Dopamin D1 receptor modificira plastičnost reprezentacije hipokampusa na prostorsko novost (2008)

J Neurosci. 2008 Dec 10; 28 (50):13390-400. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2680-08.2008.

Tran AH1, Uwano T, Kimura T, Hori E, Katsuki M, Nishijo H, Ono T.

Minimalizem

Človeški hipokampus je kritičen za učenje in spomin. Pri glodavcih piramidni nevroni v hipokampusu požarijo na način, ki je specifičen za lokacijo in oblikujejo relacijske predstavitve okoljskih znakov. Prikazan je pomen glutamatergičnih sistemov v učenju in v hipokampalni nevralni sinaptični plastičnosti. Vloga dopaminergičnih sistemov pri odzivu hipokampalne neuralne plastičnosti na nove in znane prostorske dražljaje ostaja nejasna. Da bi pojasnili to pomembno vprašanje, smo zabeležili hipokampalne nevrone iz dopaminskih D (1) receptorjev nokaut (D1R-KO) miši in njihovih divjih tipov (WT) legel pod manipulacijo različnih prostorskih oznak v znanem in novem okolju. Tukaj poročamo, da se je pri WT miših večina krajevnih celic hitro odzvala na manipulacije distalnih in proksimalnih znakov tako v znanih kot novih okoljih. V nasprotju s tem je bil odpravljen vpliv distalnih opozoril na prostorsko žganje v miših D1R-KO. V miših D1R-KO je bil v bližnjem okolju olajšan vpliv proksimalnih znakov, v novem okolju pa je bila verjetnost, da bi se večina celic v kraju odzvala na spremembe prostorskih znakov, manj verjetna. Naši rezultati kažejo, da lahko hipokampalni nevroni v miših hitro in fleksibilno kodirajo informacije o prostoru iz distalnih in proksimalnih znakov, da bi zapolnili novo okolje. Ta sposobnost je potrebna za mnoge vrste učenja, pomanjkanje D1R pa lahko korenito spremeni to živčno aktivnost, povezano z učenjem. Predlagamo, da je D1R ključnega pomena za kodiranje prostorskih informacij v novih okoljih in vpliva na plastičnost hipokampalnih predstav, kar je pomembno pri učenju in spominu v prostoru.

Predstavitev

Hipokampalna tvorba (HF) pri ljudeh in drugih primatih je kritična za epizodni spomin (Maguire et al., 1998; Eichenbaum et al., 1999; Rolls, 2005; Rolls in Xiang, 2005). Lezije ali manipulacije HF pri glodalcih povzročajo prostorske pomanjkljivosti pri učenju (Gasbarri et al., 1996; Whishaw et al., 1997; Wilkerson in Levin, 1999), in posnetki hipokampalnih nevronov pri glodalcih so pokazali, da streljajo na način, specifičen za lokacijo (O'Keefe in Dostrovsky, 1971; Wilson in McNaughton, 1993; O'Keefe in Burgess, 1996) v povezavi z zunanjimi in notranjimi namigi (Muller in Kubie, 1987; Wiener et al., 1989; Gothard et al., 1996; Hetherington in Shapiro, 1997; Shapiro et al., 1997; Knierim et al., 1998; Zinyuk et al., 2000; Lever et al., 2002; Leutgeb et al., 2005a,b) ali kontekstualne informacije (Gill in Mizumori, 2006), ki označuje vlogo v prostorskem spominu (Wilson in McNaughton, 1993; Leutgeb et al., 2005). Poleg tega se zdi, da HF zagotavlja neuralno predstavitev fizičnega prostora, čeprav so bile predlagane tudi širše funkcije (Maguire et al., 1998; Eichenbaum et al., 1999). Za prostorsko predstavitev prostora se domneva, da je podlaga za določene oblike prostorskega učenja (McHugh et al., 1996, 2007; Cho et al., 1998; Kentros et al., 1998; Eichenbaum et al., 1999; Rotenberg et al., 2000; Dragoi et al., 2003). Ugotovljeno je bilo, da dopamin D1 (D1R-KO) miši so oslabile prostorsko učenje in spremenile prostorsko aktivnost v nucleus accumbens (El-Ghundi et al., 1999, Tran et al., 2005). Ker dopamin modulira hipokampalno sinaptično plastičnost (Otmakhova in Lisman, 1996; Matthies et al., 1997; Swanson-Park et al., 1999; Li et al., 2003) Predpostavlja se, da je pridobitev prostorskih predstavitev v hipokampusu pri miših D1R-KO oslabljena. Ta študija je preizkusila to hipotezo s primerjavo aktivnosti mesta-celic v D1R-KO in divjih tipih miši (WT) kot odgovor na prostorske manipulacije v znanih in novih okoljih.

Materiali in metode

Živali.

Deset samcev WT miši (26-33 g) in 7 moških miših D1R-KO (24-29 g) je bilo uporabljenih v tem eksperimentu nevronskih zapisov. Miši so bile reproducirane v skupnem laboratoriju (Nacionalni inštitut za osnovno biologijo, Nacionalni inštituti za naravoslovje).

Ustvarjanje D1R-KO miši.

Mišji dopamin D1 gen receptorja je bil izoliran iz knjižnice genomske DNA DNA mišje 129 / Sv (Stratagene) s hibridizacijo s produktom 884 bp PCR, katerega pari začetnikov so 5′-TCC AAG GTG ACC AAC TTC TTT GT-3 'in 5′-CTA TAG CAT CCT AAG AGG GT CGA-3 ′. Ciljni vektor smo konstruirali tako, da smo izbrisali celotno kodirno sekvenco z uporabo naslednjih DNA fragmentov: gen 1.2 kb MC1 promotor-difterija toksin-A (DT-A) za negativno selekcijo, 2.8 kb BglI-AvrII fragment, ki vsebuje gornji del mišjega gena D1R, promotor 2.3 kb PGKEscherichia coli gen za ksantin-gvanin fosforibozil transferazo (gpt), promotor 1.1 kb MC1-gen neomicina (neo), 6.5 kb AvrII-BamHI fragment, ki vsebuje 3-netranslatirano regijo in bočno območje, in plazmid pBluescript (Slika 1A). Kultivirane celice E14TG2a IV ES (2.5 × 107 celic) smo transficirali z 50 μg lineariziranega ciljnega vektorja z elektroporacijo 500 μF kapacitivnosti, 270 V / 1.8 mm (ECM600, BTX Electro Cell Manipulator), nato pa po transfekciji z G418 obdelavo (250 μg / ml). Skupaj so se dvignile kolonije, odporne na zdravilo 120, in genomsko DNA smo analizirali s Southern blot analizo za potrditev homologne rekombinacije. D1R-KO miši so bili generirani z uporabo homolognih rekombinantnih ES celic v bistvu, kot je opisano prej (Yamaguchi et al., 1996; Koera et al., 1997). D1R-KO miši so bili ponovno križani s sevom C57BL / 6J (B6 / J) za generacije 10 in vzdrževani v genetskem ozadju B6 / J. Rep DNK potomcev je bil analiziran s PCR s štirimi primerji: (primer a) D1TET-1, 5 A CAG AAG ACA GGT GGA AAG CA 3 C, 1 C TCC ATG GTA GAA GTG TTA GGA GCC 2 ′, (primer c) neo5, 3 AG ATC AGA GCA GCC TGT CTG TTG 10 ′, in (primer d) D5R3′1R, 3 T GTT GGA GAA GTT CTG TAA CTG TCC 60. Stanje PCR je bilo naslednje: denaturacija pri 5 ° C za 3 min, ki ji sledijo 94 cikli 4 min pri 30 ° C, 1 min pri 94 ° C, 1 min pri 60 ° C, končno podaljšanje pri 1 ° C za 72 min, in shranjevanje pri 72 ° C. Divji tip in mutantni aleli so ustrezali produktom PCR 5 in 4 bp (Slika 1B). Vsi poskusi so bili izvedeni v skladu s smernicami Univerze v Toyami in Nacionalnim inštitutom za osnovno biologijo.

Slika 1. 

Ustvarjanje D1R-KO miši in izražanje D1R proteina v možganih WT in D1R-KO miši. A, Shematski prikaz alel WT, ciljnega vektorja in mutantnega alela gena mišjega D1R. Kodirna in neprevedena območja so prikazana kot zaprta in odprta polja. Prajmeri za genotipizacijo PCR (primeri a, b, c in d) so prikazani kot majhne puščične puščice, označene z a, b, c in d. A BamHI mesto je označeno z oklepaji, kadar je to ustrezno. Podenota difteričnega toksina A (DT-A), E. coli geni ksantin-gvanin fosforibozil transferaze (gpt) in neomicin (neo) so prikazani kot odprte škatle. B, PCR genotipizacija divjih tipov (D1R + / +), heterozigotnih (D1R +/-) in homozigotnih (D1R - / -) mutantnih miši. PCR produkti iz alela WT in mutanta (KO) so 234 bp oz. 460 bp. CWestern blot z D1R-specifičnim protitelesom je pokazal, da je D1R protein popolnoma odsoten iz D1R - / - miši.

Western blot analiza.

Možgane smo homogenizirali v pufru, ki je vseboval 100 mm Tris-HCl, pH 6.7, 1% SDS, 143 mm 2-merkaptoetanol in zmes 1% inhibitorja proteaz za sesalske celice (Nacalai Tesque). Celotni lizati (200 μg vsakega proteina) so bili elektroforezirani na 10% SDS-poliakrilamidnem gelu in preneseni v Immobilon-P membrano (Millipore). Membrana je bila blokirana v PBS, ki vsebuje 10% posneto mleko (BD Biosciences) pri sobni temperaturi za 30 min in zaporedno inkubirana s podganjim monoklonskim protitelesom proti D1R (Sigma, 1: razredčenje 1000), čemur je sledila inkubacija s konjskim kozjim protitelesom proti podgana IgG (Sigma, 1: raztopina 1000), ali z zajčimi protitelesi proti aktinu (Sigma, 1: razredčenje 1000), čemur sledi inkubacija s hrenovo peroksidazno-konjugiranimi kozjimi protitelesi proti kunčjim IgG (Sigma, 1: 1000 redčenje). Imunoreaktivne proteinske pasove smo odkrili v skladu s protokolom za odkrivanje ECL (GE Healthcare).

Implantacija elektrode.

Miši so bile nameščene posamično s svetlobnim ciklom 12 h (luči pri 8: 00 AM) in so imele ad libitum dostop do hrane in vode. Miškam je bilo po prihodu vsaj 1 teden prilagojeno za laboratorijsko okolje pred poskusnimi postopki. Na dan operacije so miši anestezirali (pentobarbital, 40 mg / kg, ip) in implantirali dvostransko z monopolarnimi stimulacijskimi elektrodami (premer 100 μm, nerjavno jeklo) za intrakranialno samoziravanje v medialnem predelu možganov na ravni posteriorne lateralne območje hipotalamusa (Franklin in Paxinos, 1997) (spredaj, -2.3 mm; mediolateral, ± 0.70 – 0.75 mm; in dorsoventral, –5.3 – 5.4 mm). V dorzalni del hipokampalnega CA2 območja je bil vsaden premični snemalni sklop, ki ga sestavljajo 17 tetrode iz zvite 8 μm nichrome žice (California Fine Wire Company) ali snop žic 1.Franklin in Paxinos, 1997) (1.8 mm zadaj od bregme, 1.8 mm bočno od bregme in 1.4 mm pod površino lobanje) med isto operacijo. Nakit, pritrjen na lobanjo, je služil kot ozemljitvena elektroda pri vseh miših. Mikropogon je bil pritrjen na lobanjo z draguljarskimi vijaki in zobnim cementom. Konice elektrod so bile pred operacijo pozlačene, da se impedance zmanjšajo na 100–300 kΩ pri 1 kHz.

Eksperimentalni aparat in prostorsko nalogo.

Aparat za prostorsko nalogo je bil krožni odprt prostor (premer 80 cm, visoka stena 25 cm); dvignjen je bil 80 cm nad tlemi na vozičku s kolesi, ki je omogočal ročno vrtenje in premikanje odprtega polja (Slika 2A). Odprto polje je bilo v notranjosti črno pobarvano in zaprto s črno zaveso (premer 180 cm in višina 200 cm). Strop ohišja je vseboval štiri majhne zvočnike, nameščene blizu oboda, razmaknjene med seboj 90 °, 4 žarnice z žarilno nitko, posebej nameščene ob notranjem robu vsakega zvočnika, in video kamero v sredini. Običajno je bila žarnica prižgana v položaju ob treh, zvočnik pa je neprekinjeno oddajal beli šum v položaju ob deveti uri. Prižgana žarnica in zvočnik, ki oddaja zvok, sta služila kot distalni znak. Na glavo miške je bila nameščena majhna 6 V žarnica. Video kamera (CinePlex, Plexon) je pretvorila pravi signal video slike v binarni signal in spremljala vodoravno gibanje majhne žarnice. Laboratorijski računalnik (Dell, Precision 380) je prejel x in y koordinate položaja glave miške pri 33 okvirjih / s. Miši so bile usposobljene za opravljanje naključnega iskanja na odprtem polju (Slika 2B). Za nalogo prehranjevanja je program razmejil krožna območja (mesta nagrajevanja) z naključno izbranimi središči znotraj kvadrata, obkroženega okoli odprtega polja, in sprožila je dobivanje nagrad za stimulacijo možganov (BSR), ko je miš prišla na spletno stran. Po intervalu 5 je bil nagradni prostor premaknjen na drugo lokacijo in ponovno aktiviran

Slika 2. 

Eksperimentalna postavitev, prostorske naloge in eksperimentalne manipulacije. A, Eksperimentalna nastavitev. Odprto polje z miško si je od zgoraj na sredini ogledala kamera CCD, ki je signalizirala položaj miške. Kot distalni znak so bile žarnice z žarilno nitko in zvočniki za oddajanje belega šuma nameščeni na štirih obrobnih položajih stropa. Računalnik je začrtal sled miške in nadzoroval dostavo nagrad iz stimulatorja. B, Naključna naloga za iskanje hrane: računalniški program je naključno razdelil krožno nagradno mesto (majhen debel rdeč krog). Miška je bila nagrajena, ko je vstopila v nagradno mesto, ki je bila nato neaktivna (majhen tanek rdeč krog). START, Lokacija miške na začetku seje. Rdeče pike, mesta nagrajevanja. C, Manipulacije na znanem odprtem polju. V standardni seji (izhodišče 1) je bila žarnica vklopljena v položaju ob 3. uri, zvočnik pa je neprekinjeno oddajal beli šum v položaju ob 9. uri. V seji distalne rotacije se je položaj distalnih znakov zasukal za 180 ° s konstanto komore. V seji proksimalne rotacije je bila komora odprtega polja zasukana za 180 °, distalni znaki pa so ostali nespremenjeni. D, Manipulacije v novem odprtem polju. Kvadratna komora je zamenjala krožno odprto polje. Vsi testi manipulacije so bili podobni tistim, ki so bili uporabljeni na znanem odprtem polju. Časovna skala prikazuje trajanje snemanja in intervale.

Izolacija in snemanje enote.

Sklop snemalne elektrode je bil napredoval v HF pri 20 μm / d. Nevronske aktivnosti so bile zabeležene z uporabo običajnega postopka snemanja, ko so miši izvajali hranjenje. Celične kompleksne celice so bile določene z merili, opisanimi v prejšnjih študijah (Ranck, 1973; Foster in Wilson, 2006). Zbiranje podatkov se je začelo, ko je razmerje signal-šum preseglo N4-krat na eni od elektrod. Ojačanje signala, filtriranje in digitalizacija valovnih oblik konic z uporabo platforme za analizo načelne komponente so bili izvedeni z uporabo sistema Plexon. Posneti signali so bili ojačani z 10,000-kratami, filtrirani med 0.6 in 3 kHz, digitalizirani pri frekvenci vzorčenja 40 kHz in shranjeni na trdem disku računalnika za razvrščanje v off-line klasi. Digitalizirane nevronske aktivnosti so bile izolirane v posamezne enote s svojimi komponentami valovne oblike z uporabo off-line programa za razvrščanje (OfflineSorter, Plexon). Narejene valovne oblike izoliranih enot so bile narisane za preverjanje nespremenljivosti med snemanjem. Vsak grozd je bil nato ročno preverjen, da so bile meje grozdov dobro ločene in da so oblike valov v skladu z akcijskimi potenciali. Za vsak izoliran grozd je bil izdelan histogram interspike intervalov in absolutna refrakcijska doba vsaj 1.0 ms je bila uporabljena za izključitev sumljivih več enot. Primer snemanja tetrode je prikazan v Slika 3.

Slika 3. 

Primer snemanja z več enotami s tetrode, ki jo izolira off-line sorter. A, Prekrižene oblike valov 4 nevronov (a, b, c, d), ki jih zabeleži vsaka elektroda (E1-E4) iz tetrode, ki ustreza analizi grozdov v B. B, Analiza grozdov. The x- in y-akse predstavljajo maksimalne vrednosti signalov v elektrodah 2 oziroma 1 štirih tetrodnih elektrod. Vsaka pika predstavlja eno nevronsko konico, ki je presegla določen prag. Opredeljeni so bili štirje obkroženi grozdi (a, b, c, d). Beli grozdi, razpršeni po sredini in na levem in desnem vogalu, predstavljajo izhodiščni šum in stimulacijske signale. Umerjanje: 0.8 ms, 0.5 mV.

Manipulacije v krožnem odprtem polju (poznano okolje).

Aktivnost mesta-celice smo spremljali v krožni cilindrični komori v času več sej 10 min, med katerimi so miši naključno iskali BSR. Nevroni so bili zabeleženi v sekvenčnih sejah, da bi določili stabilnost krajevnih polj med sejami in količino ekstraznega (distalnega) in intramaze (proksimalnega) nadzora. Slika 2C prikazuje diagram testiranja zaporednih sej. V običajni seji (predrotacija, izhodišče 1) so spremljali nevronsko aktivnost, medtem ko so miši krmarile v krožnem odprtem polju z zvočnikom, ki je neprekinjeno oddajal beli hrup v položaju ob 9 urah, pri 3 o pa je bila vžgana žarnica položaj ure. Nato so bili nevroni zabeleženi v sejah distalnega vrtenja in proksimalnega vrtenja. V seji distalne vrvice je bil položaj distalnih znakov zasukan za 180 °, medtem ko je bila komora konstantna. Pri proksimalnem vrtenju je bila komora zasukana za 180 °, distalni znaki pa so ostali nespremenjeni. Po vsaki manipulaciji distalne ali proksimalne seje je bila zabeležena dodatna seja z vrnitvijo distalnih in proksimalnih signalov v običajne pogoje. Ker je bilo zaporedoma posnetih več sej, miška med snemanjem običajno ni bila odklopljena od snemalnega kabla. Nismo izvedli nobene manipulacije, da bi posegali v prostorsko orientacijo živali. Pred in po vsakem snemanju je miška 5 minut počivala na škatli, nameščeni na podstavek zunaj snemalne komore.

Manipulacije na kvadratnem odprtem polju (novo okolje).

Celice mesta so bile nato posnete v novo odprto polje, ki mu je bila prvič izpostavljena. Novo odprto polje je bilo kvadratno komoro (velikost 55 × 55 cm, višina 25 cm), ki je nadomestila znano odprto polje. Alternativno sta bili uporabljeni dve enaki kvadratni komori. Zaporedja manipulacij v novem okolju so bila podobna tistim, ki se uporabljajo v znanem okolju (Slika 2D). Pred vsakim zasedanjem v znanem ali novem okolju smo tla očistili z raztopino 0.5% Hibitan (Sumitomo Company).

Postavite razmejitev polja.

S porazdelitvijo skupnega števila konic za skupni čas zadrževanja v vsaki slikovni plošči za celotno sejo je nastal zemljevid hitrosti streljanja. Zemljevid porazdelitve hitrosti osvetlitve pikslov je predstavljen z barvno lestvico s velikostjo pikslov 2.4 × 2.4 cm. Piksli, ki jih miška ni obiskala v odprtem polju, so prikazana sivo, tista, kjer je bila miška obiskana, vendar celica, ki nikoli ni bila odpuščena, je belih pik. Stopnja streljanja, ki je večja od nič, je bila ocenjena na naraščajoči lestvici, pri čemer so barvne lestvice cian, modra, zelena, rumena in rdeča. Pikseli s hitrostjo streljanja, ki je večja od dvakratne vrednosti, so prikazani kot rdeči piksli. Polja ploskev so bila označena kot skupine pikslov, katerih hitrost žganja presega dvakratno povprečje stopenj streljanja. Polje mesta se lahko nadaljuje skozi vse robove, ki si jih delijo dve slikovni piki, ki izpolnjujejo kriterij, vendar ne skozi vogale. Če je eno ali več sosednjih slikovnih pik izpolnjevalo merilo, je bilo polje razširjeno tako, da je vključevalo slikovne pike. Vsako dodano slikovno piko je bilo nato preizkušeno za prisotnost sosednjih slikovnih pik, ki izpolnjujejo kriterij. Ko noben sosednji piksel ne izpolnjuje merila, je bila določena meja polja. Najmanjša velikost polja celice, povezane s krajem, je bila nastavljena na slikovnih pik 9. Nepovezani popravki sosednjih slikovnih pik, ki vsebujejo znatno povečano hitrost streljanja, so bili opredeljeni kot "podpolj", če izpolnjujejo zgornji kriterij krajevnih polj.

Standardna analiza seje.

Za vsak nevron, ki je povezan s krajem, je bila ploskev hitrosti streljanja med standardno sejo uporabljena za določitev (1) velikosti polja prostora; (2) povprečna skupna hitrost žganja; (3) srednja hitrost žganja; (4) srednja stopnja streljanja; (5) največja stopnja žganja plodov; (6) redkost; (7) prostorska nastavitev; (8) prostorska skladnost; in (9) vsebino prostorskih informacij (bitov / konico). Te analize so bile izvedene z uporabo prej opisanih metod (Wiener et al., 1989; Skaggs et al., 1993; Jung in sod., 1994; Hetherington in Shapiro, 1997; Shapiro et al., 1997). Vrednosti teh parametrov smo med študijema primerjali med obema skupinama miši t test. Na kratko, velikost polja je bila ocenjena kot odstotek polja mesta v obiskanem prostoru. Povprečna skupna hitrost žganja je bila izračunana kot skupno število konic, ki so bili sproženi med sejo, deljeno s časom seje. Srednje obdelovalne površine in povprečne hitrosti žganja so bili določeni kot povprečni hitrost žganja celice znotraj in zunaj prostorskega polja. Najvišja hitrost žganja je bila najvišja stopnja streljanja vseh slikovnih pik z mestnim poljem. Prostorsko uglasitev celice je bila določena kot razmerje med povprečno hitrostjo streljanja mesta in povprečno hitrostjo streljanja na terenu (Wiener et al., 1989). Prostorska koherenca je bila izračunana z izvajanjem z-transformacije na korelacijo med hitrostjo v slikovni pik in povprečno hitrostjo v sosednjih slikovnih pikah. Prostorske informacije (Inf), ki jih signalizira vsaka enota (Skaggs et al., 1993) je bila izračunana z naslednjo enačbo: Formula Kje R je povprečna hitrost streljanja, ri je hitrost v slikovnih pikah iin Pi je verjetnost, da je bila miška odkrita v pikslih i.

Distalna rotacija, proksimalna rotacija in remapping analize.

Za kvantifikacijo rotacije mestnih polj med različnimi sejami z okoljsko manipulacijo (rotacija distalnih ali proksimalnih znakov) je bil izmerjen rezultat korelacije rotacije za vsako celico kraja. Koše smo zgladili s preračunom stopnje streljanja vsakega koša kot povprečja samega in sosednjih košev. Za vsako celico je bila (1) izmerjena Pearsonova korelacija izdelka-trenutka med nizom hitrosti streljanja v prvotni seji in tistim v drugi seji z okoljsko manipulacijo, nato pa (2) je bila določena količina kotnega vrtenja kart hitrosti streljanja kvantificirana med dvema sejama. Ta zadnja vrednost je bila določena z vrtenjem karte hitrosti streljanja druge seje v korakih vrtenja po 5 °, da se določi položaj, v katerem je bila zasukana karta streljanja maksimalno korelirana s karto stopnje streljanja prvotne seje. Kot vrtenja, ki je povzročil največjo korelacijo, je bil vzet kot znesek, ki ga je mesto kraja zasukalo med obema sejama, celica pa je bila upravičena tako, da sledi napotkom, če so se njena mesta pomaknila> 50% kota, zasukanega za dano rotacijo znaka sejo v primerjavi s predhodno osnovno sejo. Izračunani so bili tudi ukrepi za divergenco strelskih polj (remapiranje) v obeh komorah. Štelo se je, da se celica preimenuje, če izpolnjuje enega od naslednjih pogojev: (1) celica je prenehala streljati, potem ko je bila izpostavljena novi komori, (2) celica je postala močneje aktivna v novi komori kot v znani komori, ali (3) polje se je premaknilo na mesto, ki se po položaju in smeri ni prekrivalo s prejšnjim mestom v znani komori.

Testiranje vidne ostrine.

Spremenjen vizualni preskus skale (Fox, 1965; Crawley, 2000) smo uporabili za testiranje vidne ostrine naših miši. Lesena škatla (46 cm × 46 cm) z vodoravno ravnino, povezano z navpičnim padcem (48 cm), ki je nato povezana z nižjo vodoravno ravnino pri nadiru navpičnega padca. Črno-beli papir z vzorcem je pokrival površino horizontalnih ravnin in navpični padec. Ploščo preglednega pleksi stekla je prekrila skala. Greben iz aluminija (2.54 cm širok in 3.8 cm) je bil postavljen na rob klifa. Obe strani aparata sta bili zelo osvetljeni. Laske so bile odstranjene pred vizualnim preskusom skale, da bi se odstranile taktilne informacije. Uporabili smo dve skupini z vsakim 10 odraslim moškim iz D1R-KO in WT miši. Miško smo postavili na sredinski greben na začetku vsakega zaporednega preskušanja 10 (po poskusih 5 smo napravo obrnili 180 ° in izvedli 5 več poskusov). Ko se je miška odločila, da bo stopila navzdol na vodoravno karirasto površino, je veljala za »pozitivni« odziv, medtem ko se je miš, ki je stopila navzdol na stran, ki se je spuščala po strmini, štela za »negativen« odziv. Čas, ki je potreben, da se miš izstopi iz središčnega grebena, je bil zabeležen kot latenca odziva.

Histologija.

Po oceni, da so snemalne elektrode napredovale pod piramidno celično plast hipokampalnega CA1, so bile lokacije snemalnih elektrod histološko preverjene. Miši so bile globoko anestezirane z natrijevim pentobarbitalom (40 mg / kg ip). Elektrolitsko lezijo (30 μA negativni tok za 15 s) smo aplicirali skozi snemalne elektrode. Mišjo smo perfundirali z 0.9% fiziološko raztopino, ki ji je sledila 10% puferirana formalna slanica. Možgane so odstranili in fiksirali v 30% formal-solni raztopini teden dni. Možgani so bili razrezani koronalno (50 μm) na zamrzovalni mikrotom in obarvani s krezil vijolico.

Rezultati

Ustvarjanje in karakterizacija miši D1R-KO

Za motenje gena D1R v mišjih ES celicah s homologno rekombinacijo smo konstruirali ciljni vektor, tako da smo izbrisali celotno kodirno zaporedje (Slika 1A). Štirje kloni z motenim genom D1R iz kolonij, odpornih na 120 G418, so bili dobljeni s transfekcijo celic E14TG2a IV ES s ciljnim vektorjem z analizo Southern blot (podatki niso prikazani), in himere, dobljene iz klonov, so mutacijo prenašale skozi zarodno linijo. Heterorozni potomci so bili zamreženi, da so nastali homozigotni mutirani miši. Slika 1B prikazuje PCR analizo genotipov potomcev iz heterozigojnih dozorevanj. Skupaj lizati možganov odraslega mišja so bili pregledani z Western blot analizo. Ekspresija D1R je bila popolnoma odsotna pri miših D1R-KO v primerjavi z izrazom pri miših WT (Slika 1C). V nasprotju s tem je bil β-aktin običajno izražen v striatumu D1R-KO in WT miši (Slika 1C).

Histologija

Položaj snemalnih elektrod smo mikroskopsko preverili in preslikali na ustrezne odseke tkiv, odseke pa primerjali z atlasom mišjih možganov Franklin in Paxinos (1997). Vsa mesta za snemanje so bila na območju CA1 za obe vrsti miši (Slika 4).

Slika 4. 

Preverjanje umestitev elektrod. Lokacija konic elektrode za snemanje (črni napolnjeni krogi) za WT miši (A) in miši D1R-KO (B), ki se uporablja za poskus posnetka enote. Plošče so bile spremenjene tako, da so podobne tistim iz Franklin in Paxinos (1997). Številke poleg vsakega odseka ustrezajo milimetrom iz bregme.

Hipokampalne celice pri miših D1R-KO in WT v znanem okolju

Zabeležili smo nevronsko aktivnost iz regije CA1 v D1R-KO in njihovih WT steterjih. Vsemintrideset celic smo zabeležili z mišjih WT in celic 82 iz mišk D1R-KO. Od teh celic je 99 iz mišjih WT prikazoval aktivnost, povezano s krajem (s tetrodami, 77 / 99, 77.8%; z enimi samimi elektrodami, 22 / 99, 22.2%) in 52 iz mišk D1R-KO je prikazal aktivnost, povezano s krajem (po tetrod, 42 / 52, 80.8%; z eno samo elektrodo, 10 / 52, 19.2%). Ni bilo razlike v številu zabeleženih celic, ki so pokazale aktivnost, povezano s krajem med obema skupinama miši (WT, 99 / 183, 54.1% v primerjavi s KO, 52 / 82, 63.4%, p = 0.156, χ2 test). Tako izpad D1R ne zmanjša števila celic v mestu. Za celice s kraji smo opredelili osnovne lastnosti streljanja v standardnem sejsu v že znanem okolju (Tabela 1). Med dvema skupinama miši ni bilo pomembnih razlik v nobenih prostorskih parametrih streljanja (v vseh primerjavah oz. p > 0.05), kar kaže, da pomanjkanje D1R ne ogroža osnovnih lastnosti žganja celic v stabilnem in dobro raziskanem okolju.

Oglejte si to tabelo: 

Tabela 1. 

Primerjave lastnosti streljanja hipokampalnih celic pri miših WT in D1R-KO v znanem okolju

D1R-KO zmanjša celice mesta, ki se odzivajo na distalne znake v znanem okolju

Posledično smo pregledali nevronsko plastičnost celic hipokampola pod rotacijskimi manipulacijami distalnih in proksimalnih signalov v že znani krožni snemalni komori. Odzivi krajevnih celic na manipulacije okoljskih znakov so bili opredeljeni kot pod nadzorom distalnih znakov, proksimalnih znakov, obeh vrst iztočnic in ne vrste iztočnice (Tabela 2). Pri WT miših so učinki distalnih znakov prevladovali nad proksimalnimi signali (Tabela 2), ker je večina celic (52 / 91, 57.1%) sledila vrtenju distalnih signalov (Slika 5A, 1 – 5), manj celic (15 / 91, 16.5%) je sledilo vrtenju proksimalnih signalov (Slika 5B, 1 – 5) in petina (18 / 91, 19.8%) je sledila vrtenju tako distalnih kot proksimalnih nastavkov (Slika 5C, 1 – 5). Presenetljivo je pri miših D1R-KO (Tabela 2), ni nobenih celic (0 / 50, 0%) sledilo vrtenju distalnih signalov, vendar je večina zabeleženih mestnih celic (40 / 50, 80%) sledila vrtenju proksimalnih signalov (Slika 6A,B, 1 – 5). Število nevronov, na katere je vplivala rotacija iztočnic (po distalnem + proksimalnem + obeh nazornih) pri miših D1R-KO je bilo manjše kot pri miših WT (KO, 40 / 50, 80% v primerjavi z WT, 85 / 91, 93.4% , p <0.05). Ti rezultati kažejo, da čeprav se je število miši nevronov, ki so spremenili svojo aktivnost kot odziv na proksimalne znake, povečalo pri miših D1R-KO, vendar to povečanje še vedno ni nadomestilo vseh odzivov, kot je bilo opaženo pri miših WT.

Oglejte si to tabelo: 

Tabela 2. 

Število hipokampalnih celic v miših WT in D1R-KO je testirano na njihove odzive na spremembe distalnih in proksimalnih vzorcev tako v znanem kot v novem okolju.

Slika 5. 

Učinki sprememb v prostorskih razmerjih med distalnim in proksimalnim znakom na aktivnost hipokampa pri mestih WT v poznanem (1 – 5) in novem okolju (6 – 10). A, V znanem okolju je imela krajevna celica mesto za streljanje okoli položaja okoli 9 ure (1) v standardni seji, njeno mesto pa se je v seji distalne rotacije premaknilo v položaj 3 (2) , vrnil v isti položaj (3) kot v standardni seji v osnovni seji 2, brez premika (4) v seji proksimalne rotacije in brez spremembe (5) v povratni seji, v kateri je bila snemalna komora vrnjena v normalni položaj. V novem okolju je odpuščanje te celice, značilno za lokacijo, sledilo tudi distalnim znakom (6-7), ne pa tudi bližnjim znakom (8-9). B, Krajna celica je imela polje, ki ni sledilo vrtenju distalnih znakov (1 – 2), ampak je sledilo proksimalnim znakom (3 – 4) v znanem okolju. Krajno polje te celice se je v novem okolju prenovilo, ko se je njeno polje postavilo nasprotno od tistega v že znanem okolju, vendar je še vedno sledilo vrtenju proksimalnih znakov (8 – 9). C, V mestni celici je bilo umeščeno polje, ki je sledilo spremembi distalnih signalov (1 – 2) in proksimalnih signalov (3 – 4) v znanem okolju. Zanimivo je, da je v novem okolju krajinsko polje te celice sledilo le distalnim znakom (5 – 6), ne pa proksimalnim signalom. Slike žarnic in zvočnikov poleg strelnih zemljevidov kažejo njihovo razporeditev v pogojih manipulacije distalnih in proksimalnih znakov. Vrtilne puščice kažejo vrtenje snemalne komore v proksimalni rotacijski seji. Tabele barvnih lestvic na desni strani zemljevidov streljanja označujejo umerjanje hitrosti streljanja. Številke, ki so v krepkem tisku in v oklepaju na desni strani zemljevidov hitrosti streljanja, kažejo stopnje streljanja na oddaljenih in zunanjih območjih. Zeleni odprti kvadratki priložijo zemljevide hitrosti streljanja, da poudarijo seje, v katerih se je vrtelo polje mesta celice.

Slika 6. 

Učinki sprememb v prostorskih razmerjih med distalnim in proksimalnim znakom na aktivnost hipokampa pri miših D1R-KO v poznanem (1 – 5) in novem okolju (6 – 10). A, Običajna krajevna celica je imela mesto, ki ni sledilo vrtenju distalnih signalov (1 – 2), ampak je sledilo vrtenju proksimalnih znakov (3 – 4) v znanem okolju. V novem okolju mestnega polja te celice niso spremenili niti distalne niti proksimalne manipulacije. B, Še en primer krajevne celice, katere aktivnost, povezana s krajem, ni sledila vrtenju distalnih znakov (1 – 2), ampak je sledila vrtenju proksimalnih znakov (3 – 4) v znanem okolju, in ta celica se je odzvala podobno v novem okolju (6 – 10). Upoštevajte, da nobene celice v miših D1R-KO niso sledile spremembi distalnih vzorcev. Drugi opisi so takšni kot za Slika 2.

Spremenjeni odzivi krajevnih celic pri miših D1R-KO v novem okolju

Izvedli smo nadaljnje poskuse, s katerimi smo razjasnili prožnost celic hipokampa pri predelavi okoljskih dražljajev v novih okoljih in ugotovili, ali je sistem D1R vključen v ta proces. Ko so bile prvotno izpostavljene novi kvadratni komori, celic mesta 86, testiranih na miših WT, so celice 38 pokazale ponovni ponovni nastanek, pri čemer so celice 7 izklopile svoje streljanje in 31 celice spremenile svoja strelna polja. Od celic 26, testiranih na miših D1R-KO, so bile celice 8 preurejene, celice 3 so izklopile svoj strel, celice 5 pa so spremenile svoja strelska polja. Med dvema skupinama miši (WT, 37 / 86, 44.2% v primerjavi s KO, 8 / 26, 30.8%, ni bilo nobenih izrazitih razlik v številu celic, ki so jih prenovili v novem okolju. p = 0.223), čeprav je več celic spremenilo svoja strelska polja pri miših WT (WT, 31 / 86, 36.1% v primerjavi s KO, 5 / 26, 19.2%, p = 0.107). Ti rezultati kažejo, da izpostavljenost novemu okolju vpliva na številne celice v miših WT in D1R-KO. Za preskušanje nevronskih odzivov mestnih celic tako v znanih kot v novih komorih so bile živali potrebne za izvajanje zaporednih sej 10. Pri miših D1R-KO se je pri več celicah delovanje mišja med snemanjem poslabšalo po sejah 4 – 5, saj so se začele pogosto zaustavljati in teči manj naključno, kot v krogih (Tran et al., 2005), njihove poti pa so zajele le majhno območje snemalnega prizorišča, kar ni bilo dovolj za analizo krajev. Da bi ohranili zanesljivost podatkov o nevronskih reprezentacijah tako v znanih kot v okolju, smo v to študijo vključili samo celice, posnete v 10 sejah z zadostno vedenjsko zmogljivostjo, kar pomeni, da je bilo v novem testirano omejeno število celic v miših D1R-KO okolje.

Pri WT miših je težnja, da bi celice prednostno uporabljale distalne znake za iskanje svojih krajev (Slika 5A, 6 – 10) preko proksimalnih signalov (Slika 5B, 6 – 10) je bil v novem okolju izrazitejši (Slika 7E,G; Tabela 2). Zanimivo je, da se je majhen del nevronov v že znanem okolju odzval tako na distalni kot na proksimalni način (Slika 5C, 1 – 5); v novem okolju pa je bilo njihovo lokacijsko streljanje zasidrano na distalne, vendar ne proksimalne znake (Slika 5C, 6 – 10). Poleg tega se skupno število celic krajev, ki so se odzvale na okolje, ni razlikovalo med znanimi in novimi okolji (Tabela 2). Ti rezultati kažejo, da lahko celice hipokampola pri miših WT uporabljajo podatke o okolju, da predstavljajo svojo lokacijo v okolju. Dejstvo, da je kodiranje informacij iz distalnih signalov prevladalo nad proksimalnimi znaki, tako v znanih kot v novih pogojih pri miših WT, kaže, da je uporaba teh informacij učinkovita pri omogočanju živali, da se spopada s stalno spreminjajočim se okoljem. Poleg tega so nekatere preizkušene celice najprej sledile distalnim znakom v novem okolju, nato pa se prilagodile proksimalnim informacijam v znanem okolju ali obratno. Ta rezultat je skladen z znano idejo, da obstajajo različni referenčni sistemi za nevrone hipokampa in da jih je mogoče pod določenimi pogoji prilagodljivo zamenjati ali delno prekrivati ​​(Gothard et al., 1996; Knierim et al., 1998; Zinyuk et al., 2000).

Slika 7. 

Raztresenost prostorskih korelacijskih vrednosti v primerjavi z rotacijskimi koti, ki so ustvarile največje korelacijske vrednosti med pari sej za hipokampolske celice v miših WT in D1R-KO. Koti vrtenja so predstavljeni na abscisi, prostorske korelacijske vrednosti med pari sej pa na ordinati; modri napolnjeni diamanti so za mišje WT, rdeči odprti kvadratki pa za miši D1R-KO. A – D, V poznanem okolju sta obstajali dve podpopulaciji krajevnih celic v miših WT, na katere so na kraje polja vplivali distalni znaki (razporejeni okoli 180 °, standardna seja proti distalni seji rotacije) (A) in proksimalni nakazili (razporejeni okoli 180 °, osnovna seja 2 proti proksimalni rotaciji) (C), z vplivom distalnih opozoril, ki prevladujejo nad proksimalnimi signali. Za miši D1R-KO nobena celica mesta ni premaknila svojih področnih polj z rotacijo distalnih opozoril (vse okoli 0 °) (A), in večina celic je svoje kraje spremenila z vrtenjem proksimalnihC). E – H, V novem okolju prevladujoč učinek distalnih opozoril (E) nad proksimalnimi kazalci (G) je bil še vedno viden in je bil izrazitejši pri miših WT. Pri miših D1R-KO se je le nekaj celic odzvalo na rotacijo distalnih opozoril (E) in proksimalne oznake (G), in mnoge celice niso sledile distalnim ali proksimalnim spremembam v novem okolju.

V miših D1R-KO v novih okoljih ni bilo mesta, na katero bi vplivala distalna opozorila (Slika 6A,B, 6-10; Slika 7E; Tabela 2). Ta rezultat je morda posledica nekaterih sprememb v kognitivnih funkcijah v zvezi z zunanjim okoljem, ki jih povzroča pomanjkanje D1R (Kentros et al., 2004). Zanimivo je, da je pri miših D1R-KO manjši delež celičnih celic sledil rotaciji proksimalnih znakov v novem okolju, čeprav je večina celičnih mest sledila rotaciji proksimalnih znakov v poznanem okolju. Opazno je, da se je število mestnih celic, ki se ne odzivajo na noben znak v novem okolju, povečalo (Tabela 2). Ti rezultati kažejo, da se zdi, da se mesto celic v miših D1R-KO manj verjetno odzove na manipulacije distalnih opozoril in da zadostno kodiranje proksimalnih znakov zahteva daljšo izpostavljenost okolju, da bi te informacije prilagodili hipokampalni aktivnosti.

Doslej so poročali o obstoju dopaminskih receptorjev v mrežnici (Djamgoz et al., 1997; Nguyen-Legros et al., 1999; Courtière et al., 2003). Njihova prisotnost vzbuja zaskrbljenost glede ostrine vida miši D1R-KO. Zato smo izvedli test ostrine vida za miši (Fox, 1965; Crawley, 2000). Razlik v številu pozitivnih odzivov in latence v odzivu med dvema vrstama miši ni bilo (Tabela 3) (pozitiven odgovor: WT, 90 / 100 proti KO, 87 / 100, p = 0.51; latenca: WT, 170.1 ± 12.8 vs KO, 181.8 ± 11.8 s, p = 0.49), ki kaže, da vidna zaznava pri miših D1R-KO ni bila izrazito pomanjkljiva v primerjavi s tistimi pri miših WT.

Oglejte si to tabelo: 

Tabela 3. 

Rezultati testa vizualne skale v miših WT in D1R-KO

Razprava

Da bi testirali hipotezo, da D1R modulira prostorske predstavitve v hipokampusu kot odziv na spremembe v okolju, smo zabeležili celice hipokampalnega mesta v miših D1R-KO in WT z manipulacijami okoljskih znakov. D1R-KO miši lahko imajo več celic hipokampalnega mesta z intaktnimi osnovnimi lastnostmi pečenja v standardnem delu, ki je primerljiv s tistimi pri miših WT. Predhodno smo ugotovili zmanjšanje povprečne velikosti krajevne površine v mestu povezane aktivnosti v nucleus accumbens (NAc) v miših D1R-KO (Tran et al., 2005). Čeprav sta HF in NAc medsebojno povezana in sta oba inovirana z dopaminergičnimi sistemi, se lahko učinki modulacije D1R na prostorske reprezentacije v teh dveh strukturah ločeno obdelajo. Farmakološke manipulacije sistema D1R (Gill in Mizumori, 2006) so dokazali, da sta zanesljivost in specifičnost celic hipokampalnega mesta podgan prekinjena le s kombiniranjem D1 antagonist s spremembo v kontekstu. V standardnem delu našega eksperimenta je prišlo do izbrisa D1R, vendar je bil kontekst stabilen, kar je povzročilo, da so osnovne lastnosti pečenja HF nevronov v miših D1R-KO nespremenjene, kar je skladno z ugotovitvijo pri podganah. V poznanem okolju so miši imeli pomembne predhodne izkušnje, ki so stabilizirale zanesljivost mestnih celic, in to je lahko bolj pomembno za prostorsko navigacijo, kot je velikost krajevnih polj samih. Toda, ko so bili manipulirani okoljski signali, smo odkrili zanimive spremembe v kontekstno odvisni plastičnosti pri miših D1R-KO, kot je opisano.

Predstavitev hipokampusa se lahko spremeni s spremembo dolgoročnega potenciranja (LTP) (Rotenberg et al., 2000; Dragoi et al., 2003), in ta sinaptična plastičnost se lahko modulira z dopaminom (Otmakhova in Lisman, 1996; Matthies et al., 1997; Swanson-Park et al., 1999; Li et al., 2003) in prostorska novost (Li et al., 2003). Celovito kodiranje prostorskih oznak je lahko ključnega pomena za hitro prepoznavanje prostorskih celic, kar lahko prispeva k integraciji z idiotičnimi informacijami. Ta sposobnost je lahko pomembna za prostorsko učenje, zlasti v novih okoljih. Odsotnost D1R je ovirala integracijo pretoka informacij o prostorskih informacijah, kar je povzročilo zmanjšanje števila mestnih celic, ki so se odzvale na spremembe prostorskih oznak v novem okolju. Predstavitev okolja s celicami hipokampalnega mesta pa je še vedno mogoče stabilizirati z drugimi informacijskimi tokovi, ki izvirajo iz drugih virov, kot so idiotski znaki (Gothard et al., 1996; Whishaw et al., 1997; Knierim et al., 1998; Zinyuk et al., 2000; Stuchlik et al., 2001), ki se uporablja pri integraciji poti (Gothard et al., 1996; Whishaw et al., 1997; McNaughton et al., 2006), z vključitvijo drugih nevrotransmiterskih sistemov, kot so glutamatergični sistemi (McHugh et al., 1996; Cho et al., 1998; Kentros et al., 1998; McHugh et al., 2007). Ta nevralna plastičnost lahko zahteva daljšo izpostavljenost okolju. Pri pomanjkanju D1 modulacija, bi lahko bila ta nevralna plastičnost pri miših D1R-KO prednostno vezana na idiotske znake (npr. integrator poti) v primerjavi z distalnimi signali iz okolja. Celice hipokampalnega mesta so del širšega vezja za dinamično predstavitev lastne lokacije (Moser et al., 2008), in zdaj je znano, da medsebojno delujejo z mrežnimi celicami v entorhinalni skorjiBrun et al., 2002; Hafting et al., 2005; Sargolini et al., 2006; Fyhn et al., 2007). Omrežne celice lahko zagotovijo elemente nevronske karte, ki temelji na integraciji poti (McNaughton et al., 2006; Moser et al., 2008). Mogoče brez D1R celice obrnejo nazaj na privzeto »karto«, ki temelji predvsem na integraciji poti, zaradi česar prevladujejo številne celice na mestu, ki sledijo proksimalnim namenom v poznanem okolju.

Kodiranje prostorskih novosti hipokampalnih nevronov, pojav, ki je skladen s tem, kar mnogi drugi avtorji imenujejo »remapping« (Leutgeb et al., 2005b) in za katero velja, da je odvisna od D1R (Li et al., 2003), lahko vplivajo na plastičnost, ki je odvisna odLi et al., 2003) ne samo z neposrednim učinkom osiromašenja D1R, ampak tudi z učinkom tega na druge neuromodulacijske sisteme (Levine et al., 1996; Mele et al., 1996; Swanson-Park et al., 1999). Takšne spremembe ogrožajo reprezentacijo hipokampalnih nevronov, kar ima za posledico spremembo v prostorski kogniciji (Kentros et al., 2004; Stuchlik in Vales, 2006) ali okvare prostorskega učenja, ki zahtevajo uporabo prostorskih oznak in spomin na kraje (El-Ghundi et al., 1999; Tran et al., 2005). Poleg tega, Kentros in sod. (2004) ugotovila je tudi, da je uporaba D1/D5 agonistov receptorjev in antagonistov pri miših divjega tipa, ki so povečali ali zmanjšali stabilnost na področju prostora. Skupaj z rezultati Gill in Mizumori (2006) in tisti iz te študije, ti podatki pomenijo vlogo dopaminergične neuromodulacije pri oblikovanju hipokampalnega prikaza. Nekatere druge študije so pokazale manjšo okvaro prostorskega učenja pri podganah, ki so bile manipulirane z D1R (Wilkerson in Levin, 1999), in manipulacije z drugimi neuromodulatornimi sistemi, kot so receptorji NMDA, lahko povzročijo okvare prostorskih nalog in nestabilnost celic (McHugh et al., 1996, 2007; Cho et al., 1998; Kentros et al., 1998; Rotenberg et al., 2000) v nespremenjenem okolju, kar nadalje nakazuje, da se lahko funkcije hipokampusa zanašajo na več kot le sistem D1R v znanem okolju. Rezultati enakega pozitivnega odziva in latence v testu vidne ostrine so pokazali, da bi spremembe v prostorski predstavitvi v tej študiji lahko nastale kot posledica kognitivnih funkcij in ne primanjkljajev v vidnem zaznavanju.

Naši rezultati podpirajo stališče, da lahko vključevanje informacij iz prostorskih mejnikov in idiotskih znakov v celice vključuje medsebojno delovanje med dopaminergičnimi in drugimi neuromodulatornimi sistemi, vključno z glutamatergičnimi sistemi (McHugh et al., 1996, 2007; Mele et al., 1996; Kentros et al., 1998) v hipokampusu in med sistemi za obdelavo informacij (Sawaguchi in Goldman-Rakic, 1991; Wilkerson in Levin, 1999; Durstewitz in sod., 2000; Tran et al., 2005), ker dopamin lahko modulira tok NMDA (Mele et al., 1996; Durstewitz in sod., 2000) in plastičnost hipokampusa, ta modulacija pa je povezana s stabilnostjo delovnega spomina (Sawaguchi in Goldman-Rakic, 1991; Durstewitz in sod., 2000). V zvezi s tem smo ugotovili, da ima D1R pomembno vlogo pri odkrivanju prostorske novosti, ki jo kodirajo prostorske predstavitve celic hipokampalnega mesta, kar je predpogoj za prostorsko učenje. To delo je skupaj z drugimi nedavnimi študijami (Gasbarri et al., 1996; Matthies et al., 1997; Otmakhova in Lisman, 1996; El-Ghundi et al., 1999; Swanson-Park et al., 1999; Wilkerson in Levin, 1999; Tran et al., 2002, 2005; Li et al., 2003; Kentros et al., 2004; Gill in Mizumori, 2006; Stuchlik in Vales, 2006) Pomembno bi bilo pomagati pri razkrivanju mehanizmov, na katerih temelji dopamin v učenju in spominu, od molekularne do nevronske, do vedenjske ravni.

Opombe

  • Prejeto junij 12, 2008.
  • Revizija je prejela oktober 10, 2008.
  • Sprejeto oktobra 10, 2008.

  • To delo so podprli japonsko ministrstvo za izobraževanje, kulturo, šport, znanost in tehnologijo za dodelitev znanstvene raziskave (Grant 18700312 AHT), temeljne raziskave za znanost in tehnologijo na področju energetike, znanost in tehnologijo na Japonskem ter Canon Fundacija v Evropi. Zahvaljujemo se dr. Edmundu T. Rollsu (Univerza v Oxfordu v Oxfordu, Združeno kraljestvo) za dragocene pripombe o tem rokopisu in dr.

  • Korespondenco je treba nasloviti na Taketoshi Ono, Sistemska emocionalna znanost, Univerza v Toyami, Sugitani 2630, Toyama 930-0194, Japonska. [e-pošta zaščitena]

Reference

  1. ↵
    1. Brun VH,
    2. Otnass MK,
    3. Molden S,
    4. Steffenach HA,
    5. Witter MP,
    6. Moser MB,
    7. Moser EI

    (2002) Postavite celice in razpoznavo mesta, ki jih vzdržujete z neposrednim entorininalnim-hipokampalnim vezjem. Znanost 296: 2243-2246.

  2. ↵
    1. Cho YH,
    2. Giese KP,
    3. Tanila H,
    4. Silva AJ,
    5. Eichenbaum H

    (1998) Nenormalne prostorske predstavitve hipokampusa v alfaCaMKIIT286A in CREBalphaDelta-miših. Znanost 279: 867-869.

  3. ↵
    1. Courtière A,
    2. Hardouin J,
    3. Goujon A,
    4. Vidal F,
    5. Hasbroucq T

    (2003) Selektivni učinki antagonistov receptorjev dopamin D1 in D2 na obdelavo informacij o podganah. Behav Pharmacol 14: 589-598.

  4. ↵
    1. Crawley JN

    (2000) Kaj je narobe z mojo miško? Vedenjsko fenotipiziranje transgenih in knockout miši (Wiley, New York).

  5. ↵
    1. Djamgoz MB,
    2. Hankins MW,
    3. Hirano J,
    4. Archer SN

    (1997) Nevrobiologija retinalnega dopamina v povezavi z degenerativnim stanjem tkiva. Vision Res 37: 3509-3529.

  6. ↵
    1. Dragoi G,
    2. Harris KD,
    3. Buzsáki G

    (2003) Reprezentacija krajev znotraj hipokampalnih omrežij se spremeni z dolgoročnim potenciranjem. Nevron 39: 843-853.

  7. ↵
    1. Durstewitz D,
    2. Mornarji JK,
    3. Sejnowski TJ

    (2000) Stabilizacija aktivnosti z zakasnitvijo v obdobju, ki jo posreduje dopamin, v mrežnem modelu prefrontalnega korteksa. J Neurofiziol 83: 1733-1750.

  8. ↵
    1. Eichenbaum H,
    2. Dudčenko P,
    3. Les E,
    4. Shapiro M,
    5. Tanila H

    (1999) Hipokampus, spomin in celice mesta: je prostorski spomin ali prostor v pomnilniku? Nevron 23: 209-226.

  9. ↵
    1. El-Ghundi M,
    2. Fletcher PJ,
    3. Drago J,
    4. Sibley DR,
    5. O'Dowd BF,
    6. George SR

    (1999) Primanjkljaj pri učenju v prostoru pri dopaminskih D1 receptorskih nokautnih miših. Eur J Pharmacol 383: 95-106.

  10. ↵
    1. Foster DJ,
    2. Wilson MA

    (2006) Povratno ponavljanje vedenjskih sekvenc v celicah hipokampalnega mesta med budnim stanjem. Narava 440: 680-683.

  11. ↵
    1. Fox MW

    (1965) Test vizualne skale za preučevanje vizualne globine zaznavanja pri miši. Anim Behav 13: 232-233.

  12. ↵
    1. Franklin KBJ,
    2. Paxinos G

    (1997) Mišji možgani v stereotaksičnih koordinatah (Academic, San Diego).

  13. ↵
    1. Fyhn M,
    2. Hafting T,
    3. Treves A,
    4. Moser MB,
    5. Moser EI

    (2007) Hipokampalni remapping in preoblikovanje mreže v entorhinalni skorji. Narava 446: 190-194.

  14. ↵
    1. Gasbarri A,
    2. Sulli A,
    3. Innocenzi R,
    4. Pacitti C,
    5. Brioni JD

    (1996) Oslabitev prostorskega spomina, ki jo povzroča lezija mezohipokampalnega dopaminergičnega sistema pri podganah. Nevroznanost 74: 1037-1044.

  15. ↵
    1. Gill KM,
    2. Mizumori SJY

    (2006) Kontekstno odvisna modulacija receptorjev D1: diferencialni učinki v hipokampusu in striatumu. Behav Neurosci 120: 377-392.

  16. ↵
    1. Gothard KM,
    2. Skaggs WE,
    3. McNaughton BL

    (1996) Dinamika korekcije neskladnosti v kodi za hipokampalni prostor za prostor: interakcija med integracijo poti in okoljskimi signali. J Neurosci 16: 8027-8040.

  17. ↵
    1. Hafting T,
    2. Fyhn M,
    3. Molden S,
    4. Moser MB,
    5. Moser EI

    (2005) Mikrostruktura prostorske karte v entorhinalni skorji. Narava 436: 801-806.

  18. ↵
    1. Hetherington PA,
    2. Shapiro ML

    (1997) Polja hipokampalnega mesta se spremenijo z odstranitvijo posameznih vizualnih oznak na način, ki je odvisen od razdalje. Behav Neurosci 111: 20-34.

  19. ↵
    1. Jung MW,
    2. Wiener SI,
    3. McNaughton BL

    (1994) Primerjava karakteristik prostorskega žganja enot v hrbtnem in ventralnem hipokampusu pri podganah. J Neurosci 14: 7347-7356.

  20. ↵
    1. Kentros C,
    2. Hargreaves E,
    3. Hawkins RD,
    4. Kandel ER,
    5. Shapiro M,
    6. Muller RV

    (1998) Ukinitev dolgotrajne stabilnosti novih celičnih zemljevidov hipokampusa z blokado receptorjev NMDA. Znanost 280: 2121-2126.

  21. ↵
    1. Kentros CG,
    2. Agnihotri NT,
    3. Streater S,
    4. Hawkins RD,
    5. Kandel ER

    (2004) Večja pozornost na prostorski kontekst povečuje stabilnost prostora in prostorski spomin. Nevron 42: 283-295.

  22. ↵
    1. Knierim JJ,
    2. Kudrimoti HS,
    3. McNaughton BL

    (1998) Interakcije med idiotičnimi znaki in zunanjimi orientacijskimi točkami pri kontroli celic in celic smeri glave. J Neurofiziol 80: 425-446.

  23. ↵
    1. Koera K,
    2. Nakamura K,
    3. Nakao K,
    4. Miyoshi J,
    5. Toyoshima K,
    6. Hatta T,
    7. Otani H,
    8. Aiba A,
    9. Katsuki M

    (1997) K-ras je bistven za razvoj mišjega zarodka. onkogena 15: 1151-1159.

  24. ↵
    1. Leutgeb S,
    2. Leutgeb JK,
    3. Barnes CA,
    4. Moser EI,
    5. McNaughton BL,
    6. Moser MB

    (2005a) Neodvisne kode za prostorski in epizodični spomin v hipokampalnih nevronskih sklopih. Znanost 309: 619-923.

  25. ↵
    1. Leutgeb S,
    2. Leutgeb JK,
    3. Moser MB,
    4. Moser EI

    (2005b) Postavite celice, prostorske zemljevide in kodo prebivalstva za pomnilnik. Curr Opin Neurobiol 15: 738-746.

  26. ↵
    1. Vzvod C,
    2. Wills T,
    3. Cacucci F,
    4. Burgess N,
    5. O'Keefe J

    (2002) Dolgoročna plastičnost v hipokampalnem predstavljanju okoljske geometrije mesta. Narava 416: 90-94.

  27. ↵
    1. Levine MS,
    2. Altemus KL,
    3. Cepeda C,
    4. Cromwell HC,
    5. Crawford C,
    6. Ariano MA,
    7. Drago J,
    8. Sibley DR,
    9. Westphal H

    (1996) Modulacijsko delovanje dopamina na odzive, posredovane z NMDA receptorjem, se zmanjša pri D1Amutantne miši. J Neurosci 16: 5870-5882.

  28. ↵
    1. Li S,
    2. Cullen WK,
    3. Anwyl R,
    4. Rowan MJ

    (2003) Dopaminsko odvisno spodbujanje indukcije LTP v hipokampalnem CA1u z izpostavljenostjo prostorski novosti. Nat Neurosci 6: 526-531.

  29. ↵
    1. Maguire EA,
    2. Burgess N,
    3. Donnett JG,
    4. Frackowiak RS,
    5. Frith CD,
    6. O'Keefe J

    (1998) Če vemo, kje in do tja pridemo: omrežje človeške navigacije. Znanost 280: 921-924.

  30. ↵
    1. Matthies H,
    2. Becker A,
    3. Schröeder H,
    4. Kraus J,
    5. Höllt V,
    6. Krug M

    (1997) Mutirani miši, pri katerih je pomanjkanje dopamina D1, ne izražajo pozne faze dolgoročnega potenciala hipokampusa. Nevroport 8: 3533-3535.

  31. ↵
    1. McHugh TJ,
    2. Blum KI,
    3. Tsien JZ,
    4. Tonegawa S,
    5. Wilson MA

    (1996) Slabo hipokampalno predstavitev prostora v CA1-specifičnih NMDAR1 miših za izločanje. Nevron 87: 1339-1349.

  32. ↵
    1. McHugh TJ,
    2. Jones MW,
    3. Quinn JJ,
    4. Balthasar N,
    5. Coppari R,
    6. Elmquist JK,
    7. Lowell BB,
    8. Fanselow MS,
    9. Wilson MA,
    10. Tonegawa S

    (2007) Dentatni gyrus NMDA receptorji posredujejo hitro ločevanje vzorcev v hipokampalnem omrežju. Znanost 317: 94-99.

  33. ↵
    1. McNaughton BL,
    2. Battaglia FP,
    3. Jensen O,
    4. Moser EI,
    5. Moser MB

    (2006) Integracija poti in nevralna osnova "kognitivnega zemljevida" Nat Rev Neurosci 7: 663-678.

  34. ↵
    1. Mele A,
    2. Castellano C,
    3. Felici A,
    4. Cabib S,
    5. Caccia S,
    6. Oliverio A

    (1996) DopaminN-metil-d-aspartatne interakcije pri modulaciji lokomotorne aktivnosti in konsolidacije spomina pri miših. Eur J Pharmacol 308: 1-12.

  35. ↵
    1. Moser EI,
    2. Kropff E,
    3. Moser MB

    (2008) Postavite celice, mrežne celice in sistem prostorskega predstavljanja možganov. Annu Rev Neurosci 31: 69-89.

  36. ↵
    1. Muller RU,
    2. Kubie JL

    (1987) Učinki sprememb v okolju na prostorsko žganje celic s hipokampalnimi kompleksnimi konicami. J Neurosci 7: 1951-1968.

  37. ↵
    1. Nguyen-Legros J,
    2. Versaux-Botteri C,
    3. Vernier P

    (1999) lokalizacija dopaminskih receptorjev v mrežnici sesalcev. Mol Neurobiol 19: 181-204.

  38. ↵
    1. O'Keefe J,
    2. Burgess N

    (1996) Geometrične determinante krajevnih polj hipokampalnih nevronov. Narava 381: 425-428.

  39. ↵
    1. O'Keefe J,
    2. Dostrovsky J

    (1971) Hipokampus kot prostorski zemljevid. Predhodni dokazi o dejavnosti enote v prosto gibajoči se podganah. Brain Res 34: 171-175.

  40. ↵
    1. Otmakhova NA,
    2. Lisman JE

    (1996) D1/D5 Aktivacija dopaminskega receptorja poveča obseg zgodnjega dolgoročnega potenciranja pri hipokampalnih sinapsah CA1. J Neurosci 16: 7478-7486.

  41. ↵
    1. Ranck JB Jr.

    (1973) Študije na posameznih nevronih v formaciji hrbtnega hipokampusa in septuma pri neokrnjenih podganah. I. Vedenjski korelati in žgalni repertoarji. Exp Neurol 41: 461-531.

  42. ↵
    1. Rolls ET

    (2005) Razlaga Emotion (Oxford UP, New York).

  43. ↵
    1. Rolls ET,
    2. Xiang JZ

    (2005) Reprezentacije pogleda na nagrado-prostor in učenje v hipokampusu primata. J Neurosci 25: 6167-6174.

  44. ↵
    1. Rotenberg A,
    2. Abel T,
    3. Hawkins RD,
    4. Kandel ER,
    5. Muller RU

    (2000) Vzporedne nestabilnosti dolgoročnega potenciranja, postavitev celic in učenje zaradi zmanjšane aktivnosti protein kinaze A. J Neurosci 20: 8096-8102.

  45. ↵
    1. Sargolini F,
    2. Fyhn M,
    3. Hafting T,
    4. McNaughton BL,
    5. Witter MP,
    6. Moser MB,
    7. Moser EI

    (2006) Konjunktivna predstavitev položaja, smeri in hitrosti v entorhinalni skorji. Znanost 312: 758-762.

  46. ↵
    1. Sawaguchi T,
    2. Goldman-Rakic ​​PS

    (1991) D1 dopaminski receptorji v prefrontalnem korteksu: vključenost v delovni spomin. Znanost 251: 947-950.

  47. ↵
  • ↵
    1. Skaggs WE,
    2. McNaughton BL,
    3. Gothard KM,
    4. Markus EJ

    (1993) v napredku v nevronskih sistemih za obdelavo informacij, informacijski teoretski pristop k dešifriranju hipokampalnega kodeksa, eds Hanson SJ, Cowan JD, Giles CL (Morgan Kaufmann, San Mateo, CA), Vol 5, pp 1030 – 1037.

  • ↵
    1. Stuchlik A,
    2. Vales K

    (2006) Vpliv antagonista receptorja dopamin D1 SCH23390 in agonista D1 A77636 na aktivno alotetično izogibanje mestu, nalogo prostorske kognicije. Behav Brain Res 172: 250-255.

  • ↵
    1. Stuchlik A,
    2. Fenton AA,
    3. Bures J

    (2001) Substratna idiotična navigacija podgan je oslabljena z odstranitvijo ali devalvacijo ekstramaznih in intramaznih znakov. Proc Natl Acad Sci ZDA 98: 3537-3542.

  • ↵
    1. Swanson-Park JL,
    2. Coussens CM,
    3. Mason-Parker SE,
    4. Raymond CR,
    5. Hargreaves EL,
    6. Dragunow M,
    7. Cohen AS,
    8. Abrahamov WC

    (1999) Dvakratna disociacija dopaminskega receptorja D1 / D5 in beta-adrenergičnega receptorja med hipokampusom na obstojnost dolgoročnega potenciranja. Nevroznanost 92: 485-497.

  • ↵
    1. Tran AH,
    2. Tamura R,
    3. Uwano T,
    4. Kobayashi T,
    5. Katsuki M,
    6. Matsumoto G,
    7. Ono T

    (2002) Altered accumbens nevronski odziv na predvidevanje nagrajevanja, povezano z mestom v dopaminskih D2 receptorskih knockout miših. Proc Natl Acad Sci ZDA 99: 8986-8991.

  • ↵
    1. Tran AH,
    2. Tamura R,
    3. Uwano T,
    4. Kobayashi T,
    5. Katsuki M,
    6. Ono T

    (2005) receptorji dopamina D1, ki sodelujejo pri lokomotorni aktivnosti in prizadenejo nevralne odzive na napoved, ki je povezana z mestom. Proc Natl Acad Sci ZDA 102: 2117-2122.

  • ↵
    1. Whishaw IQ,
    2. McKenna JE,
    3. Maaswinkel H

    (1997) Hipokampalne lezije in integracija poti. Curr Opin Neurobiol 7: 228-234.

  • ↵
    1. Wiener SI,
    2. Paul CA,
    3. Eichenbaum H

    (1989) Prostorski in vedenjski korelati s hipokampalnim nevronskim delovanjem. J Neurosci 9: 2737-2763.

  • ↵
    1. Wilkerson A,
    2. Levin ED

    (1999) Ventralni sistemi hipokampalnega dopamina D1 in D2 ter prostorski delovni spomin pri podganah. Nevroznanost 89: 743-749.

  • ↵
    1. Wilson MA,
    2. McNaughton BL

    (1993) Dinamika kode za hipokampalni prostor za prostor. Znanost 261: 1055-1058.

  • ↵
    1. Yamaguchi H,
    2. Aiba A,
    3. Nakamura K,
    4. Nakao K,
    5. Sakagami H,
    6. Goto K,
    7. Kondo H,
    8. Katsuki M

    (1996) receptor dopamina D2 ima ključno vlogo pri celični proliferaciji in ekspresiji proopiomelanokortina v hipofizi. Celice genov 1: 253-268.

  • ↵
    1. Zinyuk L,
    2. Kubik S,
    3. Kaminski Y,
    4. Fenton AA,
    5. Bures J

    (2000) Razumevanje hipokampalnega delovanja z uporabo namenskega obnašanja: navigacija po mestih povzroča razreševanje celic v obeh prostorskih referenčnih okvirih, ki so pomembne za opravila in naloge. Proc Natl Acad Sci ZDA 97: 3771-3776.

    •