Допамін підсилює винагороду, сприяючи стимулюванню збудження в ядрі accumbens (2014)

Вступ

Проекція дофаміну з вентральної тегментальної області (VTA) до NAc є важливою складовою нейронної ланцюга, що сприяє пошуку винагороди (Нікола, 2007). Якщо експериментально знижена функція NAc допаміну, то рідше тварини докладають зусиль для отримання винагороди (Salamone і Correa, 2012) і часто не реагують на підказки, які передбачаютьDi Ciano et al., 2001; Yun et al., 2004; Нікола, 2007, 2010; Сондерс і Робінсон, 2012). Ці дефіцити пов'язані з порушенням специфічної складової пошуку винагороди: збільшується затримка для ініціювання поведінки підходу, тоді як швидкість підходу, здатність знаходити мету і виконувати необхідну операційну поведінку, необхідну для отримання винагороди, і здатності споживання винагороди не впливає (Нікола, 2010). Допамін повинен сприяти підходу, впливаючи на активність нейронів NAc, але природа цього впливу залишається неясною. Великі пропорції нейронів NAc збуджуються або гальмуються підказками (Nicola et al., 2004a; Roitman et al., 2005; Ambroggi et al., 2008, 2011; McGinty et al., 2013), а збудження починаються перед початком поведінки з підходом підходу та прогнозують затримку для ініціювання рухуMcGinty et al., 2013). Отже, ця активність має характеристики, необхідні для дофамінозалежного сигналу, який сприяє вибору підходу, але чи це робити, невідомо.

Нейрони в двох структурах, які посилають глутаматергічні аферента до NAc, BLA та дорсальному медіальному PFC (Brog et al., 1993), схвильовані сигналами прогнозування нагород (Schoenbaum et al., 1998; Ambroggi et al., 2008) і оборотна інактивація будь-якої з цих структур (Ambroggi et al., 2008; Ishikawa et al., 2008) або VTA (Yun et al., 2004) зменшує величину зумовлених збудженими збудженнями в NAc. Ці спостереження дозволяють припустити, що збудження, викликані NAc, викликані глютаматергічними входами, але без допаміну NAc, навіть ці сильні збудливі введення є недостатніми для збільшення вибуху, спричиненого києм. Однак цей висновок є неясним. Багато нейронів NAc гальмуються сигналами (Nicola et al., 2004a; Ambroggi et al., 2011) і невідомо, чи збудження чи гальмування важливіші для активізації поведінки підходу. Крім того, інактивація VTA може зменшити спричинене збудження дискримінаційного стимулювання (DS) за допомогою декількох механізмів, що не залежать від дофаміну: зменшене кодування київ у BLA та PFC, які отримують проекції від VTA (Суонсон, 1982); зменшена стрілянина нейронів GABAergic VTA, які проектуються на NAc (Ван Бокстаель і Пікель, 1995); або зменшене вивільнення глутамату з дофамінергічних нейронів (Stuber et al., 2010). Нарешті, оскільки інактивація VTA знижує не тільки стрільбу, спричинену DS DS, але й поведінку підходу, спричиненого DS (Yun et al., 2004), Збудження DS може бути вторинним, а не необхідною умовою для орієнтованого на ціль руху.

Для прямого тестування ролі допаміну NAc у стрільбі, що викликається києм, ми розробили новий зонд для використання в поведінці гризунів: круговий електродний масив, що оточує центральну ін'єкційну канюлю, що дозволяє одночасно фіксувати активність випалу та інфузію антагоністів рецепторів дофаміну. у позаклітинний простір, що оточує записані нейрони (du Hoffmann та ін., 2011). Таке розташування дозволяє встановити зв’язок між активацією рецепторів дофаміну, випаленням нейронів NAc та поведінкою, яка вимагає нагороди: якщо блокада дофамінових рецепторів NAc гальмує сигнали, викликані києм, та ініціювання наближення, це може забезпечити вагомі докази того, що реакція нейронів залежить від ендогенного дофаміну, і цей сигнал необхідний для поведінки підходу.

Матеріали та методи

Тварини.

П'ятнадцять щурів Лонг-Евана (275 – 300 г по прибуттю) були отримані з річки Чарльз та розміщені окремо. Через тиждень після їх приїзду щурами обробляли 3 d протягом декількох хвилин щодня, щоб звикнути їх до експериментатора. Після звикання щурів поміщали на дієту з обмеженим вмістом 13 г щурячої чаури на добу. Ad libitum їжа була надана для 7 d після операції, після якої тварин було повернуто на обмежений раціон. Процедури на тваринах відповідали керівництву Національного інституту охорони здоров’я щодо догляду та використання лабораторних тварин і були затверджені Інституційним комітетом з догляду та використання тварин з Медичного коледжу Альберта Ейнштейна.

Камери відкриття

Всі експерименти з поведінкою та поведінкові тренування проходили в оргскло камери з оргскла (квадрат 40 см, висота 60 см). Вони були розташовані всередині металевих шаф, які служили клітками Фарадея; шафи були облицьовані акустичною піною, і білий шум постійно відтворювався через спеціалізований динамік для мінімізації чутності зовнішнього шуму всередині камери. Камери відкритих дверей були обладнані посудиною з нагородою на одній стіні з висувними важелями з обох боків від неї. Для вимірювання часу входу та виходу посудини використовували фотопромінь на передній частині посудини. Тимчасова роздільна здатність системи контролю поведінки (Med Associates) становила 1 мс.

Завдання DS.

Тварин готували до виконання завдання DS, дотримуючись процедур, подібних до раніше використовуваних (Nicola et al., 2004a,b; Ambroggi et al., 2008, 2011; Нікола, 2010; McGinty et al., 2013). Було представлено два сигнали по черзі, або DS, що передбачає винагороду, або нейтральний стимул (NS). Слухові сигнали складалися з тону сирени (який змінював частоту від 4 до 8 кГц протягом 400 мс) та переривчастого тону (сигнал 6 кГц включений протягом 40 мс, вимкнений протягом 50 мс); присвоєння певного тону DS або NS було рандомізовано для щурів. Міжвипробувальні інтервали (ITI) були обрані випадковим чином із усіченого експоненціального розподілу із середнім значенням 30 с та максимум 150 с. НС завжди представляли протягом 10 с; натискання важелів під час НС реєструвались, але не мали запрограмованих наслідків. «Активні» та «неактивні» важелі були випадковим чином призначені лівому та правому важелям для кожного щура на початку тренування та не змінювались згодом. Реакція важеля на активному важелі під час DS закінчила кий, і перший наступний вхід у посудину спричинив доставку 10% винагороди із сахарозою в свердловину, розташовану в ємності. Презентації DS, під час яких тварина не реагувала, припинялися через 10 с. Відповіді під час ITI (між презентаціями реплік) та відповіді на неактивному важелі були записані, але не призвели до винагороди. Тварин навчали виконувати завдання DS, поки вони не реагували на> 80% DS та <20% NS на 2 годинах тренувань.

Канульовані масиви мікроелектродів.

Після початкової підготовки щурам імплантували канюльовані мікромашини, що складаються з восьми вольфрамових мікропровідних мікропроводів, що оточують центральну направляючу канюлю мікроін'єкції. Вони були побудовані та встановлені у виготовлені на замовлення мікроприводи, як описано раніше (du Hoffmann та ін., 2011). Повний виток приводного гвинта за годинниковою стрілкою переміщав електроди і канюлю як одиничне вентрально 300 мкм (без обертання зондів), що дозволяє нам записувати з декількох унікальних популяцій нейронів в одну тварину.

Для імплантації канюльованих масивів щурів готували до операції та поміщали в стереотаксичний інструмент, як описано раніше (du Hoffmann та ін., 2011; McGinty et al., 2013). Анестезію індукували та підтримували ізофлураном (0.5 – 3%). Тварини отримували антибіотик (Байтрил) безпосередньо перед операцією та 24 год після операції. Канульовані масиви були імплантовані двосторонньо в дорсальне ядро ​​NAc (1.4 мм спереду та 1.5 мм бічно від брегми та 6.5 мм вентрально від черепа). Електроди та мікроприводи були закріплені до черепа за допомогою кісткових гвинтів та зубного акрилу, а дротяні обтуратори були вставлені в направляючі канюлі, щоб кінці обтураторів були зрівняні з кінцями направляючих канюлей. Після операції шкіру голови обробляли Neo-Predef для запобігання зараження, і тваринам було дозволено 1 тиждень відновлення, перш ніж продовжувати експерименти. Для післяопераційної аналгезії тваринам давали 10 мг / кг нестероїдного протизапального препарату кетопрофен.

Наркотики.

SCH23390 і раклоприд були придбані у Sigma. У тестові дні лікарські засоби готували свіжо, розчиняючи їх у стерильному фізіологічному розчині 0.9%. Препарати вводили у дозах 1.1 мкг SCH233390 у фізіологічному розчині 0.55 мкл на сторону та 6.4 мкг раклоприду в фізіологічному розчині 0.8 мкл на сторону. SCH233390 та раклоприд вливали протягом 12 та 17.5 хв відповідно. У пілотних експериментах ми виявили, що двосторонні вливання раклоприду тривалістю 12 хв мали значні, але минущі ефекти на співвідношення відповіді DS. Таким чином, для продовження ефекту ми збільшили тривалість інфузії раклоприду таким чином, що часовий профіль його фармакологічних ефектів був подібний до дії SCH23390. На сеанс запису (один сеанс на день) робилася лише одна двостороння або одностороння ін'єкція. Усі тварини отримували щонайменше одну двосторонню ін'єкцію одного антагоніста та одну (або кілька) односторонніх ін'єкцій антагоніста. Під час деяких односторонніх експериментів з антагоністами ми паралельно вливали фізіологічний розчин як контрольний засіб, протилежний півкулі, яка отримала антагоніст.

Процедура мікроін'єкції та запису.

Апарат для одночасного мікроін'єкції та запису був описаний раніше (du Hoffmann та ін., 2011). Кабель запису, що веде від головного каскаду, закінчується в 24-канальному електричному комутаторі з центральним отвором (Moog), який передає сигнали в електрофізіологічну систему запису. Два шприци були встановлені в одному шприцевому насосі, розміщеному поза камерою; лінії рідини від шприців приводили до двоканального повороту рідини (лабораторії Instech), встановленого над комутатором. Лінії рідини спускалися з вертлюга через отвір каналу комутатора, проходили вздовж реєструючого кабелю і закінчувались двома мікроінжекторами калібру 33.

Перед сеансом запису мікроінжектори засипали розчином лікарського засобу, а потім вставляли їх у направляючі канюлі тварини. Мікроінжекторні наконечники витягнуті на 0.5 мм за напрямні канюлі так, щоб кінчик мікроінжектора знаходився нижче кінчиків електродів та на ~ 670 мкм від центру кожного електрода. Перед заповненням лікарським засобом рідини та мікроінжектори заповнювали мінеральним маслом, а рівень масляно-водної поверхні розділяли для полегшення Постфактум підтвердження того, що препарат вводили. Нарешті, головну стадію підключили до тварини, а лінії рідини були міцно закріплені на записувальному кабелі, щоб утримувати мікроінжектори на місці протягом тривалості експерименту. Тваринам, підготовленим таким чином, було дозволено виконувати завдання DS протягом базового періоду не менше 45 хв, протягом якого реєстрували нейронну активність; потім насос шприца був увімкнений дистанційно для вливання наркотиків у мозок. Ін'єкція не вимагала поводження з твариною або відкривання дверей камери, і поведінковий сеанс тривав безперебійно протягом базового періоду, періоду вливання та післяінфузії.

Сигнали нейронної напруги записували за допомогою підсилювача головного ступеня (коефіцієнт посилення єдності), посиленого 10,000 разів та оцифровували за допомогою комерційного обладнання та програмного забезпечення (Plexon). Ми записували від нейронів 379 у сеансах запису / ін’єкції 38 у щурів 15. З сеансів 38 7 були відкинуті через погану поведінку протягом базового періоду передін'єкції або через те, що жодні нейрони не могли бути надійно виділені. Таким чином, наш нейронний аналіз зосередився на сеансах запису / ін’єкції 31, в яких ми записували від добре відокремлених нейронів 322 у щурів 12. Після кожного сеансу запису / ін'єкції мікроприводу, що несе електродні масиви, було вдосконалено ∼150 мкм (половина обороту гвинта мікроприводу) для переміщення електродів вентрально для запису з нової сукупності нейронів. Якщо мало (або немає) нейронів спостерігалося, масив просувався через день, поки не були виявлені нейрони.

Аналіз.

Дані були поділені на періоди передін'єкційного, післяін'єкційного та відновлення, які визначалися відповідно як хв 45 до вливання антагоністів, хв 40, що починається з кінця ін'єкції, і останні хв хв (33 с) кожен сеанс (який тривав загалом 2000 – 2 год). Період ін’єкційного введення відповідає часу, протягом якого препарати мають найбільший поведінковий ефект при двосторонньому введенні (Рис. 1C).

 

Малюнок 1.

Вплив антагоністів рецепторів дофаміну на поведінку підходу DS. A, Схема завдання DS. B, Середній (крапка) та середній квартіль (вертикальні лінії) співвідношення DS (помаранчевий) та NS (синій) у період передін'єкції для всіх сеансів поведінки ...

Виділення окремих одиниць проводили в автономному режимі за допомогою офлайн-сортувача (Plexon), використовуючи аналіз основних компонентів. У подальші аналізи були включені лише одиниці з чітко визначеними формами хвиль (> 100 мкВ), які чітко відрізнялися від рівня шуму (<20-50 мкВ). Розподіли інтервалів між спайками та перехресні корелограми використовувались для забезпечення того, щоб одиниці були добре ізольовані одна від одної та від фонових шумів (програмне забезпечення Neural Explorer; Nex-Tech). Мітки часу перевірених стрибків аналізували за допомогою спеціальних процедур у програмному середовищі R. Гістограми перістимульного часу, побудовані навколо DS і NS, у відрізках часу 50 мс, використовувались для кількісної оцінки та виявлення збуджених сигналів збудження в Фігури 2A, , 3,3, , 4,4, , 55A, , 66A, , 77A, , 88A та І1010A – C. Щоб визначити, чи виявляв нейрон значне збудження, викликане DS, функцію розподілу ймовірності Пуассона обчислювали за базовий період 10 перед кожною києю. Нейрон вважався DS збудженим, якщо він демонстрував середню кількість спайових частот вище верхнього довірчого інтервалу 99% розподілу швидкості випалу базової лінії в одному або декількох відсіках 50 мс між 50 та 200 мс після настання киї. Для нейронів зі значним збудженням, викликаним DS, у базовий період перед ін'єкцією, середній показник швидкості випалу у відсіках 50 мс, зафіксований на початку DS та NS, був отриманий для кожного періоду в кожному сеансі, а середній та середній (Фіг. 2C – E, , 55A, , 66A, , 77A, , 88A, , 1010B,C) порівнювали коефіцієнти вистрілу через нейрони. Оскільки нейрони зі статистично виявленим збудженням НС майже незмінно також були збуджені ДС [не показано, але повідомлялося раніше (Ambroggi et al., 2011)], ми проаналізували відповіді НС на всі нейрони зі значною реакцією DS. Якщо не зазначено інше, усі статистичні порівняння, що використовуються в тестах рангової суми неврона Вілкоксона.

 

Малюнок 2.

Збудження, викликані DS, передбачають подальшу поведінку, яка шукає винагороди, і кодують близькість до важеля. A, Середні гістограми періоду часу передін'єкційного періоду, приведені у відповідність до початку DS (помаранчевий слід) або NS (синій слід) для нейронів 145 зі значним збудливим ефектом ...

 

Малюнок 3.

Приклад нейронів показує, що антагоністи D1 і D2 зменшують збудження, викликане DS. Растрові та відповідні гістограми показують вистріл чотирьох різних збуджених DS нейронів, прирівняних до настання DS. Дані з останніх випробувань 40 безпосередньо перед початком ...

 

Малюнок 4.

Вплив двостороннього введення антагоніста дофаміну на збудження, спричинене випробуванням, прогнозує поведінкові ефекти на основі ознайомлення. A, C, Пробний аналіз нейронального кодування латентності щура для досягнення важеля для тих самих нейронів, показаних ...

 

Малюнок 5.

Активація D1-рецепторів необхідна для збудження, викликаного DS. A, Гістограми часу Peri-події, приведені у відповідь на початок DS для нейронів зі значним збудженням DS, викликаного в період передін'єкції. Сліди та хмари вказують на середній показник швидкості стрільби ± SEM ...

 

Малюнок 6.

Активація D2-рецепторів необхідна для збудження, викликаного DS. A, Гістограми часу Peri-події, приведені в дію DS для нейронів зі значним збудженням DS, викликаного періодом до введення раклоприду. Двигуни, викликані DS, були зменшені двосторонніми ...

 

Малюнок 7.

Активація D1 рецепторів не потрібна для збудження, викликаного NS. A, Гістограми часу Пері-події, прирівняні до виникнення НС для нейронів зі значним збудженням, викликаним DS, у період передін'єкції. Ці популяції повністю перетинаються, таким чином, однакові нейрони ...

 

Малюнок 8.

Активація D2-рецепторів необхідна для збудження, спричиненого NS. A, Гістограми часу Пері-події, прирівняні до виникнення НС для нейронів зі значним збудженням, викликаним DS, у період передін'єкції. НС збудження знижувалося в двосторонніх і іпсилатеральних умовах ...

 

Малюнок 10.

Інфузія фізіологічного розчину не впливає на збудження, викликане DS або NS, і не потрібно активувати D1 або D2 рецептори для підтримки базових швидкостей випалу. A, Одиничний нейрон, збуджений DS, зафіксований під час фізіологічної інфузії. Конвенції ідентичні тим ...

для малюнок 4, ми визначили, чи були ефекти двостороннього введення антагоністів на затримку досягнення важеля корельованими з ефектами антагоністів на величину збудження, викликаного DS, на основі спроб. По-перше, ми розрахували середню швидкість стрільби від 100 до 400 мс після початку DS у кожному дослідженні для всіх записаних нейронів, які виявляли значне збудження DS перед двосторонньою інфузією антагоністів. Далі, для кожного нейрона ми розрахували коефіцієнт рангової кореляції Спірмена, порівнюючи величину збудження, викликаного DS, і затримку щура на досягнення важеля у відповідних випробуваннях. Ці співвідношення були побудовані на гістограмах у малюнок 4B,D. Всі випробування DS були включені в цей аналіз; якщо тварина не натискала на важіль, для цього випробування було призначено затримку 10 s (максимальна тривалість подання киї). Ми обчислили ці коефіцієнти кореляції для періоду попереднього введення, як визначено вище; ми продовжили період післяін'єкції за допомогою 1000 s для отримання більш широкої вибірки затримок під час випробувань, на які тварини відповідали після двосторонньої інфузії. Для оцінки значущості індивідуальних кореляцій ми використовували двосхилий асимптотик t-приближення, тому що точне p значення не можна обчислити, коли в даних про ранги є зв'язки. Потім ми використовували парні тести Вілкоксона для порівняння медіанів розподілу коефіцієнтів кореляції до та після вливання антагоніста.

Оскільки нейрони NAc мають низький вихідний коефіцієнт вистрілу з нижчими межами довірчого інтервалу, що часто охоплює нуль, гальмування виявити набагато складніше, ніж кількісне збудження. Таким чином, крім описаної вище процедури, яка застосовувалася для виявлення збудження, ми також використовували аналіз експлуатаційних характеристик приймача (ROC), більш чутливий метод, для кількісної оцінки ймовірності того, що швидкість стрільби в послідовних відсіках часу 50 мс після настання сигналу відрізнявся від швидкості вистрілу в базовій лінії 10 s. Цей аналіз проводили окремо у періоди передін'єкції та післяін'єкції. Для кожного контейнера ми обчислили площу під кривою ROC (AUC); Значення AUC 0.5 не вказують на різницю від попередньої стрільби, тоді як значення, наближені до 0 або 1, вказують на більшу ймовірність того, що нейрон гальмується або порушується відповідно. Для неупередженого зображення нейронної активності після закінчення всієї сукупності зафіксованих нейронів, швидкості випалу та значень AUC були обчислені для 50 мс; щоб згладити дані, бункери були розширені 10 мс для послідовних обчислень AUC. Згладжені значення AUC потім були побудовані як теплові карти з роздільною здатністю 10 мс (кожне значення, що представляє AUC у наступному 50 мс) у Фігури 5B, , 66B, , 77B, , 88B та І1010D,E.

Далі ми кількісно визначили, чи значення AUC, розраховані в не перекриваючихся бункерах 50 мс, відображають значну різницю у стрільбі. Для кожного смітника ми спочатку генерували 10,000 завантажених значень AUC із випадкових перетасовок базової швидкості стрільби та швидкості стрільби у відповідному сміттєвому контейнері. Потім ми визначили двосторонню ймовірність того, що фактичне значення AUC було отримано з розподілу завантажених значень; якщо ймовірність була <0.05, ми вважали, що стрільба в смітник значно відрізняється від базової лінії попередження. Нарешті, ми підрахували кількість нейронів із швидкістю стрільби в кожному бункері, яка була значно більшою або меншою за базовий рівень стрільби, і побудували ці значення як частки від загальної сукупності (Фіг. 5C, , 66C, , 77C, , 88C, , 99B,D, , 1010F,G).

 

Малюнок 9.

Нейральна активність, вирівняна для введення в посудину, не впливає на іпсилатеральне або контралатеральне введення антагоніста D1 або D2. A, C, Значення RUC AUC обчислюються та відображаються, як описано в малюнок 5B, за винятком того, що часові відрізки довші (200 мс) та вирівняні ...

Для порівняння пропорцій нейронів, збуджених або гальмованих у періоди передін'єкції та післяін'єкції, ми використовували підхід до зменшення даних. По-перше, ми обчислили частку відрізків 50 мс між 0 і 1 s після настання киї, в якому кожен нейрон виявляв значне збудження або гальмування. Далі ми порівняли ці фракції в періодах передін'єкції та післяін'єкції з парним тестом Вілкоксона. Нейрони, які не виявляли значної модуляції в жодному відрі, як в періоди передін'єкції, так і після ін'єкцій, були виключені з цього аналізу і не були включені до графіків, що показують серединну частку значних бункерів (крапкові та вусикові ділянки з правого боку кожної частини в Фіг. 5C, , 66C, , 77C, , 88C, , 1010F,G). Ця процедура усунула вплив великої популяції нейронів без різниці в активності між вікном після DS і базовим рівнем перед DS; ця популяція представляє малий інтерес, але вона сприяє великій кількості нульових значень, які зміщують середню кількість значущих бункерів у бік 0 і неясними як зменшуються, так і збільшуються на частку значних бункерів після вливання.

Подібні аналізи проводились для випалу, пов’язаного зі споживанням, що відбувся після входу в посудину з винагородою. Тварини, як правило, залишались у ємності більше 5 с; тому, щоб зафіксувати ці відносно великі проміжки часу, ми показуємо результати, використовуючи 200 мс біни (Рис. 9). Час вікна для порівняння пропорцій нейронів, які були порушені в періоди передін'єкції та післяін'єкції, становив від 0 до 1.5 s, тоді як для інгібування - від 0 до 5 s; для збудження було використано коротше вікно аналізу, оскільки вони були більш швидкоплинні. ROC-аналізи проводились на високоефективних обчислювальних кластерах Альберта Ейнштейна, використовуючи пакет pROC для Р.

Для порівняння "базових" швидкостей стрільби, що виникають поза подіями завдання, ми порівняли середню швидкість стрільби в бункерах 10 с перед кожною попередньою ін'єкцією та післяін'єкцією антагоністів. Ця процедура є функціонально еквівалентною випадковій вибірці базових швидкостей стрільби, оскільки ДС представлені майже з рівною ймовірністю в будь-який час під час сеансу поведінки. Нейрони були класифіковані як такі, що виявляють значне збудження, спричинене DS (до вливання наркотиків), або ні, і тоді початкові швидкості випалу в періоди передін'єкції та післяін'єкції порівнювались у цих групах з парним тестом Вілкоксона (Рис. 10H,I). Ми також виконали лінійне пристосування для збуджених DS нейронів і порівняли нахил цієї лінії з лінією єдності (нахилом 1).

Якщо було проведено кілька порівнянь на підмножинах даних, які надходили від однієї теми (Фіг. 2C – E, , 55A,C, , 66A,C, , 77A,C, , 88A,C, , 99B,D, , 1010B,C,F,G), p значення коригували Бонферроні; тобто p Значення було помножено на кількість проведених порівнянь. Виправлено p значення вважалися значущими, якщо p <0.05. Усі виправлення були зроблені з коефіцієнтом 3, крім малюнок 2C – E, у якому коефіцієнт був 2.

Відстеження відео

У підгрупі експериментів положення щура вимірювали за допомогою верхньої камери (30 кадрів / с) та комп’ютеризованої системи відстеження (Cineplex; Plexon). Система відстежувала x та y положення двох світлодіодних кольорів різного кольору, прикріплених до студії запису. Як було описано раніше (McGinty et al., 2013), ми розрахували центроїд, який описує центральну точку між положеннями світлодіодів для кожного відеокадру. Відсутні точки даних до 10 послідовних кадрів заповнювались лінійною інтерполяцією; у рідкісних випадках, коли бракувало> 10 кадрів, дані відкидались. Для кожного відеокадру ми розрахували SD відстаней між положенням центроїда в цьому кадрі та в часовому вікні ± 200 мс. Ці вимірювання SD складають руховий індекс (LI) для цього кадру відео. Трансформовані в журнал LI були бімодально розподілені, причому нижній пік представляв епохи незначного руху або взагалі не рухався, а верхній пік відображав рух (Drai та ін., 2000). Потім ми підходили дві функції Гаусса до розподілу LI і визначали поріг руху як точку, де ці функції перекриваються найменше.

Рухи визначалися як мінімум вісім послідовних кадрів з LI, що перевищують поріг опорно-рухового апарату. Щоб визначити час настання руху, ми обмежили аналіз на випробуваннях DS, в яких тварина все ще знаходилось в кінці, а потім обчислили затримку між наступом киї та першим кадром, в якому LI перевищив поріг руху (Фіг. 1D – F, , 22B,D). Якщо під час випробування не було виміряно помітного руху, затримка цього випробування визначалася як> 10 с (тривалість подання репліки, Рис. 1D). Аналогічні результати були отримані, коли такі випробування були виключені з аналізу (дані не показані). Розподіл затримок руху, орієнтованих на DS, потім об'єднувались на щурів, а медіанів порівнювали з тестом Вілкоксона. Для кількісної оцінки затримки до максимальної швидкості та середньої швидкості рухів, орієнтованих на важіль DS, ми використовували всі випробування, які закінчувалися натисканням на важіль, навіть якщо щур рухався при наступі DS (Рис. 1E,F).

Гістологія.

Тварин глибоко знеболювали Еутасолом та інтракардіально перфузували фізіологічним розчином та 4% формаліном. Прямий струм (15 мкА) пропускався через кожен з електродів у масивах for30 s для генерації уражень. Мізки видаляли і зберігали у формаліні до їх переробки. Перед розрізанням кріостатом мізки кріозахищали зануренням у сахарозу 30% протягом декількох днів. Зрізи (50 мкм) фарбували для речовини Nissl для візуалізації слідів і уражень канюлі та електродів (Рис. 11).

 

Малюнок 11.

Гістологічна реконструкція місць ін'єкції антагоніста. На малюнку зображено два корональних відділи мозку щурів, які охоплюють більшість передньо-заднього ступеня NAc (0.8 мм – 2.8 мм спереду від брегми). Чорні точки являють собою ...

результати

Ми представили щурів з двома слуховими подразниками з різними інтервалами, що становлять середню величину 30 s: DS, що прогнозує винагороду та NS (Рис. 1A; Nicola et al., 2004a,b; Ambroggi et al., 2008, 2011; McGinty et al., 2013). Прес-важіль під час DS припиняв дію, і при введенні в посудину з винагородою подавали крапельку сахарози; якщо тварини не реагували протягом 10 с, кию припиняли без доставки винагороди і починався міжтеріальний інтервал. Відповіді протягом цього інтервалу та протягом НС не мали програмованих наслідків. NS завжди були 10 s. Треновані тварини, які відповідали на більшість ДС, але мало НС (Рис. 1B), були імплантовані канульованими масивами, націленими на ядро ​​NAc. Під час експериментів тварини спочатку виконували завдання протягом періоду попереднього введення 45 хв, протягом якого реєстрували нейронну активність NAc. Далі, антагоніст рецептора D1 SCH23390 або раклоприд антагоніста D2 / 3 вливали двосторонньо або в односторонньому порядку в NAc; тварини залишалися в камері з діями непередбачуваних дій протягом усієї інфузії та протягом принаймні 75 хв після цього.

Відповідно до попередніх досліджень (Yun et al., 2004; Нікола, 2010), двосторонні вливання будь-якого антагоніста в ядро ​​NAc значно зменшили частку ДС, на яку тварина реагувала (Рис. 1C, темно-сірі сліди) та збільшена затримка для ініціювання руху, виміряного за відстеженням відео у підмножині сеансів (Рис. 1D, сірі штрихові сліди). Навпаки, односторонні вливання одних і тих же доз не впливали на коефіцієнт відповіді DS (Рис. 1C, світло-сірі сліди), затримка для ініціювання руху після настання DS (Рис. 1D, штрихові світло-оранжеві сліди) та затримка для досягнення важеля чи швидкості руху під час підходу до важеля (Рис. 1E,F). Ці поведінкові дані демонструють, що допамін NAc в одній півкулі достатній для підтримки поведінки, навіть якщо блокада D1 або D2 / 3 рецепторів в обох півкулях сильно погіршує реакцію. Ця дисоціація пропонує критичну експериментальну перевагу, оскільки дозволяє перевірити вплив антагоністів дофаміну на нервову активність, коли поведінка порушена (двостороння ін'єкція) та коли її немає (одностороння ін'єкція), тим самим виключаючи потенційну плутанину, що спостерігаються будь-які зміни в нервовій активності після вливання антагоніста є вторинними щодо змін у поведінці.

Ми записували від нейронів 322 NAc у сеансах запису / ін’єкції 31 у щурів 12. Приблизно 45% зареєстрованих нейронів було значно збуджено за допомогою презентації DS. Ці хвилювання проявляли властивості, аналогічні тим, про які повідомлялося раніше (Yun et al., 2004; Nicola et al., 2004a; Ambroggi et al., 2011; McGinty et al., 2013; Моррісон та Нікола, 2014): вони були більшими, ніж ті, що викликали НС (Рис. 2A); вони почалися з короткою затримкою після настання киї (∼120 мс) і сталися перед початком руху, орієнтованого на важіль (Рис. 2B); і їх величина була пов'язана з вірогідністю поведінкової реакції, затримкою ініціювання руху та близькістю до важеля (McGinty et al., 2013; Рис. 2C – E).

Двостороння інфузія або антагоніста D1or D2 / D3 викликала різке зменшення величини збудження, викликаного DS. Як показано в двох прикладах нейронів (Рис. 3A,C), цей ефект виявився найбільш вираженим у хвилини одразу після вливання, що відповідає максимальному зменшенню поведінки підходу, спричиненого викликом, спричиненим ін'єкціями (Рис. 3A,C, сині растри та гістограми). Коли поведінковий ефект відновився, реакція стрільби також відновилася (Рис. 3A,C, чорні растри та гістограми). Ця закономірність результатів була узгоджена для нейронів, що збуджуються у киї (Фіг. 5A, , 66A, Двосторонні гістограми та графіки вусів). Підтримуючи гіпотезу про те, що ці збудження задають енергію руху важеля наближення, величина збуджуваного за допомогою сигналу протягом періоду попереднього введення передбачала затримку тварини досягти важеля (Рис. 4A,C, зліва). Після двостороннього введення антагоніста D1 або D2 ці затримки помітно зміщувалися до більш високих значень, часто настільки високих, що взагалі не було відповіді в рамках презентації 10 s (Рис. 4A,C, лівий і правий розподіли затримки). Вражаюче, що навіть якщо антагоністи зменшували стрільбу з київ, воно продовжувало передбачати енергійність поведінкової реакції у періоди післяін'єкції та відновлення (Рис. 4A,C, праві растрові сюжети). Це спостереження вказує на те, що поведінковий та нейронний вплив препарату корелювались на основі експерименту: чим більше зменшення стрільби, спричиненої антагоністом дофаміну, тим більша затримка до досягнення важеля і нижча ймовірність того, що тварина взагалі дотягнулася до важеля.

Щоб оцінити послідовність цього співвідношення пробного випробування, ми обчислили для кожного нейрона, що збуджується за допомогою київ, рангову кореляцію Спірмена між величиною збудження та затримкою натискання важеля. Ми призначили затримку 10 s на випробування, в яких не було відповіді; Тому затримка в цих випробуваннях була встановлена ​​на найвищому рівні. (Подібні результати були отримані, якщо випробування без відповіді на важіль DS не були опущені з аналізу; дані не показані.) Коли ми порівнювали коефіцієнти кореляції в період передін'єкції з показниками у комбінованому періоді післяін'єкційного / відновлення, ми виявили, що майже всі коефіцієнтів були негативними в обох періодах. Більше того, антагоністи або не мали істотного впливу на серединний коефіцієнт, або змістили розподіл у бік ще більше негативних значень (Рис. 4B,D). Отже, популяція нейронів, збуджених кий, не тільки надійно передбачає затримку поведінкової реакції, але і збільшення затримки відповіді, спричинене антагоністом у даному дослідженні, надійно прогнозується внаслідок впливу антагоніста на збуджене кий збудження в цьому дослідженні. Ці результати дають вагомі докази причинно-наслідкової ролі ендогенного дофаміну у встановленні енергії реакції, яка прагне винагороди на кий: дофамін посилює збуджене збудження нейронів NAc, що, в свою чергу, спричинює короткочасний підхід до важеля.

Альтернативною інтерпретацією цих результатів є те, що зменшене збуджене збудження є наслідком зменшеної поведінкової реакції - можливо, тому, що збудження лише відслідковує (або передбачає) поведінкову реакцію, але не є причиною до неї. Якби це було так, то застосування антагоністів таким чином, що вони не впливають на поведінку, не повинно спричиняти зменшеного збудженого збудження. Однак, як показано в двох прикладах нейронів (Рис. 3B,D), одностороння ін'єкція або антагоніста D1or D2 / D3 помітно знизила величину викличеного києм збудження, навіть якщо односторонні ін'єкції не змінили поведінкових показників. Подібні результати були отримані при усередненні через викликані києм збудження, зафіксованими у введеному NAc (Фіг. 5A, , 66A, Іпсилатеральні гістограми); окрім того, середні дані показують, що збудження в нейронах, зареєстрованих у киї, зафіксованими в контрацепції NAc, протилежному ін'єкції, не впливали (Фіг. 5A, , 66A, Контралатеральні гістограми). Щоб виключити можливість того, що зменшення збудження, спричинене киснем, іпсилатеральне до ін'єкцій, було пов’язане з невеликими різницями у ймовірності поведінкової реакції, ми повторили аналіз після виключення всіх випробувань, в яких тварина не робило жодної важільної відповіді на натиск; були отримані подібні результати (дані не показані; p <0.05 як для антагоністів D1, так і D2, Wilcoxon). Ці результати вказують на те, що індуковане антагоністом зниження збудженого за допомогою репліки навряд чи буде наслідком порушення поведінкової діяльності.

Хоча часові властивості збудженого києм збудження були досить схожими для нейронів, гальмування після настання киї були більш різноманітними, як правило, проявляючи пізніше настання та менші стереотипні часові ходи, ніж збудження (Фіг. 5B, , 66B). Аналізи гальмувань (і, в деякій мірі, збудження), які фокусуються на одному часовому вікні, можуть, таким чином, пропустити значну частину сигналу. Крім того, стандартні методи статистичного виявлення не можуть послідовно ідентифікувати зниження від дуже низьких показників базальної стрільби, у тому числі для багатьох нейронів NAc. Щоб обійти ці проблеми, ми застосували більш інклюзивний підхід, в якому ми кількісно визначили, для відсіків часу після закінчення 50 мс у кожному записаному нейроні, ROC AUC, що представляє різницю між вистріленням у бункері та базовою лінією попереднього попередження. Теплові карти значень AUC у відрізках часу, приведених у відповідність до DS (Фіг. 5B, , 66B) продемонструють, що зменшення збудження, викликаного DS, після двосторонніх та іпсилатеральних (але не контралатеральних) ін'єкцій антагоністів D1 та D2 було виражене майже у кожному порушеному нейроном нейроні та відбувалося протягом усього часу збудження. Навпаки, гальмування після появи ДС не зменшувалося. Для кількісної оцінки цих ефектів ми визначили, чи кожне значення AUC вказує на істотну відмінність від базової лінії, обчислюючи завантажене p значення, що представляє ймовірність того, що AUC була відібрана від розподілу AUC, що генерується на основі випадкових перетасованих базових ліній та швидкості випалу відстійника (див. Матеріали та Методи). Як показано графіками частки нейронів, що виявляють значну (p <0.05) збудження або гальмування в кожному контейнері, вирівняному до початку DS (Фіг. 5C, , 66C, ліві графіки в кожній колонці), частка збудження, але не гальмування, зменшувалася двосторонніми та іпсилатеральними ін'єкціями антагоністів. Ця інтерпретація була підтверджена статистично порівнянням пропорцій значно збуджених та загальмованих бункерів у всьому вікні пост-DS 1 (Фіг. 5C, , 66C, крапкові сюжети). Таким чином, збудження після настання DS зменшувалось за допомогою ін'єкції антагоніста D1 та D2, але гальмування не було.

Дійсно, кількість нейронів, що демонструють значне гальмування, збільшувалася після деяких видів ін’єкцій (Фіг. 5B,C, , 66B,C). Ці інгібування, що виникають, навряд чи сприяли поведінковим ефектам двосторонніх вливань антагоністів, оскільки вони не були послідовними (наприклад, вони відбулися після двосторонньої та контралатеральної, але не іпсилатеральної ін'єкції антагоніста D1 та після іпсилатеральної, але не двосторонньої ін'єкції антагоніста D2) і тому вони не пояснюють поведінкових ефектів антагоністів. Крім того, ці пізні гальмування були найбільш помітними ∼600 мс після початку DS, час, коли в контрольному стані вже було ініційовано ∼50% поведінки, орієнтованої на ціль (Рис. 2B). Отже, малоймовірно, що виникаючі гальмування сприяли збільшенню затримки ініціації підходу або зменшення ймовірності відповіді, викликаного антагоністом. Вражаюче, що більшість інгібіторів виникають у нейронах, збуджених DS, як правило, наприкінці збудження (двосторонній антагоніст D1: нейрони нейрон 14 / 17, 82%; іпсилатеральний антагоніст D2: нейрони нейронів 11 / 16, 69%; Фіг. 5B,C, , 66B,C), узгоджуючись з можливістю, що вони були замасковані зменшенням збудливої ​​відповіді, спричиненим антагоністом, та підтримкою гіпотези про те, що випалення збуджених ДС нейронів є причиною ініціації поведінки підходу.

Презентації NS, які рідко викликають відповіді на натиск важеля (Рис. 1B), викликало невелике, але послідовне збудження в тих же нейронах, що були збуджені DS (Рис. 2A). Дивно, але збудження, спричинене NS, не було зменшено антагоністом D1, ні за величиною (Рис. 7A) або в кількості збуджених нейронів (Рис. 7B,C). На відміну від цього, введення антагоніста D2 зменшило як величину, так і кількість збуджених NS-збудження (Рис. 8). Інгібування, спричинені NS, не знижувались ні антагоністом (Фіг. 7B,C, , 88B,C). Отже, за цих умов активація D1-рецепторів необхідна для нейронів NAc, щоб виробляти збудження великої величини у відповідь на яскраві стимули, що прогнозують нагороду, тоді як активація рецепторів D2 необхідна для відповідей як на прогнозовані нагороди, так і на нейтральні стимули.

Ми розглядали можливість того, що зниження поведінки, що шукає винагороди після двосторонніх вливань, може бути наслідком переривання нейронного процесу, пов'язаного з підсиленням, або гедонічної обробки винагороди. Такі процеси можуть включати субпопуляції нейронів NAc, які гальмуються або збуджуються під час споживання сахарози (Нікола та ін., 2004b; Roitman et al., 2005; Таха і поля, 2005). Оскільки тварини продовжували отримувати винагороду після односторонньої інфузії антагоністів, ми змогли визначити, чи залежить активність нейронів, пов’язана із споживанням винагороди, від активації рецепторів дофаміну. Ми досліджували стрільбу протягом 5 с після входу тварини в посудину для винагороди - проміжок часу, протягом якого зазвичай відбувається споживання винагороди (Нікола, 2010). Використовуючи ROC-аналіз, ми порівняли стрілянину у скриньках 200 мс у цьому вікні із базовою лінією попереднього попередження 10; Теплові карти отриманих значень AUC показують незначний ефект введення антагоніста або іпсилатерально, або контралатерально ін'єкції (Рис. 9A,C). На пропорції збуджених та гальмованих нейронів антагоністи не впливали (Рис. 9B,D), наполегливо припускаючи, що збудження та гальмування, пов'язані із споживанням, не залежать від дофаміну. Аналогічні результати були отримані, коли ми проводили той же аналіз, використовуючи 50 ms bins (дані не показані).

Щоб виключити можливість того, що спостережувані результати були зумовлені якимось фактором, відмінним від антагоніста (наприклад, фізичним порушенням, спричиненим ін'єкцією або деяким компонентом лікарського засобу), в деяких експериментах ми вводили фізіологічний розчин Як показано на прикладі нейрона (Рис. 10A) і середнім збудженням через нейронних київ (Рис. 10B) Збудження, викликані DS, не були змінені введенням фізіологічного розчину; Збудження, спричинені NS, також не впливали (Рис. 10C). Більше того, ін'єкція фізіологічного розчину не впливала на пропорції нейронів, що виявляли значне збудження та гальмування після настання DS або NS (Рис. 10D – G).

Нарешті, ми поцікавились, чи може активація дофамінових рецепторів для дозволеної поведінки, сприяючи базовій швидкості випалу нейронів NAc. Не узгоджується з цією гіпотезою, не було суттєвого впливу ні антагоніста D1, ні D2 на вихідні швидкості випалу або збуджених DS, або інших нейронів NAc (Рис. 10H,I).

Обговорення

Ці висновки підказують механізм, завдяки якому допамін NAc сприяє поведінці, яка шукає винагороди, спричиненій стимулами навколишнього середовища: активація рецепторів дофаміну полегшує збудження, спричинене києм, що, в свою чергу, сприяє короткочасній ініціації підходу до об'єктів, пов’язаних із винагородою. Цей висновок сильно підтверджується спостереженням, що двостороннє введення антагоніста дофаміну одночасно збільшувало затримку для ініціювання руху (Рис. 1D) і зменшила величину викликаних київ збуджень (Фіг. 33​-6). Знижене збудження, викликане києм, не могло бути наслідком порушення поведінки, оскільки односторонні ін'єкції не змінили поведінку, спричинену ДС (Рис. 1C – F), але при цьому глибоко зменшено збудження, викликане DS, в ін'єкційній тканині (Фіг. 3B,D, , 5,5, , 6) .6). Ці збудження були переважаючою нейронною реакцією в NAc (виникали в 45% зафіксованих нейронів), і вони обоє передували наступу руху (Рис. 2B) та передбачувана затримка руху з більшою стрільбою на випробуваннях із меншою затримкою (Рис. 2D) (McGinty et al., 2013; Моррісон та Нікола, 2014). Таким чином, збуджене києм збудження залежить як від дофаміну, так і необхідне для енергійного пошуку винагороди.

Наші результати демонструють, що збуджене києм збудження та жодна інша форма нейронної активності в NAc, ймовірно, є критичним сигналом в нейронному ланцюзі, що встановлює затримку рухів, спрямованих на ціль. Цей висновок випливає із спостереження, що антагоністи зменшували випромінювання, спричинене києм, не зменшуючи гальмування, викликаного києм, винагороду, пов'язану із споживанням винагороди, або швидкості випалу. Крім того, випробування, в яких двосторонні ін'єкції антагоністів були найбільш ефективними для зменшення збудження, були ті, в яких вони викликали найбільше порушення поведінки (Рис. 4), рішуче аргументуючи можливість того, що деякі інші не виявлені зміни в кодуванні нейронів були відповідальними за поведінкові ефекти. Отже, наші дані міцно пов'язують активацію дофамінових рецепторів у NAc, величину збуджуваного сигналу та затримку тварини ініціювати пошук винагороди.

Попередня робота показала, що інактивація VTA, що зменшує збудження та гальмування NAc, викликаних накипом, також заважає тваринам проявляти поведінку підходу (Yun et al., 2004). Однак це дослідження не виключило можливості того, що ці зміни були наслідком непрямого контуру. Тут ми демонструємо, що дофамінові рецептори, локальні для зареєстрованих нейронів, необхідні для викликаного збудження, усуваючи ймовірність того, що ефекти антагоніста обумовлені дією дофаміну вгору від NAc. На противагу цьому, навіть незважаючи на те, що спричинені гальмуванням гальмування були зменшені шляхом інактивації VTA (Yun et al., 2004), вони не були зменшені місцевою ін'єкцією антагоніста дофаміну, і тому ці гальмування навряд чи будуть наслідком прямої дії дофаміну в межах NAc.

Вплив антагоністів D1 і D2 як на поведінку підходу, викликаного DS, так і на DS-викликане вистрілення були надзвичайно схожими. Ці спостереження узгоджуються з довгим рядом експериментів з мікроін'єкцією NAc, в яких антагоністи D1 та D2 виробляли майже невідмінні поведінкові ефекти у дозах, подібних до наших (Hiroi і White, 1991; Озер та ін., 1997; Koch et al., 2000; Ейлер та ін., 2006; Pezze et al., 2007; Лекс і Хаубер, 2008; Ляо, 2008; Нікола, 2010; Shin et al., 2010; Haghparast та ін., 2012). Ці результати разом з контрастом між концентрацією антагоніста в ін'єктаті, необхідною для спостереження за ефектами (мм), і спорідненістю лікарських засобів до їх мішеней (нм), ставлять під сумнів, чи специфічні ефекти препарату. Хоча ефективна концентрація в рецепторі, ймовірно, буде значно нижчою, ніж введена концентрація через дифузію, метаболізм та окислення лікарських препаратів, комбінована ефективність та часовий хід цих процесів невідомі. Отже, одна формальна можливість полягає в тому, що і поведінкові, і електрофізіологічні ефекти SCH23390 і раклоприд є результатом обох препаратів, що зв'язують один або кілька рецепторів, які взагалі не пов'язані дофаміном. Про таку можливість стверджують кілька факторів. Поведінка підходу, спричиненого києм, блокується не тільки SCH23390 та раклопридом, але й шляхом ін'єкції флупентіксолу широкого спектра донтамінового рецептора флупентіксолу в NAc (Di Ciano et al., 2001; Сондерс і Робінсон, 2012), шляхом інактивації VTA (Yun et al., 2004) та шляхом ураження NAc 6-гідроксидопаміном (Parkinson et al., 2002), що вибірково вбиває катехоламінергічні волокна. Більше того, ін'єкція NAc блокатора зворотного захоплення дофаміну, агоніста рецепторів D1 або D2 або амфетаміну дофамінового вивільнювача збільшує ймовірність підходу (Wyvell і Berridge, 2000; Nicola et al., 2005; дю Гофман і Нікола, 2013). Нарешті, оптогенетичне самостимуляція нейронів дофаміну VTA (поведінка, безсумнівно, підтримується активацією дофамінового нейрону), послаблюється шляхом введення SCH23390 або раклоприду в NAc у дозах, аналогічних тим, які використовуються тут (Steinberg et al., 2014). Важко уявити простий механізм, який міг би врахувати кожен із цих результатів, не маючи на увазі, що SCH23390 та раклоприд блокують підхід, блокуючи ефекти ендогенного дофаміну.

Альтернативна можливість полягає в тому, що антагоністи пов'язують не тільки їх цільові рецептори, але і рецептори дофаміну, які не є цільовими. При концентрації 10 мкм або нижче раклоприд не пов'язує D1-подібні рецептори (Hall et al., 1986); більш високі концентрації не перевірені. Отже, раклоприд може бути специфічним для D2 / D3-рецепторів навіть при концентраціях ін'єктату в мм, які використовуються нами та іншими, особливо після дифузії, метаболізму та окислення. Оцінки константи зв'язування SCH23390 з D2-подібними рецепторами знаходяться між 1 і 5 мкм (Борн, 2001; Mottola та ін., 2002); хоча ці значення говорять про те, що SCH23390 пов'язує D2 / D3 рецептори у введених концентраціях, функціональна ефективність SCH23390 у блокуванні активації D2-подібних рецепторів допаміном невідома. Наше спостереження, що раклоприд зменшує збудження, викликане NS, тоді як SCH23390 не підтримує ідею, що препарати діють на різні рецептори, але остаточно не демонструє їх специфічності. Тим не менш, навіть якщо один або обидва препарати блокують обидва типи рецепторів, щоб зменшити збудження, викликане DS, це було б цілком узгоджено з нашим висновком, що для збудження, викликаного DS, необхідна активація щонайменше однієї форми рецептора дофаміну. Таким чином, хоча питання специфічності ліків залишається без відповіді, це питання лише незначно послаблює наш головний висновок про те, що дофамін полегшує підхід, збільшуючи збудження, викликане києм.

Якщо насправді препарати діяли конкретно, наші висновки про те, що антагоністи D1 та D2 / D3 кожен з них зменшували випал, викликаний києм, у більшості нейронів, викликаних киями, свідчить про те, що активація цих рецепторів призводить до синергетичного збудження в тих же нейронах. В той час, як D1 і D2 рецептори знаходяться в значною мірою відокремленою популяцією нейронів NAc (Albin et al., 1989; Gerfen et al., 1990), значні частки нейронів ядра та оболонки NAc, які експресують D1 рецептори, також містять мРНК для D3 рецепторів (Le Moine and Bloch, 1996), які блокуються антагоністами D2, включаючи раклоприд. Коекспресія D1 та D3 рецепторів забезпечує потенційний механізм, завдяки якому дофамін може сприяти збудженню нейронів NAc завдяки синергетичному ефекту, який блокується або антагоністами D1, або D2 / 3 (Schwartz et al., 1998). Альтернативно (або додатково) взаємодія між D1 та D2 (та / або D3) рецепторами може відбуватися на рівні локальної ланцюга (Goto і Grace, 2005; Герфен і Сурмеєр, 2011). Наприклад, дофамін діє на D1-рецептори, щоб зменшити вивільнення GABA на нейрони NAc (Нікола та Маленка, 1997; Hjelmstad, 2004), ефект, який може сприяти збудженню разом з активацією D2 / D3 рецепторів на колючі нейрони (Хопф та ін., 2003). Зокрема, ці механізми свідчать про те, що дофамін не збуджує нейрони нейронів NAc безпосередньо, а навпаки збільшує їх збудливість у відповідь на введення глутаматергії; таким чином, вони могли б пояснити, чому збуджені киї збудження блокуються не лише антагоністами дофаміну, а й інактивацією базолатеральної мигдалини та префронтальної кори (Ambroggi et al., 2008; Ishikawa et al., 2008), обидва з яких надсилають глутаматергічні прогнози до NAc (Brog et al., 1993).

Подібність та відмінності між ефектами SCH23390 та раклопридом можуть бути результатом двох контрастних нейронних механізмів, що включають фазовий та тонічний дофамін. Оскільки як антагоністи D1, так і D2 / D3 знижували збудження, викликане DS, але менші збудження, викликані NS, що виникають у тих же нейронах, були зменшені лише антагоністом D2 / D3 (Фіг. 8, , 9), 9), виявляється, що допамін сприяє кодуванню значення стимулу за допомогою активації D1-рецепторів, але полегшує реакцію на всі сигнали (незалежно від того, пов'язані вони чи ні з цінним результатом) через D2 / D3-рецептори. Це може бути пов'язано з більшими фазовими перехідними дофамінами, що виділяються в NAc прогнозними нагородами, ніж нейтральними сигналами (Phillips et al., 2003; Roitman et al., 2004). Оскільки D2 / 3 рецептори мають більшу спорідненість до дофаміну, ніж рецептори D1, малі перехідні дофамінові допаміни, спричинені NS, можуть бути достатніми для активації лише D2 / 3 рецепторів, тоді як DS-прогнозовані DS можуть підвищувати концентрацію дофаміну до рівня, достатнього для активації рецепторів D1. (Грейс, 1991).

Альтернативно, величину збудженого випромінювання можна регулювати тонізуючим, а не фазовим дофаміном. Рівень тонічного дофаміну може відображати можливу вартість бездіяльності (Niv et al., 2007), тим самим встановлюючи енергійність виконання оператора. Таким чином, якщо досягнуто достатньо високих рівнів тонічного дофаміну, достатня кількість дофамінових рецепторів може активізуватися для полегшення збудження, викликаного києм, та зменшення затримки підходу, що вимагає винагороди. Подібний механізм може також лежати в основі добре відомого внеску допаміну NAc у виконання невирішених оперативних завдань, які потребують високого рівня зусиль (Salamone і Correa, 2012), при якому порушення дофаміну збільшує затримки для наближення до операції (Нікола, 2010). Неявні зовнішні сигнали (наприклад, приціл важеля) або внутрішні сигнали (наприклад, що виникають через час або голод) можуть викликати наближення, викликаючи захоплення нейронів NAc більшою мірою, коли можливі витрати та рівень дофаміну високі.

Таким чином, незалежно від специфічного фармакологічного механізму, наші результати показують, що дофамін NAc сприяє підвищенню збудження нейронів NAc до виразних екологічних стимулів. Величина цього збудження задає затримку суб'єкта для ініціювання відповіді підходу. За допомогою цього механізму дофамін регулює як енергію, так і ймовірність отримання спричиненого винагороди.

Виноски

посилання