaným preintromisným montážam bol teda významne nižší v HM v porovnaní s LM zvieratami. Zaujímavé je, že tieto výsledky ukázali, či zvieratá boli triedené podľa rodičov alebo podľa vlastného skóre vzrušenia. Okrem toho selekcia pre vysoké hladiny generalizovaného vzrušenia viedla k zníženiu prieskumného správania v úlohách svetlo-tmavé a zvýšené plus bludisko. Tento výsledok, prekvapivo, bol funkciou skóre rodičovského vzrušenia a bol nezávislý od generalizovaného skóre vzrušenia u samotných testovaných zvierat.
Ak má generalizované vzrušenie dôsledky pre špecifické podtypy vzrušenia, potom je logické, že medzi týmito dvoma konceptmi by mali byť fyziologické väzby. V súčasnej práci sme sa zamerali na dva špecifické zvýšené stavy vzrušenia: sex a strach. Nedávno sme tiež vymedzili model zvýšenia ženského generálneho vzrušenia a sexuálneho vzrušenia po podaní estrogénu (3, 25). K tomu dochádza priamo aj nepriamo prostredníctvom indukcie špecifických a generalizovaných neurochemikálií súvisiacich s vzrušivosťou. Mnohé neurochemické signály, ktoré podporujú generalizované vzrušenie v CNS, tiež podporujú sexuálne vzrušenie v limbických štruktúrach (1, 26). Napríklad histamín súvisiaci s vzrušivosťou súvisiaci s vzrušivosťou je silným chemickým činidlom podporujúcim vzrušenie, ktoré zvyšuje kortikálnu aktivitu a inhibuje neuróny podporujúce spánok ventrolaterálnej preoptickej oblasti. Samce myší bez enzýmu syntézy histamínu histidín dekarboxylázy vykazovali znížené správanie párenia a prenatálnu expozíciu antihistaminikám trvalo zhoršeným mužským sexuálnym správaním (27, 28). Okrem toho histamín vo ventromediálnom hypotalame uľahčuje tak elektrickú aktivitu, ako aj správanie lordózy u samíc hlodavcov (21, 29). Podobne hypokretínové peptidy zvyšujú celkové vzrušenie CNS a mikroinjekcie hypokretínu do mediálnej preoptickej oblasti zvyšujú mužské sexuálne správanie (22). Inverzný príklad tiež poskytuje dôkaz toho istého bodu, anestetiká podávané pred podaním dávok estradiolu zabraňujú expresii lordózneho správania a indukcii génov súvisiacich s párením (30, 31) zatiaľ čo podávanie amfetamínu uľahčuje estrogénovú indukciu párenia (\ t32). Tieto údaje spolu vytvárajú spojenie medzi sexuálnym správaním a generalizovaným vzrušením a naznačujú potenciálne mechanizmy, ktorými by genetická selekcia pre vysoko generalizované vzrušenie mohla ovplyvniť špecifické stavy vzrušenia, ako je pohlavie.
Genetická selekcia pre vysoké hladiny generalizovaného vzrušenia viedla k zníženiu prieskumného správania v testoch svetlo-tmavý a zvýšený plus bludisko. Zníženie prieskumného správania v týchto úlohách by mohlo byť konceptualizované ako indikujúce správanie podobné úzkosti (33). To znamená, že vysoké hladiny generalizovaného vzrušenia CNS viedli k väčšej lokomotorickej aktivite v domácej klietke, ale znížili prieskumnú aktivitu v novom prostredí (svetlo-tmavá skrinka a zvýšené plus bludisko). Z toho vyvodzujeme, že zvýšený lokomotorický pohon u zvierat s vysokým vzrušením je viac ako kompenzovaný vzostupom vyvolaným vzostupom stavov podobných úzkosti, ktoré by slúžili na potlačenie prieskumu. Dôležité je, že aj keď sexuálne správanie bolo ovplyvnené tak rodičovským, ako aj potomokovým vzrušením, prieskumné / úzkostné správanie bolo zmenené len stavom vzrušenia rodičov. Presne, ako sa tento účinok rodičovského kmeňa vyskytol, zostáva určiť.
Spojenie koncepcie generalizovaného vzrušenia so špecifickými stavmi správania je tiež implikované výsledkami s inými systémami. Napríklad, cirkadiánna funkcia, ktorá dostala intenzívnu kontrolu, je regulácia spánku. V súčasnosti má viac ako 15% dospelých v Spojených štátoch nejakú poruchu spánku. Hoci biologické funkcie spánku zostávajú kontroverzné, miesta a niektoré vlastnosti neurónov vypnutých počas spánku boli zaznamenané (34). Regulácia ostrých prechodov medzi spaním a bdením môže závisieť od negatívnych spätných väzieb medzi neurónmi v hypotalame a bazálnom prednom mozgu (4). Problémy v kontrolách mechanizmov vzrušenia, ktoré sa prejavujú ako problémy so spánkom, sú mimoriadne bežné (35), ako aj problémy s vzrušivosťou súvisiace s depresiou (36) a stresu (37). Ďalej Aston-Jones a kol. (38) boli schopní implikovať aktiváciu hypokretínových neurónov súvisiacich s vzrušivosťou v laterálnom hypotalame v odmeňovaní za správanie. Pre každý z týchto špecifických stavov správania - napr. Spánok, stres, nálada a hľadanie odmeny - generalizované vzrušenie poskytuje najzákladnejšiu, primitívnu neuronálnu silu na aktiváciu správania a jej presný vplyv na správanie je ovplyvnený špecifickou okolnosťou prostredia.
Alternatívne interpretácie.
Naše merania vzrušenia sú závislé od lokomotorickej aktivity ako hlavného odčítania. Preto by sa dalo argumentovať, že umelá selekcia génu, ktorý by mal tendenciu zvyšovať celkovú úroveň lokomotorickej aktivity, by sa interpretovala (alebo nesprávne interpretovala) ako zvýšenie vzrušenia CNS. Špecifické detaily nášho rozruchu však takéto zjednodušujúce vysvetlenie nepodporujú. V skutočnosti, pre zmyslové a strachové zložky testu, odčítame aktivitu pozadia od poststimulačných reakcií na stanovenie behaviorálnej reaktivity. Ako ďalšia otázka interpretácie by sa malo zdôrazniť, že stavy diferenciálneho spánku sú potenciálnym náhodným zmätkom pre senzorickú zložku testu. Tento zmätok je však minimalizovaný prezentáciou rotačných (vestibulárnych) stimulov, ktoré pravdepodobne prebudia zvieratá pred čuchovou stimuláciou, ktorá je konkrétnym subtestom, na ktorom sa zakladá výber. V každom prípade, v nových kontextoch, ako je zvýšený plus bludisko a svetlo-tmavá skrinka, selekcia vyššieho generalizovaného vzrušenia produkuje menej celkového prieskumného správania v porovnaní s myšami s nízkou selektivitou. Namiesto jednoduchého výberu pre väčšiu lokomotorickú aktivitu sa zdá, že myši High vykazujú väčšie všeobecné vzrušenie CNS v zhode so zvýšením správania súvisiaceho so strachom a sexuálnymi pohnútkami.
Ďalším alternatívnym vysvetlením je, že sme vytvorili rozdiely v jedinom géne, ktorý sa podieľa na regulácii neurotransmisie súvisiacej s vzrušivosťou. Pretože neurochemické systémy vzrušenia sú recipročne regulované a prekrývanie zmeny v géne pre jeden z týchto systémov by mohlo indukovať zvýšenie celkového vzrušenia a správania CNS. Ďalej si uvedomujeme, že sme prezentovali výsledky len z najnovšej generácie; v dôsledku toho ten, ktorý vykazoval najväčšie kvantitatívne oddelenie medzi líniami High Arousal a Low Arousal. Údaje z ďalších generácií budú k dispozícii v nasledujúcom roku. Tieto línie môžu byť užitočné na skúmanie anatomických a genetických mechanizmov, ktoré pôsobia environmentálne tlaky na prispôsobenie generalizovaného vzrušenia cez vývojové štádiá medzi pohlaviami a počas časového obdobia 24 h light / dark. Štúdie budú zamerané na neurochemické, anatomické a genomické rozdiely medzi líniami High a Low.
Súhrnne, myši geneticky vybrané pre vysoké hladiny generalizovaného vzrušenia produkujú číry fenotyp charakterizovaný vyššou aktivitou domácej klietky, zmyslovou citlivosťou a citovou labilitou. Je zaujímavé, že fenotyp s vysokým vzostupom je spojený s prehnaným sexuálnym vzrušením a znížením prieskumného správania v porovnaní s myšami vybranými pre nízke hladiny vzrušenia. Súhrnne povedané, tieto údaje poskytujú podporu potenciálnej úlohe generalizovaného vzrušenia ako hnacej sily špecifických motivovaných správaní.
Metódy
Methods.
Všetky experimenty sa uskutočnili v súlade s National Institutes of Health Guidelines a nasledovali postupy schválené Výborom Rockefeller University Institutional Animal Care and Use.
Kmeň použitý v tejto štúdii bol odvodený z rozsiahleho outbredu, Het-8, ktorý bol výsledkom rozsiahleho kríženia viac ako ôsmich outbredných kmeňov, po ktorých nasledovalo viac ako 60 generácií štruktúrovaného outbreingu (39). Myši boli chované v skupinách po štyroch až piatich súrodencoch rovnakého pohlavia v štandardných laboratórnych podmienkach s ad libitum prístupom k potrave a filtrovanou vodovodnou vodou. Všetky zvieratá boli chované v cykloch 12: 12 svetlo / tma (svetlá zapnuté na 0600).
Postup šľachtenia.
Zvieratá v tomto rukopise predstavujú našu šiestu generáciu selekcie pre vysoké aj nízke hladiny generalizovaného vzrušenia. V každej z nasledujúcich generácií sa myši testovali v testovaní generalizovaného vzrušenia a generovalo sa celkové skóre vzrušenia (pozri SI Text opisy behaviorálnych testov). Stručne, celková vzdialenosť prejdená cez deň 24 h v teste domácej klietky, horizontálna aktivita z čuchového stimulu a relativizovaná zmena vertikálnej aktivity na relácii tréningu strachu boli použité ako selekčné premenné. Zvieratá boli zoradené podľa poradia pre ich skóre na každej z týchto premenných, boli pridané skóre a zvieratá s najvyšším skóre (šesť najvyšších a najnižších) boli vybrané ako zakladatelia nasledujúcej generácie. Chov prebieha.
Doplnkový materiál
poznámky pod čiarou
Autori neuvádzajú žiadny konflikt záujmov.
Tento článok obsahuje podporné informácie online na adrese www.pnas.org/cgi/content/full/0914014107/DCSupplemental.
;
