Dopamin poživlja nagrajevanje s spodbujanjem vzburjenosti, ki se pojavi v jedru accumbens (2014)

Predstavitev

Projekcija dopamina iz ventralnega tegmentalnega območja (VTA) v NAc je bistvena sestavina nevralnega vezja, ki spodbuja vedenje, ki išče nagrajevanje (Nicola, 2007). Če se eksperimentalno zmanjša funkcija dopamina NAc, je manj verjetno, da bodo živali izvajale napor za pridobitev nagrade (Salamone in Correa, 2012) in se pogosto ne odzivajo na znake, ki predvidevajo nagrajevanje (Di Ciano et al., 2001; Yun et al., 2004; Nicola, 2007, 2010; Saunders in Robinson, 2012). Ti primanjkljaji nastanejo zaradi poslabšanja specifične sestavine iskanja nagrajevanja: povečana je latenca za začetek obnašanja pristopa, medtem ko je hitrost pristopa, zmožnost, da se najde cilj in izvede potrebno operantsko obnašanje, potrebno za zaslužek in zmožnost poraba nagrada ni prizadeta (Nicola, 2010). Dopamin mora spodbujati pristop tako, da vpliva na aktivnost NAc nevronov, vendar narava tega vpliva ostaja nejasna. Veliki deleži NAc nevronov so navdušeni ali zavirani z nagrajevalnimi znaki (Nicola et al., 2004a; Roitman et al., 2005; Ambroggi et al., 2008, 2011; McGinty et al., 2013), in ekscitacije se začnejo pred začetkom obnašanja pristopa in predvidevajo latenco za sprožitev gibanja (McGinty et al., 2013). Zato ima ta aktivnost značilnosti signala, ki je odvisen od dopamina, ki spodbuja pristop, vendar ne vemo, ali to počne.

Nevroni v dveh strukturah, ki pošiljajo glutamatergične afere na NAc, BLA in dorzalni medialni PFC (Brog et al., 1993), so navdušeni zaradi napovedne napovedi (Schoenbaum et al., 1998; Ambroggi et al., 2008) in povratno inaktivacijo katere koli od teh struktur (Ambroggi et al., 2008; Ishikawa et al., 2008) ali VTA (Yun et al., 2004) zmanjšuje jakost izzivnih vzbujanj v NAc. Ta opažanja kažejo, da vzbujanje NAc, ki ga povzročajo izgorevanje, poganjajo glutamatergični vnosi, vendar brez docina NAc tudi ti močni vzbujevalni vložki ne zadostujejo za povečanje izgorevanja, ki nastane po iztoku. Vendar je ta ugotovitev zanemarljiva. Številne NAc nevrone zavirajo znaki (Nicola et al., 2004a; Ambroggi et al., 2011) in ni znano, ali so vzburjenja ali zaviranja pomembnejša za aktiviranje pristopa. Poleg tega bi lahko inaktivacija VTA zmanjšala vzbujanje vzbujanja diskriminacije (DS) z več mehanizmi, neodvisnimi od dopamina: zmanjšano kodiranje iztočnic v BLA in PFC, ki prejemajo projekcije od VTA (Swanson, 1982); zmanjšano odstranjevanje nevronov GABAergic VTA, ki štrlijo na NAc (Van Bockstaele in Pickel, 1995); ali zmanjšano sproščanje glutamata iz dopaminergičnih nevronov (Stuber et al., 2010). Končno zato, ker inaktivacija VTA ne zmanjšuje samo streljanja, ki ga povzroča DS, ampak tudi vedenje pristopa z DS (Yun et al., 2004), Vzbujanje DS bi lahko bilo drugotnega pomena in ne kot nujen pogoj za ciljno usmerjeno gibanje.

Za neposredni preizkus vloge docamina NAc pri izstrelitvi z izrezom smo ustvarili novo sondo za uporabo pri obnašanju glodavcev: krožni niz elektrod, ki obdaja centralno injekcijsko kanilo, ki omogoča hkratno beleženje aktivnosti streljanja v enoti in infuzijo antagonistov dopaminskih receptorjev. v zunajcelični prostor, ki obdaja posnete nevrone (du Hoffmann in sod., 2011). Ta ureditev nam omogoča, da vzpostavimo povezavo med aktivacijo dopaminskih receptorjev, sprožitvijo nevronov NAc in vedenjem, ki išče nagrado: če blokada NAc dopaminskih receptorjev zavira signale, ki jih povzroči iztočnica, in začetek pristopa, bi to zagotovilo močan dokaz, da je odziv nevronov odvisen endogenega dopamina in da je ta signal potreben za vedenje pristopa.

Materiali in metode

Živali.

Petnajst samcev podgan Long-Evan (275 – 300 g ob prihodu) je bilo pridobljenih iz reke Charles in posamično nastanjeni. En teden po njihovem prihodu so podgane nekaj minut dnevno urejali s 3 d, da so jih navadili na eksperimentatorja. Po habituaciji so podgane postavili na omejeno prehrano 13 g podgane na dan. Ad libitum hrana je bila zagotovljena za 7 d po operaciji, po kateri so bile živali ponovno vključene na omejeno prehrano. Postopki na živalih so bili skladni z Vodnikom Nacionalne zdravstvene ustanove za oskrbo in uporabo laboratorijskih živali, odobril pa jih je institucionalni odbor za nego in uporabo živali z medicinskega kolidža Albert Einstein.

Prestavne komore.

Vsi vedenjski poskusi in vedenjski treningi so potekali v komorah iz pleksi stekla po meri (kvadrat 40 cm, višina 60 cm). Te so bile nameščene znotraj kovinskih omar, ki so služile kot Faradayjeve kletke; omare so bile obložene z zvočno peno in beli hrup se je neprekinjeno predvajal s pomočjo namenskega zvočnika, da se čim bolj zmanjša slišnost zunanjega hrupa v komori. Prepustne komore so bile opremljene z nagradno posodo na eni steni z izvlečnimi ročicami na obeh straneh. Za merjenje časov vstopa in izstopa v posodo je bil uporabljen foto snop na sprednji strani posode. Časovna ločljivost sistema vedenja (Med Associates) je bila 1 ms.

Naloga DS.

Živali so bile usposobljene za nalogo DS po postopkih, podobnih predhodno uporabljenim (Nicola et al., 2004a,b; Ambroggi et al., 2008, 2011; Nicola, 2010; McGinty et al., 2013). Predstavljeni sta bili dve napotki naenkrat, bodisi napovedni napovedni DS bodisi nevtralni dražljaj (NS). Slušni znaki so bili sestavljeni iz tona sirene (ki je v 4 ms prevozila frekvenco od 8 do 400 kHz) in prekinitvenega tona (vključen ton 6 kHz za 40 ms, izklopljen za 50 ms); dodelitev določenega tona DS ali NS je bila naključno razdeljena med podgane. Intertalni intervali (ITI) so bili naključno izbrani iz okrnjene eksponentne porazdelitve s povprečjem 30 s in največ 150 s. NS je bil vedno predstavljen 10 s; pritiski vzvoda med NS so bili zabeleženi, vendar niso imeli programiranih posledic. "Aktivni" in "neaktivni" vzvodi so bili naključno dodeljeni levi in ​​desni ročici za vsako podgano na začetku treninga in se kasneje niso spreminjali. Odziv vzvoda na aktivnem vzvodu med DS je zaključil iztočnico in prvi naslednji vnos v posodo je povzročil dovajanje 10% nagrade za saharozo v vodnjak, ki se nahaja v posodi. Predstavitve DS, med katerimi se žival ni odzvala, so bile prekinjene po 10 s. Odzivi med ITI (med predstavitvami iztočnic) in odgovori na neaktivnem vzvodu so bili zabeleženi, vendar niso prinesli nagrade. Živali so bile usposobljene za nalogo DS, dokler se niso odzvale na> 80% DS in <20% NS na 2-urnih treningih.

Kanalirani nizi mikroelektrode.

Po začetnem treningu so podgane vsadili s kaniliranimi mikroračuni, sestavljenimi iz osem volframovih mikrovalovnih elektrod, ki obdajajo centralno vodilno kanilo mikroinjekcije. Ti so bili izdelani in nameščeni v mikrodvirih po meri, kot je bilo predhodno opisano (du Hoffmann in sod., 2011). Popolno obračanje pogonskega vijaka je premikalo elektrode in kanilo kot enoto ventralno 300 μm (brez vrtenja sond), kar nam omogoča snemanje iz več edinstvenih populacij nevronov pri isti živali.

Za vsaditev kaniliranih matric so podgane pripravili na operacijo in jih postavili v stereotaksični instrument, kot je opisano prej (du Hoffmann in sod., 2011; McGinty et al., 2013). Uvedena je bila anestezija in vzdrževana z izofluranom (0.5 – 3%). Živali so prejemale antibiotik (Baytril) tik pred operacijo in 24 h po operaciji. Kanalirani nizi so bili dvostransko implantirani v hrbtno jedro NAc (1.4 mm spredaj in 1.5 mm bočno od bregme in 6.5 mm ventral iz lobanje). Elektrode in mikrodrivi so bili pritrjeni na lobanjo s kostnimi vijaki in zobnim akrilom, žičnati obturatorji pa so bili vstavljeni v vodilne kanile, tako da so se konci obturatorjev poravnali s konci vodilne kanile. Po operaciji je bilo lasišče obdelano z zdravilom Neo-Predef, da se prepreči okužba, živalim pa je bil dovoljen 1 teden okrevanja, preden so nadaljevali s poskusi. Za posthirurško analgezijo so živali dobile 10 mg / kg nesteroidnega protivnetnega zdravila ketoprofen.

Droge.

SCH23390 in rakloprid sta bila kupljena pri Sigmi. V testnih dneh so bila zdravila sveže pripravljena z raztapljanjem v 0.9% sterilni fiziološki raztopini. Zdravila smo dajali v odmerkih 1.1 μg SCH233390 v fiziološki raztopini 0.55 μl na stran in 6.4 μg rakloprida v fiziološki raztopini 0.8 μl na stran. SCH233390 in rakloprid sta bila infuzirana preko 12 in 17.5 min. V pilotnih poskusih smo ugotovili, da imajo dvostranske infuzije rakloprida, ki trajajo 12 min, pomembne, a prehodne učinke na razmerje odziva DS. Tako smo za podaljšanje učinka povečali trajanje infuzije rakloprida, tako da je bil časovni profil njegovih farmakoloških učinkov podoben kot pri SCH23390. Na snemanje (ena seja na dan) je bila narejena samo ena dvostranska ali enostranska injekcija. Vse živali so prejele vsaj eno dvostransko injekcijo enega antagonista in eno (ali več) enostranskih injekcij antagonista. Med nekaterimi enostranskimi poskusi antagonistov smo sočasno infuzirali fiziološko raztopino kot sredstvo za nadzor, kontralateralno na poloblo, ki je dobilo antagonist.

Postopek mikroinjekcije in snemanja.

Naprava za hkratno mikroinjekcijo in snemanje je bila že opisana (du Hoffmann in sod., 2011). Snemalni kabel, ki je vodil z glave, se je zaključil v 24-kanalnem električnem komutatorju z osrednjo luknjo (Moog), ki je signale prenašal v elektrofiziološki snemalni sistem. Dve brizgi sta bili nameščeni v eni črpalki za brizgo zunaj komore; tekočinske cevi iz brizg so vodile do dvokanalnega vrtljivega tekočina (Instech Laboratories), nameščenega nad komutatorjem. Tekoče črte so se spuščale iz vrtljivega odprtine skozi izvrtino komutatorja, potekale vzdolž snemalnega kabla in zaključile na dveh 33-milimetrskih mikroinjektorjih.

Pred snemanjem so mikroinjektorje napolnili z raztopino zdravila in nato vstavili v vodilne kanile živali. Konice mikroinjektorja so segale 0.5 mm preko vodilnih kanil, tako da je bil vrh mikroinjektorja pod konicami elektrode in ∼670 μm od središča vsake elektrode. Pred zasipanjem z zdravili so tekočinske cevi in ​​mikroinjektorje napolnili z mineralnim oljem, nivo oljno-vodne vmesne površine pa je bil označen, da olajša naknadnega potrditev, da je bilo zdravilo injicirano. Nazadnje je bila glavna faza povezana z živaljo in tekočinske črte so bile trdno pritrjene na snemalni kabel, da so mikroinjektorji ostali na mestu ves čas poskusa. Tako pripravljenim živalim je bilo dovoljeno opravljati nalogo DS v izhodiščnem obdobju najmanj 45 min, med katerim je bila zabeležena nevronska aktivnost; nato so črpalko brizge vklopili na daljavo, da so droge vlili v možgane. Za injiciranje ni bilo potrebno ravnati z živaljo ali odpirati vrat komore, vedenjska seja pa se je nadaljevala neprekinjeno skozi izhodiščna obdobja, infuzijo in postinfuzijsko obdobje.

Nevronski napetostni signali so bili posneti z ojačevalnikom na stopnji (ojačitev enotnosti), ojačanim 10,000-kratom in digitalizirani z uporabo komercialne strojne in programske opreme (Plexon). Zabeležili smo iz nevronov 379 v snemanjih / injiciranju 38 pri podganah 15. Od sej 38 so zdravilo 7 zavrgli zaradi slabega vedenja v izhodiščnem obdobju pred injiciranjem ali ker nobenega nevrona ni mogoče zanesljivo izolirati. Tako se je naša nevronska analiza osredotočila na seanse snemanja / injiciranja 31, v katere smo snemali iz 322 dobro izoliranih nevronov pri podganah 12. Po vsaki seji snemanja / vbrizgavanja je bil mikrodriv, ki nosi elektronske nize, napredoval ∼150 μm (polovica obrata vijaka mikrodriva), da bi elektrod premaknil ventilno za snemanje iz nove populacije nevronov. Če smo opazili malo (ali nič) nevronov, smo matriko napredovali vsak drugi dan, dokler ne odkrijemo nevronov.

Analiza.

Podatke smo razdelili na časovna obdobja pred injiciranjem, postinjekcijo in obnovitev, ki so bila opredeljena kot 45 min pred infuzijo antagonistov, 40 min, ki se začne s koncem injiciranja, in zadnji 33 min (2000 s) od vsako sejo (ki je trajala skupaj 2 – 3 h). Postinjekcijsko obdobje ustreza času, ko imajo zdravila največje vedenjske učinke, če jih injiciramo dvostransko (Slika 1C).

 

Slika 1.

Učinki antagonistov receptorjev dopamina na vedenje pristopa DS. A, Shema naloge DS. B, Srednji (pika) in srednji kvartil (navpične črte) razmerja odziva DS (oranžna) in NS (modra) v obdobju predininjekcije za vse vedenjske seanse ...

Izolacijo posameznih enot smo izvedli brez povezave z razvrščevalnikom brez povezave (Plexon) z analizo glavnih komponent. V nadaljnje analize so bile vključene samo enote z natančno določenimi valovnimi oblikami (> 100 μV), ki so se jasno razlikovale od ravni hrupa (<20-50 μV). Za zagotovitev, da so posamezne enote dobro izolirane med seboj in pred hrupom v ozadju (programska oprema Neural Explorer; Nex-Tech), so bile uporabljene interspike intervalne porazdelitve in navzkrižni korelogrami. Časovni žigi preverjenih konic so bili analizirani s prilagojenimi rutinami v programskem okolju R. Peristimulusni histogrami časa, izdelani okoli DS in NS, v časovnih zabojih po 50 ms so bili uporabljeni za kvantificiranje in zaznavanje vzbujanj, ki jih povzročajo signali v Številke 2A, , 3,3, , 4,4, , 55A, , 66A, , 77A, , 88Ain In1010A – C. Da bi ugotovili, ali ima nevron pomembno vzbujanje z DS, je bila izračunana funkcija Poissonove verjetnosti za izhodiščno obdobje 10 pred vsako iztočnico. Za nevrona je veljalo, da je DS vznemirjen, če ima povprečno število konic nad zgornjim intervalom zaupanja 99% porazdelitve izhodiščnih hitrosti streljanja v enem ali več zapornic 50 ms med 50 in 200 ms po vklopu. Za nevrone s pomembnim vzbujanjem z DS v izhodiščnem obdobju predinjiciranja je bila za vsako obdobje v vsaki seji dosežena povprečna hitrost streljanja v 50 ms posodi, zaklenjena na DS in NS, ter povprečna in srednja (Sl. 2C – E, , 55A, , 66A, , 77A, , 88A, , 1010B,C) primerjali smo stopnjo streljanja po nevronih Ker je nevrone s statistično zaznavno vzbujanje NS skoraj vedno vzburil DS [ni prikazano, ampak o tem poročali prej (Ambroggi et al., 2011)], analizirali smo odzive na NS za vse nevrone s pomembnim odzivom DS. Če ni drugače navedeno, so vse statistične primerjave, uporabljene znotraj nevronskih Wilcoxon-ovih testov.

 

Slika 2.

Vznemirjenje z DS-jem napoveduje poznejše vedenje pri iskanju nagrade in kodira bližino vzvoda. A, Povprečni histogrami za pred-inekcijo v času dogodka, poravnani z začetkom DS (oranžna sled) ali NS (modra sled) za 145 nevrone s pomembnimi vzbujajočimi ...

 

Slika 3.

Primer nevronov kaže, da antagonisti D1 in D2 zmanjšujejo vzbujanje z DS. Rasterji in ustrezni histogrami prikazujejo sprožitev štirih različnih nevronov, vzbujenih z DS, poravnanih s pojavom DS. Podatki so iz zadnjih poskusov 40 neposredno pred začetkom ...

 

Slika 4.

Učinki dvostranskega vbrizgavanja dopaminskega antagonista na vzbujanje, ki povzroči izločanje, napovedujejo vedenjske učinke na podlagi preizkusa. A, C, Poskusna analiza nevronskega kodiranja latencije podgane za doseganje vzvoda za iste prikazane nevrone ...

 

Slika 5.

Aktivacija D1 receptorja je potrebna za vzbujanje z DS. A, Histogrami v času Peri-dogodka, prilagojeni pojavu DS za nevrone s pomembnim vzbujanjem DS v obdobju predininjekcije. Sledovi in ​​oblaki kažejo povprečno stopnjo streljanja ± SEM ...

 

Slika 6.

Aktivacija D2 receptorja je potrebna za vzbujanje z DS. A, Histogrami v času Peri dogodka, prilagojeni pojavu DS za nevrone s pomembnim vzbujanjem DS v obdobju pred injiciranjem rakloprida. Vzbujanja DS, ki jih povzročajo DS, so se zmanjšala dvostransko ...

 

Slika 7.

Aktivacija D1 receptorja ni potrebna za vzbujanje z NS. A, Histogrami v času Peri-dogodka, prilagojeni nastanku NS za nevrone s pomembnim vzbujanjem DS v obdobju predininjekcije. Te populacije se v celoti prekrivajo, torej enaki nevroni ...

 

Slika 8.

Aktivacija D2 receptorja je potrebna za vzbujanje z NS. A, Histogrami v času Peri-dogodka, prilagojeni nastanku NS za nevrone s pomembnim vzbujanjem DS v obdobju predininjekcije. V dvostranskih in ipsilateralnih pogojih se je vzbujanje NS zmanjšalo ...

 

Slika 10.

Infuzija soli ne vpliva na vzbujanje z DS ali NS in za vzdrževanje izhodiščne hitrosti streljanja ni potrebna aktivacija D1 niti D2. A, Enoten vzbujen DS nevron, zabeležen med infuzijo fiziološke raztopine. Konvencije so enake tistim ...

za Slika 4smo ugotovili, ali so bili učinki dvostranskega injiciranja antagonistov na zakasnitev do dosega vzvoda korelirani z učinki antagonistov na velikost vzbujanja, ki ga povzroča DS, za vsak poskus posebej. Najprej smo izračunali povprečno hitrost streljanja od 100 do 400 ms po nastopu DS v vsakem preskušanju za vse zabeležene nevrone, ki so imeli pomembno vzbujanje DS pred dvostransko infuzijo antagonistov. Nato smo za vsak nevron izračunali Spearmanov koeficient korelacije ranga, v katerem smo primerjali velikost vzbujanja, ki ga sproži DS, in latenco podgane pri doseganju vzvoda v ustreznih preskušanjih. Te korelacije so bile narisane v histogramih v Ljubljani Slika 4B,D. V to analizo so bila vključena vsa preskušanja DS; če žival ni pritisnila na ročico, je bilo temu preskusu dodeljeno zakasnitev 10 s (največja dolžina predstavitve na iztočnicah). Te korelacijske koeficiente smo izračunali za predhodno vbrizgavanje, kot je opredeljeno zgoraj; smo podaljšali obdobje po injiciranju za 1000 s, da smo dobili širše vzorčenje latenc na preskušanjih, na katere so se živali odzvale po dvostranski infuziji. Za oceno pomembnosti posameznih korelacij smo uporabili dvotirni asimptotik t-približevanje, ker točno p vrednosti ni mogoče izračunati, če so v podatkih o razvrstitvi prisotne vezi. Nato smo uporabili seznanjene teste Wilcoxon za primerjavo medianov porazdelitve korelacijskih koeficientov pred in po infuziji antagonista.

Ker imajo nevroni NAc nizke izhodiščne stopnje streljanja z nižjimi mejami zaupnega intervala, ki se pogosto gibljejo do ničle, je zaviranje veliko težje zaznati in količinsko določiti kot vzbujanja. Tako smo poleg zgoraj opisanega postopka, ki smo ga uporabili za zaznavanje vzbujanja, uporabili tudi analizo delovanja sprejemnika (ROC), bolj občutljivo metodo, za količinsko določitev verjetnosti, da je stopnja streljanja v zaporednih časovnih košah 50 ms po nastopu je bil v izhodiščni vrednosti 10 s pretirano varnostno stopnjo drugačen od hitrosti streljanja. Ta analiza je bila izvedena ločeno za obdobje pred injiciranjem in po injiciranju. Za vsak koš smo izračunali območje pod krivuljo ROC (AUC); Vrednosti AUC za 0.5 ne kažejo nobene razlike od predhodnega streljanja, medtem ko vrednosti, bližje 0 ali 1, kažejo na večjo verjetnost, da je nevron inhibiran oz. Za nepristransko upodabljanje nevronske aktivnosti po celotni populaciji posnetih nevronov smo izračunali hitrost streljanja in AUC vrednosti za 50 ms posodice; za gladko obdelavo podatkov je 10 ms posodil v smetnjake za zaporedne izračune AUC. Zglajene vrednosti AUC so bile nato narisane kot toplotni zemljevidi z ločljivostjo 10 ms (pri čemer vsaka vrednost predstavlja AUC v naslednjih 50 ms) v Številke 5B, , 66B, , 77B, , 88Bin In1010D,E.

Nato smo kvantificirali, ali vrednosti AUC, izračunane v nesprejemljivih zabojih po 50 ms, odražajo pomembno razliko v streljanju. Za vsak koš smo najprej ustvarili 10,000 zagnanih vrednosti AUC iz naključnih naključnih premestitev osnovne hitrosti streljanja in hitrosti streljanja v ustreznem postcue košu. Nato smo ugotovili dvostransko verjetnost, da je bila dejanska vrednost AUC črpana iz porazdelitve zagonskih vrednosti; če je bila verjetnost <0.05, smo menili, da se je streljanje v smetnjaku bistveno razlikovalo od izhodiščne vrednosti predhodnega pogona. Na koncu smo prešteli število nevronov s hitrostjo streljanja v vsakem košu, ki je bila znatno večja ali manjša od izstrelitve izhodiščne črte in te vrednosti narisali kot deleže celotne populacije (Sl. 5C, , 66C, , 77C, , 88C, , 99B,D, , 1010F,G).

 

Slika 9.

Ipsilateralno ali kontralateralno injiciranje D1 ali D2 antagonista ne vpliva na nevronsko aktivnost, poravnano z vnosom v posodo. A, C, Vrednosti RUC AUC se izračunajo in prikažejo, kot je opisano v Slika 5B, razen časovnih košev so daljše (200 ms) in poravnane ...

Za primerjavo deležev nevronov, ki so bili v predininjekcijskem in poininjekcijskem obdobju vzbujeni ali inhibirani, smo uporabili pristop zmanjšanja podatkov. Najprej smo izračunali delež zabojkov 50 ms med 0 in 1 s po začetku nastavitve, v katerem je vsak nevron pokazal pomembno vzbujanje ali inhibicijo. Nato smo te frakcije primerjali v obdobjih predininjekcije in poininjekcije s seznanjenim Wilcoxonovim testom. Nevroni, ki niso pokazali pomembne modulacije v nobenem košu tako v predinjekcijskem kot poininjekcijskem obdobju, so bili izključeni iz te analize in niso bili vključeni v parcele, ki prikazujejo srednji delež pomembnih posod (ploskev pik in pikcev na desni strani vsakega dela v Sl. 5C, , 66C, , 77C, , 88C, , 1010F,G). Ta postopek je odpravil vpliv velike populacije nevronov brez razlike v aktivnosti med oknom po DS in osnovno črto pred DS; ta populacija je malo zanimiva, vendar prispeva veliko število ničelnih vrednosti, ki nagibajo povprečno število pomembnih zabojnikov proti 0 in prikrivajo tako zmanjšanje kot tudi povečanje deleža pomembnih posod po infuziji.

Podobne analize so bile izvedene tudi za žganje, povezano s potrošnjo, ki se je zgodilo po vstopu v posodo za nagrado. Živali so običajno ostajale v posodi več kot 5 s; zato za zajem teh sorazmerno dolgih časovnih intervalov rezultate prikažemo s pomočjo 200 ms zabojnikov (Slika 9). Časovno obdobje za primerjavo deležev nevronov, ki so bili vzbujeni v predinekcijskem in poininjekcijskem obdobju, je bilo od 0 do 1.5 s, medtem ko je bilo od 0 do 5 s za inhibicije; za vznemirjenje je bilo uporabljeno krajše okno za analizo, saj so bile običajno bolj prehodne. ROC analize so bile izvedene na računalniško grozdju visoke učinkovitosti na Albert Einstein College of Medicine z uporabo paketa pROC za R.

Za primerjavo "izhodiščne" hitrosti streljanja, ki se dogaja zunaj delovnih dogodkov, smo primerjali povprečno hitrost streljanja v 10 s posodicah pred vsako predinekcijo in po injiciranju antagonistov. Ta postopek je funkcionalno enakovreden naključnim vzorčenjem izhodiščne stopnje streljanja, ker so DS-ji kadar koli med vedenjsko sejo skoraj enako verjetni. Nevroni so bili razvrščeni tako, da kažejo pomembno vzbujanje z DS (pred infuzijo zdravil) ali ne, nato pa so bile v teh skupinah primerjane izhodiščne hitrosti streljanja v obdobjih predininjekcije in po injiciranju s seznanjenim Wilcoxonovim testom (Slika 10H,I). Opravili smo tudi linearno prileganje za nevrone, ki so vzbujali DS, in primerjali nagib te črte z enotno črto (naklon 1).

Če bi bilo opravljenih več primerjav na podskupinah podatkov, ki so prišli iz istega predmeta (Sl. 2C – E, , 55A,C, , 66A,C, , 77A,C, , 88A,C, , 99B,D, , 1010B,C,F,G), p vrednosti so bile popravljene Bonferroni; tj p vrednost pomnoženo s številom opravljenih primerjav. Popravljeno p vrednosti so bile pomembne, če p <0.05. Vsi popravki so bili opravljeni s faktorjem 3, razen Slika 2C – E, v katerem je bil faktor 2.

Sledenje videu.

V podskupini poskusov je bil položaj podgane izmerjen z zgornjo kamero (30 sličic / s) in računalniškim sistemom za sledenje (Cineplex; Plexon). Sistem je sledil x in y pozicije dveh različno obarvanih LED, pritrjenih na oder snemalne glave. Kot je bilo predhodno opisano (McGinty et al., 2013) izračunali smo centroid, ki opisuje središčno točko med položaji LED za vsak video okvir. Manjkajoče podatkovne točke do 10 zaporednih sličic so bile zapolnjene z linearno interpolacijo; v redkih primerih, ko je manjkalo> 10 sličic, so bili podatki zavrženi. Za vsak video okvir smo izračunali SD razdalj med položajem centroida v tem okviru in v časovnem oknu ± 200 ms. Te meritve SD predstavljajo gibalni indeks (LI) za ta okvir videoposnetka. Log-transformirani LI so bili bimodalno porazdeljeni, pri čemer je spodnji vrh predstavljal obdobja malo ali nič gibanja, zgornji vrh pa premikanje (Drai in sod., 2000). Nato smo dve Gaussovi funkciji prilagodili porazdelitvi LI in določili prag gibanja kot točko, kjer se te funkcije najmanj prekrivajo.

Premiki so bili opredeljeni kot najmanj osem zaporednih okvirov z LI nad pragom lokomotorja. Da bi določili čas začetka premikanja, smo analizo omejili na preskuse DS, v katerih je bila žival še vedno na začetku, in nato izračunali zakasnitev med začetkom iztočnice in prvim okvirom, v katerem je LI presegel prag gibanja (Sl. 1D – F, , 22B,D). Če na preskusu ni bilo izmerjenega zaznavnega gibanja, je bila latenca na tem preskusu opredeljena kot> 10 s (dolžina predstavitve iztočnice, Slika 1D). Podobni rezultati so bili dobljeni, ko so bila taka preskušanja izpuščena iz analize (podatki niso prikazani). Porazdelitve gibanja zakasnitve gibanja z DS so bile nato združene na podganah in mediane so primerjale z Wilcoxonovim testom. Za količinsko določitev zakasnitve na največjo hitrost in srednjo hitrost premikov z ročicami, usmerjenimi na DS, smo uporabili vse poskuse, ki so se končale s pritiskom na ročico, tudi če se je podgana premikala ob začetku DS (Slika 1E,F).

Histologija.

Živali so bile globoko anestezirane z evtasolom in intrakardijalno perfuzirane s fiziološko raztopino in 4% formalinom. Neposredni tok (15 μA) je bil prodan skozi vsako od elektrod v nizih za ∼30 s, da bi ustvaril lezije. Možgani so bili odstranjeni in shranjeni v formalinu, dokler niso bili obdelani. Pred rezanjem s kriostatom smo možgane nekaj dni krio zaščitili s potopitvijo v saharozo 30%. Odseki (50 μm) so bili obarvani za Nissl snov za vizualizacijo sledov in poškodb kanil in elektrod (Slika 11).

 

Slika 11.

Histološka rekonstrukcija mest injiciranja antagonista. Slika prikazuje dva koronalna odseka možganov podgane, ki obsegata večino sprednjega in zadnjega obsega NAc (0.8 mm – 2.8 mm spredaj od bregme). Črne pike predstavljajo ...

Rezultati

Podgane smo predstavili z dvema slušnima dražljajema v različnih časovnih presledkih v povprečju s 30 s: nagradno napovednim DS in NS (Slika 1A; Nicola et al., 2004a,b; Ambroggi et al., 2008, 2011; McGinty et al., 2013). Stiskalnica z ročico med DS je končala iztočnico in kapljica saharoze je bila dostavljena ob vstopu v posodo za nagrado; če se živali niso odzvale v 10-u, je bila iztočnica prekinjena brez dostave nagrad in začelo se je meddržavni interval. Odzivi v tem intervalu in med NS niso imeli nobene programirane posledice. NS so bili vedno 10 s. Usposobljene živali, ki so se odzvale na večino DS, vendar le nekaj držav članic (Slika 1B), so bili vsadljeni s kaniliranimi nizi, usmerjenimi v jedro NAc. Med poskusi so živali najprej opravile nalogo v obdobju predinjiciranja 45 min, v katerem je bila zabeležena nevronska aktivnost NAc. Nato je bil antagonist D1 receptorja SCH23390 ali rakloprid antagonista D2 / 3 infuziran dvostransko ali enostransko v NAc; živali so ostale v komori, pri čemer so v celotni infuziji veljale naloge in vsaj 75 min kasneje.

V skladu s prejšnjimi študijami (Yun et al., 2004; Nicola, 2010), dvostranske infuzije katerega koli antagonista v jedru NAc so znatno zmanjšale delež DS, na katere se je žival odzvala (Slika 1C, temno sive sledi) in povečala zamudo, da bi sprožila premikanje, merjeno z sledenjem videa v podskupini sej (Slika 1D, sive črtkane sledi). Nasprotno pa enostranske infuzije istih odmerkov niso vplivale na razmerje odziva DS (Slika 1C, svetlo sivi sledovi), latenca za začetek gibanja po pojavu DS (Slika 1D, črtkane svetlo oranžne sledi) in zamuda pri doseganju ročice ali hitrosti gibanja med približevanjem ročice (Slika 1E,F). Ti vedenjski podatki kažejo, da je NAc dopamin v eni sami polobli dovolj za vzdrževanje vedenja, čeprav blokada receptorjev D1 ali D2 / 3 na obeh poloblah resno poslabša odzivnost. Ta disociacija ponuja kritično eksperimentalno prednost, saj nam omogoča preizkušanje učinkov antagonistov dopamina na nevronsko aktivnost, kadar je vedenje oslabljeno (dvostransko injiciranje) in kadar ni (enostransko injiciranje), s čimer izključimo potencialno zmedo, ki bi jo lahko opazile kakršne koli opažene spremembe pri nevronski aktivnosti po infuziji antagonista so sekundarne spremembe v vedenju.

Zabeležili smo iz nevronov 322 NAc v sejanjih snemanja / injiciranja 31 pri podganah 12. Približno 45% posnetih nevronov je bilo s DS predstavitvijo pomembno vznemirjeno. Ta vznemirjenja so pokazala lastnosti, podobne tistim, o katerih smo poročali prej (Yun et al., 2004; Nicola et al., 2004a; Ambroggi et al., 2011; McGinty et al., 2013; Morrison in Nicola, 2014): bili so večji od tistih, ki jih sprožijo NS (Slika 2A); začele so se po kratkem zakasnitvi po začetku iztočnice (∼120 ms) in so se pojavile pred začetkom premikanja, usmerjenega z ročico (Slika 2B); in njihova velikost je bila sorazmerna z verjetnostjo vedenjskega odziva, zakasnitvijo gibanja in bližino ročice (McGinty et al., 2013; Slika 2C – E).

Dvostranska infuzija bodisi antagonista D1or ali D2 / D3 je povzročila močno zmanjšanje obsega vzbujanja DS. Kot prikazujeta dva primera nevronov (Slika 3A,C), je bil ta učinek najbolj izražen v minutah takoj po infuziji, kar ustreza maksimalnemu zmanjšanju vedenja, ki ga povzroči iztočnica, ki ga povzročijo injekcije (Slika 3A,C, modri rastri in histogrami). Ko se je vedenjski učinek povrnil, se je odzval tudi strelni odziv (Slika 3A,C, črni rastri in histogrami). Ta vzorec rezultatov je bil skladen za nevrone, ki so vzbujeni v izrezu (Sl. 5A, , 66A, Dvostranski histogrami in risbe brkov). V podporo hipotezi, da ta vzbujanja določajo moč gibanja vzvoda, je velikost vzbujenega vzbujanja v obdobju predinjekcije napovedala latenco živali, da doseže vzvod (Slika 4A,C, levo). Po dvostranskem injiciranju antagonista D1 ali D2 so se te zamude izrazito premaknile na višje vrednosti, pogosto tako visoke, da znotraj 10-ovega predstavitve ni bilo nobenega odziva (Slika 4A,C, leve in desne latencijske porazdelitve). Kljub temu, da so antagonisti zmanjšali odstrel, ki so ga povzročili iztočnice, je še naprej napovedoval živahnost vedenjskega odziva v obdobju po vbrizgavanju in okrevanju (Slika 4A,C, desne rastrske ploskve). To opazovanje kaže, da so bili vedenjski in nevronski učinki zdravila medsebojno korelirani: večje kot je zmanjšanje streljanja, ki ga povzroči antagonist dopamina, večja je zamuda pri doseganju ročice in manjša je verjetnost, da žival je sploh dosegel vzvod.

Za oceno doslednosti te korelacije med poskusom smo izračunali za vsak izrez vzbujen nevron Spearmanovo korelacijsko lestvico med jakostjo vzbujanja in latenco pritiska na ročico. Za preskušanja, v katerih ni bilo odgovora, smo dodelili zamudo 10 s; zamuda v teh preskušanjih je bila torej izenačena na najvišji stopnji. (Podobni rezultati so bili dobljeni, če so bili iz analiz izpuščeni poskusi brez odgovora na vzvod DS; podatki niso prikazani.) Ko smo primerjali koeficiente korelacije v obdobju predininjekcije s tistimi v kombiniranem obdobju po injiciranju / predelavi, smo ugotovili, da skoraj vsi koeficientov je bil v obeh obdobjih negativen. Poleg tega antagonisti bodisi niso pomembno vplivali na srednji koeficient ali so razporeditev premaknili proti še več negativnim vrednostim (Slika 4B,D). Zato ne samo, da populacija nevronov, ki jih vzbujajo iztočnice, zanesljivo napoveduje zakasnitev vedenjskega odziva, ampak tudi povečanje zakasnitve odziva, ki jo povzroči antagonist v določenem preskušanju, močno napovedujejo učinki antagonista na vzbujanje vzbujenega vzbujanja v tem preskušanju. Ti rezultati zagotavljajo močne dokaze o vzročni vlogi endogenega dopamina pri določanju moči odzivanja na nagrado, ki išče nagrado: dopamin poveča vzbujanje vzbujanja NAc nevronov, kar posledično povzroči pristop kratke zakasnitve do vzvoda.

Alternativna razlaga teh rezultatov je, da je zmanjšano vzbujanje, ki ga povzroči izločanje, posledica zmanjšanega vedenjskega odzivanja - morda zato, ker vzbujanje zgolj sledi (ali predvideva) vedenjski odziv, vendar mu ni vzrok. Če bi šlo za to, potem uporaba antagonistov na tak način, da ne vplivajo na vedenje, ne bi smela povzročiti zmanjšanega vzbujanja vzbujanja. Vendar pa je razvidno iz dveh nevronov (Slika 3B,D), enostransko injiciranje bodisi antagonista D1or ali D2 / D3 izrazito zmanjša magnitudo vzbujenega vzbujanja, čeprav enostranske injekcije niso spremenile vedenjske učinkovitosti. Podobni rezultati so bili dobljeni pri povprečenju med vznemirjenimi vzbujanji, zabeleženimi v injiciranem NAc (Sl. 5A, , 66A, Ipsilateralni histogrami); poleg tega povprečni podatki kažejo, da vzbujanje izvlečkov v nevronih, zabeleženih v NAc, kontralateralno injiciranju, ni vplivalo (Sl. 5A, , 66A, Kontralateralni histogrami). Da bi izključili možnost, da je zmanjšanje vzbujanja ipsilateralnega vzbujanja zaradi izločanja posledica injekcij posledica majhnih razlik v vedenjski odzivnosti, smo analizo ponovili, potem ko smo izključili vsa preskušanja, v katerih žival ni odzvala pritiska na vzvod; dobljeni so bili podobni rezultati (podatki niso prikazani; p <0.05 za antagoniste D1 in D2, Wilcoxon). Ti rezultati kažejo, da zmanjšanje vzbujenosti, ki jo povzroča antagonist, verjetno ne bo posledica oslabljene vedenjske uspešnosti.

Čeprav so bile časovne lastnosti vzbujanja, ki jih povzroči izločanje, po nevronih precej podobne, so inhibicije po pojavu izvlečka bolj raznolike, običajno so pokazale poznejši začetek in manj stereotipnih časovnih potekov kot vzbujanja (Sl. 5B, , 66B). Analize zaviranja (in do neke mere vznemirjenja), ki se osredotočajo na posamezno časovno okno, lahko zato zgrešijo pomemben del signala. Poleg tega standardne metode statističnega odkrivanja ne morejo dosledno prepoznati zmanjšanja zaradi zelo nizkih bazalnih stopnic streljanja, vključno s številnimi nevroni NAc. Da bi zaobšli te težave, smo uporabili bolj vključujoč pristop, v katerem smo količinsko opredelili za shranjene časovne smetnje 50 ms v vsakem posnetem nevronu, ROC AUC pa predstavlja razliko med streljanjem v posodi in osnovno črto precue. Toplotni zemljevidi vrednosti AUC v časovnih posodah, poravnanih glede na začetek DS (Sl. 5B, , 66B) dokažejo, da se je zmanjšanje vzbujanja z DS povzročilo po dvostranskih in ipsilateralnih (vendar ne kontralateralnih) injekcijah antagonistov D1 in D2 pri skoraj vseh izvzetih nevronih in se je dogajalo skozi celoten čas vzbujanja. V nasprotju s tem zaviranja po pojavu DS niso bila zmanjšana. Za količinsko opredelitev teh učinkov smo ugotovili, ali vsaka vrednost AUC kaže na pomembno razliko od izhodiščne vrednosti, tako da smo izračunali zagonsko p vrednost, ki predstavlja verjetnost, da je bil AUC odvzet iz porazdelitve AUC, ustvarjenih na podlagi naključno premeščene osnovne črte in hitrosti streljanja posode (glejte Materiali in Metode). Kot kažejo parcele deleža nevronov, ki so pomembni (p <0.05) vzbujanje ali zaviranje v vsakem košu, poravnano z začetkom DS (Sl. 5C, , 66C, leve ploskve v vsakem stolpcu), je delež vzbujanja, ne pa inhibicije, zmanjšan z dvostranskimi in ipsilateralnimi injekcijami antagonistov. Ta razlaga je bila statistično potrjena s primerjavo deležev močno razburjenih in zaviranih smetnjakov skozi celotno okno 1 s post-DS (Sl. 5C, , 66C, pike ploskve). Tako smo vznemirjenje po pojavu DS zmanjšali z injekcijo antagonista D1 in D2, zaviranja pa ne.

Dejansko se je število nevronov, ki kažejo pomembno inhibicijo, po nekaterih vrstah injiciranja povečalo (Sl. 5B,C, , 66B,C). Te nastale inhibicije verjetno ne bodo prispevale k vedenjskim učinkom dvostranskih infuzij antagonistov, ker niso bile konsistentne (npr. Pojavile so se po dvostranskih in kontralateralnih, ne pa ipsilateralnih injekcijah antagonista D1 in po ipsilateralni, vendar ne dvostranski injekciji antagonista D2) in zato ne pojasnjujejo vedenjskih učinkov antagonistov. Poleg tega so bile te pozne inhibicije najbolj vidne ∼600 ms po začetku DS, čas, ko je bilo v nadzornem stanju initiated50% vedenja usmerjenega na ciljno usmerjanje že (Slika 2B). Posledično ni verjetno, da bi nastale zaviranja prispevale k povečani latenciji začetka pristopa ali zmanjšanju verjetnostnega odziva, ki ga povzroča antagonist. Intrigantno je, da se je velika večina nastalih inhibicij pojavila pri nevronih, ki so vzbujali DS, običajno proti koncu vzbujanja (dvostranski antagonist D1: nevroni 14 / 17, 82%; ipsilateralni antagonist D2: 11 / 16 nevroni, 69%; Sl. 5B,C, , 66B,C), skladno z možnostjo, da jih je odkrilo znižanje vzbujalnega odziva, ki ga povzroča antagonist, in podprlo hipotezo, da je izžig DS-vzbujenih nevronov vzrok za začetek vedenja pristopa.

Predstavitve NS, ki so le redko izzvale odzive vzvoda (Slika 1B), je sprožil majhno, vendar dosledno vzbujanje v istih nevronih, ki jih je vzbujal DS (Slika 2A). Presenetljivo, da vzbujanja NS, ki jih povzroča NS, antagonist D1 ni zmanjšal, niti v velikosti (Slika 7A) ali v številu vzbujenih nevronov (Slika 7B,C). V nasprotju s tem je injekcija antagonista D2 zmanjšala tako jakost kot število vzbujanja NS-ja (Slika 8). Zaviranja NS, ki jih povzročajo NS, ni zmanjšala niti antagonist (Sl. 7B,C, , 88B,C). Zato je v teh pogojih potrebna aktivacija receptorjev D1, da nevroni NAc proizvedejo vzbujanja velike razsežnosti kot odziv na vidne dražilne napovedne dražljaje, medtem ko je za odzive na napovedne napovedne in nevtralne dražljaje potrebna aktivacija D2 receptorjev.

Menili smo, da je lahko zmanjšanje vedenja za nagrado po dvostranskih infuzijah posledica prekinitve nevronskega procesa, povezanega z okrepitvijo, ali hedonske obdelave nagrade. Takšni procesi lahko vključujejo subpopulacije NAc nevronov, ki med zaužitjem saharoze inhibirajo ali vzbujajo (Nicola in sod., 2004b; Roitman et al., 2005; Taha in polja, 2005). Ker so si živali po enostranski infuziji antagonistov še naprej zaslužile nagrado, smo lahko ugotovili, ali je nevronska aktivnost, povezana s porabo nagrad, odvisna od aktivacije dopaminskih receptorjev. Pregledali smo streljanje v 5 s po vstopu živali v posodo za nagrado, časovno obdobje, v katerem običajno pride do porabe nagrad (Nicola, 2010). S pomočjo analize ROC smo primerjali streljanje v zabojih 200 ms znotraj tega okna z osnovno črto predhodne zaščite 10; toplotni zemljevidi dobljenih vrednosti AUC kažejo majhen učinek injekcije antagonista bodisi ipsilateralno bodisi kontralateralno glede na injiciranje (Slika 9A,C). Antagonisti niso vplivali na deleža vzbujenih in zaviranih nevronov (Slika 9B,D), kar močno nakazuje, da vzbujanje in zaviranje, povezano s uživanjem, ni odvisno od dopamina. Podobni rezultati so bili dobljeni, ko smo opravili isto analizo z uporabo 50 ms bins (podatki niso prikazani).

Da bi izključili možnost, da so bili opaženi rezultati posledica nekega dejavnika, ki ni antagonist (npr. Fizične motnje, ki jih povzroča injekcija ali kakšen sestavni del zdravila), smo v nekaterih poskusih vbrizgali fiziološko raztopino. Kot prikazuje primer nevrona (Slika 10A) in s povprečnim vzbujanjem po nevronih, ki se vzbujajo v izločkih (Slika 10B), Vzbujanje DS-ja se z injekcijo fiziološke raztopine ni spremenilo; Tudi vzbujanja NS-a niso vplivala (Slika 10C). Poleg tega injekcija fiziološke raztopine ni vplivala na deleže nevronov, ki kažejo pomembno vzbujanje in inhibicijo po pojavu DS ali NS (Slika 10D – G).

Nazadnje smo vprašali, ali je lahko aktivacija dopaminskih receptorjev dovolna za vedenje pristopa, če prispeva k izhodiščni hitrosti streljanja NAc nevronov. V neskladju s to hipotezo ni bilo pomembnega učinka bodisi antagonista D1 bodisi D2 na izhodiščne hitrosti izstreljevanja bodisi vzbujenih z DS ali drugih NAc nevronov (Slika 10H,I).

Razprava

Te ugotovitve kažejo na mehanizem, s katerim NAc dopamin spodbuja vedenje, ki ga iščejo spodbude iz okolja: aktivacija dopaminskih receptorjev olajša vzbujanje, ki povzroči izločanje, kar posledično spodbuja kratek čas začetka pristopa do predmetov, povezanih z nagrado. To ugotovitev močno podpira ugotovitev, da obojestransko injiciranje dopaminskih antagonistov povečalo zakasnitev za začetek gibanja (Slika 1D) in zmanjšali obseg vznemirjenih vzbujanj (Sl. 33​,war-6). Zmanjšanje vzbujanja, ki ga povzroči iztočnica, ne more biti posledica okvarjenega vedenja, ker enostranske injekcije niso spremenile vedenja z DS-jem (Slika 1C – F), vendar močno zmanjšalo vzbujanje DS v vbrizganem tkivu (Sl. 3B,D, , 5,5, , 6) .6). Ta vzburjenja so bila prevladujoč nevronski odziv v NAc (pojavila so se v 45% zabeleženih nevronov), in oba sta bila pred nastopom gibanja (Slika 2B) in predvidena zakasnitev gibanja z večjim streljanjem na poskusih s krajšo zakasnitvijo (Slika 2D) (McGinty et al., 2013; Morrison in Nicola, 2014). Zato je vzbujanje z izrezom odvisno od dopamina in potrebno za odločno iskanje nagrade.

Naši rezultati kažejo, da je vzbujanje z izrezom in nobena druga oblika nevronske aktivnosti v NAc verjetno kritičen signal v nevronskem vezju, ki določa zakasnitev ciljno usmerjenih gibov. Ta ugotovitev izhaja iz opažanja, da so antagonisti zmanjšali vzbujanje z izrezom, ne da bi zmanjšali inhibicije, ki jih povzročajo iztočnice, izžreba, povezana s porabo, ali izhodiščne stopnje streljanja. Poleg tega so bila preskušanja, v katerih so bile dvostranske injekcije antagonistov najučinkovitejše za zmanjšanje vzbujanja, tista, v katerih so povzročile največjo vedenjsko okvaro (Slika 4), ki se močno zavzema proti možnosti, da je za vedenjske učinke odgovorna katera druga neodkrita sprememba kodiranja nevronov. Naši podatki torej trdno povezujejo aktivacijo dopaminskih receptorjev v NAc, obseg vzbujanja, ki ga povzroča namig, in latentnost živali, da sproži iskanje nagrade.

Prejšnje delo je pokazalo, da inaktivacija VTA, ki zmanjšuje vzbujanje in zaviranje, ki povzroča NAc, tudi živalim preprečuje, da bi se ponašali z nazornim pristopom (Yun et al., 2004). Vendar ta študija ni odpravila možnosti, da bi bile te spremembe posredni učinek vezja. Tukaj prikazujemo, da so dopaminski receptorji, ki so lokalni za posnete nevrone, potrebni za izločanje vzbujanja, kar odpravlja možnost, da so učinki antagonista posledica delovanja dopamina pred tok NAc. Nasprotno pa so bile z inaktivacijo VTA zmanjšane inhibicije, ki jih povzročajo iztočnice (Yun et al., 2004), niso bile zmanjšane z lokalnimi injekcijami antagonista dopamina, zato verjetno te inhibicije ne bodo posledica neposrednega delovanja dopamina znotraj NAc.

Vplivi antagonistov D1 in D2 na obnašanje DS-evociranega pristopa in streljanje z DS-om so bili izjemno podobni. Ta opažanja so skladna z dolgim ​​nizom eksperimentov z mikroinjekcijo NAc, v katerih sta antagonista D1 in D2 povzročila skoraj neločljive vedenjske učinke v odmerkih, podobnih našim (Hiroi in White, 1991; Ozer in sod., 1997; Koch et al., 2000; Eiler et al., 2006; Pezze et al., 2007; Lex in Hauber, 2008; Liao, 2008; Nicola, 2010; Shin et al., 2010; Haghparast in sod., 2012). Ti rezultati skupaj s kontrastom med koncentracijo antagonista v injektatu, ki je potreben za opazovanje učinkov (mm), in afiniteto zdravil za njihove tarče (nm), postavljajo pod vprašaj, ali so učinki zdravil specifični. Čeprav je učinkovita koncentracija v receptorju verjetno bistveno nižja od vbrizgane koncentracije zaradi difuzije, metabolizma in oksidacije zdravil, kombinirana učinkovitost in časovni potek teh procesov nista znana. Zato je ena formalna možnost, da sta vedenjski in elektrofiziološki učinki SCH23390 in rakloprida posledica obeh zdravil, ki vežejo enega ali več receptorjev, ki jih dopamin sploh ne veže. Proti tej možnosti trdi več dejavnikov. Cue-evoked pristopno vedenje ne blokira samo SCH23390 in rakloprida, temveč tudi vbrizgavanje flupentiksola s širokim spektrom dopaminskega receptorja flupentiksol v NAc (Di Ciano et al., 2001; Saunders in Robinson, 2012), z inaktivacijo VTA (Yun et al., 2004) in z lezijo NAc z 6-hidroksidopaminom (Parkinson et al., 2002), ki selektivno ubija kateholaminergična vlakna. Poleg tega NAc injekcija zaviralca ponovnega privzema dopamina, agonista receptorjev D1 ali D2 ali amfetamina za odstranjevanje dopamina poveča verjetnost izbranega pristopa (Wyvell in Berridge, 2000; Nicola et al., 2005; du Hoffmann in Nicola, 2013). Končno optogenetsko samo-stimulacijo nevronov dopaminskih VTA (vedenje, ki ga nedvomno vzdržuje aktivacija dopaminskih nevronov) zmanjšamo z injiciranjem SCH23390 ali rakloprida v NAc v odmerkih, podobnih tistim, ki se uporabljajo tukaj (Steinberg et al., 2014). Težko si je zamisliti preprostega mehanizma, ki bi lahko upošteval vsakega od teh rezultatov, ne da bi si SCH23390 in rakloprid blokiral pristop z blokiranjem učinkov endogenega dopamina.

Alternativna možnost je, da antagonisti ne vežejo samo svojih ciljnih receptorjev, temveč tudi dopaminske receptorje. Pri koncentracijah 10 μm ali manj rakloprid ne veže D1 podobnih receptorjev (Hall et al., 1986); višje koncentracije niso testirane. Zato bi lahko rakloprid bil specifičen za D2 / D3 receptorje tudi pri mm injiciranih koncentracijah, ki jih uporabljamo mi in drugi, zlasti po difuziji, presnovi in ​​oksidaciji. Ocene vezavne konstante SCH23390 na D2 podobne receptorje se gibljejo med 1 in 5 μm (Bourne, 2001; Mottola in sod., 2002); čeprav te vrednosti kažejo, da SCH23390 veže receptorje D2 / D3 pri vbrizganih koncentracijah, funkcionalna učinkovitost SCH23390 pri blokiranju aktiviranja D2 podobnih receptorjev z dopaminom ni znana. Naše opažanje, da je rakloprid zmanjšal vzbujanje NS, medtem ko SCH23390 ni podprl ideje, da so zdravila delovala na različne receptorje, vendar dokončno ne kaže njihove specifičnosti. Kljub temu, čeprav bi eno ali obe zdravili blokirali obe vrsti receptorjev, da bi zmanjšali vzbujanje z DS, bi bilo to popolnoma v skladu z našim sklepom, da je za vzbujanje z DS povzročena aktivacija vsaj ene oblike dopaminskih receptorjev. Čeprav vprašanje specifičnosti zdravil ostaja brez odgovora, to vprašanje le nekoliko zavira naš glavni zaključek, da dopamin olajša pristop s povečanjem vzbujanja z izzivi.

Če so zdravila dejansko delovala posebej, naša ugotovitev, da sta antagonista D1 in D2 / D3 vsaka zmanjšala izziv izpuščaja v večini nevronov, ki povzročajo iztočnice, kaže, da aktiviranje teh receptorjev vodi v sinergistično vzbujanje v istih nevronih. Ker D1 in D2 receptorje najdemo v pretežno ločeni populaciji nevronov v NAc (Albin et al., 1989; Gerfen et al., 1990), znaten delež NAc jedrskih in lupinskih nevronov, ki izražajo D1 receptorje, vsebujejo tudi mRNA za D3 receptorje (Le Moine in Bloch, 1996), ki jih blokirajo antagonisti D2, vključno z raklopridom. Koekspresija receptorjev D1 in D3 zagotavlja potencialni mehanizem, s katerim bi lahko dopamin spodbujal vzbujanje v necronih NAc s sinergističnim učinkom, ki bi ga blokirali bodisi antagonisti D1 bodisi D2 / 3 (Schwartz et al., 1998). Alternativno (ali poleg tega) lahko interakcija med receptorji D1 in D2 (in / ali D3) pride na ravni lokalnega vezja (Goto in Grace, 2005; Gerfen in Surmeier, 2011). Na primer, dopamin deluje na D1 receptorje in tako zmanjša sproščanje GABA na necite NAc (Nicola in Malenka, 1997; Hjelmstad, 2004), učinek, ki bi lahko spodbujal vzbujanje sočasno z aktiviranjem receptorjev D2 / D3 na bodičaste nevrone (Hopf in sod., 2003). Zlasti ti mehanizmi pomenijo, da dopamin ne vzbudi nevronov NAc neposredno, ampak povečuje njihovo razdražljivost kot odgovor na vnos glutamatergike; Tako bi lahko razložili, zakaj vzbujanje vzbujanja ne blokirajo samo antagonisti dopamina, ampak tudi inaktivacija bazolateralne amigdale in prefrontalne skorje (Ambroggi et al., 2008; Ishikawa et al., 2008), oba pa pošljeta glutamatergične projekcije NAc (Brog et al., 1993).

Podobnosti in razlike med učinki SCH23390 in raklopridom sta lahko posledica dveh kontrastnih nevronskih mehanizmov, ki vključujejo fazični in tonični dopamin. Ker sta tako antagonista D1 kot D2 / D3 zmanjšala vzbujanje z DS, je manjše vzbujanje NS, ki se pojavi v istih nevronih, zmanjšalo le antagonist D2 / D3 (Sl. 8, , 9), 9) se zdi, da dopamin spodbuja kodiranje vrednosti dražljaja z aktivacijo D1 receptorjev, vendar olajša odziv na vse napotke (ne glede na to, ali so povezani z dragocenim rezultatom) prek D2 / D3 receptorjev. To je lahko posledica večjih faznih dopaminskih prehodnih snovi, ki jih v NAc oddajajo napovedno kot nevtralni znaki (Phillips et al., 2003; Roitman et al., 2004). Ker imajo receptorji D2 / 3 višjo afiniteto do dopamina kot receptorji D1, so lahko majhni prehodni dopaminski evocirani NS dovolj, da aktivirajo samo D2 / 3 receptorje, medtem ko lahko DS-prediktivni DS dvignejo koncentracijo dopamina na ravni, ki so dovolj visoke, da aktivirajo D1 receptorje. (Grace, 1991).

Velikost vzbujanega izliva lahko reguliramo s tonikom, ne s faznim dopaminom. Ravni topamina lahko odražajo priložnostne stroške neukrepanja (Niv et al., 2007), s čimer vzpostavijo živahnost opernega nastopa. Če dosežemo dovolj visoke tonske dopaminske vrednosti, bi se lahko aktiviralo dovolj dopaminskih receptorjev, da bi olajšali vzbujanje, ki povzroči izločanje in zmanjšali zamudnost pristopa, ki išče nagrado. Podoben mehanizem lahko temelji tudi na dobro znanem prispevku NAc dopamina k izvajanju neopravljenih operacijskih nalog, ki zahtevajo veliko napora (Salamone in Correa, 2012), pri katerem motnja dopamina povečuje zamude pri približevanju operativnemu programu (Nicola, 2010). Neposredni zunanji nakazili (npr. Pogled ročice) ali notranji nakazili (npr. Zaradi časovnega razpoloženja ali lakote) lahko sprožijo pristop z vznemirljivimi NAc nevroni v večji meri, kadar so stroški priložnosti in ravni dopamina visoke.

Če povzamemo, ne glede na specifični farmakološki mehanizem, naši rezultati kažejo, da NAc dopamin spodbuja obnašanje, ki išče nagrajevanje, s povišanjem vzburjenja NAc nevronov na pomembne okoljske dražljaje. Velikost te ekscitacije določa latenco subjekta, da sproži pristopni odziv. Preko tega mehanizma dopamin uravnava tako moč kot tudi verjetnost, da bo iskal nagrado.

Opombe

Reference