Källa
Institutionen för cellbiologi, University of Cincinnati, Cincinnati, Ohio, USA.
Abstrakt
BAKGRUND:
En oförmåga att hämma beteenden när de blir maladaptiva är en del av flera psykiatriska sjukdomar, och den mediala prefrontala cortexen (mPFC) identifierades som en potentiell medlare av beteendehämning. Den aktuella studien testas om mPFC är inblandad i hämning av sexuellt beteende när det är associerat med aversiva resultat.
METODER:
Användning av manliga råttor testades effekter av lesioner av de infralimbiska och prelimbiska områdena i mPFC på uttryck av sexuellt beteende och förmåga att hämma parning med hjälp av ett paradigm av copulations-kontingent aversion.
RESULTAT:
Medial prefrontal cortex lesioner förändrade inte uttryck av sexuellt beteende. I motsats till detta hindrade mPFC-lesioner fullständigt förvärvet av könsavvikande konditionering och lesionerade djur fortsatte att mäta, i motsats till den robusta beteendehämningen mot sampolymerisering i mPFC intakta manliga djur, vilket resulterade i att endast 22% av intakta hankjur fortsatte att mäta. Råttor med mPFC-lesioner kunde dock bilda en konditionerad platspreferens mot sexuell belöning och konditionerad avstånd för litiumklorid, vilket tyder på att dessa lesioner inte förändrade associativt lärande eller känslighet för litiumklorid.
SLUTSATSER:
Den aktuella studien indikerar att djur med mPFC-lesioner sannolikt kan bilda föreningar med aversiva resultat av deras beteende men saknar förmågan att undertrycka sökandet efter sexuell belöning inför aversiva konsekvenser. Dessa data kan bidra till en bättre förståelse för en vanlig patologi som ligger bakom impulskontrollstörningar, eftersom tvångsmässigt sexuellt beteende har en hög förekomst av comorbiditet med psykiatriska störningar och Parkinsons sjukdom.
INLEDNING
Den mediala prefrontala cortexen (mPFC) är involverad i många högre orderfunktioner hos däggdjursnervsystemet inklusive reglering av känslomässig upphetsning, ångestliknande beteenden, beteendemässig flexibilitet och beslutsfattande (1-5). Belöningsbaserat beslutsfattande anses vara kontrollerat av en neuronal krets bestående av mPFC, amygdala och striatum (6) där mPFC fungerar som en "top-down" kontroller för denna process (7,8). Ett centralt inslag i belöningsbaserat beslutsfattande är förmågan att spåra "response-outcome" -relationer över tiden (9). På så sätt minskar frekvensen av dessa åtgärder när konsekvenser som hör samman med en beteendemässig åtgärd blir ogynnsamma. Detta resulterar i en positiv anpassningsanpassning, och detta svar är beroende av intakt mPFC-funktion (8, 10). En oförmåga att ändra beteendemässiga handlingar när de leder till negativ konsekvens är ett symptom som är vanligt för en mängd olika beroendeframkallande sjukdomar (11-15).
Gnagare manligt sexuellt beteende är ett naturligt belöningsbaserat beteende där respons-utfallssamhällen övervakas för att uppnå målet om kopiering (16). Men hanrotter avstår från att kopulera när sexuellt beteende är parat med den aversiva stimulansen litiumklorid (LiCl; 17, 18). mPFC-aktivitet har korrelerat med manligt sexuellt beteende hos gnagare (19-25) och människor (26). MPFC: s exakta roll i sexuellt beteende är dock oklart. Målet med den föreliggande studien var att karakterisera effekterna av mPFC-lesioner på uttrycket av sexuellt beteende och på förvärv av beteendemässig inhibering mot sexuellt beteende hos råttor med användning av en modell av copulations-kontingent aversion. Lesionerna omfattade infralimbiska (IL) och prelimbiska (PL) kärnorna i mPFC, eftersom dessa subregioner har visat sig projektera till hjärnområden som är inblandade i reglering av sexuellt beteende (20). Resultat från denna studie visar att intakt mPFC-funktion inte krävs för normalt uttryck av sexuellt beteende. I stället stöder resultaten hypotesen att mPFC reglerar utförandet av beteendehämmande mot sexuellt beteende när detta beteende är förknippat med aversiva resultat.
MATERIAL OCH METODER
djur
Vuxna manliga (250-260 gram) Sprague Dawley-råttor erhållna från Harlan-labs (Indianapolis) hölls individuellt i ett artificiellt upplyst rum på en omvänd ljus / mörk cykel (12: 12 h, tänds vid 10 AM) vid en temperatur av 72 ° F. Mat och vatten var tillgängliga hela tiden. Ovariectomized, östrogen (sc silastisk kapsel med 5% 17-beta-östradiolbensoat) och progesteron (sc-injektion 500 μg i 0.1 ml sesamolja) primerade Sprague Dawley-råttor (210-225 gram) användes vid alla parningstest, vilka började fyra timmar efter den mörka periodens början och beteendet utfördes i en rektangulär plexiglas testbur (60 × 45 × 50 cm) under dim röd belysning. Alla förfaranden godkändes av Djurvård och användningskommittén vid University of Cincinnati, University of Western Ontario Animal Care Committee, och överensstämde med NIH och CCAC riktlinjer som involverar ryggradsdjur i forskning.
Lesion Surgery
Djur bedövades med en dos av 1-ml / kg (87 mg / kg ketamin och 13 mg / kg xylazin). Djur placerades i en stereotaxisk apparat (Kopf instruments, Tujunga, CA USA), ett snitt gjordes för att exponera skallen och hålen borras ovanför injektionsställena med användning av en dremmelborr (Dremmel, USA). Iboteninsyra (0.25μl, 2% i PBS) infunderades bilateralt med användning av två injektioner vid olika dorsoventala koordinater, vardera under en 1.5-minutperiod med en 5μl Hamilton-spruta vid följande koordinater i förhållande till Bregma (med skalle horisontalplanerad): För PL och IL lesioner: AP = 2.9, ML = 0.6, DV = -5.0 och -2.5. Sham lesioner utfördes med användning av samma metoder, men med användning av vehikel (PBS) injektioner. Alla djur fick återhämta sig under 7-10 dagar före beteendestestning.
Designa
Uttryck av sexuellt beteende
PL- och IL-lesioner utfördes hos djur som var sexuellt naiva före operationen. Efter återhämtning fick djuren få träffa en gång i veckan tills en utlösning uppvisades, totalt fyra veckor i följd efter operationen. Skillnader i sexuella parametrar (dvs. latens för montering, intromission, ejakulation och antal fästen och intromissioner) inom varje experiment analyserades med användning av en envägs ANOVA med læsionskirurgi som en faktor. Post-hoc jämförelser gjordes med Fishers PLSD test, alla med 5% signifikansnivåer.
Förhöjda Plus Maze Experiments
Djur med lesioner eller skambehandling testades på den förhöjda plus labyrinten (EPM). Detta test utfördes fem veckor efter operationen och en vecka efter den sista parningssessionen. EPM var gjord av klar plexiglas och bestod av fyra armar av samma längd som sträckte sig från en centrum arena som bildade formen av ett plustecken. Djurens två armar var öppna för den yttre miljön och de två andra armarna i labyrinten var omgivna av mörka sidor (40cm höga) som sträckte sig längs hela armens längd. Gränser mellan mittområdet och armarna definierades av vita ränder på armarna som ligger 12cm från mitten av labyrinten. EPM-test utfördes under dim belysning, 1-4 timmar efter starten av den mörka perioden. Skillnader mellan sham och lesioned djur bestämdes med användning av student t-tester med 5% signifikansnivå.
Conditioned Sex Aversion
Manliga råttor utsattes för tre parningssessioner för att få sexuell erfarenhet före skada eller skakoperation. Djur som uppvisade en ejakulation under minst två av tre paraplyer före operationen inkluderades i denna studie och slumpmässigt fördelade över fyra experimentella grupper: Sham-LiCl, Lesion-LiCl, Sham-Saline och Lesion-Saline. Lesioner eller skakoperationer utfördes 3 dagar efter den sista träningen. Djur fick återhämta sig i en vecka efter operationen innan konditioneringsstart började. Under konditionssessionerna fick hälften av skam och lesionerade män LiCl omedelbart efter parning (Sham-LiCl och Lesion-LiCl), medan den andra halvan av skam och lesionerade män tjänade som kontroller och fick saltlösning omedelbart efter parning (Sham-Saline och Lesion-Saline). På konditioneringsdagen 1 fick djuren få träffa en utlösning och injicerades inom en minut efter utlösning med en 20ml / kg dos av antingen 0.15M LiCl eller saltlösning och placerades sedan tillbaka i sina hemburar. På morgonen på konditioneringsdag 2 vägdes alla hanar och saltkondenserade djur fick en 20ml / kg dos av 0.15M LiCl, medan LiCl-konditionerade djur injicerades med en ekvivalent dos saltlösning. Detta paradigm upprepades under tjugo på varandra följande dagar, totalt tio kompletta konditioneringssessioner. Parametrar för sexuellt beteende registrerades under varje försök. Skillnader i procent av djur som visade monteringar och intromissioner eller ejakuleringar analyserades för varje försök med användning av Chi-Square analys med en 5% signifikansnivå. Eftersom inga skillnader upptäcktes mellan Sham-Saline och Lesion-Saline-grupperna i någon parameter kombinerades dessa två grupper för statistisk analys (n = 9) och jämfördes med antingen Lesion-LiCl eller Sham-LiCl-gruppen.
Villkorad platspreferens
Sexuellt naiva djur genomgick læsionskirurgi såsom beskrivits ovan och fick återhämta sig i en vecka före beteendestestning. All beteendestestning startade 4 timmar efter den mörka periodens början. Den konditionerade platspreferensapparaten delades in i tre kamrar med en neutral centrumkammare. Den ena sidan av kammaren hade vita väggar och en golv golv medan den andra sidan var svart med rostfria stavar som golv, mittkammaren var grå med plexiglasgolv (Med Associates, St. Albans, VT). Först utfördes ett förprov för att uppnå en naturlig preferens för varje individ innan konditioneringen började, alla djur placerades i mittenkammaren med fri tillgång till alla kamrar i femton minuter och den totala tiden som spenderades i varje kammare registrerades. På nästa dag, dvs konditioneringsdag 1, möttes män med en utlösning i sin hembur, på vilken de omedelbart placerades i den initialt icke-föredragna kammaren i trettio minuter utan åtkomst till de andra kamrarna eller placerades i deras ursprungligen föredragna kammare för trettio minuter utan föregående sexuellt beteende. På den andra konditioneringsdagen fick män den motsatta behandlingen. Detta konditioneringsparadigm upprepades en gång till. Nästa dag genomfördes ett eftertest som var procedurellt identiskt med förutprovet. Två separata värden användes för att bestämma om mPFC-lesionerade djur bildade en konditionerad platspreferens för kön. Det första poänget var skillnadsvärdet, definierat som skillnaden mellan tiden som spenderades i den initialt föredragna kammaren och tiden som spenderades i den initialt icke-föredragna kammaren. Preferenspoängen definierades som den tid som spenderades i den initialt icke-föredragna kammaren dividerad med tiden som spenderades i den initialt icke-föredragna kammaren plus den tid som spenderades i den initialt föredragna kammaren. Preference- och skillnadspoängen jämfördes för varje djur mellan pre-test och post-test med användning av parade studenttest med 5% signifikansnivåer. Tidigare studier har visat att parning resulterar i robust konditionerad platspreferens med hjälp av detta paradigm, och att kontrollbehandlingar inte resulterar i förändringar i preferens (27-29).
Conditioned Place Aversion
Sexuellt naiva djur genomgick lesions- eller skamkirurgi som beskrivits ovan och fick återhämta sig i en vecka före beteendestestning. All beteendestestning startade 4 timmar efter ljusperiodens början. Med användning av den ovan beskrivna CPP-apparaten parades LiCl- eller saltlösningsinjektioner med den initialt föredragna eller icke-föredragna kammaren under två konditioneringsförsök på ett motbalanserat sätt. Pre- och posttest utfördes och data analyserades som beskrivet ovan med användning av parade studenttest med 5% signifikansnivåer.
Lesion Verification
För lesionsbekräftelse perfekterades djur transcardiellt med 4% paraformaldehyd och hjärnor snedades (koronalt). Sektioner var och immunprocesserade för neuronmarkör NeuN med användning av ett primär antiserum i inkubationslösning som igenkände NeuN (monoklonalt anti-NeuN antiserum; 1: 10,000; Chemicon) och standardimmunoperoxidasmetoder (19). Placeringen och storleken på de ibotena lesionerna bestämdes genom att analysera området i intilliggande mPFC-sektioner som saknar NeuN-neuronfärgning. Lesningar av mPFC spände typiskt ett avstånd från AP + 4.85 till + 1.70 i förhållande till bregma (Figur 1A-C). Lesioner ansågs fullständiga om 100% av IL och 80% av PL förstördes, och endast djur med fullständiga lesioner inkluderades i statistiska analyser (Sexbeteendexperiment, lesion n = 11, sham n = 12; EPM-experiment, lesion n = 5, sham n = 4, konditionerat sex aversionsexperiment, skam-saltlösning n = 4, sham-LiCl n = 9, lesionssalt n = 5, lesion-LiCl n = 12, konditionerat prefektionsexperiment, lesion n = 5 , konditionerat avståndsförsök, sham n = 12, lesion n = 9).
RESULTAT
Sexuellt beteende
PL / IL-skador påverkade inte någon sexuell parameter som testades hos män som var sexuellt naiva före operationen (Figur 1D-F). I överensstämmelse upptäcktes inga effekter av PL / IL-skador på sexuellt beteende hos de sexuellt erfarna männen som inkluderades i det konditionerade sexaversionsexperimentet under den första försöket, alltså före parning av LiCl med sexuellt beteende (Tabell 1). Följaktligen påverkades inte PL / IL-skador på sexuellt beteende oberoende av sexuell erfarenhet.
Elevated Plus Maze
I samförstånd med tidigare rapporter (27-29), hanrotter med mPFC-lesioner män visade fler inlägg i EPM: s öppna armar jämfört med kontroller (Figur 1G), vilket tyder på att mPFC-funktionen är kritisk för situationer som kräver riskbedömning.
Konditionerad könsavvikelse
Effekter av LiCl-konditionering på sexuellt beteende
LiCl-konditionering resulterade i en signifikant minskning av procentsatserna av sham-män som visade monteringar, intromissioner eller ejakulation jämfört med sham-saltkontroller (Figur 2A-B). Emellertid blockerade mPFC-lesioner fullständigt inhiberingen orsakad av LiCl-konditionering. Chi-kvadratanalysen avslöjade signifikanta skillnader mellan grupper som detekterades i procent av djur som visade monteringar (Figur 2A), intromisser (ej visade, data identiska med Figur 2A) eller ejakuleringar (Figur 2B). Specifikt var procentandelen män som visade fästen, intromissioner eller ejakulation signifikant lägre i Sham-LiCl-gruppen jämfört med saltbehandlade kontrolldjur (Sham och Lesion), vilket indikerar en störande effekt av LiCl-konditionering vid sampulering i Sham-djur. Däremot observerades ingen effekt av LiCl-konditionering i Lesion-LiCl-hanar (Figurer 2A-B). Således är mPFC-funktionen kritisk för förvärv av konditionerad inhibering av sexuellt beteende. Det är emellertid möjligt att PL / IL-lesioner dämpar associativ inlärning i samband med sexuell belöning, sålunda i en separat studieeffekt av PL / IL-lesioner vid förvärv av en konditionerad plats föredrogs sexuell belöning.
Villkorad platspreferens och avvikelse
Råttor med mPFC-lesioner visade normal associativ inlärning av kontextuella signaler parat med sexuell belöning, vilket indikeras av en ökad skillnad och preferenspoäng under efterprövningen (Figur 3A-B). Dessutom påverkade lesioner inte associativt lärande av kontextuella signaler med LiCl-inducerad sjukdom, indikerad av signifikanta minskningar av skillnader och preferensvärden under efterprövningen (Figur 3C-D).
DISKUSSION
I denna studie rapporterar vi att lesioner av IL- och PL-regionerna i mPFC inte påverkar uttrycket sexuellt beteende, eller förvärvet av en konditionerad platspreferens mot sexuell belöning. Istället förhindrar lesioner förvärv av konditionerad sexavvikelse. Dessa resultat ger funktionella bevis för hypotesen att förmågan att göra adaptiva beteendeförändringar regleras av mPFCs IL- och PL-subregioner.
Tidigare data från vårt laboratorium indikerade att mPFC-neuroner aktiveras under sexuellt beteende hos hanrotter (20). MPFC-råttorna i denna studie är emellertid oskiljaktiga från skamkontrollrotter i någon av de analyserade parametrarna för sexuellt beteende. I samförstånd med tidigare rapporter (30, 32) mPFC-skador gav upphov till anxiolytiska effekter som bedömts av prestanda på den förhöjda plus labyrinten, vilket indikerar att vårt lesionsprotokoll var effektivt. Därför föreslår de aktuella resultaten att aktivering av IL och PL-indelningarna inom mPFC under sexuellt beteende inte är nödvändigt för normalt uttryck av sexuellt beteende. I motsats härtill visade en tidigare studie från Agmo och medarbetare att skador i det främre cingulära området (ACA) ökade berednings- och intromissionslatenheter och minskade procentuellt av män som copaculated (25). Därför är det möjligt att ACA spelar en roll i utförandet av sexuellt beteende, medan IL och PL regioner medverkar inhibering av beteenden en gång i samband med aversiva resultat.
Även om mPFC-lesioner har rapporterats störa olika former av minneskonsolidering (33, 34), kan effekterna av mPFC-lesioner på beteendehämmande rapportering här inte hänföras till lärandemässiga underskott. I en separat uppsättning försök testades mPFC-lesionerade män för förmågan att upprätta en konditionerad platspreferens mot könsbeteende. Belöningsrelaterat associativt lärande förblev intakt i mPFC-lesionerade djur, eftersom dessa män var i stånd att bilda en konditionerad platspreferens till en sexuell belöningsparad kammare. Detta resultat är i överensstämmelse med tidigare studier som undersöker rollen för PL eller fullständig mPFC för förvärv av psykostimulerande inducerad CPP (35, 36) Vidare påverkades inte associativt lärande för aversiv stimulans LiCl av mPFC-lesioner, vilket överensstämde med tidigare rapporter att PFC-lesioner inte hindrade förvärv av konditionerad smakaversion (34). Sammantaget föreslår dessa data att den tidigare observerade aktiveringen av PL / IL-indelningarna inom mPFC (20) är inte nödvändiga för förvärv av belöningsrelaterat associativt lärande, men är nödvändiga för korrekt utnyttjande av denna information i samband med utförandet av beteendekontroll. Denna uppfattning är i överensstämmelse med det aktuella betänkandet att intakt IL-funktion är nödvändig för att kartlägga och agera på inhiberande och excitatoriska ingångar som förmedlar information om de belöningsavvikande händelserna (37). Dessutom har djur med PL (35) eller IL (8, 37, 38) lesioner visar normalt utrotningsinlärning trots en oförmåga att utnyttja denna information för att göra målriktade beslut.
Sammanfattningsvis indikerar den aktuella undersökningen att djur med mPFC-lesioner sannolikt kan bilda föreningarna med aversiva resultat av deras beteende, men saknar förmågan att undertrycka sökande av sexuell belöning inför avvikande konsekvenser. Hos människor är sexuell upphetsning en komplex upplevelse där behandlingen av kognitiv-känslomässig information tjänar till att bestämma om de specifika stimulans hedoniska egenskaper är tillräckliga för att fungera som sexuellt incitament (39). De aktuella uppgifterna tyder på att mPFC-dysfunktion kan bidra till sexuell riskupptagning eller till tvångssökning av sexuellt beteende. Dessutom har mPFC-dysfunktion associerats med flera psykiatriska störningar (13, 40) som tyder på att dysfunktionen hos mPFC kan vara en underliggande patologi som delas med de andra sjukdomarna och att tvångssyntiskt beteende kan associeras med andra störningar. Faktum är att hos människor har hypersexualitet eller tvångsmässigt sexuellt beteende rapporterats ha en hög förekomst av comorbiditet med psykiatriska tillstånd (inklusive missbruk, ångest och humörsjukdomar) (41) och caxNUMX% prevalens i Parkinsons sjukdom tillsammans med tvångsmässig inköp, spel och äta (42-44).
fotnoter
Ansvarsfriskrivning för förlag: Detta är en PDF-fil av ett oediterat manuskript som har godkänts för publicering. Som en tjänst till våra kunder tillhandahåller vi denna tidiga version av manuskriptet. Manuskriptet kommer att genomgå copyediting, uppsättning och granskning av det resulterande beviset innan det publiceras i sin slutliga formulär. Observera att under tillverkningsprocessen kan det upptäckas fel som kan påverka innehållet och alla juridiska ansvarsfrister som gäller för tidskriften avser.
;
