Am J Physiol Regul Integr Kompleksi Physiol. 2011 Prill; 300 (4): R876-R884.
Botuar në internet 2011 Shkurt 9. doi: 10.1152 / ajpregu.00655.2010
PMCID: PMC3075076
1,2 Abstrakt
Ne kemi raportuar më parë se administrimi i insulinës në bërthamën arcuate të hypothalamus zvogëlon motivimin për sukrozën, vlerësuar nga një detyrë vetëadministruese, në minjtë. Për shkak se modeli i aktivizimit të sistemit nervor qendror (CNS) në lidhje me vetë-administrimin e saharozës nuk është vlerësuar, në këtë studim kemi matur shprehjen e c-Fos si një indeks të aktivizimit neuronal. Ne trajnuam minjtë për të shtypur për saharozë, sipas një raporti me përpjesëtim fiks (FR) ose progressive-ratio (PR) dhe shprehjes së imazhit të c-Fos në CNS, krahasuar me shprehjen c-Fos në kontrollet e trajtuara. Ne kemi vërejtur një shprehje unike të c-Fos në hypothalamus medial (bërthamat arcuate, paraventricular, retrochiasmatic, dorsomedial dhe ventromedial) në lidhje me fillimin e performancës PR, dhe shprehjen e c-Fos në hypothalamus lateral dhe bërthamë krevat e stria terminalis në bashkëpunim me fillimin e performancës së FR. Shprehja c-Fos u rrit në nucleus accumbens të të dy FR dhe PR rats. Studimi ynë thekson rëndësinë e qarkut të homeostasit të energjisë hipotalamike dhe qarkut limbik në kryerjen e një detyre shpërblimi ushqimi. Duke pasur parasysh rolin e hypothalamus medial në rregullimin e balancit të energjisë, studimi ynë sugjeron që ky qark mund të kontribuojë në shpërblimin e rregullimit brenda kontekstit më të gjerë të homeostasit të energjisë.
Circuit Mesolimbic dopaminergic (DA), duke përfshirë zonën tegmental ventral (VTA) dhe parashikimet në faqet striatum dhe cortical, është identifikuar si luajnë një rol kritik në aspektet motivues ose shpërblim të klasave të shumta të drogës abuzimit (13, 22-24, 26, 48). Hulumtimet e fundit nga laboratori ynë dhe të tjerët sugjerojnë që ky qark gjithashtu luan një rol të madh në aspektet motivuese apo të dobishme të ushqimit. Ndërveprimi funksional dhe anatomik me qarkun që rregullon homeostazën e energjisë sugjerohet nga raportet e modulimit të shpërblimit të ushqimit nga gjendja ushqyese e kafshëve (10, 14, 16, 43). Modulimi i shpërblimit, duke përfshirë shpërblimin e ushqimit, sipas statusit ushqimor ose metabolik, ndikohet fuqishëm nga sinjalet nervore dhe endokrine, duke përfshirë insulinën (15), leptin (11, 18, 21, 30, 32), ghrelin (35), hormon melanin-përqendrues (MCH) (45), dhe orexin (5, 7): Prezenca e receptorëve, efikasiteti biokimik dhe qelizor, dhe efikasiteti in vivo ose sjellja e këtyre sinjaleve në sistemin nervor qendror (CNS), janë treguar me bollëk në vitet e fundit.
Rrjedhja limbike e zgjeruar gjithashtu ka treguar të luajë një rol në ushqimin dhe shpërblimin e ushqimit (2, 19, 28). Sidoqoftë, ekzistojnë edhe vende shtesë të CNS. Sidomos, hypothalamus lateral (LH) ka qenë prej kohësh i njohur të jetë një vend që ndërmjetëson ushqyerjen dhe sjelljet vetë-stimuluese (4, 31). Neuronet oreksinergjike dhe leptin sinjalizimi në LH janë identifikuar si të rëndësishme për të ushqyerit dhe shpërblimin e ushqimit (5, 29, 30). Kohët e fundit kemi vërejtur se insulina e administruar ose në barkun e tretë të trurit ose në bërthamën arcuate të hipotalamusit (ARC) mund të zvogëlojë vetë-administrimin e saharozës, por administrimi i insulinës në VTA ose nucleus accumbens nuk kishte efekt mbi këtë paradigmë specifike shpërblimi (15). Kështu, duket se faqet e shumta hypothalamic mund të luajnë një rol të rëndësishëm në kërkimin dhe blerjen e motivuar të ushqimit, dhe në përputhje me këtë, do të hypothesize se rajonet hypothalamic janë aktivizuar në thelb në lidhje me vetë-administrimin e ushqimit. Për të filluar testimin e kësaj hipoteze, ne kemi hartuar shprehjen c-Fos në CNS të minjve të trajnuar në një paradigmë të vetë-administrimit të saharozës, pas trajnimit të fiksuar (ratifikuar), ose pas trajnimit progresiv të raporteve (PR), një detyrë më të rreptë për vlerësimin e motivimit (20).
MATERIALE DHE METODA
Subjekteve.
Subjektet ishin minjtë mashkull Albino (325-425 g) nga Simonsen (Gilroy, CA). Rats u mbajtën në chow ad libitum. Ata u mbajtën në një cikël 12: 12-orë të errët-dritë me dritat e ndezura në 6 të mëngjesit dhe u trajnuan dhe testuan midis orës 7 të mëngjesit dhe mesditës, në gjendjen pas ngrënies dhe postabsorbimit. Të gjitha procedurat e kryera tek minjtë ndoqën udhëzimet e Institutit Kombëtar të Shëndetit për kujdesin ndaj kafshëve dhe u miratuan nga Nënkomiteti i Kujdesit dhe Përdorimit të Kafshëve të Komitetit të Kërkimit dhe Zhvillimit në Sistemin e Kujdesit Shëndetësor VA Puget Sound.
Vetëqeverisje saharoze.
Procedurat u bazuan në metodologjinë tonë të publikuar (15) dhe janë kryer në minjtë e ushqyer. Eksperimenti përfshinte tre faza: autoshaping për të filluar trajnimin, trajnimin e FR dhe raportet progresive (PR) duke përdorur algoritmin PR të Richardson dhe Roberts (38). Algoritmi PR kërkon 1, 2, 4, 6, 9, 12, 16, 20, 28, 36, 48, 63, 83, 110, 145, 191, 251, 331, etj) shtyn presionet për dërgesat e shpërblimit pasuese brenda një seance (38). Rats janë trajnuar për të vetë-administruar 5% sukrozë (0.5 ml shpërblim) dorëzuar në një enë të lëngshme rënie. Kutitë operante, të kontrolluara nga një sistem Med Associates (Gjeorgjia, VT), kishin dy leva, por vetëm një levë (një levë aktive, e tërhequr) aktivizoi pompën e infuzionit. Shtypjet në levën tjetër (një levë joaktive, stacionare) janë regjistruar gjithashtu. Siç kemi vërejtur më parë, numri i shtynave në levën joaktive ishte shumë e ulët (më pak se shtypjet 10 / sesion). Zgjidhja e saharozës u dërgua në një enë të lëngshme për konsum konsumi oral (Med Associates, St. Albans, VT). Trajnimi fillestar u zhvillua gjatë seancave të 1-h nën një orar të përforcuar të përforcimit (FR1: çdo levë levë u përforcua). Çdo sesion filloi me futjen e levës aktive dhe ndriçimin e dritës së shtëpisë së bardhë që mbeti për tërë seancën. Një ton 5-së (2900 Hz, 20 dB mbi sfondin) dhe dritë (7.5 W dritë e bardhë mbi levën aktive) sugjerimi i përbërë diskrete shoqëroi çdo shpërndarje shpërblimi, me një kohë 20-je duke filluar me shpërndarjen e saharozës. Trajnimi FR është kryer për ditët e 10; përgjigjja e qëndrueshme arrihet me sesionin e pestë. Trajnimi i PR u krye për një maksimum të mundshëm 3 h / ditë për ditët 10. Sesionet e PR përfunduan pasi 30 min nga asnjë levë levë aktive nuk u përgjigj, në atë moment drita e shtëpisë u ndez automatikisht dhe levelli aktiv u tërhoq; minjtë janë nxjerrë nga dhomat dhe janë kthyer në kafaze shtëpie. "Koha e ndalimit" është raportuar Tabela 2 përfaqëson kohën në të cilën sistemi është fikur; prandaj, shtypja e fundit aktive e levës do të kishte ndodhur me 30 min para kohës së ndaljes. Të dhënat e sjelljes (Tabela 2) përfaqësojnë mesataret e sesionet 6-10 për trajnimin e FR, dhe sesionet 1-9 për trajnimin e PR. Rats të trajtuara me kontroll u morën nga dhoma e banimit dhe u vendosën në një dhomë operante të pastër me dritë shtëpie për 60 min, brenda dhomës së procedurës, për të simuluar trajtimin dhe përvojat në dhomën e saharozës vetë-administruese të minjve. Atyre nuk u është dhënë ndonjë gjë për të ngrënë e për të pirë ndërsa ishin në kutitë operante dhe nuk kishin qasje në leva.
Ditën e fundit, minjtë u vendosën në dhomat sipas ditëve të trajnimit dhe u mbajtën në dhomat për 90 min, pas së cilës ata u hoqën, për anestezi, perfuzion dhe imunohistokimi pasuese. Edhe minjtë e kontrollit u sollën në dhomën e procedurave dhe u mbajtën në një dhomë të pastër operative, sipas ditëve të trajnimit, për 90 min, pas së cilës ata u anestetizuan dhe perfuzuan. Menjëherë pas asaj seance të fundit 90 minutëshe, minjtë u anestetizuan thellë me inhalimin izofluran dhe u perfuzuan me 0.9% NaCl të ndjekur me solucion të ftohtë 4% paraformaldehid. Koha për anestetik dhe eutanazi u bazua në rrjedhën e njohur kohore të pikut të shprehjes së proteinës c-Fos në 90–120 min pas ngjarjes. Kështu, shprehja e c-Fos do të pasqyronte aktivizimin e SNQ në fillimin e detyrës së sjelljes, në vend që të ishte rezultat i përjetimit të detyrës së kafshëve dhe marrjes së saharozës. Truri u hoq dhe u fiksua në paraformaldehid për disa ditë; më pas, ata më pas u vendosën në 20% saharozë-PBS, pas së cilës u vendosën në 30% solucion saharoze-PBS. Trurin u ndanë në një kriostat (kriostat Leica CM 3050S) për imunohistokimi.
c-Fos imunohistokimi dhe sasiore.
Ne kemi përdorur metodologjinë tonë të vendosur për të përcaktuar sasia e proteinës c-Fos imunoreaktive në seksionet e trurit (12). Ekrani i parë cilësor i të gjithë trurit u krye për shprehjen c-Fos. Seksionet koronare të tërë-trurit të montuara në rrëshqitje 12-μm u lanë herë 3 në PBS (Oxoid, Hampshire, UK). Seksionet u bllokuan pastaj për 1 h në temperaturën e dhomës në PBS që përmban serum 5% dhi normale ose gomari. Seksionet u lanë pastaj herë të shumëfishta në PBS dhe inkuboheshin brenda natës në 4 ° C në solucionet primare të antitrupave të bëra në PBS. Seksionet u lanë tri herë në PBS dhe pastaj inkuboheshin në errësirë në temperaturën e dhomës në tretësin e antitrupave sekondarë të bërë në PBS për 1 h. Seksionet u lahen më pas në PBS dhe montuan dhe mbuloheshin në mes të mediumit të montuar të Vectashield (Vector Laboratories, Burlingame, CA). Imazhet digjitale të seksioneve u blenë duke përdorur një mikroskop Nikon Eclipse E-800 fluoreshente të lidhur me një aparat fotografik Optiphot dhe duke përdorur programin Image Pro Plus (Media Cybernetics, Silver Spring, MD).
Më pas, ne u përqendruam në një numër të kufizuar të fushave që shfaqin një ndryshim të dukshëm në mes të kushteve, për përcaktimin e sasisë dhe për fenotipizimin neuronal. Në mënyrë të veçantë, ne u përqendruam në thelbin dhe shell të nucleus accumbens (NAc); bërthama e shtratit të anterior dhe të pasmë të stria terminalis (aBNST, pBNST); rajonet hipotalamike mesatare (VMH), hypothalamus dorsomedial (DMH), bërthamë paraventrikulare (PVN), zona retrochiasmatic (RCh) dhe ARC]; hypothalamus lateral (LH), duke përfshirë rajonet dorsale dhe ventrale dhe zonën periferike (peF); VTA; rrjedhin trurit [ullinj inferior, bërthamë hypoglossal (nXII) e traktit vetmuar, bërthamë reticular lateral, dhe C1 / A1 adrenaline / noradrenaline nuclei]. Seksionet 12-μm të krahasuara me atlas u vlerësuan për shprehjen c-Fos dhe sasiore në seksionet dhe rajonet e krahasuara, bazuar në atlasin e Paxinos dhe Watson (34). Te lutem shiko Tabela 1 për koordinatat specifike stereotak. Fokusi primar i analizave ishte të krahasoni çdo detyrë të sjelljes me kontrollin përkatës (PR vs. PRC, FR vs FRC). Për të optimizuar diferencat e mundshme në bazë të sjelljes kundrejt kushteve të kontrollit, performuesit e pikut nga grupet PR dhe FR u përzgjodhën për analiza. Kështu, analizoheshin rats 4 / 12 PR dhe 3 / 12 FR: Këto rats kishin numër aktiv të shtypit të levës (pikës kryesore të sjelljes) që ishte më i madh se një devijim standard mbi mesataren e grupit përkatës të sjelljes. Një nënkohor i minjve të kontrollit (5 PRC dhe 3 FRC rats, të pranishëm në dhomën e procedurës në të njëjtën kohë me FR ose PR rats) është analizuar gjithashtu. Një grup shtesë prej tre minjve është marrë përmes procedurës FR ("FRext") për të imituar kohëzgjatjen e shtuar të procedurës PR (p.sh., për një total prej 20 ditë, pasi rats PR janë marrë përmes FR dhe pastaj PR) për të vlerësuar nëse dallimet ndërmjet FR dhe PR ishin për shkak të detyrës së sjelljes ose kohëzgjatjes së procedurës. Truri i FRext nuk u analizua dhe u shqyrtua në mënyrë sistematike, por rajone të veçanta me interes u analizuan me katër grupet e tjera, për të lejuar numërimin krahasues, siç tregohet në mënyrë specifike në rezultate.
Për përcaktimin e sasisë (me madhësi 40 ×), u përzgjodhën rajonet e përputhura me atlas. Programi ImagePro Plus (Media Cybernetics) është shfrytëzuar për të kapur një imazh të zonës së dëshiruar. Një zonë u përcaktua për numërimin dhe u vendos një prag për numërimin pozitiv të qelizave. Zona dhe sfondi identik (pragu) u përdorën për seksionet nga grupet përkatëse eksperimentale dhe numërimi i programeve të qelizave pozitive (sasiore) është kryer në të njëjtin sesion për të gjitha grupet eksperimentale, për të parandaluar ndryshimet midis sesioneve në përcaktimin e sfondit. Për analiza statistikore, numërimet janë marrë nga një miat individual vetëm nëse seksionet përkatëse ose të plota nëpër secilën zonë (siç përcaktohet në Tabela 1) ishin në dispozicion; të dhënat për një zonë të caktuar nuk u morën nga një rat nëse kishte përfaqësim të paplotë dypalësh për atë zonë.
Analizë cilësore me dy emërtime imunofluorescence.
Seksionet e trurit u morën nga minjtë në të cilët u vlerësua c-Fos, për imunohistokimi me etiketime të dyfishta. Për shkak se ne nuk dëshironim të shqetësonim performancën e sjelljes së kafshëve, ato nuk u trajtuan paraprakisht me kolçicinë për të optimizuar vizualizimin e neurotransmetuesve peptidikë. Prandaj, vizualizimi i fenotipeve neuronale të aktivizuar në lidhje me detyrën e vetë-administrimit ishte i kufizuar. Sidoqoftë, për të filluar vlerësimin e fenotipave të neuroneve të aktivizuara në një numër vendndodhjesh të SNQ-së, imazhet dixhitale (të marra siç përshkruhen në seksionin e mësipërm) u morën në zmadhim 20 ×, 40 × ose 60 × (siç tregohet në legjendat e figurës) . Procedura e ngjyrosjes së dyfishtë për dekarboksilazën glutamate (GAD), hidroksilazën e tirosinës (TH), CRF, neuropeptidin Y (NPY), peptidin e lidhur me Agouti (AgRP) dhe hidroksilazën e triptofanit ishte e krahasueshme me analizën e imunoreaktivitetit të c-Fos. vetanake, përveç se një përzierje e c-Fos-Ab dhe një prej antitrupave të tjerë primarë u përdor për inkubimin brenda natës në 4 ° C; po kështu, të dy antitrupat dytësorë ishin në të njëjtën tretësirë dhe u inkubuan për 1 orë në errësirë në temperaturën e dhomës. Për analizën e oreksinës u përdor një larje etanol 20-min 50% para hapit të bllokimit. Analizat fillestare të optimizimit u kryen për të përcaktuar një hollim të duhur të antitrupave primar. Antitrupat primarë të përdorur ishin anti-c-Fos lepuri (1: 500) (sc-52) dhe anti-c-Fos i miut (1: 800) (të dy nga Santa Cruz Bioteknologji, Santa Cruz, CA); miu anti-GAD (1: 1,000), hidroksilaza anti-tirozinë miu (1: 500) dhe hidroksilaza anti-triptofan dele (të gjitha nga Chemicon, Temecula, CA); lepuri anti-CRF (1: 500) (dhuratë nga Dr. Wylie Vale, Salk Institute, CA); lepuri anti-NPY (1: 1,000), lepuri anti-AGRP (1: 1,000) dhe dhia anti-oreksinë A (1: 5,000) të gjitha nga Phoenix Pharmaceutical (St. Joseph, MO). Antitrupat dytësorë të përdorur ishin dhitë e konjuguara me dhitë kundër lepurit ose anti-miut (Jackson Immunoresearch; West Grove, PA), Alexa Fluor 3 dhi anti-miu ose anti-lepuri ose gomar anti-dele IgG (Sonda Molekulare, Eugene, OR) ; të gjithë antitrupat sekondarë u holluan në 488: 1. c-Fos / MCH mbrojtja e imunitetit të dyfishtë u vlerësua serikisht; së pari, për MCH (antitrupa primar 500: 1, Millipore) me antitrup dytësor anti-lepuri Alexa-2,500-dhi (488: 1). Rrëshqitjet u bllokuan me 500% serum normal dhie dhe u ngjyrosën për anti-c-Fos (5: 1) dhe anti-lepurin cy500-dhi si një antitrup dytësor. Për analizën MCH u përdor një larje 3-minutëshe etanoli 20% para hapit të bllokimit.
Analiza statistikore.
Të dhënat e grupit janë paraqitur si mjete ± SE në tekst, tabela dhe figura. Rëndësia është përcaktuar si P 0.05 ≤ Krahasimet statistikore bëhen ndërmjet grupeve eksperimentale (FR vs PR) ose midis grupeve eksperimentale dhe kontrolleve përkatëse (PR vs PRC; FR vs FRC) duke përdorur studentët e pa çiftuar t-testimi. Koeficientët e korrelacionit Pearson midis shtypjeve të levës aktive dhe shprehjes së c-Fos në rajone të ndryshme të trurit, si dhe korrelacioni i shprehjes së c-Fos midis rajoneve të ndryshme të trurit në kushte të njëjta eksperimentale, u llogaritën duke përdorur StatPlus: programi i analizës statistikore Mac LE 2009 nga AnalystSoft. Ne testuam për korrelacione lineare (Pearson's R statistikat) midis shprehjes c-Fos në rajone të ndryshme CNS. Ne gjithashtu shqyrtuam korrelacionet në mes të shprehjes c-Fos në rajone të ndryshme të aktivizuara të CNS dhe sjelljes. FR dhe të dhënat PR nga minjtë, për të cilat është kryer caktimi i c-Fos, janë përdorur për këto korrelacione.
REZULTATET
c-Fos sasiore.
Siç kemi vërejtur më parë, numri i shtytësve aktiv të levës ishte dukshëm më i madh për performancën PR dhe FR (Tabela 2), dhe numri i shpërblimeve të saharozës ishte më i madh gjatë performancës së FR. Gjatësia e sesionit për minjtë e PR ishte rreth 90 min (koha e ndalimit - 30). Tabela 3 liston akuzat e qelizave c-Fos immunoreactive në të gjitha rajonet e CNS ku u kryen quantitation. Modeli i shprehjes c-Fos për FR dhe PR rats është përmbledhur në Fig 1. Kishte një aktivizim të rëndësishëm të hypothalamusit mesatar (MHkalama, një përbërje ARC, PVN, RCh, DMH dhe VMH) të minjve të angazhuar në levë PR duke shtypur për saharozë, por asnjë aktivizim i përgjithshëm në minjtë të angazhuar në levë FR duke shtypur për sukrozën, krahasuar me kontrollet përkatëse. Brenda hipotalamonit medial të minjve PR, ky aktivizim ndodhi në PVN, ARC, dhe VMH (Fig 2). FR levë shtypur, por jo PR levë shtypur, u shoqërua me aktivizimin e rëndësishme brenda LH (bazuar kryesisht në aktivizimin brenda zonës perifornical). Të dy shtytësit aktiv të levës dhe shprehja hipotalamike c-Fos ishin të krahasueshme mes grupeve FRext dhe FR (MHkalama, 946 ± 26 dhe 911 ± 118; ARC, 176 ± 18 dhe 186 ± 10; LHkalama, 468 ± 79 dhe 378 ± 34; LHpeF, 200 ± 31 dhe 173 ± 15, respektivisht), duke sugjeruar që ndryshimi në modelin e shprehjes midis FR dhe PR grupeve nuk lidhet me kohëzgjatjen e trajnimit / eksperiencës, por me natyrën e detyrës instrumentale. Për grupin FR, ka pasur një rritje të konsiderueshme në shprehjen c-Fos në BNST, vërejtur si në aBNST ashtu edhe në PBNST. Të dy prerjet FR dhe PR levë u shoqëruan me rritjen e neuroneve c-Fos-imunopozitivë në shell NAc; Sasia e c-Fos u rrit ndjeshëm në thelbin e NAc nga rats të angazhuar në shtypjen e levës FR, me një tendencë të parëndësishme drejt rritjes së shprehjes c-Fos në rats të angazhuar në levë PR shtypur. c-Fos nuk u rrit në VTA me detyrën PR, megjithëse një detyrë e parëndësishme drejt një rritje u vërejt me detyrën e FR. Së fundi, c-Fos u rrit ndjeshëm në bërthamën hypoglossal (bërthamore nervore XII) në rrjedhin e trurit të minjve të trajnuar për PR, por jo për FR.
Shprehja c-Fos u vërejt në rajone të tjera CNS, duke përfshirë amygdala dhe korteks cerebrale (Fig 3). Megjithatë, shprehja u vërejt në të dyja kushtet e kontrollit, si dhe në lidhje me detyrat e PR dhe FR, duke sugjeruar që aspekti jopecifik i procedurës (trajtimi, lëvizja në dhomën e procedurës) mund të ketë rezultuar në këtë aktivizim. Ndarja në këto rajone nuk u realizua. Po ashtu, aktivizimi në rajonet e rrjedhjes së trurit, përveç nXII, është vërejtur, por ka ndodhur në lidhje me kushtet e kontrollit dhe të lidhura me detyra, duke sugjeruar gjithashtu një rol në zgjimin jo-specifik ose aktivizimin e sjelljes.
Ne testuam për korrelacione midis shprehjes së c-Fos në rajone të ndryshme të SNQ-së. Kombinimi i të dhënave nga grupet e shtypjes së levës, gjetëm një korrelacion negativ midis shprehjes së c-Fos në LH dhe VMH; kështu, aktivizimi i VMH u shoqërua me uljen e aktivizimit të përgjithshëm të LH (Pearson's) R, -0.7986; t = -3.7534; P = 0.0056). Gjithashtu, kemi vërejtur një korrelacion domethënës pozitiv midis shprehjes së c-Fos në rajonin periferik të LH dhe VTA (Pearson's R, 0.7772; t = 3.493; P = 0.0082), në përputhje me lidhjen e njohur monosynaptike midis këtyre dy rajoneve (shih diskutimin në Refs. 2 13) Gjetëm një korrelacion të rëndësishëm negativ midis shprehjes së c-Fos në VTA kundrejt guaskës NAc, qoftë e testuar veçmas për performancën FR (Pearson's R, -0.9262; t = -4.9125; P = 0.008) ose për performancën e PR (Pearson's R, -0.9897; t = -9.7624; P = 0.0103), në përputhje me inputet reciproke të njohura midis rajoneve striatare deri në substantia nigra dhe VTA (2, 13) Ne gjithashtu testuam për korrelacione midis shprehjes së c-Fos në rajone të ndryshme të SNQ-së dhe sjelljes. Duke kombinuar të dhëna nga grupet e shtypjes së levës, kemi vërejtur një korrelacion të rëndësishëm pozitiv midis c-Fos në ARC, dhe presave aktive të levës (Pearson's R, 0.8208; t = 3.8017; P =
Identifikimi i neuroneve të aktivizuar me marrjen e saharozës dhe motivimin për saharozë.
Në rrjedhën e trurit, neuronet c-Fos-pozitive nuk treguan immunostaining pozitive për TH, enzimë kufizuar normë për epinephrine dhe norepinephrine (dhe dopamine); kështu, këto neuronet katekolaminergjike nuk duket të aktivizohen nga detyrat e FR ose PR. Sidoqoftë, disa neuronet c-Fos-pozitiv treguan immunostaining pozitive për tryptophan hydroxylase, duke treguar se një popullatë e serotonin neuroneve u aktivizua. Siç tregohet në Fig 4, në ARC, trupi i qelizave c-Fos-pozitive u rrethua nga fibra të ngjyrosura AGRP, dhe një model i ngjashëm për imunostaining të fibrave / c-Fos të NPY është vërejtur (nuk është treguar). Në PVN, neuronet c-Fos-pozitive duket të rrethojnë neuronet CRF-pozitive, por asnjë kolocalizim nuk është vërejtur (të dhënat nuk tregohen). Fig 5 tregon immunostaining për të dy orexin dhe MCH në LH. Neuronet e Orexin-it u gjetën si në dLH ashtu edhe në PELH. Megjithëse kemi vërejtur neuronet MCH-pozitive në PELH, nuk kishte në thelb asnjë colocalization me c-Fos në atë rajon të LH. Sidoqoftë, kemi vërejtur kolocalizim c-Fos në neuronet orexin-pozitive brenda peLH (Fig 6, më i lartë), dhe shumë e kufizuar c-Fos colocalization me MCH në vLH (Fig 6, fund). Duhet të theksohet se si lokalizimi, ashtu edhe colocalization me c-Fos, mund të nënvleftësohen për neurotransmetuesit e peptideve siç është CRH, sepse minjtë nuk u prekën me colchicine. Së fundi, brenda bërthamës core dhe shell (Fig 7), c-Fos coimmunostaining me GAD, enzimë sintetike për neurotransmitter GABA, është vërejtur, si për FR dhe PR rats. Ka pasur njolla të forta për TH brenda VTA; megjithatë, neuronet c-Fos-pozitive janë vërejtur rrallë dhe nuk duket se ekskluzivisht kolocalizohen me TH.
DISKUTIMI
Në studimin e tanishëm, ne përdorëm shprehjen e gjenit të hershëm të hershëm, c-Fos, për të vlerësuar modelin e aktivizimit akut të CNS që lidhet me fillimin e veprimtarisë së ngutshme të aktivitetit të vetëarrimit të saharozës, ose si një detyrë relativisht e pakërkuar (FR) ose një detyrë progresive më sfiduese që reflekton kërkimin e motivuar të një shpërblimi, të tillë si saharoza, dhe të përfshijë fuqishëm lidhjet limbike (22, 24, 49) (PR). Modelet hipotalamike të aktivizimit ndryshonin midis dy detyrave, me LH / aktivizimin limbik që mbizotëronte në detyrë FR dhe aktivizimin mesatar hipotalamik / limbik që dominon në detyrë PR (shih Fig 1). Ka disa arsye të mundshme për këtë. Së pari, këto paradigma mund të "hartojnë" si përvoja cilësore të ndryshme në CNS. Rats të trajnuar në performancën e FR do të prisnin një aktivitet të lehtë, të lartë shpërblimi. Parashikimi i një ushqimi të dobishme duhet të ndikojë shumë në modelin c-Fos të vërejtur në minjtë FR. Dallimi i dukshëm cilësor në modelin e aktivizimit sugjeron që një mundësi e dytë - që kafshët PR të kenë më shumë përvojë me detyrën - ka më pak të ngjarë dhe kjo është mbështetur nga matja jonë e c-Fos në hypothalamus e minjve që morën seancat 20 FR , i cili tregoi aktivitet të ngjashëm me grupin FR, jo grupin PR. Të dyja këto mundësi mund të testohen duke rritur në mënyrë sistematike vështirësinë e trajnimit të FR dhe vlerësimin e ndryshimeve në aktivizimin e CNS, në të cilin rast, do të parashikohet një ndryshim cilësor në modelin e aktivizimit. Megjithatë, përderisa numri i përvojave të trajnimit mund të mos llogarisë modelin e aktivizimit të CNS, numri mesatar i shpërblimeve të saharozës në një sesion mundet: detyra e PR mund të mësohet thjesht si një eksperiencë "më pak e dobishme" dhe kjo mund të lidhet funksionalisht me mungesa e aktivizimit të LH. Kështu, modeli i aktivizimit të CNS në fillim të seancës mund të reflektojë një shtet interceptiv, siç është ai i paradigmës së kushteve të kushtëzuara: fuqia e aktivizimit brenda qarkut limbik lidhet me të mësuarin dhe me motivimin. Ne kemi vërejtur ndryshueshmërinë e shprehjes c-Fos në hypothalamus medial të kafshëve FRC. Veçanërisht brenda PVN, kjo ndryshueshmëri mund të maskojë aktivizimin në minjtë FR, për të cilat është vërejtur një tendencë ndaj rritjes së c-Fos vs FRC (Tabela 3). Megjithatë, aktivizimi i përgjithshëm medial hipotalamik nuk ndryshonte midis FR dhe FRC.
Duhet të theksohet se edhe pse qëllimi ynë ishte identifikimi i vendeve të CNS që kontribuojnë në fillimin e sjelljes, zgjidhja kohore është disi e një konsiderate. Siç diskutohet më poshtë, tani vlerësohet se subkomponentët e ndryshëm të sjelljeve instrumentale ose operuese janë të ndërmjetësuar nga aktivizimi i popullatave të ndryshme të neuroneve (13, 23, 33, 49). Nuk mund ta përjashtojmë plotësisht atë aktivizim për shkak të ngutjes shumë të menjëhershme të shiritit ose shuplaka të shpërblimeve, mund të ketë kontribuar disi në modelet e aktivizimit që kemi vërejtur. Gjetjet tona sigurojnë bazën për hetimin e mëtejshëm të roleve të vendeve të veçanta CNS në aspekte apo komponente të ndryshme të detyrës së vetëadministrimit, dhe për studime të tilla, matja e gjeneve të tjera të hershme të hershme me kohë të ndryshme "në" dhe "off" (36) do të jetë shumë e dobishme.
Korrelacionet që kemi gjetur në shprehjen c-Fos ndërmjet rajoneve të ndryshme të trurit mbështesin lidhjen e njohur funksionale të rajoneve hipotalamike dhe primare limbike për këtë detyrë të veçantë shpërblimi, si ndërmjet LH dhe VMH, dhe midis rajonit periferik të LH dhe VTA (shih diskutimin në Refs. 2 13). Ne gjithashtu shqyrtuam korrelacionet në mes të shprehjes c-Fos në rajone të ndryshme të aktivizuara, dhe sjelljes. Korrelacioni midis c-Fos në ARC dhe shtytësit aktiv të levës përshtatet me rolin e përcaktuar mirë të aktivitetit ARC në marrjen e ushqimit (1); me vrojtimin tonë të mëparshëm se injeksioni i insulinës në mënyrë specifike në ARC uli vetë-administrimin e saharozës (15); me raportet paraprake të rolit kritik të ARC, dhe neuroneve endorphinergic të saj, në marrjen dhe kryerjen e vetë-administrimit të kokainës (40-42); dhe me parashikimet e identifikuara nga ARC tek NAc (17). Kështu, ARC ka gjasa të luajë një rol kyç në sjelljen e motivuar për të kërkuar dhe marrë shumë lloje stimujsh shpërblimi, duke përfshirë, por jo kufizuar në, ushqimin. Së fundi, kemi vërejtur aktivizimin e ndjeshëm të PVN dhe VMH me fillimin e PR sakrosë-kërkimi. Kjo është në përputhje me rolet e karakterizuara mirë të këtyre bërthamave hipotalamike mediale në rregullimin e marrjes së ushqimit, lidhjes direkte synaptike me ARC dhe lidhjeve të identifikuara me qarkun limbik (1, 27, 37).
Ne kemi gjetur një korrelacion negativ të dukshëm në mes të shprehjes c-Fos në VTA kundrejt NAc-shell, qoftë testuar për performancën FR ose PR. Ishte disi e habitshme që aktivizimi më i fortë i VTA nuk ishte vërejtur në lidhje me vetë-administrimin e SA ose SF (krahas kontrolleve përkatëse). Ndoshta ky zbulim pasqyron kohën e matjes sonë, duke u fokusuar në vendet e mundshme CNS që janë aktive në fillimin e detyrës, për të cilat këto kafshë janë trajnuar mirë. Kjo do të ishte në përputhje me vëzhgimet dhe tezën e Schultz (44), se aktivizimi i dopaminës neuronale shërben si një shenjë e stimujve ose shpërblimeve të papritura dhe kjo aktivizim zvogëlohet në lidhje me trajnimin. Sidoqoftë, lirimi striatal dopamin gjatë marrjes së sukrozës në kafshët e trajnuara ka treguar të ndodhë si një ngjarje shumë e saktë dhe e përkohshme diskrete (39). Kështu, është e mundur që trendet që kemi vërejtur do të ishin shumë të rëndësishme me një grup studimi më të madh (dmth. Më shumë fuqi statistikore). Ne kemi vëzhguar aktivizimin e NAc në bashkëpunim me fillimin e marrjes së saharozës së FR dhe PR. Si aktivizimi dhe frenimi i neuroneve NAc janë raportuar në lidhje me performancën e shpërblimit instrumental dhe modeli i aktivizimit / aktivitetit varet nga trajnimi dhe mjedisi dhe është i lidhur me komponente të ndryshme të sjelljes (p.sh., orientimi, qasja, marrja) (6, 33, 50). Siç u diskutua më lart, matja e c-Fos nuk do të kapte një aktivitet të tillë specifik. Carlezon ka propozuar që "shpërblimi" është kryesisht i lidhur me një rënie në aktivitetin e neuroneve NAc, dmth, neuronet e mesme (3). Kjo nuk është në përputhje me vëzhgimet tona - në mënyrë të konsiderueshme të përmirësuar NAc c-Fos krahasuar me kontrollet e trajtimit dhe neuronet c-Fos-pozitive colocalized me GAD, në përputhje me aktivizimin e neuroneve të mesme me gjemba (GABAergic) - por ne nuk kemi vlerësuar në mënyrë specifike inhibimin e neuroneve NAc ". Aktivizimi dhe ndalimi i NAc mund të ndodhin edhe gjatë detyrave instrumentale, me specifikim anatomik dhe fizik. Nga këndvështrimi i këtij studimi, mund të konkludohet se NAc është i përfshirë në fillimin e marrjes së sukrozës instrumentale, me thelbin e NAc që kontribuon në aktivizimin motorik dhe shell NAc që kontribuon në aspektet motorike dhe motivuese të detyrës.
Ne gjithashtu vërejtëm aktivizimin e të dy rajoneve kryesore të BNST (anterior dhe posterior) në rats FR. BNST është një pjesë e circuitry limbic që modulates përgjigjet neuroendocrine për përvojat e përsëritura stimuluese (8, 9), dhe në një kuptim më të gjerë, është i lidhur me të mësuarit rreth stimujve të përsëritura. Megjithëse roli i saj është sqaruar në mënyrë më gjithëpërfshirëse në lidhje me përvojat e përsëritura të stresit, gjetjet tona sugjerojnë një rol më të gjerë për BNST: BNST mund të modifikojë përgjigjet CNS ndaj stimujve të përsëritura pozitivë, si dhe negative ose stresuese. Meqë ne kemi vëzhguar këtë aktivizim në fillimin e performancës së FR, por jo PR, rekrutimi i BNST mund të lidhet me shpërblimin e shtuar të saharozës së trajnimit FR. Vëzhgimi ynë për asnjë aktivizim të drejtpërdrejtë të neuroneve CRF sugjeron që reagimi instrumental për saharozë nuk është një stressor i madh; megjithatë, shprehja c-Fos në neuronet e PVN të tjera është në përputhje me modulimin e qarkut të stresit (46). Në fakt, Ulrich-Lai dhe kolegët kanë raportuar se, duke përdorur një paradigmë të ndryshme dietë / ushqim, futja e saharozës modulon funksionin PVN (47). Së fundi, kemi vërejtur aktivizimin e bërthamës së nervit hypoglossal në bashkëpunim me PR por jo performancën e FR. Rëndësia e kësaj mund të spekulohet vetëm; një mundësi është se rëndësia e shijes së saharozës mund të rritet në minjtë që konsumojnë më pak shpërblime saharoze.
Kërkimi i saharozës dhe marrja e saharozës duhet të konsiderohet si një eksperiencë multimodaliteti, dinamike në kohë, pasi gëlltitja do të rezultonte në sinjale periferike të lidhura me përmbajtjen kalorike të saharozës, si dhe me habitacionin dhe alliestezën brenda seancës (25). Ndërsa hulumtimi ynë është përqendruar në ndikimin e sinjaleve endokrine periferike, dmth., Insulinës dhe leptinit, për të rregulluar shpërblimin e ushqimit, efektet e tyre mund të ndërmjetësohen drejtpërdrejt nga transmetuesit dhe neuropeptidet që luajnë një rol afatshkurtër ose afatgjatë ushqim ose shpërblim ushqimi (shih diskutimin në Ref. 14). Studimi aktual ofron njëfarë pasqyreje për këtë; kemi vërejtur disa aktivizimin e neuroneve që shprehin ose MCH ose oreksin, dy neuropeptide që janë oreksigjenike. Këto zbulime mund të nënvleftësojnë në fakt rolin e MCH ose oreksin në shpërblimin e ushqimit, pasi imunokitokimi në minjtë e trajtuar jo-kolchicinë pa dyshim e kufizoi vizualizimin e të dy këtyre neuropeptideve. Identifikimi i neuroneve të aktivizuara ose në LH është në përgjithësi në përputhje me studimet e shumta që implikon ose ekzistojnë neuronet në ushqyerjen, shpërblimin e ushqimit dhe shpërblimin më të përgjithësuar të stimujve (p.sh., 5, 7, 29). Ne kemi vëzhguar aktivizimin e neuroneve orPenH. Aston-Jones dhe kolegët (5) kanë dissected rolet e popullsive të ndryshme të LH orexin neuronet në sjellje shpërblimi dhe kanë implikuar peFLH orexin neuronet në zgjim, në krahasim me shpërblimin në vetvete. Përfundimi ynë, pra, sugjeron një rol për LH oreksin në zgjim, dhe ndoshta orientim drejt levës aktive ose cues për marrjen e saharozës.
I denjë për konsideratë të ardhshme është unike ose përgjithësueshmëria e saharozës si një stimul i shpërblyer. Nëse modeli i aktivizimit të hershëm të CNS që raporti këtu është specifik për ushqim si një stimul, ose përgjithëson stimuj të tjerë të dobishme, mbetet për t'u përcaktuar. Siç përmendet më lart, veçanërisht në detyrën e FR, marrja e një numri shpërblimesh të saharozës pritet të ketë pasoja metabolike, me modulimin e lirimit të hormoneve (për shembull, kolecistokinin, ghrelin, insulinë) dhe ndryshimet në aktivizimin nervor periferik dhe CNS. Këto ndryshime nuk do të pritej të luanin një rol të drejtpërdrejtë në modelet e hershme të aktivizimit të CNS që kemi matur, por mund të luajmë një rol në mësimin për shpërblimin e saharozës gjatë trajnimit. Përsëri, neuropeptide të tilla si oreksina mund të jenë të implikuar në mënyrë kritike.
Studimi ynë përfaqëson, sipas njohurisë sonë, demonstratën e parë të aktivizimit të bërthamave të posaçme hipotalamike në fillimin e vetë-administrimit të saharozës, duke përfshirë PVN-në, të implikuar në homeostasis dhe përgjegjshmërinë e stresit, dhe ARC, e cila është kritike për homeostazën e energjisë, ndjeshmëria e lëndës ushqyese, dhe rregullimi i marrjes së ushqimit. E rëndësishmja, kemi vërejtur aktivizimin e hypothalamusit medial dhe NAc, në bashkëpunim me fillimin e PR, duke sugjeruar që të dy homeostatic dhe disa vende limbic luajnë një rol në inicimin e vetë-administrimit të saharozës. Vendet e tjera të qarkut limbik mund të rekrutohen në një kohë më të vonshme në detyrë.
Perspektiva dhe Rëndësia
Ndërsa, historikisht, studimet e sjelljeve motivuese dhe të shpërblimit do të implikonin më së shumti lidhjet limbike të CNS, një numër i madh provash ka grumbulluar që thekson ndërveprimin funksional kritik midis qarkut limbik dhe të homeostasit të energjisë. Studimi i tanishëm tani sugjeron rëndësinë e mundshme të bërthamave të posaçme mediale hipotalamike në punën e motivuar për sukrozën. Nga ekstrapolimi i këtij studimi, studimet e ardhshme mund të vlerësojnë nëse roli i hypothalamusit medial është i nevojshëm dhe nëse aktivizimi i tij është i implikuar në kërkimin e motivuar të shpërblimeve të tjera siç janë drogat e abuzimit. Përveç kësaj, gjetjet e këtij studimi ofrojnë arsyetimin për të studiuar ndryshimet e sjelljeve të motivuara në rrethanat shoqëruese me fiziologjinë hipotalamike të ndryshuar mediale, si në obezitetin.
GRANTET
Ky hulumtim u mbështet nga Instituti Kombëtar i Shëndetësisë Grant DK40963. Dr Dianne Figlewicz Lattemann është një Shkencëtar i Lartë Hulumtues i Karrierës, Programi i Kërkimit të Laboratorëve Biomedical, Departamenti i Çështjeve të Veteranëve Puget Sound Health Care System, Seattle, Uashington. Dr. Sipols mbështetet nga Këshilli Letonez i Shkencës Grant 04.1116.
INFORMACIONESH SHPJEGUESE
Asnjë konflikt interesi, financiar ose ndryshe, nuk është shpallur nga autorët.
MIRËNJOHJE
Falënderojmë Drs. Yavin Shaham, Stephen Benoit, Christine Turenius dhe JE Blevins për këshilla dhe diskutime të dobishme.
REFERENCAT
;