Miya miqyosidagi global dinamikaning prefrontal kortikal regulyatsiyasi va mukofot bilan bog'liq xatti-harakatlar (2016)

Fan 1 Yanvar 2016: Vol. 351 raqami. 6268

DOI: 10.1126 / science.aac9698

mavhum

Mukofot olish uchun uyg'unlashtirilgan xatti-harakatlarni amalga oshiradi, lekin mukofotni va tajribani (anhedoni) buzilish ruhiy kasalliklarga, jumladan, depressiya va shizofreniyaga olib kelishi mumkin. Biz medial prefrontal korteks (mPFC) hedonik javoblarni boshqaruvchi o'ziga xos subkortikal hududlar orasidagi o'zaro ta'sirlarni nazorat qiladigan farazni sinashga harakat qildik. Sichqoncha bo'ylab neytral faoliyatni mahalliy darajada manipulyatsiya qilishda, ammo global miqyosda neytral harakatni ko'rsatish uchun optogenetik funktsional magnit-rezonans tomografiyasini qo'llash orqali biz dopamin neyron stimulyatsiyasini striatal faollikni qo'zg'atdi, shuning uchun mahalliy darajada oshib ketgan mPFC eksitability bu striatal javobni kamaytiradi va dopaminerjik stimulyatsiya uchun xatti-harakatlarning oldini oladi. Ushbu surunkali mPFning o'ta ta'sirchanligi ham tabiiy ravishda mukofotlashni taqozo etuvchi xatti-harakatlarni bostiradi va jismoniy shaxslardagi anhedoni darajasini taxmin qiladigan aniq funktsional funktsiyalarni keltirib chiqaradi. Ushbu topilmalar mPFCning o'ziga xos uzoq subkortikal hududlar orasidagi dinamik shovqinlarni tartibga solish yo'li bilan mukofotlash xatti-harakatining ifodasini modulyatsiyalash mexanizmini tasvirlaydi.

Mukofotni qidirishni modellashtirish usulidir

Mukofot bilan bog'liq xatti-harakatlarda qaysi miya hududlari ishtirok etadi? Ferenczi va boshq. miya ko'rish, xulq-atvorli testlar va in vivo elektrofizyologiyasi bilan optojenetik manipulyatsiyani birlashtiradigan fokal, hujayra tipiga xos (Robbinsning Perspektivigasiga qarang). O'rta miya dopamin neyronlarini stimulyatsiya qilish striatum deb ataladigan miya mintaqasida faollikni kuchaytirdi va alohida hayvonlarni mukofotlash bilan bog'liq edi. Shu bilan birga, medial prefrontal korteks deb ataladigan hududning baland eksitativligi dopamin neyronlarining stimulyatsiya qilinishiga va dopamin neyronlarining stimullanishini ta'minlash uchun xatti-harakatlarning ta'sirlanishiga ta'sir qildi. Nihoyat, medial prefrontal korteks piramidal neyronlarning qo'zg'aluvchanligini modulyatsiya qilish neyron devor sinxronlashidagi o'zgarishlarni, shuningdek, tegishli anhedonik xatti-harakatlarni davom ettirdi. Bu kuzatishlar inson depressiyasida, giyohvandlikda va shizofreniyada kuzatiladigan ko'rish va klinik fenotiplarga o'xshaydi.

Kirish

Mukofotni qidirib topish va tajribaga ega bo'lish uchun vosita turlarga nisbatan saqlanib qoladi va sutemizuvchi hayvonlar subkortikal dopaminerjik tizimlar bilan striatum kabi limbik tuzilmalar o'rtasidagi o'zaro bog'liqlikni o'z ichiga oladi. Bir qator psixiatrik sharoitlarda kuzatilgan bu jarayonning pasayishi anhedoni klinik belgisi (lazzatlanishning yo'qotilishi) hisoblanadi. Anhedoni tashkil etuvchi neyrologik mexanizmlar noma'lum, ammo kortikal va subkortikal mukofotlar sxemalari orasidagi anormal o'zaro ta'sirlardan kelib chiqishi mumkin. Yuqori medial prefrontal korteks (mPFC) qo'zg'aluvchanligi (anhedoni bilan bog'liq klinik xususiyat) ikki uzoq subkortikal mintaqa: dopaminerjik midbren va striatum o'rtasidagi o'zaro ta'sirlar ustidan bosim o'tkazuvchi nazorat o'tkazayotganligi haqidagi gipotezani sinashga intilardik.

RASMIYA

Klinik ko'rinishdagi tadqiqotlar depressiyali bemorlarda mPFJda yuqori faollikni aniqladi va davolash bu o'ta faollikning normallashuvi va anedonik simptomlarni yaxshilash bilan bog'liq. Bundan tashqari, inson tadqiqotlari, mukofotni kutish va tajribaga javob beradigan miya sohalarini aniqladi va bu javob psixiatrik kasallikda bostirilishi mumkin. Biroq, ushbu mukofot signalining manbai va uning modulyatsiyasining asosiy mexanizmlari sababli ko'rsatilmagan. Kemirgen optogenetikasining natija, hujayra o'ziga xosligi va insoniy neyroimaging xususiyatlarini belgilaydigan miya bo'ylab kuzatuvlar o'rtasida ko'prikni ta'minlash uchun funktsional magnit-rezonansli tomografiya (fMRI) bilan surunkali va o'tkir optogenetik vositalarni birlashtirganmiz va mahalliy miqyosda manipulyatsiya va global miqyosda mukofotlash tartib-qoidalarini tartibga solishni tushunish uchun neytral faollikni tasavvur qilish.

Natijalar

Biz midbrain dopamin neyronlarining stimulatsiyasini striatal fMRI qon kislorod darajasiga bog'liq (BOLD) faoliyati va mukofotni qidirish harakatlarini boshqarayotganligini ko'rsatib turibmiz va biz ularni jismoniy shaxslar bilan bog'liqligini ko'rsatamiz. Bundan tashqari, dopamin neyronlarning susturulmasının striatumda, shuningdek, boshqa miya mintaqalarida (masalan, gipotalamus) ta'sirini bostiradi va qochish xatti-harakatini boshqaradi. Mukofotga ega bo'lgan xatti-harakatlarning bu ikki tomonlama nazoratini o'rnatganimizdan so'ng, ushbu elektron devorning nosimmetrikligi uchun mPFsning ta'sirini kuchaytirishi orqali sinovdan o'tkazdik. Biz dopaminning striatal javoblarini, shuningdek, dopamin neyron stimulyatsiyasini va boshqa tabiiy nafas stimulyatorlarini izlash uchun qiziqishlariga asoslangan drayvni bostirishni kuzatdik. Nihoyat, barqaror yuqori mPFC ekspluatatsiyasi kortikolimbik BOLD va elektrofizyolojik faoliyatni sinxronizatsiya qilishini ko'rsatib turibdi, bu o'z navbatida shaxsiy hayvonlardagi anhedonik xulqni bashorat qilishi mumkin.

Xulosa

Mahalliy hujayra uchun maxsus tekshiruvlar bilan bog'liq bo'lgan tajribalardan olingan natijalar va neytral faoliyatni global xolisona kuzatish bilan birga, mPFC striatum bilan midbrain dopaminarjik o'zaro ta'sirlar ustidan yuqoridan pastga qarab nazorat qilishni va mPFCdagi faollik tabiiy mukofotni munosabatlar bilan bog'liq. Bundan tashqari, biz kortikal-subkortikal neyron dinamikasi mukofotlarni qayta ishlashni tartibga solish uchun birgalikda ishlashini kuzatishimiz mumkin. Bu topilmalarning barchasi tabiiy mukofot bilan bog'liq fiziologiya va xulq-atvorni tushunishimizga hamda anhedoni patogeneziga ta'sir qiladi.

Optogenetik fMRI mahalliy miqyosda manipulyatsiya va mukofot bilan bog'liq bo'lgan bosh miya neytral faolligini tasavvur qilish uchun ishlatilgan. Uyqusizlashgan kalamushlar uyg'oq holatda skanerlashdi (yuqori fotosuratlar). Striatal BOLD faoliyatining dopamin neyronlarining optogenetik stimulyatsiyasi bilan ortishi va optogenetik neyrokillanish bilan kamayganligini aniqlaymiz. Fokal jihatdan yuqori ko'tarilgan mPFsning qo'zg'aluvchanligi striatal dopamin bilan bog'liq faoliyat ustidan yuqoridan pastga qarab harakatni amalga oshirib, maxsus kortikolimbik davrlar o'rtasida sinxronlashni boshqarib, mukofotni qidirish harakatlarini bostiradi.