zdroj
Oddelenie bunkovej biológie, Univerzita Cincinnati, Cincinnati, Ohio, USA.
abstraktné
POZADIE:
Neschopnosť inhibovať správanie, keď sa stanú maladaptívnou, je súčasťou niekoľkých psychiatrických chorôb a stredný prefrontálny kortex (mPFC) bol identifikovaný ako potenciálny mediátor inhibície správania. Súčasná štúdia testovala, či je mPFC zapojený do inhibície sexuálneho správania, keď je spojený s averzívnymi výsledkami.
metodika:
Použitím samcov potkanov sa testovali účinky lézií infralimbických a prelimbických oblastí mPFC na expresiu sexuálneho správania a schopnosť inhibovať párovanie pomocou paradigmy averzie podmienenej kopulácie.
Výsledky:
Mediálne prefrontálne lézie kortexu nezmenili prejav sexuálneho správania. Na rozdiel od toho lézie mPFC úplne blokovali získavanie kondicionovania sexuálnej averzie a lézie sa naďalej párili, na rozdiel od robustnej behaviorálnej inhibície k kopulácii u mPFC intaktných samcov, čo viedlo k tomu, že iba 22% intaktných samcov pokračovalo v párovaní. Potkany s léziami mPFC však boli schopné vytvoriť podmienené preferencie miesta pred sexuálnou odmenou a averziou umiestnených averzií k chloridu lítneho, čo naznačuje, že tieto lézie nezmenili asociatívne učenie alebo citlivosť na chlorid lítny.
Záver:
Aktuálna štúdia naznačuje, že zvieratá s léziami mPFC sú pravdepodobne schopné vytvárať asociácie s averzívnymi výsledkami svojho správania, ale chýba schopnosť potlačiť hľadanie sexuálnej odmeny tvárou v tvár averzným následkom. Tieto údaje môžu prispieť k lepšiemu pochopeniu bežnej patológie, ktorá je základom porúch kontroly impulzov, pretože kompulzívne sexuálne správanie má vysokú prevalenciu komorbidity s psychiatrickými poruchami a Parkinsonovou chorobou.
ÚVOD
Stredná prefrontálna kôra (mPFC) sa podieľa na mnohých funkciách nervového systému cicavcov vyššej rady vrátane regulácie emočného vzrušenia, správania podobného úzkosti, ako aj flexibility a rozhodovania správania (1-5). Odhodlanie rozhodovania sa považuje za riadené neurónovým obvodom pozostávajúcim z mPFC, amygdaly a striatum (6), v ktorom mPFC pôsobí ako regulátor "zhora nadol" tohto procesu (7,8). Hlavnou črtou odmeňovania založenej na rozhodovaní je schopnosť sledovať vzťahy "odpoveď-výsledok" v priebehu času (9). Týmto spôsobom, keď dôsledky spojené s behaviorálnym činom sú nepriaznivé, frekvencia týchto akcií klesá. Výsledkom je pozitívna adaptácia správania a táto odpoveď závisí od neporušenej funkcie mPFC (8, 10). Neschopnosť zmeniť behaviorálne účinky, ak vedú k nepriaznivým následkom, je symptóm spoločný pre rôzne návykové ochorenia (11-15).
Pohlavné správanie mužského pohlavia je prirodzené odmeňovanie založené na správaní, v ktorom sú sledované vzťahy reakcie na výsledok, aby sa dosiahol cieľ kopulácie (16). Samce potkanov sa však zdržia kopulácie, keď je sexuálne správanie spárované s averzívnym stimulom chloridom lítnym (LiCl; 17, 18). Aktivita mPFC bola v korelácii so sexuálnym správaním samcov u hlodavcov (19-25) a ľudí (26). Avšak presná úloha mPFC v sexuálnom správaní zostáva nejasná. Cieľom tejto štúdie bolo charakterizovať účinky mPFC lézií na expresiu sexuálneho správania a na získanie inhibície správania sa voči sexuálnemu správaniu u potkanov pomocou modelu averzie podmienenej kopulácie. Medzi lézie patrili infralimbické (IL) a prelimbitické (PL) jadrá mPFC, keďže tieto subregióny preukázali, že prechádzajú do oblasti mozgu zapojenej do regulácie sexuálneho správania (20). Výsledky tejto štúdie ukazujú, že intaktná funkcia mPFC sa nevyžaduje pre normálnu expresiu sexuálneho správania. Namiesto toho výsledky podporujú hypotézu, že mPFC reguluje vykonávanie inhibície správania voči sexuálnemu správaniu, keď je toto správanie spojené s averzívnymi výsledkami.
MATERIÁLY A METÓDY
zver
Dospelé samce (250-260 gramy) potkanov Sprague Dawley získaných z laboratórií Harlan (Indianapolis) boli umiestnené jednotlivo v umelo osvetlenej miestnosti na reverzovanom svetelnom / tmavom cykle (12: 12 h, zhasnutie pri 10 AM) pri teplote 72 ° F. Potraviny a voda boli k dispozícii vždy. Na všetky testy párovania sa použili ovariektomizované estrogénové (sc silastické kapsuly s 5% 17-beta-estradiolbenzoátom) a progesterón (sc injekcia 500 μg v 0.1 ml sezamového oleja) s potkanmi samice Sprague Dawley (210-225 gramy) začalo štyri hodiny po začiatku tmavej periódy a správanie sa vykonávalo v obdĺžnikovej skúšobnej klietke z plexiskla (60 × 45 × 50 cm) za tlmeného červeného osvetlenia. Všetky postupy boli schválené Výborom pre starostlivosť o zvieratá a používaním Univerzity v Cincinnati, Výboru pre starostlivosť o zvieratá na univerzite v západnom Ontáriu a boli v súlade s usmerneniami NIH a CCAC týkajúcimi sa stavovcov vo výskume.
Lekárska chirurgia
Zvieratá boli anestetizované dávkou 1-ml / kg (87 mg / kg ketamínu a 13 mg / kg Xylazinu). Zvieratá boli umiestnené do stereotaxického prístroja (Kopf instruments, Tujunga, CA USA), vykonali sa rezy na odhalenie lebky a otvory boli vyvŕtané nad miesta vpichu pomocou dremmelovej vrtáčky (Dremmel, USA). Ibotenová kyselina (0.251, 2% v PBS) sa infúziou bilaterálne pomocou dvoch injekcií s rôznymi dorzentrálnymi súradnicami, každý v priebehu 1.5 minúty za použitia injekčnej striekačky 5μl Hamilton v nasledujúcich súradniciach voči Bregma (s lebkou vyrovnanou vodorovne): Pre PL a IL lézie: AP = 2.9, ML = 0.6, DV = -5.0 a -2.5. Zlomeniny lézií boli vykonané použitím rovnakých metód, ale s použitím injekcií vo vehikule (PBS). Všetky zvieratá sa nechali obnoviť 7-10 dni pred testovaním správania.
dizajn
Vyjadrenie sexuálneho správania
PL a IL lézie boli vykonané u zvierat, ktoré boli pred operáciou sexuálne naivné. Po zotavení sa zvieratá mohli nechať spájať raz za týždeň až do vystavenia jednej ejakulácie celkom štyri po sebe nasledujúce týždne po operácii. Rozdiely v sexuálnych parametroch (tj oneskorenia pri monoterapii, intromissione, ejakulácii a počte úchytov a intromizií) v rámci každého experimentu sa analyzovali s použitím jednosmernej ANOVA s operáciou lézie ako faktorom. Post-hoc porovnania boli vykonané pomocou testov Fishers PLSD, všetky s úrovňami významnosti 5%.
Zvýšené experimenty s bludiskom Plus
Zvieratá s léziami alebo fiktívnymi ošetreniami boli testované na zvýšenom plus bludisku (EPM). Tento test bol vykonaný päť týždňov po operácii a jeden týždeň po poslednom párení. EPM bol vyrobený z číreho plexiskla a pozostával zo štyroch ramien rovnakej dĺžky, prechádzajúcich z strednej arény, ktorá tvorila tvar znamienka plus. Dve ramená bludiska boli otvorené vonkajšiemu prostrediu a ostatné dve ramená bludiska boli uzavreté tmavými priečkami (vysokými 40), ktoré sa tiahli po celej dĺžke ramena. Hranice medzi strednou oblasťou a ramenami boli definované bielymi pruhmi na ramenách umiestnených 12cm od stredu bludiska. EPM testy boli vykonané za slabého osvetlenia, 1-4 hodiny po začiatku tmavej periódy. Rozdiely medzi simulovanými a poškodenými zvieratami boli stanovené pomocou študentských t-testov s významnou úrovňou 5%.
Podmienečná sexuálna averzia
Samce potkanov boli podrobené tri párové sedenia na získanie sexuálneho zážitku pred léziou alebo fiktívnou operáciou. Zvieratá, ktoré prejavili ejakuláciu počas najmenej dvoch z troch predoperačných testov párenia, boli zahrnuté do tejto štúdie a náhodne rozdelené do štyroch experimentálnych skupín: Sham-LiCl, Lesion-LiCl, Sham-Saline a Lesion-Saline. Lesion alebo falošné operácie boli vykonané 3 dni po poslednom tréningu. Zvieratám sa umožnilo zotaviť sa jeden týždeň po operáciách pred začatím ošetrenia. V priebehu kondičných sedení polovica podvodných a poškodených samcov dostávala LiCl ihneď po párení (Sham-LiCl a Lesion-LiCl), zatiaľ čo druhá polovica mužov s falošným a poškodeným psom slúžila ako kontrolná skupina a dostala sa bezprostredne po párení (Sham-Saline a Lesion-Saline). V deň kondicionovania 1 sa zvieratá nechali spojiť s jednou ejakuláciou a injekčne sa do jednej minúty po ejakulácii injikovali dávkou 20ml / kg buď 0.15M LiCl alebo soľným roztokom a potom sa umiestnili späť do svojich domácich klietok. Ráno v deň kondicionovania 2 sa všetci samci odvážili a zvieratám s fyziologickým roztokom sa podával 20ml / kg dávka 0.15M LiCl, zatiaľ čo zvieratá, ktoré boli kondicionované s LiCl, boli injikované ekvivalentnou dávkou fyziologického roztoku. Táto paradigma sa opakovala počas dvadsiatich po sebe nasledujúcich dní v celkovom počte desiatich kompletných klimatizačných sedení. Parametre sexuálneho správania boli zaznamenané počas každej skúšky. Rozdiely v percentách zvierat, ktoré zobrazovali úchylky a intromizdy alebo ejakulácie, boli analyzované pre každú štúdiu pomocou analýzy Chi-Square s úrovňou významnosti 5%. Vzhľadom na to, že sa medzi skupinami Sham-Saline a Lesion-Saline nezistili žiadne rozdiely v žiadnom parametri, tieto dve skupiny sa kombinovali na štatistickú analýzu (n = 9) a porovnali sa buď s skupinou Lesion-LiCl alebo so skupinou Sham-LiCl.
Uprednostňované preferenčné miesto
Sexuálne naivné zvieratá prešli operáciou lézie, ako je opísané vyššie, a nechali sa zotaviť jeden týždeň pred testovaním správania. Všetky testy správania začali 4 hodiny po začiatku tmavého obdobia. Prístroj s kondicionovaným kondicionovaným miestom bol rozdelený do troch komôr s neutrálnou stredovou komorou. Jedna strana komory mala biele steny a roštovú podlahu, zatiaľ čo druhá strana bola čierna s tyčami z nehrdzavejúcej ocele ako podlahová krytina, stredová komora bola sivá s plexisklovou podlahou (Med Associates, St. Albans, VT). Po prvé, vykonala sa predbežná skúška na stanovenie prirodzenej preferencie pre každého jednotlivca pred začiatkom kondicionovania, všetky zvieratá boli umiestnené do stredovej komory s voľným prístupom do všetkých komôr po dobu 15 minút a celkový čas strávený v každej komore bol zaznamenaný. Nasledujúci deň, tj deň kondicionovania 1, sa muži spojili do jednej ejakulácie vo svojej domácej klietke, na ktorú boli okamžite umiestnení do pôvodne neprednostnej komory tridsať minút bez prístupu do iných komôr alebo boli umiestnení do svojej pôvodne uprednostňovanej komory tridsať minút bez predchádzajúceho sexuálneho správania. V druhom dni podávania sa muži dostali opačnej liečby. Táto paradigma kondicionovania sa opakovala ešte raz. Nasledujúci deň sa vykonal post-test, ktorý bol procedurálne identický s predbežným testom. Dve oddelené hodnoty sa použili na určenie, či mPFC zranené zvieratá vytvorili kondicionované miesto preferencie pre pohlavie. Prvým skóre bolo rozdielové skóre, definované ako rozdiel medzi časom stráveným v pôvodne uprednostňovanej komore a časom stráveným v pôvodne neprednostnej komore. Preferenčné skóre bolo definované ako čas strávený v pôvodne neprednostnej komore delený časom stráveným v pôvodne neprednostnej komore plus čas strávený v pôvodne uprednostňovanej komore. Skóre preferencií a rozdielov sa porovnávalo pre každé zviera medzi predbežným a dodatočným testom s použitím spárovaných študentských t-testov s úrovňami významnosti 5%. Predchádzajúce štúdie preukázali, že párovanie vedie k robustnej preferencii miesta s použitím tejto paradigmy a že kontrolné ošetrenia nevedú k zmenám preferencií (27-29).
Averzia podmieneného miesta
Sexuálne naivné zvieratá prešli léziou alebo fiktívnou operáciou, ako je opísané vyššie a nechali sa zotaviť jeden týždeň pred testovaním správania. Všetky testy správania začali 4 hodiny po začiatku svetelnej periódy. Pomocou vyššie popísaného zariadenia CPP sa kvapalné injekcie LiCl alebo fyziologický roztok spárovali s pôvodne uprednostňovanou alebo neuprednostňovanou komorou počas dvoch kondicionačných testov protizákladným spôsobom. Vykonali sa predbežné a post-testy a údaje sa analyzovali, ako je opísané vyššie, pomocou spárovaných študentských t-testov s úrovňami významnosti 5%.
Overenie lézií
Na overenie lézií boli živočíchy perfundované transcardiálne s 4% paraformaldehydom a mozgy boli rozrezané (koronálne). Sekcie sa imunoprocesovali na neuronový marker NeuN s použitím primárneho antiséra v inkubačnom roztoku rozpoznávajúcom NeuN (monoklonálne anti-NeuN antisérum, 1: 10,000, Chemicon) a štandardné imunoperoxidázové metódy19). Miesto a veľkosť ibotenických lézií sa určila analýzou oblasti v susedných častiach mPFC, ktoré nemajú zafarbenie NeuN neurónom. Postihy mPFC typicky presahovali vzdialenosť od AP + 4.85 po + 1.70 vzhľadom na bregmu (Obrázok 1A-C). Lezie boli považované za kompletné, ak bolo 100% IL a 80% PL zničených a do štatistických analýz boli zahrnuté len zvieratá s kompletnými léziami (experiment s pohlavným správaním, lézia n = 11, falošný n = 12, EPM experiment, lézia n = 5, falošný n = 4, kondicionovaný pokus o sexuálnu averziu, fajn-fyziologický roztok n = 4, sham-LiCl n = 9, léziová soľ n = 5, lézia-LiCl n = 12; experiment kondicionovanej lokálnej averzie, podvod n = 5, lézia n = 12).
Obrázok 1
VÝSLEDKY
Sexuálne správanie
PL / IL lézie neovplyvnili žiadne sexuálne parametre testované u mužov, ktoré boli pred operáciou sexuálne naivné (Obrázok 1D-F). Po dohode neboli žiadne účinky PL / IL lézií na sexuálne správanie zistené u sexuálne skúsených mužov zahrnutých v podmienenom experimente sexuálnej averzie počas prvej skúšky, teda pred párovaním LiCl so sexuálnym správaním (Tabuľka 1). Preto PL / IL lézie neovplyvnili sexuálne správanie nezávislé od sexuálnej skúsenosti.
Tabuľka 1
Elevated Plus Maze
Po dohode s predchádzajúcimi správami (27-29) samce potkanov s mPFC léziami mužov vykazovali viac vstupov do otvorených ramien EPM v porovnaní s kontrolnými zvieratami (Obrázok 1G), čo naznačuje, že funkcia mPFC je rozhodujúca pre situácie, ktoré si vyžadujú hodnotenie rizika.
Podmienečná sexuálna averzia
Účinky kondicionovania LiCl na sexuálne správanie
Kondicionovanie s LiCl viedlo k významnému zníženiu percentuálnych podielov falošných samcov, ktorí vykazovali úchylky, intromizdy alebo ejakuláciu v porovnaní s kontrolnými fyziologickými roztokmi (Obrázok 2A-B). Avšak lézie mPFC úplne blokovali inhibíciu spôsobenú úpravou LiCl. Chi-štvorcová analýza odhalila významné rozdiely medzi skupinami zistenými v percentách zvierat, ktoré zobrazovali úchylky (Obrázok 2A), intromisie (nezobrazené, údaje identické s Obrázok 2A) alebo ejakulácie (Obrázok 2B). Konkrétne percentá mužov, ktoré vykazovali úchylky, intromizdy alebo ejakuláciu, boli významne nižšie v skupine Sham-LiCl v porovnaní s kontrolnými zvieratami ošetrenými fyziologickým roztokom (Sham and Lesion), čo poukazuje na rušivý účinok kondicionovania LiCl na kopuláciu u zvierat Sham. Na rozdiel od toho nebol pozorovaný žiadny účinok kondicionovania LiCl u mužov Lesion-LiCl (Obrázky 2A-B). Preto je funkcia mPFC rozhodujúca pre získanie kondicionovanej inhibície sexuálneho správania. Avšak je možné, že PL / IL lézie zoslabujú asociačné učenie spojené so sexuálnou odmenou, a tak sa skúšali v oddelených štúdiách PL / IL lézií pri získavaní predurčeného miesta pre sexuálnu odmenu.
Obrázok 2
Uprednostňované miesto preferencie a averzia
Potkany s léziami mPFC vykazovali normálne asociatívne učenie kontextuálnych podnetov spárovaných so sexuálnou odmenou, čo naznačuje zvýšené rozdielové skóre a preferenčné skóre počas post-testu (Obrázok 3A-B). Navyše lézie neovplyvnili asociačné učenie kontextuálnych podnetov s malátnosťou vyvolanou LiCl, čo je indikované výrazným poklesom rozdielov a preferenčných skóre počas post-testu (Obrázok 3C-D).
Obrázok 3
DISKUSIA
V tejto štúdii uvádzame, že lézie IL a PL regiónov mPFC neovplyvňujú vyjadrenie sexuálneho správania, ani získanie podmieneného miesta preferencie sexuálnej odmeny. Namiesto toho lézie zabraňujú akvizícii podmienenej sexuálnej averzie. Tieto výsledky poskytujú funkčné dôkazy pre hypotézu, že schopnosť vytvárať adaptačné zmeny správania je regulovaná IL a PL subregiónmi mPFC.
Predchádzajúce údaje z našej laboratórií naznačili, že neuróny mPFC sú aktivované počas sexuálneho správania u samcov potkanov (20). Naproti tomu potkany mPFC poškodené v tejto štúdii sú v žiadnom z analyzovaných parametrov sexuálneho správania nerozlíšiteľné od potkanov s falošnou kontrolou. Po dohode s predchádzajúcimi správami (30, 32) lézií mPFC spôsobili anxiolytické účinky, ktoré boli hodnotené výkonom na zvýšenom plus bludisku, čo naznačuje, že náš léziový protokol bol účinný. Súčasné výsledky preto naznačujú, že aktivácia subdivízií IL a PL v rámci mPFC počas sexuálneho správania nie je potrebná pre normálne vyjadrenie sexuálneho správania. Na rozdiel od predchádzajúcej štúdie, ktorú uskutočnili Agmo a spolupracovníci, sa ukázalo, že lézie prednej cingulárnej oblasti (ACA) zvyšujú latenciu pri ustálených a intromistických latenciach a redukujú percento mužov,25). Preto je možné, že ACA hrá úlohu pri vykonávaní sexuálneho správania, kým oblasti IL a PL sprostredkovávajú inhibíciu správania, akonáhle sú spojené s averznými výsledkami.
Hoci boli hlásené lézie mPFC, narušili rôzne formy konsolidácie pamäti (33, 34), účinky lézií mPFC na inhibíciu správania, ktoré sú tu uvedené, nemožno pripisovať deficitom učenia. V oddelenom súbore experimentov boli testované mužské mPFC testované na schopnosť vytvoriť upravené miesto preferencie sexuálneho správania. Vzájomné asociačné vzdelávanie súvisiace s odmenou zostalo neporušené u zranených zvierat mPFC, keďže títo muži boli schopní vytvoriť preferenčné miesto pre sexuálnu odmenu spárovanú komoru. Toto zistenie je v súlade s predchádzajúcimi štúdiami skúmajúcimi úlohu PL alebo úplného mPFC pri získavaní CPP indukovanej psychostimulantom (35, 36). Okrem toho asociatívne učenie pre averzný stimul LiCl nebolo ovplyvnené léziami mPFC, v súlade s predchádzajúcimi správami, že PFC lézie nezabránili získaniu kondicionovanej chuti averzie (34). Súhrnne tieto údaje naznačujú, že predtým pozorovaná aktivácia subdivízií PL / IL v mPFC (20) nie sú potrebné na získanie asociatívneho učenia súvisiaceho s odmenou, sú však nevyhnutné na správne využitie týchto informácií, pokiaľ ide o vykonávanie kontroly správania. Tento pojem je v súlade so súčasným tvrdením, že neporušená funkcia IL je potrebná na zisťovanie a pôsobenie na inhibičné a excitačné vstupy, ktoré poskytujú informácie o nepredvídaných nepredvídaných udalostiach (37). Okrem toho zvieratá s PL (35) alebo IL (8, 37, 38) lézií zobrazuje normálne záchranné učenie napriek neschopnosti využiť tieto informácie na cielené rozhodnutia.
Záverom súčasná štúdia naznačuje, že zvieratá s léziami mPFC sú pravdepodobne schopné vytvoriť združenia s nepriaznivými výsledkami svojho správania, ale chýbajú schopnosť potlačiť hľadanie sexuálnej odmeny, ak čelia nepriaznivým následkom. U ľudí je sexuálny vzrušenie komplexnou skúsenosťou, pri ktorej spracovanie kognitívno-emocionálnych informácií slúži na určenie, či hedonické vlastnosti určitého stimulu stačia na to, aby pôsobili ako sexuálne motivácie (39). Súčasné údaje naznačujú, že dysfunkcia mPFC môže prispieť k podstupovaniu sexuálneho rizika alebo k nutkavému vyhľadávaniu sexuálneho správania. Dysfunkcia mPFC bola navyše spojená s niekoľkými psychiatrickými poruchami (13, 40), čo naznačuje, že dysfunkcia mPFC môže byť základnou patológiou, ktorá je zdieľaná s inými poruchami a že kompulzívne sexuálne správanie môže byť spojené s inými poruchami. V skutočnosti sa u ľudí vyskytla hypersexualita alebo kompulzívne sexuálne správanie s vysokou prevalenciou komorbidity s psychickými poruchami (vrátane zneužívania návykových látok, úzkosti a porúch nálady) (41) a približne 10% prevalencie pri Parkinsonovej chorobe spolu s nutkavým nákupom, hazardom a stravovaním (42-44).
poznámky pod čiarou
Zrieknutie sa zodpovednosti vydavateľa: Toto je súbor PDF s neupraveným rukopisom, ktorý bol prijatý na uverejnenie. Ako službu pre našich zákazníkov poskytujeme túto skoršiu verziu rukopisu. Rukopis sa podrobí kopírovaniu, sádzaniu a preskúmaniu výsledného dôkazu skôr, ako sa uverejní vo svojej konečnej podobe. Upozorňujeme, že počas výrobného procesu môžu byť zistené chyby, ktoré by mohli mať vplyv na obsah, a všetky právne zrieknutia sa zodpovednosti, ktoré sa vzťahujú na časopis.
;