Neuroscience. 2011 Mar 10;176:296-307.
Källa
Bowles Center för Alkoholstudier och Institutionen för Psykiatri, University of North Carolina, Chapel Hill, NC 27713, USA. [e-postskyddad]
Abstrakt
Subsecond fluktuationer i dopamin (dopamin transienter) i kärna accumbens är ofta tidsbegränsade till belöningar och signaler och ger en viktig inlärningssignal under belöningsprocessen. Som mesolimbic dopamin systemet genomgår dynamiska förändringar under tonåren i råtta, det är möjligt att dopamin transienter kodar belöning och stimulanspresentationer annorlunda hos ungdomar. Men hittills inga mätningar av dopamin transienter i vakna ungdomar har gjorts. Således använde vi snabb skanna cyklisk voltammetri för att mäta dopamin transienter i kärna accumbens kärna av manlig råttor (29-30-åldersdagar) vid baslinjen och med presentation av olika stimuli som har visat sig utlösa dopamin frigöra hos vuxna råttor. Vi hittade det dopamin transienter var detekterbara i ung råttor och inträffade vid en baslinje som liknar vuxen råttor (71-72-åldersdagar). Men till skillnad från vuxna, ung råttor uppvisade inte tillförlitligt dopamin transienter vid oväntad presentation av visuella, hörbara och luktiga stimuli. I motsats till detta ökade kort interaktion med en annan råtta dopamin transienter i båda ung och vuxen råttor. Medan denna effekt habituerade hos vuxna vid en andra interaktion, fortsatte den hos ungdomarna. Dessa data är den första demonstrationen av dopamin transienter i ung råttor och avslöja en viktig divergens från vuxna vid förekomst av dessa transienter som kan leda till differentierat lärande om belöningar.
Copyright © 2011 IBRO. Publicerad av Elsevier Ltd. Alla rättigheter förbehållna.
Beskrivning
Bristning av dopaminneuroner och de resulterande dopaminfrisättningshändelserna (aka dopamintransienter) antas innefatta en nyckelinlärningssignal i hjärnan (Schultz, 2007; Roesch et al., 2010), interfacing externa belöningar och signaler med appetitiva beteenden. Dopamintransienter uppträder spontant i flera dopamin-målregioner (Robinson et al., 2002) och är mer framträdande vid presentationen av oväntade stimuli (Rebec et al., 1997; Robinson och Wightman, 2004), social interaktion (Robinson et al., 2001; Robinson et al., 2002) och belöningar (Roitman et al., 2008). De snabba dopaminfrisättningshändelserna följs ofta av aptitliga beteenden, som närmar sig en annan råtta eller trycker på en spak för en förstärkare (Robinson et al., 2002; Phillips et al., 2003; Roitman et al., 2004). Dessutom kan neutrala signaler som normalt inte framkallar dopamin-transienter göra det när de upprepas ihop med en belöning (Stuber et al., 2005b; Stuber et al., 2005a; Day et al., 2007) som visar att denna neurala signal genomgår inlärningsinducerad plasticitet. Viktigt är att dopamintransienter är ett resultat av volymöverföring och uppnå höga extrasynaptiska koncentrationer som kan aktivera lågaffinitets-, extrasynaptiska dopaminreceptorer (Wightman och Robinson, 2002). Således verkar dopamintransienter fungera som en hjärnsignal om potentiell och etablerad belöning som kan rikta uppmärksamhet och underlätta förvärvet av den belöningen.
Det mesolimbiska dopaminsystemet genomgår dynamiska förändringar under tonåren i råtta. Exempelvis ökar uttrycket av dopamin D1- och D2-receptorer i ventralstriatum från före adolescens till ungdomar (t.ex. Andersen et al., 1997), med några studier som tyder på att bindning i tonåren är högre än vid vuxen ålder (för referenser och diskussion, se Doremus-Fitzwater et al., 2010; Wahlstrom et al., 2010b). Vidare bränner hastigheter av dopaminneuroner (McCutcheon och Marinelli, 2009) och basala dopaminkoncentrationer (Badanich et al., 2006; Philpot et al., 2009) visar liknande U-formade kurvor som toppar vid ungdomar. Medan dopamintransienter ännu inte har uppmätts hos ungdomar, förbättras beteendehänsyn till nyhet (Douglas et al., 2003; Stansfield och Kirstein, 2006; Philpot och Wecker, 2008) och sociala kamrater (Varlinskaya och Spjut, 2008) har rapporterats hos ungdomar mot vuxna råttor.
Den föreliggande studien syftade till att tillhandahålla de första mätningarna av dopamin transienter i nukleär accumbens (NAc) hos ungdomar och jämför dem med vuxna. Vi använde snabbsökning cyklisk voltammetri, en elektrokemisk teknik med den rumsliga och tidsmässiga upplösningen som krävs för att detektera dopamin-transienter (Robinson et al., 2008). Vi undersökte dopaminfrisättning vid tidig adolescent (29-30-åldersdagar) med tanke på att råttor uppvisar förbättrade nivåer av peer-directed sociala interaktioner vid denna ålder i förhållande till senare ungdomar och vuxna åldrar (Varlinskaya och Spjut, 2008). Följaktligen uppmättade vi dopamintransienter under korta sociala interaktioner såväl som vid baslinjen och vid framställning av oväntade nya stimuli som har rapporterats utlösa dopamintransienter hos vuxna råttor (Robinson och Wightman, 2004).
Experimentella procedurer
Djursjukdomar
Alla experiment som beskrivs häri godkändes av Institutional Animal Care and Use Committee vid University of North Carolina i Chapel Hill i enlighet med National Institute of Health Guide för vård och användning av laboratoriedjur (NIH Publications No. 80-23, reviderad 1996). Man Long Evans råttor köptes från Charles River Laboratories (Raleigh, NC) i kohorter på fyra vid postnatal dag (PND) 21. Varje råtta var individuellt inrymd vid ankomst med mat och vatten AD libitum. Två av råttorna från varje kohort tilldelades den ungdomsgrupp och genomgick operation på PND 26 (67 ± 2 g) och voltammetriska mätningar på PND 29 eller 30 (76 ± 3 g). De återstående två råttorna från varje kohort tilldelades den vuxna gruppen och genomgick kirurgi på PND 68 (379 ± 12 g) och voltammetriska mätningar på PND 71 eller 72 (379 ± 14 g); dessa råttor var parhus inrymda från PND 30 - 63.
Kirurgisk beredning
De kirurgiska förfarandena är som beskrivits tidigare (Robinson et al., 2009) med följande undantag. Råttor bedövades med isofluran; ungdomar råttor inducerades vid 3% och upprätthölls vid 1-1.5% under operationen, medan vuxna råttor inducerades vid 5% och hölls vid 2%. Råttor fästes i en stereotaxisk ram för implantering av en ledningskanyl ovanför NAc, en bipolär stimulerande elektrod i den ventrala tegmentala området och en Ag / AgCl-referens, såsom tidigare beskrivits. Koordinaterna (mot bregma i mm) för styrkanylen var 1.3 anterior och 1.6 lateral (adolescent) eller 1.7 anterior och 1.7 lateral (adult). Den stimulerande elektroden implanterades vid en 6 ° vinkel vid koordinaterna (mot bregma i mm) 4.1 posterior, 1.3 lateral (adolescent) eller 5.2 posterior, 1.2 lateral (vuxen). Postoperativt monitorerades råttorna noggrant och fick ibuprofen (15 mg / kg dagligen, po) och smaklig mat.
Experimentell design
Dopaminfrisättning mättes med användning av snabbsökningcyklisk voltammetri såsom tidigare beskrivits (Robinson et al., 2009). Voltammetriska inspelningar gjordes i en specialbyggd plexiglaskammare. Golvytan var 21 × 21 cm med en vinklad insats som sträckte sig från golvet till 10 cm mot väggen vid en 48 ° vinkel; detta förhindrade råttorna från att träffa elektroden och huvudstegenheten mot kammarens vägg. Råttor hindrades manuellt medan kolfibern sänktes i NAc-kärnan via styrkanylen och lämnades sedan ostört för 15-20 min. Därefter gjordes voltammetriska inspelningar varje 2 - 4 min för att bedöma närvaron av naturligt förekommande dopamintransienter och elektriskt framkallad dopaminfrisättning (16 - 24 pulser, 40 - 60 Hz, 120 μA, 2 msek / fas, bifasisk). När vi väl verifierat att elektroden placerades nära dopaminterminaler började experimentet; Detta var vanligtvis 60 - 85 min efter initial placering i kammaren. Inspelningen var kontinuerlig för 50 min. Under den första 25-minen presenterades 5-stimuli för 3 s i 5-min-intervaller i slumpmässig ordning: husljus, ton, vitt brus, kokoslukt och citronsmör. Luktarna presenterades på följande sätt (Robinson och Wightman, 2004experimentet doppade en bomullsapplikator i ett extrakt (McCormick), öppnade inspelningskammardörren, höll applikatorn 1-2 cm från råttans näsa i 3 s, drog sedan tillbaka och stängde kammardörren. Efter presentation av alla stimuli fortsatte inspelningen i 5 minuter, sedan placerades en annan Long Evans-råtta i buret med testråttan i 60 s och fick interagera. För den ungdomliga gruppen var den specifika råttan åldersmatchad med testråttan; för vuxna var partnern en något mindre vuxen (87 ± 6% av testråttans vikt) i ett försök att förhindra uppkomsten av aggressiva interaktioner. En andra interaktionsperiod på 60-tal inträffade med samma partner 10 minuter senare. Efter registrering fick råttor en dödlig dos uretan (> 1.5 g / kg, ip) och perfunderades sedan med en formalinlösning. Hjärnorna avlägsnades, frystes, sektionerades (40 μm tjocklek) och färgades med tionin för att bestämma inspelningsställen.
Utvärdering av dopamin transienter
Dopamin-transienter under inspelning identifierades statistiskt som tidigare beskrivits (Robinson et al., 2009). I korthet var varje voltammetrisk avsökning bakgrundsavdragad och jämförd med en mall för elektriskt framkallad dopaminfrisättning. Efter identifiering av händelser med dopaminfrisättning undersöktes varje händelse för att bestämma signal-brusförhållandet, varvid signalen var den maximala koncentrationen av dopamin ([DA]max) och bruset beräknat som rms amplitude i 10-skanningarna (1 s) som används i bakgrunds-subtraktionen. Endast dopamintransienter med ett signal-brusförhållande av 5 eller högre inkluderades i studien. För att bestämma dopaminfrisättning under stimulanspresentationer, beräknades frekvensen för transienter för en 20-s period som omfattade stimuluspresentationen och jämfördes med frekvensen under 4-minet omedelbart före presentationen (basal). För att bestämma dopaminfrisättning under social interaktion, beräknades frekvensen för transienter för en 80-s period som omfattade interaktionsperioden och jämfördes med frekvensen under 4-minet omedelbart före interaktionen (basal). Den maximala koncentrationen av varje dopaminfrisättningshändelse beräknades genom att omvandla strömmen (nA) till koncentrationen (μM) efter vitro kalibrering av elektroden (Logman et al., 2000).
Behavioral scoring
Behavioral respons på stimuli presentationer (från inledande av presentation till 2 s efter presentationen) bedömdes från video på en skala av 0 - 3 (0, ingen rörelse; 1, sniffing / huvudrörelse; 2, orienteringsrörelse / förflyttning). Social interaktion blev poäng som den totala varaktigheten av följande beteenden riktade mot den andra råttan: grooming, sniffing, pursuing, ano-genital inspektion, klättring över / under. Försök gjordes för sociala beteenden som inträffade i 3 s omedelbart efter stängning av ljuddämpande kammardörr efter att ha satt partnerparten rått in i kammaren; denna tidsperiod valdes för att undvika något störande inflytande av att öppna och stänga kammardörrarna. Försök blev också poänglagda för varaktighet i s för icke-social lokomotorisk aktivitet via kvadrantövergångar under samma 45-s period.
Statistisk analys
Statistisk analys av dopamin-övergående frekvens mellan grupper och försöksbetingelser beräknades genom användning av icke-parametrisk multivariär regressionsanalys (genmod-procedur med Poisson-fördelning, upprepade mätningar och Wald-parvisa kontraster, SAS, SAS Institute Inc., Research Triangle Park, NC). Förändringar i amplituden för dopamin-transienter och signal-till-brus-förhållanden mellan grupper och experimentella epoker beräknades med användning av liknande regressionsanalys med gamma-fördelning. Beteendeåtgärder jämfördes mellan grupper med hjälp av upprepade åtgärder 2-väg ANOVA eller inom grupper genom att använda parade t-tester (GraphPad Prism, GraphPad Software Inc., La Jolla, CA).
Resultat
Tolv ungdomar och tio vuxna råttor användes för denna studie. Tre tonåriga råttor ingick inte på grund av svårigheter vid operation eller under voltammetri, och en vuxen råtta ingick inte på grund av felaktig elektrodplacering. Dessutom kassades sociala interaktionsdata från en ungdom på grund av voltammetriska svårigheter som inte påverkade de andra stimulanspresentationerna. Final ns var 9 ungdomar och 9 vuxna för stimulanspresentationerna och 8 ungdomar och 9 vuxna för de sociala interaktionerna.
Dopamin transienter vid baslinjen
Basalhastigheten av dopamin-transienter överlappade mellan adolescent och vuxna råttor i NAc-kärnan. När transientfrekvens bestämdes över alla baslinjeprover (filer där inga stimulanspresentationer eller råttinteraktioner uppstod) uppvisade ungdomar råttor 1.5 ± 0.4 transienter / min och vuxna uppvisade 2.5 ± 0.6. Inom varje grupp var emellertid en rad transientfrekvens, som tidigare rapporterats hos mogna råttor (Robinson et al., 2009; Robinson och Wightman, 2007; Wightman et al., 2007): hos ungdomar varierade basfrekvensen från 0.2-4.0-transienter per minut, medan hos vuxna var intervallet 0-5.0-transienter per minut. Viktigt är att elektriskt stimulerad frisättning avslöjade närvaron av funktionella dopaminterminaler vid den voltammetriska inspelningsstället, även när basala dopamintransienter var frånvarande eller sällan.
Dopamin transienter vid presentation av oväntade stimuli
Därefter undersökte vi om dopamintransienter sannolikt skulle uppstå vid oväntad presentation av stimuli hos ungdomar. Figur 1A visar att korta presentationer av stimuli ökade frekvensen av dopamintransienter med 50% över baslinjenivåerna hos vuxna råttor (Waldkontrast av vuxenbaslinjen vs. stimuli, p <0.05), vilket replikerade tidigare arbete (Robinson och Wightman, 2004). Däremot förändrades frekvensen av dopaminfrisättningshändelser inte signifikant bland de tonåriga råttorna (Waldkontrast för ungdomars baslinje vs. stimuli, p> 0.86). Jämfört mellan grupper skilde sig baslinjehastigheterna inte från varandra (Waldkontrast hos ungdomar jämfört med vuxenbaslinje, p> 0.19), medan frekvensen under stimuluspresentationer var högre hos vuxna råttor (Waldkontrast hos ungdomar jämfört med vuxna stimuli, p <0.05). Vuxna råttor hade mer sannolikhet att dopaminfrisättningen var tidslåst för stimuli: 8/9 vuxna uppvisade dopaminfrisättning till minst en stimuluspresentation, medan 6/9 ungdomar gjorde det. Dessutom gjorde vuxna råttor som uppvisade tidslåsta dopamin-transienter det vid 3.8 ± 0.4 stimuli (median 4), medan ungdomar som uppvisade tidslåsta transienter gjorde det vid 2.3 ± 0.4 stimuli (median 2).
Vi bestämde oss därefter om transienter som uppstod under stimulanspresentationerna var större än de vid baslinjen. Figur 1B visar fördelningen av de maximala koncentrationerna av dopamin-transienter. Regressionsanalys visade att amplituder inte skilde sig mellan ungdomar och vuxna råttor (Wald kontraster, alla p-värden> 0.05). Hos tonåriga råttor skilde sig de maximala koncentrationerna av transienter under stimulipresentationer inte signifikant från de under baslinjen. Hos vuxna råttor var dopaminkoncentrationerna något högre under stimuluspresentationer, en högerförskjutning som närmade sig statistisk signifikans (Waldkontrast av vuxenbaslinje vs. stimuli, p <0.06). Median- och medelkoncentrationerna av dopamintransienter beskrivs i Tabell 1.
Även om gruppdata indikerar att dopaminfrisättningshändelser var mer benägna att inträffa vid oväntade stimulanspresentationer hos vuxna jämfört med ungdomar, visar enskilda diagrammer skillnaderna mellan stimuli såväl som inom grupper. Figur 1C visar förändringen i frekvensen av dopamintransienter under presentation av en stimulans jämfört med 4-min av baslinjen som föregår denna stimulans. Hos vuxna varierade stimuli i deras effektivitet för att öka dopaminövergående hastigheter; De rangeras från de flesta till minst effektiva enligt följande: Dopamin transienter uppstod vid 208% av basala räntor vid kokoslukt; 184% vid tonen; 161% vid citronlukt; 142% vid vitt brus och 91% vid ljus ut. Hos unga råttor var stimuli generellt mindre effektiva för att utlösa dopamintransienter; De rankas från mest till minst effektiva enligt följande: dopamin transienter uppstod vid 158% av basala frekvenser vid tonen; 127% vid citronlukt; 123% vid kokosnut lukt; 84% vid vitt brus och 23% vid ljus ut.
Ändå, Figur 1C demonstrerar distinkt individuell variabilitet för att emittera ett dopaminrespons till särskilda stimuli inom varje åldersgrupp. För att bestämma huruvida denna neurokemiska variabilitet var associerad med beteendets variabilitet, gjorde vi varje råtta för rörelse i samband med stimulanspresentationen, såsom visas i Tabell 2 (en vuxen råtta uteslöts från denna analys på grund av delvis förlust av videoinspelningen). Vi använde sedan den icke-parametriska korrelationen Spearman för att jämföra beteendemässiga och dopaminerga svar på stimuli inom varje åldersgrupp. Vi fann att frekvensen av dopamintransienter inte var korrelerad med beteendeaktivering i någon åldersgrupp vid någon stimulans, oavsett om stimulansen analyserades individuellt eller som en grupp (data visas inte, alla p-värden> 0.05), vilket indikerar att beteendemässigt och neurokemiska svar på stimuli var inte direkt relaterade. Dessutom överlappade beteendepoängen för råttorna som inte avger några dopamin-transienter tidslåsta till stimuluspresentationer (3/9 ungdomar och 1/9 vuxna) helt med beteendepoängen för råttorna som uppvisade dopamin-transienter. En jämförelse av beteendemässiga svar mellan åldersgrupper avslöjade dock att ungdomar som en grupp visade signifikant mindre rörelse vid oväntade stimulanspresentationer än de vuxna råttorna (Mann-Whitney-test, p <0.05).
Dopamin transienter under social interaktion
Därefter mättes dopaminfrisättning under 60-s-interaktion med en annan hanråtta. Till skillnad från presentationerna av de icke-sociala stimuli bestämde regressionsanalysen att dopamintransienter ökade signifikant från baslinjen under den första interaktionen med en annan råtta hos både ungdomar och vuxna råttor. Den genomsnittliga frekvensen av transienter ökade tre gånger från baslinjen, från 3 ± 1.0 till 0.3 ± 3.0 transienter / min hos tonåriga råttor (Waldkontrast av ungdomars baslinje kontra interaktion, p <0.9) och från 0.05 ± 2.0 till 0.5 ± 7.3 i vuxna (Wald kontrast av vuxnas baslinje kontra interaktion, p <1.3). Tio minuter senare mättes dopaminfrisättning under en andra interaktion med samma råtta. Hos vuxna var ökningen av dopamin-transienthastigheten inte längre signifikant (p> 0.001); även om den genomsnittliga frekvensen av transienter ökade från 0.32 ± 1.8 till 0.5 ± 3.7 transienter / min var denna förändring mer variabel över råttor. Däremot uppvisade ungdomar samma ökning av dopamintransienter under den andra presentationen som under den första, från 1.3 ± 0.8 till 0.2 ± 3.1 transienter / min (p <0.9). Individuella råttdata efter grupp och avsnitt visas i Figur 2A.
Vi undersökte huruvida skillnader i beteende under det första och andra interaktionsepisoden kan förklara avsaknaden av ökad dopaminfrisättning hos vuxna råttor under den andra interaktionen. Tabell 3 visar tiden i social utredning och rörelse under 45-talet av poänginteraktionsperioden. I denna experimentella kammare (21 × 21 cm golvyta) tillbringade tonåriga råttor mindre tid i aktiva sociala interaktioner (2-vägs upprepade mått ANOVA: gruppens huvudeffekt, p <0.05) och mer tid i rörelse (2-vägs upprepad- mäter ANOVA: huvudeffekten av gruppen, p <0.05) än vuxna råttor. Vi observerade dock att de tonåriga råttorna hade mer utrymme att röra sig ifrån varandra medan de större vuxna råttorna var mer benägna att vara i fysisk närhet. Således parades de kritiska jämförelserna ihop t-tester för att jämföra beteenden inom gruppen under de första kontra andra interaktionsperioderna. Dessa analyser avslöjade inga beteendeskillnader mellan den första och andra interaktionsperioden i någon åldersgrupp (alla p-värden> 0.05). Dessutom korrelerade varken den absoluta frekvensen av dopamintransienter eller den ökade frekvensen från baslinjen med sociala interaktioner eller rörelse under interaktionsperioden (data visas inte, alla p-värden> 0.05).
Den maximala koncentrationen av dopamin transienter under interaktion med en annan råtta jämfördes med koncentrationer under baslinjen. För denna analys samlades data från båda interaktionsepisoderna för att öka statistisk kraft. Figur 2B visar att fördelningen av dopamin-transient amplitud skiftades mot större frisättningshändelser hos både ungdomar och vuxna råttor under specifikt växelverkan; medelvärden och medianamplituder anges i Tabell 1. Eftersom sociala interaktioner kan producera rörelseassocierat brus i den voltammetriska signalen undersökte vi också brusnivåer och fann att de verkligen var högre under interaktionsepisoder hos både vuxna och ungdomar (Wald kontraster av baslinjen kontra interaktion, p <0.05 för varje grupp ). Ändå skiljer sig signal-brusförhållandena inte mellan grupper (Tabell 1: Wald kontrasterar, alla p-värden> 0.05), vilket tyder på att bullerproblem inte bidrog till skillnaderna mellan ungdomar och vuxna råttor.
Alla inspelningar gjordes i kärnan i NAc, som visas i Figur 3.
Diskussion
Dopamin neurotransmission är nyckeln till många aspekter av motiverat beteende, inklusive stimulanssalience, belöningsprognos och beteendemässig hjälpmedel. Eftersom motiverat beteende skiljer sig mellan ungdomar och vuxna, undersökte den föreliggande undersökningen snabba händelser för dopaminfrisättning vid tidiga ungdomar i jämförelse med vuxna. Vi rapporterar att medan basala frekvenser av dopamin transienter inte skiljer sig signifikant mellan de två åldersgrupperna, är transienter som svar på oväntade stimuli färre hos tonåringar i jämförelse med vuxna. Däremot ökar både frekvensen och amplituden för dopamintransienter i båda åldersgrupperna vid interaktion med en annan råtta; emellertid förändras frekvensen hos vuxna men inte ungdomar vid den andra framställning av partnerratten. Således skiljer sig snabbt dopaminfrisättningshändelser vid framställning av stimuli hos ungdomar råttor jämfört med vuxna, och denna fysiologiska skillnad kan associeras med åldersberoende skillnader i behandling av sociala och icke-sociala stimuli.
Båda frekvenserna och amplituderna av dopamintransienter i NAc-kärnan var lika mellan hanrotter vid tidig adolescent (ålder 29 - 30 dagar) och vuxen ålder (ålder 71 - 72 dagar). Dessa resultat är förenliga med elektrofysiologiska inspelningar av dopaminneuroner i bedövade råttor. Bristningshastigheter av dopaminneuroner ökar från födsel till mid-sena ungdomar, sedan minska över vuxen ålder (Pitts et al., 1990; Tepper et al., 1990; Lavin och Drucker-Colin, 1991; Marinelli et al., 2006; McCutcheon och Marinelli, 2009), med toppaktivitet som uppträder i mitten till sen ungdom. Verkligen, McCutcheon och Marinelli (2009) rapporterade att basala bränningshastigheter är lika vid de tidiga ungdomar och vuxna åldrar som är inriktade i den föreliggande studien, och uppgifterna häri föreslår att graden av neuronal sprängning liknar också, eftersom dopamin-transienter uppstår vid bristning av dopaminneuroner (Suaud-Chagny et al., 1992; Sombers et al., 2009). I synnerhet uppvisade ungdomar råttor variation i basfrekvensen för dopamin-transienter, allt från platser med få eller inga spontana transienter till platser med flera per minut. Detta resultat liknar "heta" och "kalla" inspelningsställen rapporterade hos vuxna (Robinson et al., 2009; Robinson och Wightman, 2007; Wightman et al., 2007) och kan återspegla variationer i bursthastigheter för dopaminneuroner (Hyland et al., 2002). I överensstämmelse med utvecklingsstörningar har mikrodialysstudier rapporterat ökade dopaminnivåer vid senare ungdomar (45-åldersdagar) jämfört med tidig ungdom eller vuxen ålder (Badanich et al., 2006; Philpot et al., 2009). Således, medan våra resultat ger den första utvärderingen av basala frekvenser av dopamintransienter mellan tonåringar och vuxna råttor, behövs mer tidpunkter under denna dynamiska utvecklingsperiod, eftersom dopamintransienter kan vara mer framträdande under mid-sen adolescenten.
I överensstämmelse med vår tidigare rapport (Robinson och Wightman, 2004), fann vi att frekvensen av dopamin transienter ökade vid oväntad presentation av stimuli hos vuxna hanrotter, ofta tidslåsade till den initiala presentation av stimulansen. I den tidigare studien presenterade vi lukt och auditiva stimuli liknande dem som användes här; i båda studierna ökade dessa stimuli frekvensen av dopamintransienter i NAc över basala hastigheter, vilket tolkades som en neurokemisk signal av potentiell spridning av stimuli till djuret. Ökningen av dopamin-transientfrekvensen som svar på oväntad presentation av stimuli observerade hos vuxna var emellertid inte tillförlitligt närvarande i NAc-kärnan hos tidiga ungdomar råttor och ungdomarna som en grupp visade mindre beteenderespons på stimuli än vuxna. Även om fasaktivering av dopaminerga neuroner inte korreleras med specifika motorrörelser, inducerar de typer av stimuli som tenderar att främja bristning och dopamin-transienter ofta beteendeaktivering (Nishino et al., 1987; Romo och Schultz, 1990; Robinson et al., 2002). Således indikerar föreliggande fynd en utvecklingsskillnad i det dopaminerga och beteendehämmande svaret på denna typ av ny stimuluspresentation, vilken båda kan bero på brist på salience av dessa stimuli för de adolescenta råttorna. Det är viktigt att det reducerade beteendemässiga svaret på stimuli inte bara var en minskning av förmågan att röra sig (kanske på grund av tetheren eller den voltammetriska huvudstaden), eftersom de tonåriga råttorna uppvisade både lokomotion och socialt inriktade beteenden under social interaktion. Vidare fanns det ingen samband mellan beteendemässigt svar och frekvensen av dopamintransienter till stimuli när de analyserades över enskilda råttor inom varje åldersgrupp. Den relativa okänsligheten mot oväntade nya stimuli som finns i föreliggande studie kontrasterar med tidigare upptäckter att ungdomar råttor ofta uppvisar högre nivåer av prospektering av nya miljöer och nya föremål än vuxna (t.ex. Douglas et al., 2003; Stansfield och Kirstein, 2006; Philpot och Wecker, 2008), med ny objektutforskning rapporterad att toppa hos råttor i mid-adolescenten (35-36-dagar, Spear m.fl., 1980). Ytterligare studier skulle vara nödvändiga för att bestämma ontogenetiska skillnader mellan beteendeaktivering och samtidiga dopaminfrisättningshändelser inducerade av de korta stimulanspresentationerna som användes häri i motsats till reaktioner på nya miljöer och statiska, nya föremål placerade i kända miljöer som användes i tidigare studier.
Både frekvensen och amplituden för dopamintransienter i NAc-kärnan ökade på ett tillförlitligt sätt under kort interaktion med en annan råtta i både ungdomar och vuxna grupper. I överensstämmelse med vår tidigare rapport (Robinson et al., 2002) uppträdde det dopaminera svaret hos vuxna råttor vid den andra presentationen av den specifika råttan. Däremot fortsatte den ökade frekvensen av dopamintransienter i adolescenta råttor. Denna brist på omvårdnad kan återspegla den ökade belöningen i samband med social interaktion uppvisad hos ungdomar mot vuxna råttor (t.ex. Douglas et al., 2004). I själva verket har den sociala aktiviteten visat sig toppa i början av ungdomen jämfört med senare ungdom och vuxen ålder, en effekt som förstoras när råttor är isolerade för dagen före testningen (Varlinskaya & Spear, 2008), som gjordes i föreliggande studie. Intressant var att de två åldersgrupperna skilde sig från den totala sociala aktiviteten jämfört med generell rörelse. Medan tidigare rapporter indikerar att isolerade hemmafruar råttor uppvisar mer socialt beteende och rörelse än vuxna under diskreta sociala interaktionstest, med dessa effekter särskilt uttalade bland ungdomar som börjar tidigt (Varlinskaya & Spear, 2008) fann vi att rörelsen var högre och socialt riktat beteende var lägre i de tidiga ungdomarna vi testade jämfört med deras vuxna motsvarigheter. Detta kan bero på apparatens storlek: vid 21 × 21 cm var de större vuxna råttorna mer benägna att ligga i närheten av den specifika partnern än de mindre tonåriga råttorna, vilket gör social kontakt nästan oundviklig för dessa vuxna djur. Dessutom kan det endast ha påverkat sin beteenderepertoar under social interaktion med endast teströtta. Slutligen tar den korta tidsintervallet för interaktion (60 s) som här används captures endast inledande interaktioner som kan producera olika åldersrelaterade mönster av socialt beteende jämfört med de längre interaktionsperioderna (270-600 s) som vanligen användes i termer av gnagare sociala interaktioner (t.ex, Varlinskaya & Spear, 2008; Glenn et al, 2003).
Social interaktion kan inducera rörelseassocierat elektriskt brus när huvudstegsaggregatet berör kammarmuren eller den andra roten som kan leda till underskattning av dopaminövergående frekvens under social interaktion. Betydligt var signal- och brusnivåerna inte olika mellan åldersgrupper eller mellan de första och andra interaktionsperioderna, vilket indikerar att den ihållande ökningen av dopamin-övergående frekvens som observerades hos ungdomar råttor under den andra interaktionsperioden inte var en bullerrelaterad artefakt. På liknande sätt var undersökande och lokomotoriskt beteende väsentligen detsamma under båda interaktionerna inom varje åldersgrupp, så att skillnader i beteenden inte heller förklarar skillnaden i uppgift om det dopaminerga svaret mellan ungdomar och vuxna råttor. Ja, i vår tidigare studie (Robinson et al., 2002) uppmärksammades att vuxna råttor uppvisade mer intensiva socialt inriktade beteenden under en andra interaktion med en partnerrottning trots att de emitterade färre dopamintransienter, vilket tyder på att dopamin-transienterna inte är nödvändiga för att främja partnerriktad beteende. Om dopamin-transienterna tolkas som signaler om belöningsprognos (Schultz och Dickinson, 2000; Schultz, 2007; Roesch et al., 2010) kan uppkomsten av dopaminfrisättningshändelser hos vuxna till upprepade partnerpresentationer återspegla en minskning av belöning eller större förutsägbarhet för den andra presentationen och persistensen av dopaminfrigörande hos de tonåriga råttorna kan återspegla ökad belöning eller överraskning gentemot upprepad interaktion med en partner .
Mesolimbic dopaminsystemet är inblandat i aptitligt beteende och belöning förvärv (för recensioner, se Depue och Iacono, 1989; Panksepp, 1998; Depue och Collins, 1999; Ikemoto och Panksepp, 1999; Schultz och Dickinson, 2000; Schultz, 2007). Eftersom flera aspekter av denna dopaminvägen genomgår dynamiska förändringar under ungdomar är det inte förvånande att beteendemässiga och neurokemiska svar på belöningar och nya stimuli som väl kan förutsäga belöningar är också dynamiska (för recensioner, se Chambers et al., 2003; Ernst et al., 2009; Wahlstrom et al., 2010b; Wahlstrom et al., 2010a). Vårt konstaterande att det dopaminerga svaret på social interaktion inte habituerade i tidiga ungdomar råttor överensstämmer med många studier som har dokumenterat ökad känslighet för belöningar under ungdomar, inklusive sociala och läkemedelsbelöning (för granskning och referenser, se Doremus-Fitzwater et al, 2010; Spjut och Varlinskaya, 2010). Nya stimuli är likaledes viktiga och kan utlösa dopaminfrisättning och beteendefacilitet eftersom de kan förutsäga belöning eller hot. Vi observerade emellertid inte ökat dopaminfrisättning för kort presentation av nya stimuli vid tidiga tonåriga råttor. Således kan den aktuella studien ha samplat dopaminfrisättning vid en tid i utveckling (tidig ungdom) under vilken social belönings känslighet är optimal men respons på nyhet är inte. Denna tolkning leder till flera vägar av ytterligare forskning, inklusive undersökning av dopaminfrisättning till nya och sociala stimuli vid fler tidpunkter över ungdomar. Vi planerar också att undersöka dopaminfrisättning under explicit cue-reward learning (t.ex. Pavlovian-konditionering) för att avgöra om de typer av stimulipresentationer som används här, såsom ett ljus eller lukt, kan framkalla ett dopaminerge svar hos ungdomar när de förutspår belöning (Day et al, 2007; Roesch et al., 2007).
Sammanfattningsvis uttrycks snabbt dopaminfrisättningshändelser eller dopamintransienter, differentiellt i tidig ungdom mot vuxen ålder. Medan frekvenser och koncentrationer av transienter var lika vid baslinjen observerades mindre aktivering av dopaminfrisättning genom oväntade, icke-sociala stimuli och mer ihållande aktivering av sociala stimuli hos ungdomar i råttor jämfört med vuxna. Dessa skillnader i händelser av dopaminfrisättning bidrar sannolikt till utvecklingsskillnader i känslighet för indikationer och belöningar, särskilt social belöning. Det kommer att vara värdefullt att bygga vidare på dessa fynd genom att utvärdera fler tidpunkter under ungdomar samt att övervaka dopaminfrisättning under explicit belöningsrelaterat lärande.
Erkännanden
Tack till Dr Thomas Guillot III för hjälp med neuroanatomiska koordinater, till Rachel Hay och Sebastian Cerdena för beteendemässig poängering, till Vahid Sanii för elektrodkalibrering, och till Chris Wiesen vid UNC Odum Institute for Research in Social Science för statistisk expertis. Detta arbete finansierades av NIH (R01DA019071 till LPS) och Bowles Center for alkoholstudier vid University of North Carolina.
Referensprojekt
- Andersen SL, Rutstein M, Benzo JM, Hostetter JC, Teicher MH. Könsskillnader i överproduktion och eliminering av dopaminreceptor. Neuroreport. 1997;8: 1495-1498. [PubMed]
- Badanich KA, Adler KJ, Kirstein CL. Ungdomar skiljer sig från vuxna i kokainkonditionerad platspreferens och kokaininducerad dopamin i kärnan accumbens septi. Eur J Pharmacol. 2006;550: 95-106. [PubMed]
- Chambers RA, Taylor JR, Potenza MN. Utvecklingsneurokretsen av motivation i ungdomar: En kritisk period av missbrukssårbarhet. American J Psychiat. 2003;160: 1041-1052.
- Dag JJ, Roitman MF, Wightman RM, Carelli RM. Associativ inlärning medierar dynamiska skift i dopamin-signalering i kärnans accumbens. Nat Neurosci. 2007;10: 1020-1028. [PubMed]
- Depue RA, Iacono WG. Neurobehavioral aspekter av affektiva sjukdomar. Annu Rev Psychol. 1989;40: 457-492. [PubMed]
- Depue RA, Collins PF. Neurobiologi av personlighetens struktur: dopamin, underlättande av incitament motivation och extraversion. Behav Brain Sci. 1999;22: 491-517. diskussion 518-469. [PubMed]
- Doremus-Fitzwater TL, Varlinskaya EI, Spjut LP. Motivationssystem i ungdomar: Möjliga konsekvenser för åldersskillnader i missbruk och andra riskredragande beteenden. Brain Cogn. 2010;72: 114-123. [PMC gratis artikel] [PubMed]
- Douglas LA, Varlinskaya EI, Spjut LP. Novell-objekt-konditionering hos ungdomar och vuxna manliga och kvinnliga råttor: effekter av social isolering. Physiol Behav. 2003;80: 317-325. [PubMed]
- Douglas LA, Varlinskaya EI, Spjut LP. Belöning av egenskaper hos sociala interaktioner hos ungdomar och vuxna manliga och kvinnliga råttor: Påverkan av sociala kontra isolerade bostäder av ämnen och partners. Dev Psychobiol. 2004;45: 153-162. [PubMed]
- Ernst M, Romeo RD, Andersen SL. Neurobiologi av utvecklingen av motiverat beteende i ungdomar: ett fönster in i en neurala systemmodell. Pharmacol Biochem Behav. 2009;93: 199-211. [PubMed]
- Glenn RF, Tucci SA, Thomas A, Edwards JE, File SE. Åldersrelaterade könsskillnader som svar på matbrist i två djurförsök av ångest. Neurosci Biobehav Rev. 2003;27: 155-161. [PubMed]
- Hyland BI, Reynolds JN, Hay J, Perk CG, Miller R. Firningslägen för dopaminsceller i mellanslag i den fritt rörliga råttan. Neuroscience. 2002;114: 475-492. [PubMed]
- Ikemoto S, Panksepp J. Kärnans roll kompletterar dopamin i motiverat beteende: en förenande tolkning med särskild hänvisning till belöningssökande. Brain Res Brain Res Rev. 1999;31: 6-41. [PubMed]
- Lavin MA, Drucker-Colin R. Ontogeny av den elektrofysiologiska aktiviteten hos dopaminerga celler med särskild hänvisning till adrenal medullärtransplantatets påverkan vid åldring. Brain Res. 1991;545: 164-170. [PubMed]
- Logman MJ, Budygin EA, Gainetdinov RR, Wightman RM. Kvantificering av in vivo mätningar med kolfibermikroelektroder. J Neurosci Metoder. 2000;95: 95-102. [PubMed]
- Marinelli M, Rudick CN, Hu XT, Vit FJ. Excitabilitet hos dopaminneuroner: Modulation och fysiologiska konsekvenser. CNS Neurol Disord Drug Mål. 2006;5: 79-97. [PubMed]
- McCutcheon JE, Marinelli M. Åldersfrågor. Eur J Neurosci. 2009;29: 997-1014. [PMC gratis artikel] [PubMed]
- Nishino H, Ono T, Muramoto K, Fukuda M, Sasaki K. Neuronal aktivitet i det ventrala tegmentala området (VTA) under motiverad barpressmatning i apan. Brain Res. 1987;413: 302-313. [PubMed]
- Panksepp J. Affektivt neurovetenskap: grunden för mänskliga och djupa känslor. Oxford University Press; New York: 1998.
- Paxinos G, Watson C. Råtthjärnan i stereotaxiska koordinater. Akademisk; New York: 1986.
- Phillips PE, Stuber GD, Heien ML, Wightman RM, Carelli RM. Subsecond dopaminfrisättning främjar kokainsökande. Nature. 2003;422: 614-618. [PubMed]
- Philpot RM, Wecker L. Beroende på ungdomsnyhetssökande beteende på responsfenotyp och effekter av apparatskalning. Behav neurosci. 2008;122: 861-875. [PubMed]
- Philpot RM, Wecker L, Kirstein CL. Upprepad etanolexponering under tonåren förändrar utvecklingsbanan för dopaminerg effekt från kärnan accumbens septi. Int J Dev Neurosci. 2009;27: 805-815. [PubMed]
- Pitts DK, Freeman AS, Chiodo LA. Dopamin neuron ontogeni: elektrofysiologiska studier. Synapse. 1990;6: 309-320. [PubMed]
- Rebec GV, Christensen JR, Guerra C, Bardo MT. Regionala och tidsmässiga skillnader i realtid dopaminutflöde i kärnan accumbens under fritt val nyhet. Brain Res. 1997;776: 61-67. [PubMed]
- Robinson DL, Wightman RM. Nomifensin förstärker dels dopamin signaler i den ventrala striatumen av fritt rörliga råttor. J Neurochem. 2004;90: 894-903. [PubMed]
- Robinson DL, Heien ML, Wightman RM. Frekvensen av dopaminkoncentrationstransienter ökar i dorsal och ventral striatum hos hanrotter under introduktion av konspecificer. J Neurosci. 2002;22: 10477-10486. [PubMed]
- Robinson DL, Hermans A, Seipel AT, Wightman RM. Övervakning av snabb kemisk kommunikation i hjärnan. Chem Rev. 2008;108: 2554-2584. [PMC gratis artikel] [PubMed]
- Robinson DL, Howard EC, McConnell S, Gonzales RA, Wightman RM. Skillnad mellan tonisk och fasisk etanolinducerad dopamin ökar i kärnans accumbens hos råttor. Alkoholklin Exp Exp. 2009;33: 1187-1196. [PMC gratis artikel] [PubMed]
- Robinson DL, Phillips PE, Budygin EA, Trafton BJ, Garris PA, Wightman RM. Under-sekunders förändringar i ackumbal dopamin under sexuellt beteende hos hanrotter. Neuroreport. 2001;12: 2549-2552. [PubMed]
- Robinson DL, Wightman RM. Snabb dopaminfrisättning i fritt rörliga råttor. I: Michael AC, Borland LM, redaktörer. Elektrokemiska metoder för neurovetenskap. CRC Press; Boca Raton: 2007. pp. 17-34.
- Roesch MR, Calu DJ, Esber GR, Schoenbaum G. Allt som glitter ... dissocierar uppmärksamhet och utfall förväntan från förutsägelse fel signaler. J Neurophysiol. 2010;104: 587-595. [PMC gratis artikel] [PubMed]
- Roesch MR, Calu DJ, Schoenbaum G. Dopaminneuroner kodar för det bättre alternativet hos råttor som bestämmer mellan olika försenade eller stora belöningar. Nat Neurosci. 2007;10: 1615-1624. [PMC gratis artikel] [PubMed]
- Roitman MF, Wheeler RA, Wightman RM, Carelli RM. Realtids kemiska svar i kärnan accumbens skiljer givande och aversiva stimuli. Nat Neurosci. 2008;11: 1376-1377. [PMC gratis artikel] [PubMed]
- Roitman MF, Stuber GD, Phillips PE, Wightman RM, Carelli RM. Dopamin fungerar som en sekundärmodulator av matssökande. J Neurosci. 2004;24: 1265-1271. [PubMed]
- Romo R, Schultz W. Dopaminneuroner i apa-midjen: beredskap för svar på aktiv beröring under självinitierade armrörelser. J Neurophysiol. 1990;63: 592-606. [PubMed]
- Schultz W. Multipla dopaminfunktioner vid olika tidskurser. Annu Rev Neurosci. 2007;30: 259-288. [PubMed]
- Schultz W, Dickinson A. Neuronal kodning av prediktionsfel. Annu Rev Neurosci. 2000;23: 473-500. [PubMed]
- Sombers LA, Beyene M, Carelli RM, Wightman RM. Synaptiskt överflöde av dopamin i kärnans accumbens uppstår genom neuronaktivitet i det ventrala tegmentala området. J Neurosci. 2009;29: 1735-1742. [PMC gratis artikel] [PubMed]
- Spjut LP, Varlinskaya EI. Känslighet mot etanol och andra hedoniska stimuli i en djurmodell av ungdomar: konsekvenser för förebyggande vetenskap? Dev Psychobiol. 2010;52: 236-243. [PMC gratis artikel] [PubMed]
- Spear LP, Shalaby IA, Brick J. Kronisk administrering av haloperidol under utveckling: beteendemässiga och psykofarmakologiska effekter. Psychopharmacol. 1980;70: 47-58.
- Stansfield KH, Kirstein CL. Effekter av nyhet på beteende hos ungdomar och vuxna råttor. Dev Psychobiol. 2006;48: 10-15. [PubMed]
- Stuber GD, Wightman RM, Carelli RM. Utrotning av kokain självadministration avslöjar funktionellt och temporärt tydliga dopaminerga signaler i nukleinsymbolerna. Neuron. 2005a;46: 661-669. [PubMed]
- Stuber GD, Roitman MF, Phillips PE, Carelli RM, Wightman RM. Rapid dopamin signalering i kärnan accumbens under kontingent och noncontingent kokain administrering. Neuropsychopharmacology. 2005b;30: 853-863. [PubMed]
- Suaud-Chagny MF, Chergui K, Chouvet G, Gonon F. Förhållandet mellan dopaminfrisättning i råttkärnans accumbens och utsläppsaktiviteten hos dopaminerga neuroner under lokal in vivo-applicering av aminosyror i den ventrala tegmentala området. Neuroscience. 1992;49: 63-72. [PubMed]
- Tepper JM, Trent F, Nakamura S. Postnatal utveckling av den elektriska aktiviteten hos dopaminerga neuroner med råtta nigrostriatala. Brain Res Dev Brain Res. 1990;54: 21-33.
- Varlinskaya EI, Spjut LP. Sociala interaktioner hos ungdomar och vuxna Sprague-Dawley-råttor: Påverkan av socialt deprivation och förtroende för testkontext. Behav Brain Res. 2008;188: 398-405. [PMC gratis artikel] [PubMed]
- Wahlstrom D, Vit T, Luciana M. Neurobehavioral bevis för förändringar i dopamin-systemaktivitet under tonåren. Neurosci Biobehav Rev. 2010a;34: 631-648. [PMC gratis artikel] [PubMed]
- Wahlstrom D, Collins P, Vit T, Luciana M. Utvecklingsförändringar i dopaminneurotransmission i ungdomar: beteendemässiga konsekvenser och frågeställningar. Brain Cogn. 2010b;72: 146-159. [PMC gratis artikel] [PubMed]
- Wightman RM, Heien ML, Wassum KM, Sombers LA, Aragona BJ, Khan AS, Ariansen JL, Cheer JF, Phillips PE, Carelli RM. Dopaminfrisättning är heterogen inom mikromiljöer av råttkärnans accumbens. Eur J Neurosci. 2007;26: 2046-2054. [PubMed]
- Wightman RM, Robinson DL. Övergående förändringar i mesolimbisk dopamin och deras förening med "belöning" J Neurochem. 2002;82: 721-735. [PubMed]
;
