Biologiska substrat av belöning och aversion: en kärnans accumbens aktivitet hypotes (2009)

A. Farmakologiska bevis

Det är väl etablerat att missbruksmedel (Di Chiara och Imperato, 1988) och naturliga belöningar (Fibiger et al., 1992; Pfaus, 1999; Kelley, 2004) har den gemensamma åtgärden att höja extracellulära koncentrationer av dopamin i NAc. Dessutom reducerar lesionerna av NAc de givande effekterna av stimulanter och opiater (Roberts et al., 1980; Kelsey et al., 1989). Farmakologi studier på råttor (t.ex. Caine et al., 1999) och apor (t.ex. Caine et al., 2000) föreslår att D2-liknande receptorfunktion spelar en kritisk roll i belöning. Det har dock varit studier som involverar direkt mikroinfusion av läkemedel i detta område som har gett det starkaste beviset för dess roll i givande stater. Till exempel kommer råttor att själv administrera dopaminfrigörningsmedlet amfetamin direkt in i NAc (Hoebel et al., 1983), vilket visar de förstärkande effekterna som höjer extracellulär dopamin i denna region. Råttor kommer också att själv administrera dopaminreceptionshämmarkokinet in i NAc, fastän denna effekt är överraskande svag i jämförelse med den som rapporterats med amfetamin (Carlezon et al., 1995). Denna observation har lett till spekulationer om att de givande effekterna av kokain är medierade utanför NAc, i områden som inbegriper olfaktuellt tuberkel (Ikemoto, 2003). Råttor kommer emellertid självförvaltligt att administrera dopaminreceptionshämmaren nomifensin i NAc (Carlezon et al., 1995), vilket tyder på att de lokala anestetiska egenskaperna hos kokain komplicerar studier där läkemedlet appliceras direkt på neuroner. Co-infusion av dopamin D2-selektiv antagonist sulpirid dämpar intrakranial självadministration av nomifensin, vilket visar en nyckelroll för D2-liknande receptorer i de givande effekterna intra-NAc-mikroinfusioner av detta läkemedel. När man överväger tillsammans med bevis från en rad andra studier (se Rompré och Wise, 1989), är dessa studier helt förenliga med teorierna i 1980: s att dopaminåtgärder i NAc spelar en nödvändig och tillräcklig roll i belöning och motivation .

Även om det finns liten kontrovers att dopaminåtgärder i NAc är tillräckliga för belöning, började det andra arbetet att utmana den uppfattningen att de är nödvändiga. Råtta kommer till exempel att själv administrera morfin direkt in i NAc (Olds, 1982), bort från avtryckningszonen (VTA) i vilken läkemedlet verkar för att höja extracellulär dopamin i NAc (Leone et al., 1991; Johnson och North, 1992). Med tanke på att μ- och 5-opioidreceptorer är belägna direkt på NAc-MSN (Mansour et al., 1995), dessa data var de första som antyder att belöning kan utlösas av händelser som inträffar parallellt med (eller nedströms om) de som utlöses av dopamin. Råttor ska också själv administrera fencyklidin (PCP), en komplex läkemedel som är en dopaminreopptagshämmare och en icke-konkurrenskraftig NMDA-antagonist, direkt in i NAc (Carlezon och Wise, 1996). Två bevislinjer tyder på att denna effekt inte är dopaminberoende. För det första påverkas inte intrakraniell självadministration av PCP genom saminfusion av dopamin D2-selektiv antagonist sulpirid; För det andra ska råttor själv administrera andra icke-konkurrenskraftiga (MK-801) eller konkurrenskraftiga (CPP) NMDA-antagonister utan direkta effekter på dopamin-system direkt i NAc (Carlezon och Wise, 1996). Dessa data gav tidigt bevis på att blockad av NMDA-receptorer i NAc är tillräcklig för belöning och, i förlängning, kan belöning vara dopaminoberoende. Blockering av NMDA-receptorer skulle förväntas ge en övergripande minskning av excitabiliteten hos NAc-MSN: er utan att påverka excitatorisk inmatning i basen medierad av AMPA-receptorer (Uchimura et al., 1989; Pennartz et al. 1990). Det är viktigt att råttor även administrerar NMDA-antagonister i djupa lager av PFCCarlezon och Wise, 1996), som projekt direkt till NAc (se Kelley, 2004) och har konceptualiserats som en del av en inhiberande ("STOP!") motivationskrets (Childress, 2006). Sammanfattningsvis gav dessa studier två kritiska bevisuppdrag som har spelat en framträdande roll vid formuleringen av vår nuvarande arbetshypotes: För det första dämpas den dopaminberoende belöningen av blockering av D2-liknande receptorer, vilka är hämmande receptorer uttryckt övervägande i NAc på MSN: erna för den indirekta vägen; och för det andra att de händelser som skulle förväntas minska den totala excitabiliteten hos NAc (t.ex. stimulering av G_ikopplade opioidreceptorer, reducerad stimulering av excitatoriska NMDA-receptorer, reducerad exciterande ingång) är tillräckliga för belöning. Denna tolkning ledde till utvecklingen av en modell av belöning där den kritiska händelsen är minskad aktivering av MSN i NAc (Carlezon och Wise, 1996).

Andra farmakologiska bevis stöder denna teori och innebär att kalcium (Ca2 +) och dess andra budbärarefunktioner är implicerade. Aktiverad NMDA-receptorer grind Ca2 +, en intracellulär signalmolekyl som kan påverka membran depolarisation, frigöring av neurotransmitter, signaltransduktion och genreglering (se Carlezon och Nestler, 2002; Carlezon et al., 2005). Mikroinjektion av LX-Ca2 + -antagonisten diltiazem direkt in i NAc ökar de givande effekterna av kokain (Chartoff et al., 2006). Mekanismerna genom vilka diltiazeminducerade förändringar i Ca2 + inflödet påverkar belöning är okända. En möjlighet är att blockad av Ca2 + -strömmen genom spänningsstyrda kanaler av L-typ minskar bränningsgraden av neuroner inom ventral NAc (Cooper och White, 2000). Det är emellertid viktigt att notera att diltiazem ensam inte var givande, åtminstone vid de doser som testades i dessa studier. Detta kan indikera att baslinjenivåerna av Ca2 + tillströmning via L-typkanaler inom NAc är normalt låga och svår att minska ytterligare. En relaterad möjlighet är att mikroinjektion av diltiazem reducerar aversiva verkningar av kokain som förmedlas inom NAc, avmaskande belöning. Exempelvis är aktivitet hos transkriptionsfaktorn cAMP-responselementbindande protein (CREB) inom NAc associerat med aversiva tillstånd och minskningar av kokainbelöning (Pliakas et al., 2001; Nestler och Carlezon, 2006). Aktiveringen av CREB beror på fosforylering, vilket kan ske via aktivering av L-typ Ca2 + kanaler (Rajadhyaksha et al., 1999). Fosforylerad CREB kan inducera expression av dynorfin, en neuropeptid som kan bidra till aversiva tillstånd via aktivering av K-opioidreceptorer i NAc (för översyn, se Carlezon et al., 2005). Den potentiella rollen inom intra-NAc Ca2 + för att reglera givande och aversiva tillstånd är ett vanligt tema i vårt arbete som kommer att förklaras mer detaljerat nedan.

B. Molekylär bevisning

Möss som saknar dopamin D2-liknande receptorer har minskad känslighet för de givande effekterna av kokain (Welter et al., 2007). Ablation av D2-liknande receptorer minskar också de givande effekterna av morfin (Maldonado et al., 1997) -Presumabelt genom att reducera läkemedlets förmåga att stimulera dopamin via VTA-mekanismer: Leone et al., 1991; Johnson och North, 1992) Och lateral hypotalamisk hjärnstimulering (Elmer et al., 2005). En tolkning av dessa resultat är att förlusten av D2-liknande receptorer i NAc minskar förmågan hos dopamin att hämma den indirekta vägen, en förmodad belöningsmekanism. Dessa resultat, i kombination med bevis för att mänskliga missbrukare har minskat dopamin D2-liknande receptorbindning i NAc, föreslår att denna receptor spelar en viktig roll vid kodning av belöning (Volkow et al., 2007).

Andra framsteg inom molekylärbiologi har möjliggjort detektering av neuroadaptativa svar på missbruksmissbruk och förmågan att efterlikna sådana förändringar i diskreta hjärnområden för att undersöka deras betydelse. En sådan förändring är i uttrycket av AMPA-typ glutamatreceptorer, vilka uttrycks ubiquitöst i hjärnan och består av olika kombinationer av receptor-subenheterna GluR1-4 (Hollmann et al., 1991; Malinow och Malenka, 2002). Narkotika av missbruk kan förändra GluR-uttryck i NAc. Till exempel höjer upprepad intermittent exponering för kokain GluR1-uttryck i NAc (Churchill et al., 1999). Vidare är GluR2-uttryck förhöjt i NAc-mössen konstruerade för att uttrycka ΔFosB, en neuroadaptation kopplad till ökad känslighet för missbruksmedel (Kelz et al., 1999). Studier i vilka virala vektorer användes för att höja GluR1 selektivt i NAc indikerar att denna neuroadaptation tenderar att göra kokainavvikande på plats konditionstest, medan förhöjt GluR2 i NAc ökar kokainbelöningen (Kelz et al., 1999). Potentiella förklaringar för detta fönstermönster kan sannolikt innebära Ca2 + och dess effekt på neuronaktivitet och intracellulär signalering. Ökat GluR1-uttryck gynnar bildning av GluR1-homomera (eller GluR1-GluR3-heteromera) AMPAR, vilka är Ca2 + -permeabla (Hollman et al., 1991; Malinow och Malenka, 2002). Däremot innehåller GluR2 ett motiv som förhindrar Ca2 + tillströmning; sålunda ökat uttryck av GluR2 skulle gynna bildning av GluR2-innehållande Ca2 + -permeabla AMPAR (och teoretiskt minska antalet Ca2 + -permeabla AMPAR). GluR2-innehållande AMPAR har således fysiologiska egenskaper som gör dem funktionellt skilda från de som saknar denna subenhet, särskilt med avseende på deras interaktioner med Ca2 + (Fig 1).

Fig 1

Schematisk som illustrerar underenhetskompositionen av AMPA (glutamat) receptorer. För enkelhetens skull avbildas receptorerna med 2-subenheter. GluR2 innehåller ett motiv som blockerar Ca2 + -flödet genom receptorn, och således heteromeriska receptorer som innehåller vid .

Dessa tidiga studier involverade konditioneringsstudier, som i allmänhet kräver upprepad exponering för missbrukande läkemedel och förmodligen involverar cykler av belöning och aversion (uttag). Nyare studier har undersökt hur förändringar i GluR-uttrycksmodellering som förvärvas genom upprepad drogexponering påverkar intrakraniell självstimulering (ICSS), en operant uppgift där förstärkarens storlek (hjärnstimuleringsbelöning) kontrolleras exakt (Klokt, 1996). Förhöjt uttryck av GluR1 i NAc-skal ökar ICSS-trösklarna, medan förhöjd GluR2 minskar dem (Todtenkopf et al., 2006). Effekten av GluR2 på ICSS är kvalitativt lik den som orsakas av missbruksmissbruk (Klokt, 1996), vilket tyder på att det speglar ökningar i stimulansens givande effekt. I motsats härtill är effekten av GluR1 kvalitativt lik den som orsakas av prodepressiva behandlingar inklusive läkemedelsuttag (Markou et al., 1992) och K-opioidreceptoragonister (Pfeiffer et al., 1986; Wadenberg, 2003; Todtenkopf et al., 2004; Carlezon et al., 2006), vilket tyder på att det speglar minskningar i stimulansens givande effekt. Dessa resultat tyder på att förhöjt uttryck av GluR1 och GluR2 i NAc-skalet har märkbart olika konsekvenser på motiverat beteende. Dessutom bekräftar de tidigare observationer att förhöjt GluR1- och GluR2-uttryck i NAc-skalet har motsatta effekter i kokainplaceringsstudier (Kelz et al., 1999), och utvidga generaliserbarheten av dessa effekter till beteenden som inte är motiverade av missbruksmissbruk. Kanske viktigast, de ger mer bevis för att implicera Ca2 + flöde inom NAc i reducerad belöning eller förhöjd aversion. Eftersom Ca2 + spelar en roll i både neuron depolarisering och genreglering, kommer förändringar i GluR-uttryck och AMPAR-subenhetskompositionen i NAc-skalet sannolikt att initiera fysiologiska och molekylära svar, som antagligen interagerar för att förändra motivationen. Återigen kan de mekanismer genom vilka Ca2 + signaltransduktion utlösa gener som är involverade i aversiva tillstånd beskrivas i detalj nedan.

A. Farmakologiska bevis

Några av de tidigaste bevisen att NAc spelar en roll i aversiva stater kom från studier som involverar opioidreceptorantagonister. Mikroinjektioner av en bredspektrumopioidreceptorantagonist (metylnaloxonium) i NAc av opiatberoende råttor upprättar konditioneradeStinus et al., 1990). I opiatberoende råttor kan utfälld uttag inducera omedelbara tidiga gener och transkriptionsfaktorer i NAc (Gracy et al., 2001; Chartoff et al., 2006), vilket föreslår aktivering av MSN. Selektiva K-opioidagonister, som efterliknar effekterna av den endogena K-opioidliganddynorfinen, producerar också aversiva tillstånd. Mikroinjektioner av en K-opioidagonist i NAc orsakar konditionerade aversioner (Bals-Kubik et al., 1993) och höja ICSS-tröskelvärdena (Chen et al., 2008). Hämmande (G_i-kopplade) K-opioidreceptorer lokaliseras på terminalerna av VTA-dopaminingångar till NAc (Svingos et al., 1999), där de reglerar lokal dopaminfrisättning. Som sådana är de ofta i överensstämmelse med μ- och 5-opioidreceptorer (Mansour et al., 1995), och stimulering ger motsatta effekter av agonister vid dessa othr-receptorer i beteendestest. I själva verket reduceras extracellulära koncentrationer av dopamin i NAc genom systemisk (DiChiara och Imperato, 1988; Carlezon et al., 2006) eller lokala mikroinfusioner av K-opioidagonist (Donzati et al., 1992; Spanagel et al., 1992). Minskad funktion av dopaminsystem i midhjärnan har förknippats med depressiva tillstånd inklusive anhedoni hos gnagare (Klokt, 1982) och dysfori hos människor (Mizrahi et al., 2007). En väg till aversion verkar således vara reducerad dopamininmatning till NAc, vilket skulle minska stimuleringen av inhiberande dopamin D2-liknande receptorer som verkar kritiska för belöning (Carlezon och Wise, 1996).

Andra studier verkar bekräfta en viktig roll för dopamin D2-liknande receptorer vid undertryckande aversiva svar. Mikroinjektioner av en dopamin-D2-liknande antagonist i NAc av opiatberoende råttor utspelar tecken på somatisk opiatuttag (Harris och Aston-Jones, 1994). Även om motivationseffekterna inte mättes i denna studie, orsakar behandlingar som fäller uppiatupptagning ofta aversiva tillstånd mer potent än de orsakar somatiska tecken på uttag (Gracy et al., 2001; Chartoff et al., 2006). Intressant, emellertid producerar mikroinjektioner av en dopamin D1-liknande agonist i NAc också somatiska tecken på tillbakadragande i opiatberoende råttor. Uppgifterna visar att en annan väg till aversion är ökad stimulering av excitatoriska dopamin D1-liknande receptorer hos råttor med opiatberoende inducerad neuroadaptationer i NAc. Kanske inte överraskande är en konsekvens av D1-liknande receptorstimulering hos opiatberoende råttor fosforylering av GluR1 (Chartoff et al., 2006), vilket skulle leda till ökat ytuttryck av AMPA-receptorer på MSN: erna hos den direkta vägen.

B. Molekylär bevisning

Exponering mot missbruksmedel (Turgeon et al., 1997) och stress (Pliakas et al., 2001) aktivera transkriptionsfaktorn CREB i NAc. Viral vektorinducerad höjning av CREB-funktionen i NAc reducerar läkemedlets givande effekter (Carlezon et al., 1998) och hypotalamisk hjärnstimulering (Parsegian et al., 2006), vilket indikerar anhedonia-liknande effekter. Det gör också låga doser av kokain aversiv (ett påtagligt tecken på dysfori) och ökar obevekligt beteende i tvångsvimptestet (ett antydande tecken på "beteendeförtvivlan") (Pliakas et al., 2001). Många av dessa effekter kan hänföras till CREB-reglerade ökningar av dynorfinfunktionen (Carlezon et al., 1998). Faktum är att K-opioidreceptor-selektiva agonister har effekter som kvalitativt liknar de som produceras av förhöjd CREB-funktion i NAc, som producerar tecken på anhedonia och dysforia i belöningsmodeller och ökad obeveklighet i det tvångsvimmade provet (Bals-Kubik et al., 1993; Carlezon et al., 1998; Pliakas et al., 2001; Mague et al., 2003; Carlezon et al., 2006). I motsats härtill producerar K-selektiva antagonister en antidepressiv-liknande fenotyp som liknar det som ses hos djur med störd CREB-funktion i NAc (Pliakas et al., 2001; Newton et al., 2002; Mague et al., 2003). Dessa resultat tyder på att en biologiskt viktig konsekvens av läkemedels- eller stressinducerad aktivering av CREB inom NAc är ökad transkription av dynorfin, vilket utlöser centrala tecken på depression. Dynorfin-effekter är sannolikt medierade via stimulering av K-opioidreceptorer som verkar för att inhibera neurotransmittorfrisättning från mesolimbiska dopaminneuroner, varigenom aktivitets-VTA-neuroner reduceras, såsom förklarats ovan. Denna väg till aversion verkar vara reducerad dopamininmatning till NAc, vilket skulle ge reduktioner i stimuleringen av inhiberande dopamin D2-liknande receptorer som verkar kritiska för belöning (Carlezon och Wise, 1996). Som förklaras nedan finns det också bevis på att förhöjt uttryck av CREB i NAc ökar direkt excitabiliteten hos MSN (Dong et al., 2006) förutom förlusten av D2-reglerad inhibering, vilket ökar möjligheten att multipla effekter bidrar till aversiva svaren.

Upprepad exponering för missbrukande läkemedel kan höja GluR1-uttrycket i NAc (Churchill et al., 1999). Viral vektorinducerad förhöjning av förhöjt GluR1 i NAc ökar läkemedelsavvikelsen i stället för konditioneringsstudier, en "atypisk" typ av läkemedelssensibilisering (dvs. ökad känslighet för den aversiva snarare än de givande aspekterna av kokain). Denna behandling ökar också ICSS-tröskelvärdena (Todtenkopf et al., 2006), vilket indikerar anhedonia-liknande och dysforia-liknande effekter. Intressant är dessa motivativa effekter nästan identiska med de som orsakas av förhöjd CREB-funktion i NAc. Dessa likheter ger upphov till möjligheten att båda effekterna är en del av samma större process. I ett möjligt scenario kan läkemedelsexponering leda till förändringar i uttrycket av GluR1 i NAc, vilket skulle leda till lokala ökning av ytuttrycket av Ca2 + -permeabla AMPA-receptorer, vilket skulle öka Ca2 + -inflödet och aktivera CREB, vilket leder till förändringar i natrium kanaluttryck som påverkar baslinjen och stimulerad excitabilitet av MSN i NAc (Carlezon och Nestler, 2002; Carlezon et al., 2005; Dong et al., 2006). Alternativt kan tidiga ändringar i CREB-funktionen föregå förändringar i GluR1-uttryck. Dessa relationer är för närvarande under intensiv studie i flera NIDA-finansierade laboratorier, inklusive våra egna.

A. Testa hypotesen med elektrofysiologi

Ett tillvägagångssätt för hypotesen om hämning / belöning är att utbredd och långvarig inhibering av NAc-avfyrning, som vid inaktivering eller lesionsstudier, inte verkar ge givande effekter (t.ex. Yun et al., 2004b). Detta ger upphov till möjligheten att det inte är hämning av NAc i sig, som kodar för belöning utan snarare övergångar från normala basala avfyrningsräntor till lägre räntor som uppstår när givande stimuli är närvarande. Långvarig inhibering kan bryta ned den dynamiska informationen som normalt kodas i de övergående fördjupningarna av NAc-avfyrning.

Elektrofysiologibaserade tester av förutsägelserna av denna hypotes faller i två grundläggande kategorier. Den första kategorin innebär att man manipulerar ett djurs beteendestatus för att producera långvariga förändringar i responsivitet mot givande stimuli följt av testning för elektrofysiologiska korrelater av detta förändrade belöningstillstånd. Till exempel kännetecknas det tidiga tillbakadragandetillståndet från kronisk exponering för psykostimulanter av anhedoni och brist på respons för naturliga givande stimuli. Vad skulle hypotesen om hämning / belöning förutsäga om den elektrofysiologiska statusen hos NAc-neuroner under detta tillstånd? Den stora förutsägelsen är att NAc-neuroner skulle uppvisa minskningar i aktivitetsundertryckningen som normalt produceras genom exponering för en givande stimulans (t ex sackaros). Vi vet att detta ännu inte har undersökts. Eventuella mekanismer för en sådan minskning av hämning, om det skulle inträffa, kan innefatta övergripande ökning av neuronal excitabilitet som produceras av någon kombination av förändringar i egen excitabilitet (t.ex. ökad Na + eller Ca2 + strömmar, minskad K + strömmar) eller synaptisk överföring (t.ex. minskning av glutamatergisk eller ökning av GABAergic överföring). Å andra sidan antyder de tillgängliga data om NAc MSN-excitabilitet under tidig psykostimulantuttag att den faktiskt sänks under denna fas (Zhang et al., 1998; Hu et al., 2004; Dong et al., 2006; Kourrich et al., 2007). Som noterats ovan är det möjligt att en förlängd fördjupning i excitabilitet kan försämra belöningsrelaterad information som finns i transienta bränningsinhiberingar, kanske genom att skapa en "golv" -effekt och minska storleken av dessa inhiberingar. Denna möjlighet kvarstår att testas.

Med tanke på den uppenbara länken mellan NAc och ventral pallidum i belöningskodning (se ovan), skulle vi förutse att eventuella excitabilitetsförändringar som produceras genom långvarig modulering av ett djurs belöningsstatus kan vara särskilt tydliga i striatopallidala / D2-neuroner. Trots att det har varit svårt att studera de detaljerade fysiologiska egenskaperna hos dessa neuroner har den senaste utvecklingen av en rad BAC-transgena möss som uttrycker GFP i dessa neuroner (Gong et al., 2003; Lobo et al., 2006) har gjort det möjligt att visualisera dem vitro skivberedningar, vilket underlättar potentialen för fysiologisk karakterisering av D2-celler.

Den andra kategorin av elektrofysiologibaserade tester involverar användning av genteknik (se nedan) för att förändra det funktionella uttrycket av nyckelkomponenterna i den cellulära maskinen för excitabilitet eller excitabilitetsmodulering i NAc-neuroner. I teorin kan detta möjliggöra modulering av hämningarna eller excitationsna associerade med belöning eller aversion, i NAc-neuroner. Med tanke på detta är kanske de mest användbara målmolekylerna de som deltar i aktivitetsberoende modulering av neuronal excitabilitet, snarare än att upprätthålla basala avfyrningsgrader. Dessa mål skulle sannolikt ge ett bättre tillfälle att modulera stimuliresponsivitet än mer allmänna mål (t.ex. Na + -kanalunderenheter), vilket möjliggör utvärdering av hypotesen för hämning / belöning. Till exempel kan bränningsfrekvensen hos aktiva neuroner styras av olika joniska konduktanser som producerar spik efter hyperpolarisationer (AHP). Genom att rikta NAc-neuroner med genetisk (eller möjligen till och med farmakologisk) manipulation riktad mot kanalerna som producerar AHP, kan det vara möjligt att minska storleken av aversionsrelaterade excitatoriska svar i dessa neuroner och därigenom testa om denna fysiologiska förändring korrelerar med reducerat beteende avkastningstal.

B. Testning av hypotesen med beteendemässig farmakologi

En av de mest uppenbara farmakologiska testerna skulle avgöra om råttor själv administrerar dopamin D2-liknande agonister direkt in i NAc. Intressant sagt indikerar tidigare arbete att medan råttor självadministrar kombinationer av D1-liknande och D2-liknande agonister i NAc, administrerar de inte självt enbart läkemedelskomponenten, åtminstone vid de testade doserna (Ikemoto et al., 1997). På grund av att denna upptäckt kan tyckas ogiltiggöra vår arbetshypotes, tyder elektrofysiologiska bevis på att samaktivering av D1- och D2-receptorer på NAc-neuroner kan leda till en minskning av membranens excitabilitet som inte ses som svar på antingen enbart agonist (O'Donnell och Grace, 1996). Dessutom krävs mer arbete för att studera beteendeeffekterna av intra-NAc mikroinfusioner av GABA agonister; historiskt har detta arbete hindrats av dålig löslighet av bensodiazepiner, som är kända för att vara beroendeframkallande (Griffiths och Ator, 1980) trots deras tendens att minska dopaminfunktionen i NAc (Trä, 1982; Finlay et al., 1992: Murai et al., 1994) Och det relativt lilla antalet forskare som använder hjärnmikrojektionsprocedurer tillsammans med belöningsmodeller. Ytterligare sätt att testa vår hypotes är att studera effekterna av manipuleringar i hjärnområdena nedströms D2-receptorinnehållande MSN. Återigen föreslår tidiga bevis att belöning kodas av aktivering av ventral pallidum, en antagen följd av inhibering av MSN: erna hos den indirekta vägen (Tindell et al., 2006).

C. Testa hypotesen med genteknik

Utvecklingen av gentekniska tekniker som möjliggör riktningen av inducerbara eller villkorliga mutationer till specifika hjärnområden kommer att vara ett viktigt verktyg för att testa våra hypoteser. Möss med konstitutiv deletion av GluRA (en alternativ nomenklatur för GluR1) visar många förändringar i känslighet för missbruksmissbruk (Vekovischeva et al., 2001; Dong et al., 2004; Mead et al., 2005, 2007), av vilka några är förenliga med vår arbetshypotes och några av vilka inte är. Förlusten av GluR1 tidigt i utvecklingen kan dramatiskt förändra responsen till många typer av stimuli, inklusive droger av missbruk. Dessutom saknar dessa GluR1-mutanta möss proteinet i hela hjärnan, medan den undersökta undersökningen här fokuserar på mekanismer som uppträder inom NAc. Dessa punkter är särskilt viktiga eftersom förlusten av GluR1 i andra hjärnregioner skulle förväntas ha dramatiska och ibland väldigt olika effekter på drogmissbruksrelaterade beteenden. Som ett exempel har vi visat att modulering av GluR1-funktionen i VTA utövar motsatt effekt på läkemedelssvar jämfört med modulering av GluR1 i NAbc (Carlezon et al., 1997; Kelz et al., 1999). Resultaten i GluR1-bristande möss är inte inkonsekventa med de kombinerade resultaten från NAc och VTA: konstitutiva GluR1-mutantmöss är känsligare för stimulanseffekterna av morfin (en effekt som kan förklaras av förlusten av GluR1 i NAc) , men de utvecklar inte progressiva ökningar i responsivitet mot morfin (en effekt som kan förklaras av förlusten av GluR1 i VTA) testning sker under förhållanden som främjar sensibilisering och involverar ytterligare hjärnregioner. Följaktligen måste man vara försiktig med att tilldela rumsliga och temporala tolkningar till data från konstitutiva knockout-möss: litteraturen blir fylld med exempel på proteiner som har dramatiskt olika (och ibland motsatta) effekter på beteende beroende på hjärnområdena som studeras (se Carlezon et al., 2005).

Preliminära studier från möss med inducerande uttryck av en dominant-negativ form av CREB-en manipulation som minskar excitabiliteten hos NAc-MSN-är överkänsliga mot kokainens givande effekter, samtidigt som den är okänslig för aversiva effekter av en K-opioidagonist (DiNieri et al., 2006). Även om dessa resultat är förenliga med vår arbetshypotes kan ytterligare studier (t.ex. elektrofysiologi) bidra till att karakterisera den fysiologiska grunden för dessa effekter. Oavsett att en ökad förmåga att spatialt och temporärt kontrollera uttrycket av gener som reglerar excitabiliteten hos NAc MSN kommer att möjliggöra progressivt mer sofistikerade tester av vår arbetshypotes.

Finansierad av National Institute on Drug Abuse (NIDA) beviljar DA012736 (till WAC) och DA019666 (till MJT) och en McKnight-Land Grant professor (till MJT). Vi tackar MJ Kaufman, B. deB. Fredrick och SS Negus för tillstånd att citera upublicerade data från deras hjärnbildningsstudier i apor.