Uwezo wa Mesolimbic Dopamine Neuron Stimulation kwa Maendeleo ya kulevya (2015)

kuanzishwa

Uraibu ni ugonjwa unaobadilika katika hatua kadhaa (Everitt et al., 2008, George et al., 2014). Utambuzi hufanywa wakati utumiaji wa burudani unakuwa wa lazima, unaendelea licha ya athari mbaya. Wakati nadharia inayoongoza ya ulevi inaleta kwamba dawa za unyanyasaji husababisha ugonjwa kwa sababu huongeza sana mkusanyiko wa dopamine (DA) kwenye ubongo, haijulikani ikiwa kuchochea mfumo huu ni wa kutosha kuendesha mabadiliko kutoka kwa utumiaji wa burudani hadi ulevi (Di Chiara na Bassareo, 2007, Volkow na Morales, 2015). Ushahidi unaounga mkono nadharia ya DA ya uimarishaji wa dawa za kulevya umekusanya kwa miongo kadhaa na inategemea athari ya kwanza ya dawa. Kwa mfano, dawa za kulevya hupunguza kizingiti cha kusisimua kwa ndani (ICSS) ya kifungu cha ubongo wa kati, njia ya nyuzi iliyo na, kati ya zingine, kupanda kwa makadirio ya DA kutoka kwa ubongo wa kati (Stein, 1964, Crow, 1970, Kornetsky et al., 1979). Masomo ya Pharmacology na lesion kisha yaligundua mfumo wa mesocorticolimbic DA kama asili ya mzunguko huu (Hekima na Bozarth, 1982). Mwishoni mwa miaka ya 1980, kipimo cha moja kwa moja cha mkusanyiko wa DA wa seli na microdialysis ilithibitisha kuwa dawa za kulevya zilishiriki mali ya kusababisha kuongezeka kwa DA katika NAc (Di Chiara na Imperato, 1988). Hii ilisababisha pendekezo la uainishaji wa kiufundi wa dawa za kulevya (Lüscher na Ungless, 2006).

Hafahamiki kidogo juu ya jinsi athari hizi za mwanzo za matumizi ya dawa za kulevya zinawezesha mabadiliko ya ulevi. Njia za kujitegemea za DA zimezingatiwa kwa sababu dawa za kulevya zina malengo mengine ya dawa. Kwa mfano, kokeni, pamoja na kuzuia msafirishaji wa DA (DAT), pia inamfunga kwa SERT (msafirishaji wa serotonini) na NET (msafirishaji wa norepinephrine) ili kupunguza utenganishaji wa serotonini na norepinephrine, mtawaliwa, na hivyo kuongeza mkusanyiko wa monoamines zote kuu (Han na Gu, 2006, Tassin, 2008). Wasiwasi kama huo unaweza kutumika kwa psychostimulants zingine. Kwa kuongezea, kuna madai kwamba opiates, angalau katika awamu ya kwanza, wanajitegemea DA (Badiani et al., 2011, Ting-A-Kee na van der Kooy, 2012). Dhana ya DA pia imekuwa na changamoto kulingana na mifano ya panya ya maumbile, ambapo, baada ya kuingiliwa na mfumo wa DA, aina zingine za tabia ya kukabiliana na dawa za kulevya bado ilikuwa dhahiri. Kwa mfano, panya za kubisha za DAT zinajisimamia cocaine (Rocha et al., 1998), na kukomesha usanisi wa DA ama kifamasia (Pettit et al., 1984) au maumbile (Hnasko et al., 2007) ilishindwa kuzuia kujitawala kwa dawa za kulevya. au upendeleo wa mahali uliowekwa. Wakati tabia bora ya panya hawa wa kizazi na kizazi cha wasafirishaji wa monoamine mara mbili wametatua maswala haya (Rocha, 2003, Thomsen et al., 2009), utoshelevu wa DA kusababisha sifa kuu za ulevi haijulikani. Ili kukwepa maswala ya upendeleo, kwa hivyo tumeamua kuruhusu panya ziamshe -ze VTA DA neurons kutumia njia ya macho.

Uchunguzi wa hivi karibuni umeonyesha kuwa uanzishaji wa neuroni za DA kwenye ubongo wa kati zinaweza kushawishi upendeleo wa mahali (Tsai et al., 2009) au kuimarisha tabia ya ala (Adamantidis et al., 2011; Witten et al., 2011; Kim et al., 2012, Rossi et al., 2013, McDevitt et al., 2014; Ilango et al., 2014). Wakati uanzishaji huu wa njia za DA unathibitisha tafiti za ndani za kujisukuma (ICSS) zilizofanywa zaidi ya miaka 30 iliyopita katika kufafanua mfumo wa malipo (Fouriezos et al., 1978), wanapungukiwa wakionyesha utangulizi wa tabia ya mabadiliko ya hatua ya mwishoni ambayo hufafanua uraibu, wala hawakugundua mabadiliko ya msingi ya neuronal. Hapa tulitumia ujanja wa optogenetic sio tu kuruhusu upimaji wa moja kwa moja wa kigezo cha utoshelevu cha ishara ya DA ya phasic katika kuanzisha uimarishaji, lakini pia kujaribu mabadiliko ya ulevi.

Uchunguzi wa kushangaza wa hatua za baadaye za ugonjwa ni kwamba hata na dawa za kulevya zaidi, ni sehemu ndogo tu ya watumiaji huwa addicted (Warner et al., 1995, O'Brien, 1997). Walemavu wa kibinadamu wataendelea kutumia dawa za kulevya licha ya athari mbaya (angalia Jumuiya ya Amerika ya Dawa ya Kulevya "Ufafanuzi wa Madawa ya Kulevya," DSM5, Chama cha Saikolojia ya Amerika, 2013), kawaida zinazohusiana na kushindwa kwa kijamii na kisaikolojia ambazo mara nyingi hucheleweshwa kwa wakati. Vivyo hivyo, katika panya takriban mnyama mmoja kati ya watano wanaopata kujisimamia kwa cocaine mwishowe huainishwa kama addicted (Deroche-Gamonet et al., 2004, Kasanetz et al., 2010; lakini angalia George et al., 2014). Uvumilivu wa ulaji wa dawa za kulevya licha ya athari mbaya pia huweza kuigwa katika panya kwa kuanzisha kichocheo rahisi cha kugeuza ratiba ya matumizi. Wakati ugonjwa wa mwanadamu ni ngumu zaidi, kuhusisha adhabu na matumizi ni mfano wa moja kwa moja wa kiini cha msingi cha ulevi.

Hapa, tulitumia mshtuko mguu mguu kutathmini matokeo yake juu ya ubinafsi wa kokaini, sucrose, na kujisisimua kwa optogenetic. Tunachunguza zaidi ikiwa kujisisimua kwa ujasiri wa DA inaweza kusababisha tabia mbili zinazohusiana na adabu-kutafuta malipo yanayohusiana na ulaji pamoja na athari licha ya athari mbaya-na tunaonyesha tabia ya mshikamano ya neural inayohusiana na tabia hizi.

Matokeo

Ili kudhibiti shughuli za neuron ya DA, tuliingiza virusi vya kuhusishwa na adeno-kuhusishwa ya adio-A (AAV) na mfumo wa kusoma wazi ulioingizwa mara mbili (DIO) ulio na ChR2 imechanganywa na protini ya manjano iliyoboreshwa ya njano (eYFP) (Atasoy et al., 2008, Brown et al., 2010) ndani ya VTA ya panya wa DAT-Cre. Kwa kuongeza, nyuzi ya macho iliwekwa kulenga VTA (ChR2, Angalia Utaratibu wa Majaribio). Utaalam wa ChR2 kujieleza kulithibitishwa na ujanibishaji wa ushirikiano wa eyFP na Tyrosine Hydroxylase (TH), enzyme inayohitajika kwa muundo wa DA (Kielelezo 1A). 

Kwanza, kuanzisha itifaki ya kuchochea laser, panya waliwekwa kwenye sanduku la kufanya kazi ambapo wangeweza kushinikiza lever inayofanya kazi, ambayo ilisababisha vichocheo kadhaa vya laser ambavyo vilikuwa tofauti (1, 2, 8, 32, 60, au 120 bursts) kila vikao viwili. Kuiga mfano wa kurusha moto wa phasic (Hyland et al., 2002, Mameli-Engvall et al., 2006, Zhang et al., 2009) kawaida husababishwa na ujira wa asili (Schultz, 1998), tulitumia msisimko wa kupasuka. Mlipuko mmoja ulikuwa na kunde tano za laser ya 4 ms, saa 20 Hz, na ilirudiwa mara mbili kwa sekunde. Tuligundua kuwa panya walibadilisha tabia yao ya kushinikiza lever kama kazi ya kupasuka kwa kusisimua kwa laser, na hivyo kudhibiti jumla ya milipuko iliyopokelewa (Kielelezo 1B). Tabia hii ilikuwa ikikumbusha kujisimamia kwa dawa za kulevya, wakati kipimo kwa infusion kilikuwa tofauti (Piazza et al., 2000). Kwa majaribio yaliyofuata, tulichagua kutoa milipuko 30 kwa kila vyombo vya habari vya lever, ikitoa idadi kubwa ya nusu ya upeo wa milipuko (Kielelezo 1B). Kuiga ucheleweshaji wa ongezeko la DA kawaida huzingatiwa wakati dawa zinasimamiwa kwa njia ya mishipa (Aragona et al., 2008), tulichelewesha msisimko wa laser na 5 s na tukaongeza taa ya kung'aa ya 10 s (Kielelezo 1C).

Wakati wa siku 12 mfululizo, panya waliruhusiwa kujichochea mara 80 kwa 2 hr. Panya haraka waliongeza kiwango cha kuchochea laser, na kufikia vichocheo 80 vya laser (LS) kabla ya kumalizika kwa saa ya kwanza ya kikao (Takwimu 1D na 1E). Tofauti kati ya lever inayofanya kazi na isiyofanya kazi ilipatikana haraka na idadi ya mashine ya kazi ya lever iliongezeka ipasavyo na uongezaji wa ratiba za kudumu (FR1, 2, 3)Takwimu 1F na 1G). Katika majaribio ya kudhibiti kwa kutumia panya za pete za DAT-Cre− au panya ambazo zilionyesha ChR2 katika γ-aminobutyric acid (GABA) neurons (GAD-Cre + panya, ili kulenga neurons za kinga za VTA), viwango vya kujisisimua vilikuwa chini na kuendelea kupungua kote vipindi. Hii pia ilitumika kwa wanyama wawili wa Cre + ambapo uthibitisho wa post hoc ulionyesha kuwa VTA haikuambukizwa na ChR2-yeyFP (haijaonyeshwa). Kwa kuongeza, hakuna ubaguzi kati ya lever hai na isiyoonekana iligunduliwa (Takwimu S1A na S1B).

Tuliona kuwa panya za DAT-Cre + zilisisitiza mara nyingi juu ya lever inayotumika kuliko inavyotakiwa kwa kuchochea laser. Kwa kweli vituo vya kazi vya "le bure" vya lever vilivyohesabiwa kwa zaidi ya 30% ya vyombo vyote vya kazi vya lever (Kielelezo S2A) na ilitokea - vikao vilipoendelea-zaidi kati ya mwanzo wa uchungu na uchochezi wa laser (Takwimu S2B na S2C). Tabia hii ya umoja iliyoandaliwa wakati wa kupatikana na inaweza kuonyesha majibu yasiyofaa.

Kuchukuliwa pamoja, shughuli za kupasuka katika neva za VTA DA zinaimarisha sana kujibu.

Makaazi ya VTA DA Neuron ya Kujisukuma na Cocaine

Ili kujaribu ikiwa VTA DA neuron ya kusisimua inaunganisha kwenye nyaya zile zile za ubongo ambazo zinalengwa na dawa za kuongeza nguvu ili kuimarisha tabia, tuliingiza cocaine intraperitoneally (ip) mara moja kabla ya vikao vya kujichochea (ufikiaji bure wa laser kwa dakika 45, Kielelezo 2A). Kwa msingi, wanyama waliofunzwa vizuri walisisitiza karibu mara 400 kupata 85 LS kwa dakika 45 chini ya ratiba ya FR3. Baada ya sindano ya kokeni, utendaji ulipungua sana kwa mtindo unaotegemea kipimo hadi 30 LS kwa mashinikizo 100 ya lever na kipimo cha juu zaidi (Kielelezo 2B). Kufungwa huku kulitamkwa sana wakati wa dakika 30 za kwanza za kikao, ikionyesha dawa ya dawa ya dawa hiyo (Kielelezo 2C). Jaribio hili linaonyesha kwamba uimarishaji wa uboreshaji wa kibinafsi wa optogenetic na uimarishaji kwa sehemu ya cocaine inayozunguka mizunguko ya neural.

Ili kulinganisha zaidi kusisimua kwa macho na dawa za kulevya, tuliuliza iwapo panya watarudi tena kwa kujichochea kwa neva za VTA DA kufuatia wiki kadhaa za kujiondoa. Kwa kuwa utaftaji wa dawa zinazohusiana na cue ni mfano uliowekwa wa kurudia tena (Epstein et al., 2006, Soria et al., 2008, Bossert et al., 2013), tuliweka tena panya ndani ya chumba cha waendeshaji siku 30 baada ya ubinafsi wa mwisho- kikao cha kusisimua, ambapo kushinikiza lever inayofanya kazi sasa ilisababisha mwanga wa cue bila ya kuchochea kwa laser (Kielelezo 3A). Tabia ya utaftaji inayohusiana na nguvu, iliyoonyeshwa na kiwango cha juu cha mashine ya kazi ya lever, ilionekana tu kwenye panya na kujielezea kwa IZFP-ChR2 katika neurons za VTA DA (DAT-Cre + lakini sio panya wa DAT-Cre−, Kielelezo 3B).

Uchunguzi wa hapo awali umeonyesha kiunga cha sababu kati ya kurudia-kuhusishwa kwa cue na plastiki ya synaptic iliyotolewa na cocaine katika sehemu ndogo ya NAc neurons inayoelezea DA D1R (Pascoli, Terrier et al., 2014). Kwa hivyo, kutathmini plastiki hii ya synaptic, tulitengeneza panya za DAT-Cre zilizovuka na Drd1a-tdTomato panya kubaini ukubwa wa kati wa spiny neurons (MSNs) ndogo katika NAc. Badala ya jaribio la kutafuta, vipande vya NAc vilitayarishwa ambapo D1R-MSN zilikuwa nyekundu, ikilinganishwa na nyuzi za kijani kutoka kwa VTA DA neurons iliyoambukizwa na flox-ChR2-yeyFP (Kielelezo 3C). Rekodi za kipande cha seli nzima za ex vivo zilifunua uhusiano wa sasa wa kurekebisha voltage kwa mikondo ya postynaptic ya AMPAR (AMPAR-EPSCs) na kuongezeka kwa uwiano wa AMPAR / NMDAR (Takwimu 3D na 3E), katika D1R-MSNs lakini sio kwenye D2R-MSNs. Matokeo kama hayo yaliyopatikana hapo awali baada ya kujiondoa kwa utawala wa cocaine yalionyeshwa kuonyesha kuingizwa kwa pamoja kwa GluA2 kukosa na GluA2 iliyo na AMPAR, kwa pembejeo tofauti kwenye D1R-MSNs (Pascoli, Terrier et al., 2014).

Kujisisimua licha ya Adhabu

Matumizi ya dawa licha ya athari mbaya ni upako muhimu kufafanua sifa ya uraibu (tazama ufafanuzi wa DSM5, Chama cha Saikolojia cha Amerika, 2013). Aina za panya zimeanzishwa (Deroche-Gamonet et al., 2004, Pelloux et al., 2007; Pelloux et al., 2015; Chen et al., 2013) ambapo mshtuko wa umeme ulioletwa katika ratiba ya kujitawala ya cocaine inakandamiza cocaine matumizi katika wanyama wengine. Kufuatia siku 12 za mfiduo wa awali (upatikanaji), panya waliruhusiwa kuwa na vikao vitatu vya nyongeza katika FR3 lakini kwa kupunguzwa kwa kikao (dakika 60 au tuzo za 40 kiwango cha juu). Vipindi hivi vitatu vilitumika kama msingi wa vikao vinne vilivyofuata, ambapo kila msukumo wa tatu wa laser uliunganishwa na mshtuko wa miguu (500 ms; 0.2 mA) iliyotabiriwa na riwaya ya riwaya (Kielelezo 4A). Uzito na muda wa mshtuko wa mguu zilibadilishwa ili kukandamiza kabisa kushinikiza kwa uchukuzi kwa ujira wa sucrose (tazama data hapa chini). Ratiba ya adhabu ilisababisha majibu mawili ya tabia tofauti (Kielelezo 4B). Panya fulani aliacha haraka kujibu adhabu ilipoletwa (inayoitwa "nyeti"), wakati wengine waliendelea kujibu kupata idadi kubwa ya vichocheo vya laser na wanaweza kuchukuliwa kama "sugu" kwa adhabu. Makundi mawili ya wanyama walijitokeza kikamilifu mwishoni mwa vipindi vinne vya adhabu (Kielelezo 4C). "Panya zinazopingana" zilidumisha idadi ya vichocheo vya laser (chini ya kupunguzwa kwa 20%) wakati "panya nyeti" ilipungua kujisisimu kwa zaidi ya 80%. Pamoja na vigezo hivi, ni mnyama mmoja tu (dots kijivu) hakuweza kupewa. Uchunguzi huu unaonesha kuwa shughuli za kupasuka zilizolazimishwa na kujisisimua za neva za VTA DA zinatosha kushawishi uvumilivu wa utumiaji licha ya athari mbaya katika sehemu ya panya. Kama udhibiti, katika kikundi cha panya huru ambacho kilianzisha upinzani au unyeti wa adhabu inayohusiana na kujisisimua, nociception ilipitiwa kwa kutumia assay ya mkia. Hakuna tofauti katika latency ya kuondoa mkia ulioingizwa katika maji moto kati ya nyeti na sugu uligunduliwa (Kielelezo S3).

Tuliuliza, tumia hoc, ikiwa kipengee chochote wakati wa harakati za kujisisimua kingeweza kutabiri upinzani wa adhabu. Panya nyepesi na sugu alifanya idadi sawa ya mashine ya kazi na isiyofanya kazi wakati wa vikao vya msingi, na panya wote walifikia kiwango cha juu cha 80 LS (Takwimu S4A na S4B), katika muda sawa wa muda (Takwimu S4A na S4C). Wakati sehemu ya vyombo vya habari vya kazi zisizo na nguvu bado haikuwa tofauti katika idadi ndogo ya watu (Takwimu 4D na S4D), idadi ya mashine ya bure ya lever kabla ya mwanzo wa kuchochea laser yaliongezeka sana katika panya sugu hadi mwisho wa vipindi vya ununuzi.Takwimu 4E na S4E). Kama tabia hii ilivyokua wakati wa ununuzi, inaweza kuchangia, pamoja na msukumo wa ndani (Economidou et al., 2009, Broos et al., 2012; Jentsch et al., 2014), katika kuanzisha upinzani wa adhabu. Kwa kuongezea, jaribio la uwiano linaloendelea lilifanywa siku ya 11 ili kupima msukumo wa uamsho wa macho (Richardson na Roberts, 1996). Panya sugu walionyesha njia ya kuvunja sio kitakwimu tofauti na panya nyeti (Kielelezo S4F).

Kupinga Adhabu kwa Cocaine lakini Sio kwa Siri

Ili kujaribu ikiwa dhana ya matumizi licha ya athari mbaya pamoja na kushinikiza lever ya msukumo pia inaweza kutabiri ulaji wa lazima wa dawa ya kulevya, kikundi kipya cha panya kilipata siku 12 za kujitawala kwa cocaine. Vigezo vya majaribio ya ununuzi wa kujitawala wa cocaine viliwekwa kwa kiwango cha juu cha 80 ya infusions ya cocaine ndani ya 4 hr wakati wa ununuzi na infusions 40 ndani ya 2 hr wakati wa vikao vitatu vya msingi vilivyotangulia vikao vya adhabu nne (Takwimu 5A na S5A). Tena, vikundi viwili viliibuka baada ya pairing malipo ya cocaine na mshtuko wa umeme. Hakika, 5 kati ya panya za 22 ziliorodheshwa kuwa sugu (chini ya 20% kupungua kutoka msingi), wakati 17 ilifuzu kama nyeti (zaidi ya kupungua kwa 80%) na mnyama mmoja akaanguka kati (infusions za 13 siku ya 19) (Kielelezo 5B). Kisha tukatafuta watabiri wa tabia ya kupinga adhabu. Kati ya vikundi viwili, idadi ya infusions, kiwango cha infusion, na idadi ya vyombo vya habari vya kazi vya lover au vya kazi havikuwa tofauti (Takwimu S5B-S5D), na sehemu za kuvunja zilikuwa sawa (Kielelezo S5E). Kilichotofautisha ni mabadiliko ya usambazaji kwa wakati wa mashinisho yasiyofaa kwa lever inayofanya kazi. Katika vipindi vinne vya kwanza, vitunguu vya bandia visivyo na nguvu vilipungua mara kwa mara katika vipindi vya muda vya kumaliza katika panya sugu na nyeti, wakati wa mwisho wa kupatikana, panya nyeti tu walidumisha tabia hii (Takwimu 5C na 5D na S5F). Kinyume chake, panya sugu ziliongeza kuongezeka kwa idadi yao ya mashintho ya bure ya wachoraji (Takwimu 5C na S5D), haswa katika robo ya mwisho ya kipindi cha kumaliza muda (Kielelezo 5D). Wakati inafaa kufanana na uchunguzi uliyotangazwa hapo awali na kuchochea optogenetic ya neurons za DA (tazama hapo juu), nguzo za mashinisho yasiyofaa wakati wa kipindi cha kumaliza muda haikuonekana na cocaine, uwezekano mkubwa kutokana na kinetiki polepole ambacho dawa hiyo ilikuwa nayo. kuongezeka viwango vya DA. Walakini, hitimisho kama hilo linaweza kutokana na mabadiliko haya ya moja kwa moja ya usambazaji wa vyombo vya habari vya wachapishaji wa muda mfupi kabla ya "kugunduliwa kwa ndani kwa upasuaji wa DA." Uchunguzi wetu kwa hivyo unaonyesha kwamba usambazaji wa wachapishaji wasio na kazi wa utabiri unatabiri matumizi ya dawa za kulevya licha ya athari mbaya.

Mwishowe tukarudia jaribio na panya zilizolishwa na adebitum ambazo zinaweza kupitisha vyombo vya habari kwa ujira wa sucrose. Mara tu adhabu ilipoletwa, panya wote waliacha kujisimamia mwenyewe (Kielelezo 5E), kuonyesha kwamba ratiba hii ilikandamiza ulaji wa thawabu isiyo ya maana ya asili, lakini iliruhusu ugunduzi wa ulaji wa lazima wa dawa ya kulevya au nguvu ya msukumo wa neva ya DA.

Ikizingatiwa, matokeo haya yanaonyesha kuwa kujisisimua kwa VTA DA inatosha kuhamasisha, kama inavyoonyeshwa na upinzani wa adhabu katika sehemu ndogo ya panya (68%). Vivyo hivyo, baada ya cocaine SA, panya wengine walikua sugu ya adhabu (23%), ambayo haikuwa hivyo baada ya sucrose SA (Kielelezo 5F).

Ili kubainisha eneo la ubongo ambalo linaweza kudhibiti uamuzi wa kudumu katika kujitawala licha ya athari mbaya, kwanza tuliangalia "shughuli za neva" kwa kuhesabu idadi ya neurons ambayo kikao cha adhabu kilisababisha usemi wa jeni la mapema la cFos mnamo 15 mikoa tofauti. Panya walinyanyaswa kwa nguvu na PFA dakika 90 baada ya kumalizika kwa kikao cha mwisho cha adhabu. Vikundi vya kudhibiti vilijumuisha wanyama wasio na ujinga, pamoja na panya waliowekwa nira kwa panya nyeti au sugu ili kudhibiti athari inayoweza kutatanisha ya idadi ya majanga yaliyopokelewa.

Wakati katika mkoa mwingi uliochaguliwa, idadi ya neuroni-cFos-chanya ilikuwa juu zaidi katika vipande kutoka kwa panya sugu ukilinganisha na vipande vya panya wasio na ujinga, aina mbili za majibu ziliibuka, ambazo gamba la prelimbic (PL) na TOC ya baadaye ni mifano. Katika PL tulipata ongezeko sawa la seli-zenye cFos katika panya sugu na vidhibiti vyao vilivyofungwa, wakati katika OFC ongezeko hili lilionekana tu katika sugu na sio panya linalohusiana (Takwimu 6A na 6B). Ili kumaliza tofauti hii, data zote zilibadilishwa kwanza kuwa viwango vya kujielezea katika wanyama wasio na ujuzi. Halafu, uwiano ulihesabiwa kati ya sugu juu ya nyeti iliyogawanywa na waliyofungwa kwa sugu juu ya kufungwa kwa nyeti (uwiano_cfos = (R / S) / (YR / YS), Kielelezo 6B). Utaratibu huu uligundua kortini ya cingate, OFC, na VTA kama mikoa ambayo imeamilishwa kwa sugu lakini sio kwa panya nyeti na ambapo kulikuwa na tofauti kidogo katika vikundi vyote viwili vya udhibiti wa nira (kwa kweli neuroni za chini za cFos zilizo katika nira, kwa kweli) . Kupata VTA haishangazi, kwani ni mkoa wa neuroni zilizosababishwa na laser. Hii ni sawa na ripoti ya hapo awali inayoonyesha kuwa uchochezi wa ChR2 unasababisha uanzishaji wa cFos (Lobo et al., 2010; Van den Oever et al., 2013). Uwiano mdogo_cfos lilipatikana katika mikoa ambayo uanzishaji wake ulikuwa sawa katika nyeti na sugu (kama vile CeA na PAG). Uwiano_cfos pia ilikuwa chini wakati uanzishaji ukilinganishwa na tofauti kubwa katika udhibiti wa joka (kama vile PL, Kielelezo 6C kwa uwiano muhtasari_cfos data). Ishara kama hiyo ya cFos katika panya sugu na sugu ya papo hapo ilikuwa inaendeshwa sana na idadi ya mshtuko wa mguu na haikuhusiana kidogo na upinzani wa adhabu. Kuchukuliwa pamoja, uwiano wa juu_cfos katika OFC inaonyesha kuwa shughuli za neural katika mkoa huu zinahusishwa na kupinga adhabu na kwa hivyo zinaweza kupendelea ubadilishaji na ulevi.

Kutambua sehemu ndogo ya shughuli iliyoongezeka ya neuronal katika OFC katika panya wanaopinga adhabu, tuliandaa vipande vya PL na L-OFC 24 hr baada ya kikao cha mwisho cha adhabu ili kujaribu kufurahi kwa ndani. Mikoa hiyo miwili ilichaguliwa kwa sababu ya muundo wao tofauti wa usemi wa c-Fos katika majaribio ya hapo awali. Msisimko wa neuronal ulihesabiwa kwa kuhesabu idadi ya uwezo wa hatua (APs) zilizotokana na sindano ya kiwango cha kuongezeka kwa sasa (kutoka 0 hadi 600 pA) katika rekodi za seli nzima. Rekodi hizi zilifunua kusisimua endelevu katika nyuroni za piramidi za PL ya panya sugu (na udhibiti wao wa nira) ikilinganishwa na panya nyeti au wasio na ujinga (Kielelezo 7A). Uwezo wa kupumzika wa membrane (RMP) wa neurons zilizorekodiwa haukuwa tofauti kati ya vikundi vya majaribio (Kielelezo 7B). Matokeo haya yanaonyesha kabisa kwamba kusisimua kwa neurons katika PL inahusiana moja kwa moja na idadi ya mshtuko uliopokelewa, na labda sio kwa uamuzi wa kupinga adhabu. Uwezekano mkubwa zaidi unaonyesha muundo mbaya wa maoni uliosababishwa na uchochezi wa neuronal unaosababishwa na mshtuko wa mguu siku iliyopita. Kinyume chake, neurons kutoka L-OFC zilikuwa nzuri zaidi katika panya sugu. Kufanikiwa kwa neurons kutoka kwa panya waliofungwa hakukuwa tofauti na kufurahisha kwa neurons kutoka kwa panya wasio na maana, akiamua athari ya mshtuko wa mguu yenyewe (Takwimu 7C na 7D). Shughuli hii ya kuongezeka kwa neuroni ya OFC inaweza kusababisha usemi wa cFos na inaweza kusababisha upinzani kwa adhabu.

Ili kujaribu sababu kati ya msisimko wa OFC ulioboreshwa na kupinga adhabu, tulielezea kizuizi cha DREADD (vipokezi vya wabuni ambavyo vimeamilishwa tu na dawa za wabuni: CamKIIα-hM4D) katika neurons za piramidi za OFC za panya za DAT-Cre +Kielelezo 8A). Katika vipande vya papo hapo kutoka OFC, matumizi ya bafu ya CNO (clozapine-N-oxide) ilisababisha polepole ya sasa, inayowezekana sana iliyopatanishwa na njia za GIRK, ambayo ilibadilishwa na bariamu (Ba²⁺), kizuizi kisicho maalum cha njia za potasiamu (Kielelezo 8B). CNO pia ilibadilisha Curve ya pembejeo / pato kwenda kulia (Kielelezo 8C). Panya za DAT-Cre + zilizoambukizwa na AAV1 / CamKIIα-hM4D-mCherry katika OFC (Kielelezo 8D) alipata dhana ya kujisisimua ya neuron ya DA ikifuatiwa na vizuizi viwili mfululizo na ratiba ya adhabu, ya kwanza mbele ya CNO na ya pili bila CNO. Vitalu viwili viliingiliwa na siku 6 bila adhabu (Kielelezo 8E). Mwisho wa kizuizi cha kwanza cha adhabu, mbele ya CNO, 5 tu ya panya za 16 ilikuwa sugu (Kielelezo 8F, jopo la kushoto). Kwa kulinganisha, bila kizuizi cha OFC, wakati wa kipindi cha pili cha adhabu, 14 kati ya 16 iliwekwa kama "sugu" (Takwimu 8F, jopo la kulia, na 8G). Kwa maneno mengine sehemu ya panya sugu ilikuwa chini sana mbele ya CNO ikilinganishwa na jumba la kwanza la panya za 34 hapo awali lililopimwa katika hali sawa (kulinganisha kati ya kikundi, Kielelezo 8H) na ikawa sawa na kikundi cha kwanza bila CNO (kulinganisha kikundi-kikundi). Mwishowe, kwa panya tisa ambazo zilibadilika kutoka nyeti hadi sugu, CNO haikurekebisha hali ya mwisho ya mkia juu ya kuzamishwa ndani ya maji moto (Kielelezo 8I).

Ikichukuliwa kwa pamoja, jaribio hili linaonyesha kuwa shughuli ya neurons ya piramidi ya OFC inaendesha uamuzi wa kuendelea kujisisimua licha ya athari mbaya ambayo inawakilisha sehemu muhimu ya ubadilishaji wa ulevi katika panya.

Majadiliano 

Mfano uliopendekezwa wa utumiaji wa dawa za kulevya unatofautisha hatua tatu katika ukuaji wa ugonjwa: matumizi ya dawa za burudani za mara kwa mara, ikifuatiwa na matumizi ya dawa za kulevya zilizoimarishwa, endelevu, na mwishowe matumizi ya kulazimishwa yanayohusiana na upotezaji wa udhibiti (Piazza na Deroche-Gamonet, 2013; lakini ona George et al., 2014). Utafiti wetu unaonyesha kuwa kusisimua kwa neurons ya VTA DA inatosha kuendesha maendeleo haya na kozi ya wakati wa haraka.

Kwa kuiga muundo wa kurusha wa kupasuka wa asili, kutolewa kwa ufanisi kwa DA hutolewa katika maeneo lengwa ya VTA, kama vile NAc (Bass et al., 2010). Viwango vya DA katika NAc kwa hivyo vinaweza kutawala uchochezi wa kibinafsi, kama vile panya hujisimamia infusion inayofuata ya cocaine au heroin mara tu mkusanyiko wa DA ukishuka chini ya kizingiti (Hekima et al., 1995). Hii pia inasaidiwa na uchunguzi wetu kwamba kokeni, sindano ip, inaweza kuingiza uchochezi wa kibinafsi. Kwa hivyo, kusisimua kwa kibinafsi ya DA inafanana sana na kujitawala kwa dawa, ingawa kinetics yake ni haraka kuliko dutu yoyote ya dawa, pamoja na cocaine, kama inavyopendekezwa na kiwango tofauti cha majibu yaliyoonekana katika utafiti huu.

Wakati tulilenga neurons za DA za VTA, kusisimua kwao kwa macho inaweza kuwa na vikundi vya seli zilizo na kazi tofauti za kisaikolojia. Kwa mfano, hivi karibuni imependekezwa kuwa nambari zingine za DA za kichocheo cha uchochezi wa kuchukiza (Lammel et al., 2012; Gunaydin et al., 2014). Seli hizi zina mradi wa mPFC, wakati VTA DA neurons zinazojitokeza kwa ganda la baadaye la NAc hupatanisha uimarishaji mzuri (Lammel et al., 2012). Itafurahisha kutathmini uchochezi wa kibinafsi na maendeleo na kulenga kwa kuchagua (Gunaydin et al., 2014). Kwa kuwa kudanganywa kwetu kuliamsha neuroni zote za VTA DA, kama vile cocaine inavyofanya kazi kwenye neurons zote zinazoelezea DAT, inawezekana kwamba neurons za DA zinaweza kuendesha ujifunzaji wa uimarishaji wakati neurons zingine za DA zingeendesha ujifunzaji wa chuki. Athari ya wavu bado ingekuwa kuimarisha tabia; Walakini, "neuroni za chuki" zinaweza kuchangia kuingizwa kwa mchakato wa mpinzani (Koob, 2013, Hekima na Koob, 2014).

Baada ya kujilazimisha kujizuia, kuonyeshwa tena kwa muktadha uliosababishwa na utaftaji wa uchochezi wa kibinafsi, mfano wa panya uliowekwa wa kurudia kwa dawa. Inashangaza kuwa msingi wa plastiki wa neva hauwezi kutofautishwa na ule unaozingatiwa baada ya kujiondoa kwa ujitawala wa cocaine (Pascoli, Terrier et al., 2014). Hii inaongeza kwenye utafiti ambao hapo awali uliripoti plastiki sawa ya synaptic katika VTA DA neurons iliyotolewa na kikao kimoja cha kusisimua macho au sindano ya kwanza ya dawa ya kulevya (Brown et al., 2010). Mfumo wa mabadiliko ya synaptic unaibuka kuwa tabia ya kugeuza kawaida kwa dawa zote za kulevya.

Kipengele cha kushangaza cha utafiti wetu ni dichotomy katika kujibu kichocheo cha kuchukiza ambacho kina nguvu ya kutosha kuvuruga utumiaji wa thawabu ya asili isiyo muhimu kwa wanyama wote. Katika mpangilio wetu, panya sugu hawakuonyesha motisha kubwa zaidi ya kujiletea thawabu, ambayo inatofautiana na utafiti na kokeni katika panya (Pelloux et al., 2007). Mtabiri wa tabia ya kupinga adhabu katika panya, hata hivyo, alikuwa lever bure akishinikiza wakati wa 5 s kabla ya kuanza kwa msisimko wa DA neuron. Ukosefu wa kusubiri hadi utoaji wa tuzo kwa hivyo unaweza kuonekana kama alama ya msukumo (Dalley et al., 2011, Olmstead, 2006, Everitt et al., 2008; Winstanley, 2011, Leyton na Vezina, 2014). Tulivutiwa na uchunguzi kwamba kuchukua kwa msukumo kulikua tu baada ya vikao kadhaa vya kujichochea. Hii inaleta uwezekano kwamba upinzani dhidi ya adhabu (na kwa kuenea kwa hatari ya uraibu) hauwezi kuzaliwa kabisa, lakini inakua wakati wa awamu za kwanza kuelekea ulevi. Ikiwa ndivyo ilivyo, basi dichotomy inayozingatiwa na sisi na wengine (Deroche-Gamonet et al., 2004) haiwezi kuamuliwa tu na sababu za maumbile. Hii pia inaweza kuelezea kuwa sehemu kama hiyo ya watu inakuwa mraibu wa aina za panya zenye usawa na maumbile hakika ni watu tofauti zaidi.

Ikiwa kupinga adhabu kunadhihirisha udhaifu wa mtu binafsi kwa ulevi, inakadiriwa kuwa juu ya 20% kwa wanadamu hata na kokeni (Warner et al., 1995, O'Brien, 1997, George et al., 2014), basi sehemu kubwa zaidi inapatikana hapa inaweza kuonyesha nguvu ya kuchochea moja kwa moja na ya kuchagua ya neuron ya DA. Kwa maneno mengine, kichocheo cha neuron cha kuchagua cha DA kinaweza kuwa cha kulevya zaidi kuliko dawa yoyote. Hii inaweza kuelezewa na hatua isiyo ya kuchagua ya dutu za kifamasia. Katika kesi ya kokeni, kwa mfano, monoamines zingine isipokuwa DA zinaweza kuchelewesha kuingizwa kwa ulevi. Kwa kweli, serotonini inaweza kupinga tabia zinazotegemewa na DA kama vile kujibu thawabu iliyo na hali, kujichochea, na upendeleo wa mahali (Wang et al., 1995, Fletcher na Korth, 1999, Fletcher et al., 2002) kwa kuwezesha ushirika. ya dalili kwa vichocheo vya kuchukiza (Bauer, 2015, Hindi Attar et al., 2012). Vinginevyo, tofauti inaweza kukaa katika tofauti ya kinetiki kati ya uchochezi wa macho na uingizaji wa dawa ya kuongezeka kwa DA ya seli. Tofauti kama hiyo ya nguvu za kulevya pia inaweza kuwepo kati ya dawa tofauti za unyanyasaji (George et al., 2014).

Wakati hatuwezi kuwatenga rasmi tofauti za kutolewa kwa DA na / au kuashiria jamaa ili kuchangia kuanzishwa kwa upinzani wa adhabu, hali hii haiwezekani kwa sababu uhalali wa kihistoria wa maambukizi ya wanyama uliojumuishwa kwenye utafiti yaFP-ChR2 kujieleza katika VTA nzima. Kwa kuongezea, itifaki ya kuchochea optogenetic iliyoundwa iliyoundwa kueneza kutolewa kwa DA ilisababisha kujisisimua ambayo ilimaliza kwa viwango visivyo vya kusambazwa kwa hatua ya kuvunja, kuonyesha motisha.

Matokeo mengine ya kushangaza ni kwamba idadi ya mshtuko wa miguu ya umeme inayohusiana na kusisimua kwa neva katika PL. Kupungua kwa msisimko wa nyuroni za piramidi na kuongezeka kwa uwiano wa AMPAR / NMDAR katika nyuroni za piramidi za seli zile zile kumeonekana katika "panya waliotumwa," lakini masomo haya hayakudhibiti athari za mshtuko wa umeme kwa se (Kasanetz et al., 2010, Kasanetz et al., 2013; Chen et al., 2013). Kutojitenga kwa hivyo kunaweza kuelezewa na jukumu mbili la mPFC katika michakato yote ya uamuzi na ujumuishaji wa hofu (Peters et al., 2009). Kwa mazungumzo, badilika kwa msisimko wa nyuroni za piramidi kwenye kortini ya infralimbic inayoambatana na mshtuko wa miguu (Santini et al., 2008). Ushahidi huu hauzuii uwezekano kwamba mPFC ina jukumu muhimu kwa uamuzi wa utaftaji wa ulaji. Walakini, uchambuzi wetu wa cFos na uchunguzi wa kusisimua kwa ndani huelekeza kwa OFC na gamba la cingate. Kwa kuongezea, kizuizi cha msisimko wa neva katika OFC na DREADD ilizuia upinzani wa adhabu. Kiunga hiki kinachosababisha inawakilisha hatua muhimu katika kuelewa mifumo ya rununu inayohusika na mabadiliko ya ulevi. Uchunguzi wa siku zijazo utahitajika kujaribu ikiwa hii inatumika pia kwa anuwai ya dawa za kulevya.

Matokeo yetu yanalingana na uchunguzi kwamba kutofanya kazi kwa OFC kunaweza kudhoofisha uamuzi wa faida (Seo na Lee, 2010, Walton et al., 2010, Wenzake, 2011) na inaweza kuendesha tabia za kulazimisha (Burguière et al., 2013 ). Kwa wanadamu, utumiaji wa dawa za kulevya umehusishwa na uamuzi dhaifu na kazi ya OFC iliyobadilishwa (Lucantonio et al., 2012; Gowin et al., 2013). Ikichukuliwa pamoja, shughuli za neurons za OFC zinaibuka kama uamuzi muhimu wa mabadiliko ya utumiaji wa dawa za kulazimisha (Everitt et al., 2007). Hii haizuii jukumu la plastiki inayotokana na dawa za kulevya kwenye mikutano ya kusisimua kwenye MSN zilizoonekana hapa na katika masomo mengine (Kasanetz et al., 2010). Itakuwa ya kupendeza kutathmini ikiwa ujanja unaolenga kudhibiti usisimko wa OFC unaathiri motisha kwa walevi.

Hapa tunapendekeza DA neuron ya kujisisimua kama mfano mzuri wa kusoma hatua zinazosababisha ulevi. Tunazaa vitu vya msingi vya ulevi wa dawa za kulevya, kama vile kurudia tena, plastiki ya synaptic, na uvumilivu wa matumizi licha ya matokeo mabaya. Wakati modeli hiyo haifai kusoma athari maalum kwa dawa fulani (kwa mfano, linganisha opioid na psychostimulants), ina faida kadhaa. Inaruhusu udhibiti sahihi wa muda wa utoaji wa tuzo, ni haswa tu inaamsha tu neurons za VTA DA, na mwisho kabisa, inatoa uwezekano wa kusoma panya kwa muda mrefu zaidi kuliko na kujitawala kwa dawa za kulevya. Kwa kuzingatia ufafanuzi wa kawaida wa dawa za kulevya, tumaini ni kufunua mifumo ya neva ambayo pia inategemea aina zisizo tegemezi za madawa ya kulevya (Alavi et al., 2012, Robbins na Clark, 2015) na hivyo kuchangia nadharia ya jumla ya ugonjwa. Mifano ya magonjwa ya Optogenetic kwa hivyo huruhusu hatua ya uamuzi kwa uelewa kamili wa kutofaulu kwa neva inayohusika katika hatua za mwisho za ulevi na itaongoza riwaya, matibabu ya busara kwa ugonjwa ambao sasa hauna tiba.

VP, JT, na AH walifanya majaribio ya tabia wakati VP ilifanya rekodi za elektroniki na kuratibu uchambuzi. Utafiti huo iliyoundwa na kuandikwa na waandishi wote.

Kazi hiyo iliungwa mkono na ruzuku kutoka kwa Uswisi wa Kitaifa wa Uswisi na ruzuku ya juu ya ERC (MeSSI), Carigest SA, Jumuiya ya Ualimu ya Geneva, na Fondation Privée des Hopitaux Universitaires de Genève. JT ni mwanafunzi wa MD-PhD anayelipwa na Shirikisho la Uswizi.

Hati S1. Taratibu za Majaribio za Kuongeza na Takwimu S1-S6

Jedwali S1. Takwimu zinachambua