ความเพียงพอของการกระตุ้นโดปามีนเซลล์ประสาท Mesolimbic สำหรับความก้าวหน้าในการติดยาเสพติด (2015)

 

Vincent Pascoli3,ฌองเทอร์เรีย3,Agnès Hiver

,Christian Lüscher'ข้อมูลการติดต่อเกี่ยวกับผู้แต่ง Christian Lüscherhttp://www.cell.com/templates/jsp/_style2/_marlin/images/icon_email.pngส่งอีเมลถึงผู้เขียน Christian Lüscher

ดอย: http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2015.10.017

ไฮไลท์

•โดปามีนเซลล์ประสาทกระตุ้นตนเองทำให้เกิดความแข็งแรงของพลาสติก synaptic ใน NAc ขับรถกำเริบ

•โดปามีนก็เพียงพอที่จะกระตุ้นการถ่าย

•เซลล์ประสาทในคอร์เทกซ์วงโคจร orbitofrontal นั้นมีความไวต่อแสงในหนูที่ทนต่อการถูกลงโทษ

•การยับยั้งสารเคมีของ OFC ช่วยลดการกระตุ้นด้วยตนเอง

สรุป

ปัจจัยที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนจากการบริโภคยาเพื่อการพักผ่อนหย่อนใจไปสู่การเสพติดส่วนใหญ่ยังไม่ทราบแน่ชัด ยังไม่ได้รับการทดสอบว่าโดพามีน (DA) เพียงพอที่จะกระตุ้นกระบวนการนี้หรือไม่ ที่นี่เราใช้การกระตุ้นด้วยตัวเองด้วยแสงของเซลล์ประสาท DA ของพื้นที่หน้าท้อง (VTA) เพื่อเลือกเลียนแบบการกำหนดลักษณะทั่วไปของยาเสพติด หนูทุกตัวได้รับการกระตุ้นตัวเองอย่างง่ายดาย หลังจากหลายสัปดาห์ของการงดเว้นการกำเริบของโรคที่เกิดจากคิวจะถูกสังเกตควบคู่ไปกับการกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยากระตุ้นต่อเซลล์ประสาทรับ D1 ของนิวเคลียส accumbens (NAc) เมื่อหนูต้องทนกับไฟฟ้าช็อตเล็กน้อยเพื่อให้ได้รับการกระตุ้นบางตัวก็หยุดในขณะที่คนอื่น ๆ อดทนต่อไป ความต้านทานต่อการลงโทษมีความสัมพันธ์กับการทำงานของระบบประสาทที่เพิ่มขึ้นในวงโคจรของเยื่อหุ้มสมองออร์โธฟรอนทัล (OFC) ในขณะที่การยับยั้งทางเคมีของ OFC ช่วยลดการบังคับ ผลการวิจัยเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการกระตุ้นเซลล์ประสาท VTA DA ทำให้เกิดลักษณะเด่นทางพฤติกรรมและเซลล์ของการเสพติดซึ่งบ่งชี้ถึงความเพียงพอสำหรับการชักนำและการลุกลามของโรค

บทนำ

การเสพติดเป็นโรคที่มีวิวัฒนาการในหลายขั้นตอน (Everitt et al., 2008, George et al., 2014) การวินิจฉัยจะเกิดขึ้นเมื่อการใช้เพื่อการพักผ่อนหย่อนใจกลายเป็นสิ่งบีบบังคับและยังคงมีอยู่แม้จะมีผลเสียก็ตาม ในขณะที่สมมติฐานการเสพติดชั้นนำระบุว่ายาเสพติดทำให้เกิดโรคเนื่องจากเพิ่มความเข้มข้นของโดปามีน (DA) ในสมองมากเกินไป แต่ก็ไม่ชัดเจนว่าการกระตุ้นระบบนี้เพียงพอที่จะขับเคลื่อนการเปลี่ยนจากการใช้เพื่อการพักผ่อนหย่อนใจไปสู่การเสพติด (Di Chiara และ Bassareo, 2007, Volkow and Morales, 2015) หลักฐานสนับสนุนสำหรับสมมติฐาน DA สำหรับการเสริมแรงของยาได้สะสมมาหลายสิบปีและอาศัยผลเริ่มต้นของยา ตัวอย่างเช่นยาเสพติดลดเกณฑ์สำหรับการกระตุ้นตัวเองในกะโหลกศีรษะ (ICSS) ของมัดกล้ามเนื้อหน้าแขนที่อยู่ตรงกลางทางเดินเส้นใยที่มีส่วนอื่น ๆ จากน้อยไปมากการคาดการณ์ DA จากสมองส่วนกลาง (Stein, 1964, Crow, 1970, Kornetsky et al., พ.ศ. 1979) จากนั้นการศึกษาทางเภสัชวิทยาและรอยโรคได้ระบุว่าระบบ mesocorticolimbic DA เป็นต้นกำเนิดของวงจรนี้ (Wise and Bozarth, 1982) ในช่วงปลายทศวรรษที่ 1980 การวัดความเข้มข้นของ DA ภายนอกเซลล์โดยตรงด้วยเครื่องไตเทียมยืนยันว่ายาเสพติดมีคุณสมบัติในการกระตุ้น DA surge ใน NAc (Di Chiara และ Imperato, 1988) สิ่งนี้นำไปสู่ข้อเสนอของการจำแนกประเภทของยาเสพติดโดยกลไก (Lüscher and Ungless, 2006)

ไม่ค่อยมีใครรู้ว่าผลเริ่มต้นของการใช้ยาเหล่านี้เอื้อต่อการเปลี่ยนไปสู่การติด มีการพิจารณากลไกที่เป็นอิสระจาก DA เนื่องจากยาเสพติดมีเป้าหมายทางเภสัชวิทยาอื่น ๆ ตัวอย่างเช่นโคเคนนอกเหนือจากการยับยั้ง DA ทรานสปอร์เตอร์ (DAT) แล้วยังจับกับ SERT (ตัวขนส่งเซโรโทนิน) และ NET (นอร์เอพิเนฟรินทรานสพอร์เตอร์) เพื่อลดการรับเซโรโทนินและนอร์เอพิเนฟรินตามลำดับซึ่งจะช่วยเพิ่มความเข้มข้นของโมโนเอมีนที่สำคัญทั้งหมด (ฮันและ กู 2006 ทัศรินทร์ 2008). ความกังวลที่คล้ายกันนี้อาจนำไปใช้กับโรคจิตอื่น ๆ ยิ่งไปกว่านั้นยังมีการอ้างว่าหลับในอย่างน้อยก็ในระยะเริ่มต้น DA อิสระ (Badiani et al., 2011, Ting-A-Kee และ van der Kooy, 2012) นอกจากนี้ยังมีการท้าทายสมมติฐาน DA โดยใช้แบบจำลองของเมาส์ทางพันธุกรรมซึ่งหลังจากการแทรกแซงกับระบบ DA พฤติกรรมการปรับตัวของยาบางรูปแบบยังคงปรากฏชัดเจน ตัวอย่างเช่นหนูที่น่าพิศวง DAT จัดการโคเคนด้วยตนเอง (Rocha et al., 1998) และยกเลิกการสังเคราะห์ DA ทั้งทางเภสัชวิทยา (Pettit et al., 1984) หรือทางพันธุกรรม (Hnasko et al., 2007) ล้มเหลวในการป้องกันการบริหารตนเองด้วยยา หรือการตั้งค่าสถานที่ปรับอากาศ ในขณะที่ลักษณะที่ดีขึ้นของหนูแปลงพันธุกรรมเหล่านี้และการสร้างสิ่งที่น่าพิศวงของผู้ขนส่งโมโนเอมีนคู่ได้ช่วยแก้ปัญหาเหล่านี้ได้บางส่วน (Rocha, 2003, Thomsen et al., 2009) ความเพียงพอของ DA ในการกระตุ้นคุณลักษณะที่สำคัญของการเสพติดไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาของความไม่จำเพาะเจาะจงเราจึงได้ตัดสินใจที่จะให้หนูกระตุ้นเซลล์ประสาท VTA DA ด้วยตนเองโดยใช้วิธีออปโตเจเนติก

การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นว่าการกระตุ้นเซลล์ประสาท DA ในสมองส่วนกลางสามารถกระตุ้นให้เกิดการตั้งค่าสถานที่ได้ (Tsai et al., 2009) หรือเสริมสร้างพฤติกรรมการใช้เครื่องมือ (Adamantidis et al., 2011, Witten et al., 2011, Kim et al., 2012, Rossi et al., 2013, McDevitt et al., 2014, Ilango et al., 2014) ในขณะที่การเปิดใช้งานทางเดิน DA แบบเลือกนี้ยืนยันการศึกษาการกระตุ้นตัวเองในกะโหลกศีรษะ (ICSS) ที่ดำเนินการมานานกว่า 30 ปีที่ผ่านมาในการกำหนดระบบการให้รางวัล (Fouriezos et al., 1978) พวกเขาขาดการแสดงให้เห็นถึงการเหนี่ยวนำของพฤติกรรมการปรับตัวในระยะสุดท้ายที่ กำหนดการติดยาเสพติดและไม่ได้ระบุการปรับตัวของเซลล์ประสาทที่อยู่ภายใต้ ที่นี่เราใช้การจัดการด้วยแสงไม่เพียง แต่เพื่อให้สามารถทดสอบเกณฑ์ความเพียงพอสำหรับการส่งสัญญาณเฟสเฟสในการเริ่มต้นการเสริมแรงได้โดยตรง แต่ยังเพื่อทดสอบการเปลี่ยนไปสู่การเสพติดด้วย

ข้อสังเกตที่โดดเด่นของระยะหลังของโรคคือแม้จะมียาเสพติดมากที่สุด แต่ผู้ใช้เพียงส่วนน้อยก็ติดยาเสพติด (Warner et al., 1995, O'Brien, 1997) ผู้ติดยาเสพติดในมนุษย์จะยังคงบริโภคยาต่อไปแม้ว่าจะได้รับผลกระทบในทางลบก็ตาม (ดู "คำจำกัดความของการติดยาเสพติดของ American Society for Addiction Medicine," DSM5, American Psychiatric Association, 2013) ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเกี่ยวข้องกับความพ่ายแพ้ทางสังคมและจิตใจซึ่งมักล่าช้าไปตามกาลเวลา ในทำนองเดียวกันในสัตว์ฟันแทะประมาณหนึ่งในห้าของสัตว์ที่ได้รับโคเคนด้วยตนเองจะถูกจัดประเภทว่าติด (Deroche-Gamonet et al., 2004, Kasanetz et al., 2010; แต่ดู George et al., 2014) ความพากเพียรในการบริโภคยาแม้จะมีผลกระทบเชิงลบก็สามารถจำลองได้ในสัตว์ฟันแทะโดยการแนะนำสิ่งกระตุ้นที่ไม่พึงประสงค์ง่ายๆในตารางการบริโภค ในขณะที่โรคของมนุษย์มีความซับซ้อนมากขึ้นการเชื่อมโยงการลงโทษกับการบริโภคเป็นแบบอย่างที่ตรงไปตรงมาขององค์ประกอบหลักของการเสพ

ที่นี่เราใช้การกระแทกเท้าแบบไม่รุนแรงเพื่อประเมินผลที่ตามมาของการจัดการโคเคนซูโครสและการกระตุ้นด้วยตนเองของอวัยวะภายใน เราตรวจสอบเพิ่มเติมว่าการกระตุ้นด้วยตนเองของเซลล์ประสาท DA สามารถกระตุ้นให้เกิดพฤติกรรมที่เกี่ยวข้องกับการเสพติดสองอย่างได้หรือไม่นั่นคือการแสวงหารางวัลคิวและการบังคับที่เกี่ยวข้องกับการบริโภคแม้จะมีผลกระทบเชิงลบหรือไม่และแสดงลักษณะของระบบประสาทที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมเหล่านี้

ผลสอบ

การได้มาซึ่ง VTA DA Neuron Self-Stimulation

 

เพื่อควบคุมกิจกรรมของเซลล์ประสาท DA เราฉีดไวรัส adeno-related adeno-virus (AAV) ที่มีกรอบการอ่านแบบเปิดคว่ำคู่ (DIO) ที่มี ChR2 ผสมกับโปรตีนเรืองแสงสีเหลืองที่ปรับปรุงแล้ว (eYFP) (Atasoy et al., 2008, Brown et al., 2010) เข้ากับ VTA ของหนู DAT-Cre นอกจากนี้ยังมีการวางใยแก้วนำแสงเพื่อกำหนดเป้าหมาย VTA (ChR2โปรดดูที่ ขั้นตอนการทดลอง) ความจำเพาะของ ChR2 expression ได้รับการยืนยันโดย co-localization ของ eYFP ด้วย Tyrosine Hydroxylase (TH) ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ DAรูปที่ 1A) 

ขั้นแรกในการสร้างโปรโตคอลการกระตุ้นด้วยเลเซอร์หนูถูกวางไว้ในกล่องตัวดำเนินการซึ่งสามารถกดคันโยกที่ใช้งานอยู่ได้ซึ่งจะกระตุ้นการกระตุ้นด้วยเลเซอร์จำนวนหนึ่งที่แตกต่างกัน (1, 2, 8, 32, 60 หรือ 120 ครั้ง) ทุกๆ สองครั้ง เพื่อเลียนแบบรูปแบบการยิงแบบเฟส (Hyland et al., 2002, Mameli-Engvall et al., 2006, Zhang et al., 2009) โดยทั่วไปเกิดจากการให้รางวัลตามธรรมชาติ (Schultz, 1998) เราใช้การกระตุ้นการระเบิด การระเบิดหนึ่งครั้งประกอบด้วยพัลส์เลเซอร์ 4 ครั้งที่ความเร็ว 20 มิลลิวินาทีที่ XNUMX เฮิร์ตซ์และทำซ้ำสองครั้งต่อวินาที เราพบว่าหนูปรับพฤติกรรมการกดคันโยกเป็นหน้าที่ของการระเบิดต่อการกระตุ้นด้วยเลเซอร์ดังนั้นจึงควบคุมจำนวนการระเบิดทั้งหมดที่ได้รับ (รูปที่ 1B). พฤติกรรมนี้ชวนให้นึกถึงการใช้ยาเสพติดด้วยตนเองเมื่อปริมาณต่อการฉีดมีความแตกต่างกัน (Piazza et al., 2000) สำหรับการทดลองครั้งต่อ ๆ ไปเราเลือกที่จะจัดการ 30 ครั้งต่อการกดคันโยกโดยให้จำนวนครั้งสูงสุดครึ่งหนึ่ง (รูปที่ 1B). เพื่อเลียนแบบความล่าช้าในการเพิ่มขึ้นของ DA โดยทั่วไปจะสังเกตได้เมื่อมีการให้ยาทางหลอดเลือดดำ (Aragona et al., 2008) เราชะลอการกระตุ้นด้วยเลเซอร์เป็นเวลา 5 วินาทีและเพิ่มไฟคิวกะพริบเป็นเวลา 10 วินาที (รูปที่ 1C)

ในช่วง 12 วันติดต่อกันหนูสามารถกระตุ้นตัวเองได้สูงสุด 80 ครั้งใน 2 ชั่วโมง หนูเพิ่มอัตราการกระตุ้นด้วยเลเซอร์อย่างรวดเร็วโดยถึง 80 การกระตุ้นด้วยเลเซอร์ (LS) ก่อนสิ้นสุดชั่วโมงแรกของเซสชั่น (ตัวเลข 1D และ 1E) ความแตกต่างระหว่างคานที่ใช้งานและไม่ได้ใช้งานนั้นได้มาอย่างรวดเร็วและจำนวนของคันโยกที่ใช้งานเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มอัตราส่วนคงที่ (FR1, 2, 3) (ตัวเลข 1F และ 1G) ในการทดลองควบคุมโดยใช้ DAT-Cre− หนูหรือหนูที่แสดง ChR2 ในเซลล์ประสาทγ-aminobutyric acid (GABA) (GAD-Cre + เมาส์เพื่อกำหนดเป้าหมายเซลล์ประสาทยับยั้งของ VTA) อัตราการกระตุ้นตนเองลดลงอย่างต่อเนื่อง การประชุม สิ่งนี้ยังนำไปใช้กับสัตว์ Cre + สองตัวที่การตรวจสอบความถูกต้องหลังการโพสต์แสดงให้เห็นว่า VTA ไม่ได้ติดเชื้อ ChR2-eYFP (ไม่แสดง) ยิ่งกว่านั้นไม่พบการแยกแยะระหว่างคานที่ใช้งานและไม่ได้ใช้งาน (รูป S1A และ S1B)

เราสังเกตว่าหนู DAT-Cre + ถูกกดบนคันโยกที่ใช้งานบ่อยกว่าการกระตุ้นด้วยเลเซอร์ ในความเป็นจริงแล้วการกดคันโยกแบบ“ ไร้ประโยชน์” นั้นมีสัดส่วนมากกว่า 30% ของการกดก้านแบบแอ็กทีฟทั้งหมด (รูปที่ S2A) และเกิดขึ้น - เมื่อการประชุมดำเนินไป - ส่วนใหญ่ระหว่างการเริ่มคิวและการกระตุ้นด้วยเลเซอร์ (รูป S2B และ S2C) พฤติกรรมเอกพจน์นี้พัฒนาขึ้นในระหว่างการได้มาและอาจสะท้อนการตอบสนองที่หุนหันพลันแล่น

เมื่อนำมารวมกันการระเบิดของเซลล์ประสาทใน VTA DA จะช่วยตอกย้ำการตอบสนองของคันโยกอย่างมาก

 

การปิดกั้นการกระตุ้นด้วยตนเองของ VTA DA Neuron โดยโคเคน

เพื่อทดสอบว่าเซลล์ประสาท VTA DA มีการกระตุ้นตัวเองในวงจรสมองเดียวกันกับที่กำหนดเป้าหมายโดยยาเสพติดเพื่อเสริมสร้างพฤติกรรมหรือไม่เราได้ฉีดโคเคนในช่องท้อง (ip) ทันทีก่อนที่จะมีการกระตุ้นตนเอง (เข้าถึงเลเซอร์ได้ฟรี 45 นาที รูปที่ 2ก). สัตว์ที่ได้รับการฝึกฝนมาเป็นอย่างดีกดประมาณ 400 ครั้งเพื่อรับ 85 LS ใน 45 นาทีภายใต้ตาราง FR3 หลังจากฉีดโคเคนประสิทธิภาพจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญในรูปแบบที่ขึ้นอยู่กับขนาดยาเป็นประมาณ 30 LS สำหรับการกดคันโยก 100 ครั้งด้วยปริมาณสูงสุด (รูปที่ 2B). การอุดนี้เด่นชัดที่สุดในช่วง 30 นาทีแรกของเซสชั่นซึ่งสะท้อนถึงเภสัชจลนศาสตร์ของยา (รูปที่ 2C) การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่าการเสริมแรงด้วยการกระตุ้นด้วยตนเองและการเสริมแรงด้วย optogenetic โดยโคเคนแบ่งปันวงจรประสาท

Synaptic Plasticity ที่เกี่ยวข้องกับการค้นหาหลังการถอน

เพื่อเปรียบเทียบการกระตุ้นตัวเองด้วยแสงกับยาเสพติดต่อไปเราถามต่อไปว่าหนูจะกำเริบกับการกระตุ้นเซลล์ประสาท VTA DA ด้วยตนเองหรือไม่หลังจากถอนตัวไปหลายสัปดาห์ เนื่องจากการแสวงหายาที่เกี่ยวข้องกับคิวเป็นรูปแบบของการกำเริบของโรค (Epstein et al., 2006, Soria et al., 2008, Bossert et al., 2013) เราจึงวางหนูกลับเข้าไปในห้องปฏิบัติการ 30 วันหลังจากตัวเองครั้งสุดท้าย เซสชั่นการกระตุ้นซึ่งตอนนี้การกดคันโยกที่ใช้งานอยู่จะทำให้ไฟคิว ไม่มี การกระตุ้นด้วยเลเซอร์ (รูปที่ 3A) พฤติกรรมการค้นหาคิวที่แข็งแกร่งซึ่งแสดงให้เห็นโดยการกดคันโยกที่แอคทีฟในอัตราสูงนั้นมีความชัดเจนในหนูที่มีการแสดงออกของ eYFP เท่านั้นChR2 ในเซลล์ประสาท VTA DA (DAT-Cre + แต่ไม่ใช่หนู DAT-Cre− รูปที่ 3B)

การศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นถึงความเชื่อมโยงเชิงสาเหตุระหว่างการกำเริบของโรคที่เกี่ยวข้องกับคิวและการปั้นแบบซินแนปติกที่เกิดจากโคเคนในเซลล์ประสาท NAc ชนิดย่อยที่แสดง DA D1R (Pascoli, Terrier et al., 2014) ดังนั้นเพื่อประเมินความเป็นพลาสติกแบบซินแนปติกนี้เราจึงสร้างหนู DAT-Cre ที่ผสมข้ามกับ Drd1a-tdTomato หนูเพื่อระบุชนิดเซลล์ประสาทสปินขนาดกลาง (MSNs) ใน NAc แทนที่จะทดสอบหาชิ้นส่วนของ NAc ถูกจัดเตรียมที่ D1R-MSNs เป็นสีแดงตัดกับเส้นใยสีเขียวจากเซลล์ประสาท VTA DA ที่ติดเชื้อ flox-ChR2-eYFP (รูปที่ 3ค). การบันทึก patch-clamp ทั้งเซลล์ ex vivo เปิดเผยความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันที่ถูกต้องสำหรับกระแสโพสซินแนปติกที่เกิดจาก AMPAR (AMPAR-EPSCs) และอัตราส่วน AMPAR / NMDAR ที่เพิ่มขึ้น (ตัวเลข 3D และ 3E) ใน D1R-MSNs แต่ไม่ใช่ใน D2R-MSN การค้นพบที่คล้ายกันก่อนหน้านี้ได้รับหลังจากการถอนตัวจากการใช้โคเคนด้วยตนเองแสดงให้เห็นถึงการแทรกรวมของ GluA2 ที่ขาดและ GluA2 ที่มี AMPAR ที่อินพุตแยกต่างหากไปยัง D1R-MSN (Pascoli, Terrier et al., 2014)

 

 

 

การกระตุ้นตนเองแม้จะถูกลงโทษ

การใช้สารเสพติดแม้จะมีผลกระทบในทางลบเป็นคุณลักษณะที่สำคัญยิ่งในการกำหนดคุณลักษณะของการเสพติด (ดูคำจำกัดความ DSM5, สมาคมจิตแพทย์อเมริกัน, 2013) มีการสร้างแบบจำลองหนู (Deroche-Gamonet et al., 2004, Pelloux et al., 2007, Pelloux et al., 2015, Chen et al., 2013) ซึ่งไฟฟ้าช็อตที่นำมาใช้ในตารางการบริหารโคเคนด้วยตนเองช่วยยับยั้งโคเคน การบริโภคในสัตว์บางชนิด หลังจาก 12 วันของการเปิดรับครั้งแรก (การได้มา) หนูได้รับอนุญาตให้มีเซสชันเพิ่มเติมอีกสามครั้งที่ FR3 แต่มีการตัดเซสชันที่ลดลง (สูงสุด 60 นาทีหรือ 40 รางวัล) ทั้งสามเซสชันนี้ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับสี่เซสชันต่อมาโดยที่การกระตุ้นด้วยเลเซอร์ทุกครั้งที่สามจะจับคู่กับการกระแทกเท้า (500 ms; 0.2 mA) ที่ทำนายโดยคิวใหม่ (รูปที่ 4A) ความรุนแรงและระยะเวลาของการกระแทกเท้าถูกปรับเพื่อให้กดคันโยกได้อย่างสมบูรณ์เพื่อรับรางวัลซูโครส (ดูข้อมูลด้านล่าง) ตารางการลงโทษนำไปสู่การตอบสนองพฤติกรรมที่ตรงกันข้ามสองรายการ (รูปที่ 4B) หนูบางตัวหยุดตอบสนองอย่างรวดเร็วเมื่อมีการลงโทษ (เรียกว่า "ละเอียดอ่อน") ในขณะที่คนอื่น ๆ ตอบสนองต่อเพื่อให้ได้จำนวนการกระตุ้นเลเซอร์สูงสุดและถือได้ว่าเป็น "การต่อต้าน" ต่อการลงโทษ กลุ่มสัตว์ทั้งสองโผล่ออกมาอย่างเต็มที่เมื่อสิ้นสุดช่วงการลงโทษสี่ครั้ง (รูปที่ 4C) “ หนูทน” รักษาจำนวนการกระตุ้นด้วยเลเซอร์ (น้อยกว่า 20% ลดลง) ในขณะที่“ หนูที่ไวต่อแสง” ลดการกระตุ้นด้วยตนเองได้มากกว่า 80% ด้วยเกณฑ์เหล่านี้ไม่สามารถกำหนดสัตว์หนึ่งตัว (จุดสีเทา) ได้ การสังเกตนี้แสดงให้เห็นว่ากิจกรรมการระเบิดอย่างรุนแรงที่เกิดขึ้นจากการกระตุ้นด้วยตนเองของเซลล์ประสาท VTA DA นั้นเพียงพอที่จะกระตุ้นให้เกิดความเพียรพยายามในการบริโภคแม้จะมีผลกระทบด้านลบในส่วนของหนู ในการควบคุมในกลุ่มอิสระของหนูที่สร้างความต้านทานหรือความอ่อนไหวต่อการลงโทษที่เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นตนเอง nociception ถูกประเมินโดยใช้การทดสอบแบบสะบัดหาง ไม่มีความแตกต่างในความล่าช้าในการถอนหางที่แช่ในน้ำร้อนระหว่างความไวและการตรวจจับที่ทน (รูปที่ S3).

ต่อไปเราจะถามว่าโพสต์เฉพาะกิจไม่ว่าจะมีคุณลักษณะเฉพาะใด ๆ ในช่วงการเข้าซื้อกิจการของการกระตุ้นตนเองอาจคาดการณ์ความต้านทานต่อการลงโทษ เมมเบรนที่ไวต่อการสัมผัสทำให้การกดคันโยกแบบแอ็คทีฟและไม่แอ็คทีฟในจำนวนที่เท่ากันในระหว่างรอบการทดสอบพื้นฐานและเม้าส์ทุกตัวมีค่าสูงสุดถึง 80 LS (รูป S4A และ S4B) ในระยะเวลาใกล้เคียงกัน (รูป S4A และ S4C) ในขณะที่สัดส่วนของการกดคันโยกที่ไม่ใช้งานไร้ประโยชน์นั้นไม่แตกต่างกันในประชากรย่อยทั้งสอง (ตัวเลข 4วันและเวลา S4D) จำนวนกดก้านไร้ประโยชน์ก่อนการเริ่มต้นของการกระตุ้นด้วยเลเซอร์กลายเป็นหนูต้านทานที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในตอนท้ายของการเข้าซื้อกิจการ (ตัวเลข 4E และ S4จ). เนื่องจากพฤติกรรมนี้พัฒนาขึ้นในระหว่างการได้มาจึงอาจมีส่วนร่วมกับความหุนหันพลันแล่นโดยธรรมชาติ (Economidou et al., 2009, Broos et al., 2012, Jentsch et al., 2014) ในการสร้างความต้านทานต่อการลงโทษ นอกจากนี้การทดลองอัตราส่วนก้าวหน้าได้ดำเนินการในวันที่ 11 เพื่อหาจำนวนแรงจูงใจในการกระตุ้นด้วยแสง (Richardson and Roberts, 1996) หนูที่ทนต่อการแสดงจุดพักไม่แตกต่างกันทางสถิติกับหนูที่อ่อนไหว (รูปที่ S4F)

ความต้านทานต่อการลงโทษโคเคน แต่ไม่ใช่เพื่อซูโครส

เพื่อทดสอบว่ากระบวนทัศน์ของการบริโภคแม้จะมีผลกระทบที่เป็นอันตรายพร้อมกับการกดคันกระตุ้นยังสามารถทำนายการบริโภคยาเสพติดได้หรือไม่กลุ่มหนูกลุ่มใหม่ที่ได้รับโคเคนเป็นเวลา 12 วัน พารามิเตอร์การทดลองสำหรับการได้มาซึ่งการได้มาซึ่งโคเคนด้วยตนเองถูกกำหนดไว้ที่สูงสุด 80 การฉีดโคเคนภายใน 4 ชั่วโมงในระหว่างการได้มาและการให้ยา 40 ครั้งภายใน 2 ชั่วโมงในช่วงพื้นฐานสามครั้งก่อนการลงโทษทั้งสี่ครั้ง (ตัวเลข 5A และ S5A) อีกสองกลุ่มโผล่ออกมาหลังจากจับคู่รางวัลโคเคนกับไฟฟ้าช็อต แท้จริงแล้ว 5 จากหนู 22 จัดอยู่ในประเภทดื้อยา (น้อยกว่า 20% ลดลงจากพื้นฐาน) ในขณะที่ 17 มีคุณสมบัติที่ไวต่อความรู้สึก (มากกว่า 80% ลดลง) และสัตว์หนึ่งตัวตกอยู่ในระหว่าง (13 infusions ในวัน 19)รูปที่ 5B) จากนั้นเรามองหาตัวทำนายพฤติกรรมต่อต้านการลงโทษ ระหว่างทั้งสองกลุ่มจำนวนของ infusions, อัตราการแช่และจำนวนของการกดคันโยกที่ใช้งานหรือไม่ใช้งานไม่แตกต่างกัน (รูป S5B – S5D) และจุดแตกหักมีความคล้ายคลึงกัน (รูปที่ S5E) สิ่งที่แตกต่างกันคือวิวัฒนาการของการกระจายในเวลาที่กดไม่ได้ผลบนคานที่ใช้งานอยู่ ในช่วงสี่ครั้งแรกกดก้านไร้ประโยชน์จะลดลงอย่างสม่ำเสมอในช่วงระยะเวลาหมดเวลาในหนูที่ดื้อยาและไวต่อแสงในขณะที่เมื่อสิ้นสุดการครอบครองหนูที่ไวต่อแสงเพียงคนเดียวก็ยังคงพฤติกรรมนี้ (ตัวเลข 5C และ 5D และ S5F) ในทางตรงกันข้ามหนูทนนั้นมีแนวโน้มที่จะเพิ่มจำนวนการกดก้านไร้ประโยชน์ทั้งหมด (ตัวเลข 5C และ S5D) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงไตรมาสสุดท้ายของรอบระยะเวลาการหมดเวลา (รูปที่ 5D) ในขณะที่ในเชิงคุณภาพคล้ายกับการสังเกตที่ทำไว้ก่อนหน้านี้ด้วยการกระตุ้น optogenetic ของเซลล์ประสาท DA (ดูด้านบน), การจัดกลุ่มของกดไร้ประโยชน์ในช่วงต้นระยะเวลาหมดเวลาไม่ได้เห็นกับโคเคนซึ่งน่าจะเป็นเพราะจลนศาสตร์ช้าซึ่งยา เพิ่มระดับ DA อย่างไรก็ตามข้อสรุปที่คล้ายกันอาจถูกดึงออกมาจากวิวัฒนาการเอกพจน์ของการกระจายตัวกดก้านไร้ประโยชน์ในช่วงเวลาสั้น ๆ ก่อนหน้า "การตรวจจับภายในของคลื่น DA" การสังเกตของเราจึงแนะนำว่าการกระจายตัวของคานกดไร้ประโยชน์ แม้จะมีผลกระทบด้านลบ

ในที่สุดเราก็ทำการทดลองซ้ำกับหนูที่เลี้ยงด้วย libitum ซึ่งสามารถกดเพื่อรับรางวัลซูโครส เมื่อการลงโทษได้รับการแนะนำหนูทุกคนหยุดการจัดการน้ำตาลซูโครสด้วยตนเองรูปที่ 5E) แสดงให้เห็นว่าตารางนี้ระงับการรับรางวัลตามธรรมชาติที่ไม่จำเป็น แต่อนุญาตให้ตรวจจับปริมาณยาเสพติดหรือการกระตุ้นเซลล์ประสาท DA ที่แข็งแกร่ง

เมื่อนำมารวมกันผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการกระตุ้นด้วยตนเองของ VTA DA นั้นเพียงพอที่จะกระตุ้นให้เกิด compulsivity ดังที่แสดงโดยการต่อต้านการลงโทษในส่วนย่อยของหนู (68%) ในทำนองเดียวกันหลังจากโคเคน SA หนูบางคนทนต่อการถูกลงโทษ (23%) ซึ่งไม่เคยเกิดขึ้นหลังจากซูโครส SA (รูปที่ 5F)

 

 

 

เซลลูล่าร์สัมพันธ์กับการต่อต้านการลงโทษ  

เพื่อระบุพื้นที่สมองที่อาจควบคุมการตัดสินใจที่จะอดทนในการบริหารตนเองแม้จะได้รับผลกระทบในทางลบก่อนอื่นเราได้ตรวจสอบ "การทำงานของเซลล์ประสาท" แบบทั่วไปโดยการนับจำนวนเซลล์ประสาทที่เซสชั่นการลงโทษกระตุ้นให้เกิดการแสดงออกของยีน cFos ในระยะเริ่มต้นทันทีใน 15 ภูมิภาคต่างๆ หนูได้รับการฉีด PFA ภายใน 90 นาทีหลังจากสิ้นสุดการลงโทษครั้งสุดท้าย กลุ่มควบคุมรวมถึงสัตว์ที่ไร้เดียงสาเช่นเดียวกับหนูที่แอกแอกกับหนูที่ไวต่อความรู้สึกหรือดื้อยาเพื่อควบคุมผลกระทบที่อาจสร้างความสับสนจากจำนวนแรงกระแทกที่ได้รับ

ในขณะที่ภูมิภาคที่เลือกส่วนใหญ่จำนวนเซลล์ประสาทที่เป็นบวกของ cFos นั้นสูงที่สุดในชิ้นจากหนูต้านทานเมื่อเปรียบเทียบกับหนูที่ไร้เดียงสาชิ้นการตอบสนองที่เกิดขึ้นสองประเภทซึ่งเยื่อหุ้มสมองก่อนวัยอันควร (PL) และด้านข้าง OFC เป็นตัวอย่าง ใน PL เราพบว่าเซลล์ cFos-positive ที่เพิ่มขึ้นใกล้เคียงกันในหนูที่ดื้อยาและการควบคุมแบบแอกในขณะที่ใน OFC การเพิ่มขึ้นนี้เห็นได้ชัดในการดื้อยาและไม่ใช่หนูที่สอดคล้องกัน (ตัวเลข 6A และ 6B) เพื่อหาปริมาณความแตกต่างนี้ข้อมูลทั้งหมดจะถูกทำให้เป็นมาตรฐานในระดับการแสดงออกในสัตว์ไร้เดียงสา จากนั้นทำการคำนวณอัตราส่วนระหว่างความต้านทานต่อความไวต่อความไวโดยหารด้วยแอกที่จะทนต่อความต้านทานแอกมากกว่าความไว (อัตราส่วนcFos = (R / S) / (YR / YS) รูปที่ 6B). ขั้นตอนนี้ระบุว่า cingulate cortex, OFC และ VTA เป็นบริเวณที่เปิดใช้งานในความต้านทาน แต่ไม่ได้อยู่ในหนูที่มีความอ่อนไหวและมีความแตกต่างเพียงเล็กน้อยในทั้งสองกลุ่มของการควบคุมแอก (ในความเป็นจริงเซลล์ประสาท cFos บวกต่ำที่คล้ายกันในแอก) . การค้นหา VTA ไม่ใช่เรื่องน่าแปลกใจเนื่องจากเป็นบริเวณของเซลล์ประสาทที่ถูกกระตุ้นด้วยเลเซอร์ ซึ่งสอดคล้องกับรายงานก่อนหน้านี้ที่แสดงว่าการกระตุ้น ChR2 กระตุ้นการเปิดใช้งาน cFos (Lobo et al., 2010, Van den Oever et al., 2013) อัตราส่วนต่ำcFos พบในภูมิภาคที่มีการเปิดใช้งานคล้ายกันในความละเอียดอ่อนและทนทาน (เช่น CeA และ PAG) วิทยุcFos ก็ต่ำเมื่อเปิดใช้งานขนานกับความแตกต่างสูงในการควบคุมเทียม (เช่น PL, รูปที่ 6C สำหรับอัตราส่วนสรุปcFos ข้อมูล). การแสดงออกของ cFos ที่คล้ายกันในหนูที่ทนและเยื้องจึงเป็นไปได้มากที่สุดซึ่งเกิดจากจำนวนการกระแทกของเท้าและแทบจะไม่เกี่ยวข้องกับการต่อต้านการลงโทษ เมื่อนำมารวมกันอัตราส่วนที่สูงcFos ใน OFC แสดงให้เห็นว่ากิจกรรมของระบบประสาทในภูมิภาคนี้มีความเกี่ยวข้องกับการต่อต้านการลงโทษและอาจสนับสนุนการเปลี่ยนไปติดยาเสพติด

 

 

 

ปั้นพลาสติกเพื่อต้านทานการลงโทษ  

เพื่อระบุสารตั้งต้นของการทำงานของเซลล์ประสาทที่เพิ่มขึ้นใน OFC ในหนูที่ต่อต้านการลงโทษเราได้เตรียมชิ้นส่วนของ PL และ L-OFC 24 ชม. หลังจากการลงโทษครั้งสุดท้ายเพื่อทดสอบความตื่นเต้นภายใน ทั้งสองภูมิภาคได้รับเลือกเนื่องจากรูปแบบการแสดงออกของ c-Fos ที่แตกต่างกันมากในการทดลองก่อนหน้านี้ ความสามารถในการปลุกปั่นของเซลล์ประสาทได้รับการหาปริมาณโดยการนับจำนวนของศักยภาพในการกระทำ (AP) ที่เกิดขึ้นโดยการฉีดกระแสที่เพิ่มขึ้น (จาก 0 ถึง 600 pA) ในการบันทึกทั้งเซลล์ การบันทึกเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องในเซลล์ประสาทเสี้ยมของ PL ของหนูที่ดื้อยา (และการควบคุมแอกของพวกมัน) เมื่อเปรียบเทียบกับหนูที่ไวต่อความรู้สึกหรือไร้เดียงสา (รูปที่ 7A) ศักยภาพพังผืดพัก (RMP) ของเซลล์ประสาทที่บันทึกไว้ไม่แตกต่างกันระหว่างกลุ่มทดลอง (รูปที่ 7B) ผลลัพธ์เหล่านี้ชี้ให้เห็นอย่างชัดเจนว่าความตื่นเต้นง่ายของเซลล์ประสาทใน PL นั้นสัมพันธ์โดยตรงกับจำนวนช็อตที่ได้รับและอาจไม่ใช่การตัดสินใจต่อต้านการลงโทษ สิ่งนี้น่าจะสะท้อนให้เห็นถึงการปรับตัวตอบรับเชิงลบที่เกิดจากการกระตุ้นของเซลล์ประสาทที่เกิดจากการกระแทกของเท้าเมื่อวันก่อน ในทางตรงกันข้ามเซลล์ประสาทจาก L-OFC มีความตื่นตัวมากกว่าเฉพาะในหนูดื้อยา ความตื่นเต้นง่ายของเซลล์ประสาทจากหนูเทียมไม่แตกต่างจากความตื่นเต้นง่ายของเซลล์ประสาทจากหนูที่ไร้เดียงสาตัดออกผลของการกระแทกเท้าตัวเอง (ตัวเลข 7C และ 7D) กิจกรรมที่เพิ่มขึ้นของเซลล์ประสาท OFC น่าจะอยู่ภายใต้การแสดงออกของ cFos และอาจผลักดันการต่อต้านการลงโทษ

 

การลดลงของความบีบบังคับด้วยการยับยั้งสารเคมีของ OFC 

เพื่อทดสอบความเป็นเหตุเป็นผลระหว่างความสามารถในการปลุกปั่นของเซลล์ประสาท OFC ที่เพิ่มขึ้นและความต้านทานต่อการลงโทษเราได้แสดง DREADD ที่ยับยั้ง (ตัวรับของนักออกแบบที่เปิดใช้งานโดยยาที่ออกแบบโดยเฉพาะ: CamKIIα-hM4D) ในเซลล์ประสาทเสี้ยมของ OFC ของ DAT-Cre + หนู (รูปที่ 8A) ในชิ้นส่วนเฉียบพลันจาก OFC การประยุกต์ใช้อาบน้ำของ CNO (clozapine-N-oxide) ทำให้เกิดกระแสออกไปด้านนอกช้าซึ่งน่าจะเป็นสื่อกลางโดยช่อง GIRK ซึ่งตรงกันข้ามกับแบเรียม (Ba2+) ตัวบล็อกโพแทสเซียมช่องทางที่ไม่เฉพาะเจาะจงรูปที่ 8B) CNO ยังเปลี่ยนเส้นโค้งอินพุต / เอาท์พุตไปทางขวา (รูปที่ 8C) หนู DAT-Cre + ติดเชื้อ AAV1 / CamKIIα-hM4D-mCherry ใน OFC (รูปที่ 8D) ได้รับกระบวนทัศน์การกระตุ้นตัวเองของเซลล์ประสาท DA ตามด้วยสองช่วงตึกที่ต่อเนื่องกันพร้อมตารางการลงโทษอันแรกต่อหน้า CNO และอันที่สองที่ไม่มี CNO บล็อกทั้งสองถูกขัดจังหวะภายใน 6 วันโดยไม่มีการลงโทษ (รูปที่ 8E) ในตอนท้ายของบทลงโทษครั้งแรกในการปรากฏตัวของ CNO มีเพียง 5 ของ 16 ของหนูเท่านั้นที่ต้านทาน (รูปที่ 8F, แผงด้านซ้าย) ในทางตรงกันข้ามหากไม่มีการยับยั้ง OFC ในช่วงระยะเวลาการลงโทษครั้งที่สอง 14 จาก 16 ถูกจัดอยู่ในประเภท "ความต้านทาน" (ตัวเลข 8F แผงด้านขวาและ 8G) กล่าวอีกนัยหนึ่งส่วนของหนูที่ดื้อยานั้นมีอยู่น้อยกว่าอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับกลุ่มแรกของหนู 34 ที่ทดสอบก่อนหน้านี้ในสภาพเดียวกัน (เปรียบเทียบระหว่างกลุ่ม) รูปที่ 8H) และคล้ายกับกลุ่มแรกที่ไม่มี CNO (การเปรียบเทียบภายในกลุ่ม) ในที่สุดสำหรับหนูเก้าตัวที่เปลี่ยนจากความไวต่อการทน CNO ไม่ได้ปรับเปลี่ยนความล่าช้าในการสะบัดหางเมื่อแช่ลงในน้ำร้อน (รูปที่ 8I)

เมื่อนำมารวมกันการทดลองนี้แสดงให้เห็นว่ากิจกรรมของเซลล์ประสาทเสี้ยมแห่ง OFC ผลักดันการตัดสินใจที่จะดำเนินการกระตุ้นตัวเองต่อไปแม้จะมีผลกระทบด้านลบที่แสดงถึงคุณลักษณะสำคัญของการเปลี่ยนแปลงไปสู่การติดยาเสพติดในหนู

การสนทนา 

รูปแบบการติดยาเสพติดที่เสนอเมื่อเร็ว ๆ นี้แยกความแตกต่างสามขั้นตอนในการลุกลามของโรค: การใช้ยาเพื่อการพักผ่อนหย่อนใจเป็นระยะ ๆ ตามด้วยการใช้ยาที่เข้มข้นขึ้นอย่างต่อเนื่องการใช้ยาที่เพิ่มขึ้นและในที่สุดการบังคับใช้ที่เกี่ยวข้องกับการสูญเสียการควบคุม (Piazza และ Deroche-Gamonet, 2013; George et al., 2014) การศึกษาของเราแสดงให้เห็นว่าการกระตุ้นเซลล์ประสาท VTA DA นั้นเพียงพอที่จะขับเคลื่อนความก้าวหน้านี้ด้วยเวลาที่ค่อนข้างรวดเร็ว

ด้วยการเลียนแบบรูปแบบการยิงต่อเนื่องที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติการปลดปล่อย DA ที่มีประสิทธิภาพจะถูกทำให้เกิดขึ้นในพื้นที่เป้าหมายของ VTA เช่น NAc (Bass et al., 2010) ดังนั้นระดับ DA ใน NAc จึงมีแนวโน้มที่จะควบคุมการกระตุ้นตัวเองเช่นเดียวกับหนูที่จัดการโคเคนหรือเฮโรอีนครั้งต่อไปเมื่อความเข้มข้นของ DA ลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ (Wise et al., 1995) สิ่งนี้ได้รับการสนับสนุนจากการสังเกตของเราว่าโคเคนไอพีที่ฉีดเข้าไปสามารถขัดขวางการกระตุ้นตัวเองได้ ดังนั้นการกระตุ้นด้วยตนเองของเซลล์ประสาท DA จึงมีลักษณะใกล้เคียงกับการบริหารตัวเองของยาแม้ว่าจลนศาสตร์ของมันจะเร็วกว่าสารทางเภสัชวิทยาใด ๆ ก็ตามรวมถึงโคเคนตามที่แนะนำโดยอัตราการตอบสนองที่แตกต่างกันที่สังเกตได้ในการศึกษาในปัจจุบัน

ในขณะที่เราเลือกกำหนดเป้าหมายเซลล์ประสาท DA ของ VTA การกระตุ้นด้วยตัวเองด้วยแสงของพวกมันอาจเปิดใช้งานกลุ่มเซลล์ที่มีหน้าที่ทางสรีรวิทยาที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นเมื่อเร็ว ๆ นี้มีการแนะนำว่าเซลล์ประสาท DA บางตัวมีรหัสสำหรับสิ่งเร้าที่ไม่ชอบ (Lammel et al., 2012, Gunaydin et al., 2014) เซลล์เหล่านี้จะฉายภาพเป็น mPFC ในขณะที่เซลล์ประสาท VTA DA ที่ฉายไปยังเปลือก NAc ด้านข้างเป็นสื่อกลางในการเสริมแรงในเชิงบวก (Lammel et al., 2012) การประเมินการกระตุ้นตนเองและความก้าวหน้าด้วยการกำหนดเป้าหมายแบบเลือกนั้นน่าสนใจ (Gunaydin et al., 2014) เนื่องจากการจัดการของเราเปิดใช้งานเซลล์ประสาท VTA DA ทั้งหมดเช่นเดียวกับที่โคเคนทำหน้าที่ในเซลล์ประสาทที่แสดง DAT ทั้งหมดจึงเป็นไปได้ว่าเซลล์ประสาท DA บางตัวจะขับเคลื่อนการเรียนรู้แบบเสริมแรงในขณะที่เซลล์ประสาท DA อื่น ๆ จะผลักดันการเรียนรู้ที่ไม่ชอบ ผลสุทธิจะยังคงเป็นปัจจัยเสริมของพฤติกรรม; อย่างไรก็ตาม“ เซลล์ประสาทที่เกลียดชัง” สามารถนำไปสู่การชักนำให้เกิดกระบวนการของฝ่ายตรงข้ามได้ (Koob, 2013, Wise and Koob, 2014)

หลังจากการบังคับให้เลิกบุหรี่แล้วให้จัดนิทรรศการอีกครั้งในบริบทที่กระตุ้นให้เกิดการแสวงหาการกระตุ้นตัวเองซึ่งเป็นรูปแบบการกำเริบของยาของสัตว์ฟันแทะ สิ่งที่น่าสังเกตคือความเป็นพลาสติกของระบบประสาทที่อยู่เบื้องหลังนั้นแยกไม่ออกจากสิ่งที่สังเกตได้หลังจากถอนตัวจากการบริหารโคเคนด้วยตนเอง (Pascoli, Terrier et al., 2014) สิ่งนี้เพิ่มให้กับการศึกษาที่เคยรายงานความเป็นพลาสติกแบบซิแนปติกที่เหมือนกันในเซลล์ประสาท VTA DA ที่เกิดจากการกระตุ้นด้วยแสงเพียงครั้งเดียวหรือการฉีดยาเสพติดครั้งแรก (Brown et al., 2010) รูปแบบของการปรับตัวแบบซินแนปติกกำลังปรากฏขึ้นซึ่งพฤติกรรมการปรับตัวที่พบได้ทั่วไปกับยาเสพติดทั้งหมด

คุณลักษณะที่โดดเด่นของการศึกษาของเราคือการแบ่งขั้วในการตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นที่ไม่พึงประสงค์ที่รุนแรงพอที่จะขัดขวางการบริโภครางวัลตามธรรมชาติที่ไม่จำเป็นในสัตว์ทุกชนิด ในสภาพแวดล้อมของเราหนูที่ดื้อยาไม่ได้แสดงให้เห็นถึงแรงจูงใจที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญสำหรับการให้รางวัลด้วยตนเองซึ่งแตกต่างจากการศึกษาโคเคนในหนู (Pelloux et al., 2007) อย่างไรก็ตามตัวทำนายพฤติกรรมสำหรับความต้านทานต่อการลงโทษในหนูคือการกดคันที่ไร้ประโยชน์ในช่วง 5 วินาทีก่อนที่จะมีการกระตุ้นเซลล์ประสาท DA การไม่สามารถรอจนกว่าการส่งมอบรางวัลจะถูกมองว่าเป็นเครื่องหมายของแรงกระตุ้น (Dalley et al., 2011, Olmstead, 2006, Everitt et al., 2008, Winstanley, 2011, Leyton และ Vezina, 2014) เรารู้สึกทึ่งกับข้อสังเกตที่ว่าการใช้ความหุนหันพลันแล่นเกิดขึ้นหลังจากการกระตุ้นตัวเองหลายครั้งเท่านั้น สิ่งนี้ทำให้เกิดความเป็นไปได้ที่การต่อต้านการลงโทษ (และโดยการขยายความเสี่ยงต่อการเสพติด) อาจไม่เกิดขึ้นโดยกำเนิด แต่เกิดขึ้นในช่วงเริ่มต้นของการเสพติด หากเป็นกรณีนี้การแบ่งขั้วที่สังเกตได้โดยเราและคนอื่น ๆ (Deroche-Gamonet et al., 2004) อาจไม่ได้ถูกกำหนดโดยปัจจัยทางพันธุกรรมเพียงอย่างเดียว สิ่งนี้จะอธิบายได้ด้วยว่าส่วนหนึ่งของบุคคลที่คล้ายคลึงกันกลายเป็นสิ่งเสพติดในสายพันธุ์ของหนูที่เป็นเนื้อเดียวกันทางพันธุกรรมและประชากรมนุษย์ที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรมมากขึ้นอย่างแน่นอน

หากการต่อต้านการลงโทษเผยให้เห็นช่องโหว่ของการติดยาเสพติดซึ่งคาดว่าจะอยู่ในระดับสูงสุด 20% ในมนุษย์แม้ว่าจะมีโคเคนก็ตาม (Warner et al., 1995, O'Brien, 1997, George et al., 2014) สัดส่วนที่สูงกว่ามากที่พบที่นี่ สามารถสะท้อนถึงพลังของการกระตุ้นเซลล์ประสาท DA โดยตรงและเลือกได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งการกระตุ้นเซลล์ประสาท DA แบบคัดเลือกอาจทำให้เสพติดได้มากกว่ายาเสพติดใด ๆ สิ่งนี้อาจอธิบายได้จากการไม่เลือกใช้สารทางเภสัชวิทยา ตัวอย่างเช่นในกรณีของโคเคนโมโนเอมีนนอกเหนือจาก DA อาจชะลอการกระตุ้นให้เกิดการเสพติดได้ อันที่จริงเซโรโทนินอาจต่อต้านพฤติกรรมการปรับตัวที่ขึ้นอยู่กับ DA เช่นการตอบสนองต่อรางวัลที่มีเงื่อนไขการกระตุ้นตนเองและการตั้งค่าสถานที่ที่มีเงื่อนไข (Wang et al., 1995, Fletcher and Korth, 1999, Fletcher et al., 2002) โดยอำนวยความสะดวกให้กับสมาคม ของตัวชี้นำต่อสิ่งเร้าที่ไม่ชอบ (Bauer, 2015, Hindi Attar et al., 2012) อีกวิธีหนึ่งความแตกต่างอาจอยู่ในความแตกต่างของจลนศาสตร์ระหว่างการกระตุ้นด้วยตัวเองด้วยแสงและการเหนี่ยวนำทางเภสัชวิทยาของการเพิ่มขึ้นของ DA นอกเซลล์ ความแปรผันของการเสพติด - ฤทธิ์ดังกล่าวอาจมีอยู่ในยาเสพติดประเภทต่างๆ (George et al., 2014)

ในขณะที่เราไม่สามารถแยกความแตกต่างอย่างเป็นทางการในการปล่อย DA และ / หรือการส่งสัญญาณสัมพัทธ์เพื่อสนับสนุนการจัดตั้งการต่อต้านการลงโทษสถานการณ์นี้ไม่น่าเป็นไปได้เนื่องจากการตรวจสอบทางจุลพยาธิวิทยาของการติดเชื้อของสัตว์ที่รวมอยู่ในการศึกษา eYFP-ChR2 การแสดงออกใน VTA ทั้งหมด ยิ่งไปกว่านั้นโปรโตคอลการกระตุ้น optogenetic ที่ออกแบบมาเพื่อปล่อย DA ที่อิ่มตัวนำไปสู่การกระตุ้นตัวเองซึ่งจะส่งผลให้เกิดการกระจายค่าแบบไม่เปลี่ยนแปลงสำหรับจุดแตกหักซึ่งสะท้อนถึงแรงจูงใจจูงใจ

ผลลัพธ์ที่น่าประหลาดใจอีกประการหนึ่งก็คือจำนวนการกระแทกของเท้าด้วยไฟฟ้าสัมพันธ์กับความตื่นเต้นของเซลล์ประสาทใน PL ความตื่นเต้นที่ลดลงของเซลล์ประสาทเสี้ยมและอัตราส่วน AMPAR / NMDAR ที่เพิ่มขึ้นในเซลล์ประสาทเสี้ยมของเซลล์เดียวกันได้รับการสังเกตใน "หนูที่ติดยาเสพติด" แต่การศึกษาเหล่านี้ไม่ได้ควบคุมผลของไฟฟ้าช็อตต่อตัว (Kasanetz et al., 2010, Kasanetz และคณะ, 2013, Chen et al., 2013) ดังนั้นการไม่แยกตัวออกจากกันจึงอาจอธิบายได้จากบทบาทคู่ของ mPFC ทั้งในกระบวนการตัดสินใจและการรวมความกลัว (Peters et al., 2009) สำหรับการสนทนาการเปลี่ยนแปลงความสามารถในการปลุกเร้าของเซลล์ประสาทเสี้ยมในเยื่อหุ้มสมองอินฟราลิมบิกสัมพันธ์กับการกระแทกของเท้า (Santini et al., 2008) หลักฐานนี้ไม่ได้ยกเว้นความเป็นไปได้ที่ mPFC มีบทบาทสำคัญสำหรับการตัดสินใจในการแสวงหาการบริโภค อย่างไรก็ตามการวิเคราะห์ cFos ของเราและการสังเกตความสามารถในการกระตุ้นภายในของเราชี้ไปที่ OFC และ cingulate cortex นอกจากนี้การยับยั้งความสามารถในการกระตุ้นเซลล์ประสาทใน OFC ด้วย DREADD ทำให้ไม่สามารถต้านทานการลงโทษได้ การเชื่อมโยงเชิงสาเหตุนี้แสดงถึงขั้นตอนสำคัญในการทำความเข้าใจกลไกของเซลล์ที่รับผิดชอบในการเปลี่ยนไปสู่การเสพติด จำเป็นต้องมีการศึกษาในอนาคตเพื่อทดสอบว่าสิ่งนี้ใช้ได้กับยาเสพติดทุกประเภทหรือไม่

การค้นพบของเราสอดคล้องกับข้อสังเกตที่ว่าการทำงานผิดปกติของ OFC อาจทำให้เสียค่าใช้จ่ายในการตัดสินใจ (Seo and Lee, 2010, Walton et al., 2010, Fellows, 2011) และอาจผลักดันพฤติกรรมบีบบังคับ (Burguière et al., 2013 ). ในมนุษย์การใช้ยาในทางที่ผิดเกี่ยวข้องกับความบกพร่องในการตัดสินใจและการทำงานของ OFC ที่เปลี่ยนแปลงไป (Lucantonio et al., 2012, Gowin et al., 2013) เมื่อรวมกันแล้วกิจกรรมของเซลล์ประสาท OFC กลายเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับการเปลี่ยนไปใช้ยาบังคับ (Everitt et al., 2007) สิ่งนี้ไม่ได้กีดกันบทบาทของความเป็นพลาสติกที่เกิดจากยาในสารกระตุ้นที่กระตุ้นให้เกิด MSN ที่สังเกตได้ที่นี่และในการศึกษาอื่น ๆ (Kasanetz et al., 2010) เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะประเมินว่าการจัดการโดยมีเป้าหมายเพื่อควบคุมความตื่นเต้นของ OFC ส่งผลต่อแรงจูงใจในผู้ติดยาหรือไม่

ที่นี่เราขอเสนอการกระตุ้นตัวเองของเซลล์ประสาท DA เป็นแบบจำลองที่มีประสิทธิภาพเพื่อศึกษาขั้นตอนที่นำไปสู่การเสพติด เราผลิตซ้ำส่วนประกอบหลักของการติดยาเช่นการกำเริบของโรคซินแนปติกและการบริโภคอย่างต่อเนื่องแม้จะมีผลเสียก็ตาม แม้ว่าแบบจำลองจะไม่เหมาะกับการศึกษาผลเฉพาะของยาที่กำหนด (เช่นเปรียบเทียบ opioid กับ psychostimulants) แต่ก็มีข้อดีหลายประการ ช่วยให้สามารถควบคุมการให้รางวัลได้อย่างแม่นยำโดยเฉพาะการกระตุ้นเฉพาะเซลล์ประสาท VTA DA และสุดท้าย แต่ไม่ท้ายสุดมันให้ความเป็นไปได้ในการศึกษาหนูเป็นเวลานานกว่าการให้ยาด้วยตนเอง โดยมุ่งเน้นไปที่การกำหนดลักษณะทั่วไปของยาเสพติดความหวังคือการคลี่คลายกลไกทางประสาทที่อยู่ภายใต้รูปแบบของการเสพติดที่ไม่ขึ้นกับสารเสพติด (Alavi et al., 2012, Robbins and Clark, 2015) และด้วยเหตุนี้จึงนำไปสู่ทฤษฎีทั่วไปของ โรค. แบบจำลองของโรคออปโตเจเนติกจึงเป็นขั้นตอนที่เด็ดขาดในการทำความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับความผิดปกติของเซลล์ประสาทที่เกี่ยวข้องกับการติดยาในระยะสุดท้ายและจะเป็นแนวทางใหม่ในการรักษาที่มีเหตุผลสำหรับโรคในปัจจุบัน

ผลงานของผู้เขียน  

VP, JT และ AH ดำเนินการทดลองเชิงพฤติกรรมในขณะที่ VP ทำการบันทึกทางอิเล็กโทรวิทยาและประสานการวิเคราะห์ การศึกษาถูกออกแบบและเขียนโดยผู้เขียนทั้งหมด

กิตติกรรมประกาศ  

งานนี้ได้รับการสนับสนุนโดยทุนสนับสนุนจากมูลนิธิแห่งชาติสวิสและเงินช่วยเหลือขั้นสูงของ ERC (MeSSI), Carigest SA, สมาคมวิชาการแห่งเจนีวาและ Fondation Privée des Hopitaux Universitaires de Genève JT เป็นนักเรียน MD-PhD ที่จ่ายโดย Swiss Confederation

 

ข้อมูลเพิ่มเติม 

เอกสาร S1 ขั้นตอนการทดลองเพิ่มเติมและตัวเลข S1 – S6

ตารางที่ S1 การวิเคราะห์ทางสถิติ