早期青少年大鼠伏核中快速多巴胺釋放事件（2011）

引言

多巴胺神經元的爆發射擊和由此產生的多巴胺釋放事件（又稱多巴胺瞬變）被認為是大腦中的關鍵學習信號（舒爾茨，2007; Roesch等，2010），將外部獎勵和線索與食慾行為聯繫起來。 多巴胺瞬變在幾個多巴胺靶區域自發發生（Robinson等，2002並且在出現意想不到的刺激時更為突出（Rebec等人，1997; Robinson和Wightman，2004）， 社交聯繫 （Robinson等，2001; Robinson等，2002）和獎勵（Roitman等，2008）。 快速多巴胺釋放事件通常伴隨著食慾行為，例如接近另一隻老鼠或按壓槓桿作為強化劑（Robinson等，2002; Phillips等，2003; Roitman等，2004）。 此外，通常不會引起多巴胺瞬變的中性線索可以在與獎勵重複配對時這樣做（Stuber等，2005b; Stuber等，2005a; Day等人，2007），表明這種神經信號經歷了學習誘導的可塑性。 重要的是，多巴胺瞬變是體積傳遞的結果，並實現高突觸外濃度，可以激活低親和力，突觸外多巴胺受體（懷特曼和羅賓遜，2002）。 因此，多巴胺瞬變似乎起到潛在和確定的獎勵的大腦信號的作用，可以引導注意並促進獲得該獎勵。

中腦邊緣多巴胺系統在大鼠青春期經歷動態變化。 例如，腹側紋狀體中多巴胺D1和D2受體的表達從青春期前到青春期增加（例如， Andersen等，1997），一些研究表明，青春期的結合高於成年期（參考和討論，見 Doremus-Fitzwater等，2010; Wahlstrom等，2010b）。 此外，多巴胺神經元的放電率（McCutcheon和Marinelli，2009）和基礎多巴胺濃度（Badanich等，2006; Philpot等人，2009）顯示類似的U形曲線，在青春期達到峰值。 雖然尚未在青春期大鼠中測量多巴胺瞬變，但對新奇性的行為反應增強（道格拉斯等人，2003; Stansfield和Kirstein，2006; Philpot和Wecker，2008）和社會同行（Varlinskaya和Spear，2008）已報導青少年與成年大鼠。

本研究旨在提供青少年大鼠伏隔核（NAc）中多巴胺瞬變的首次測量，並將其與成人進行比較。 我們使用快速掃描循環伏安法，這是一種電化學技術，具有檢測多巴胺瞬變所需的空間和時間分辨率（Robinson等，2008）。 我們研究了青春期早期多巴胺的釋放（29 - 30天齡），因為相對於青少年和成年後期，大鼠在這個年齡段表現出更高水平的同伴指導的社會交往（Varlinskaya和Spear，2008）。 因此，我們測量了短暫的社會交往期間以及基線時的多巴胺瞬變，以及據報導在成年大鼠中引發多巴胺瞬變的意外新刺激的呈現（Robinson和Wightman，2004).

實驗步驟

成績

十二隻青少年和十隻成年大鼠用於該研究。 由於手術困難或伏安法期間未包括三隻青春期大鼠，並且由於不正確的電極放置而未包括一隻成年大鼠。 此外，由於伏安難度不影響其他青少年的社交互動數據，因此不會影響其他刺激表現。 最後的n是9青少年和9成人用於刺激演示，8青少年和9成人用於社交互動。

多巴胺在出現意外刺激時會發生瞬變

接下來，我們研究了多巴胺瞬變是否更可能發生在青春期大鼠的意外情況下。 圖1A 表明刺激的簡短介紹使成年大鼠的多巴胺瞬變頻率比基線水平增加了50％（成年基線與刺激的瓦爾德對比，p <0.05），重複了以前的工作（Robinson和Wightman，2004）。 相反，在青春期大鼠中，多巴胺釋放事件的速率沒有顯著變化（青春期基線與刺激的瓦爾德對比，p> 0.86）。 在各組之間進行比較時，基線率沒有差異（青春期與成年基線的瓦爾德對比，p> 0.19），而成年大鼠在刺激表現期間的發生率更高（青春期與成年刺激的瓦爾德對比，p <0.05）。 成年大鼠更有可能將多巴胺釋放鎖定在刺激上：8/9只成年大鼠對至少一種刺激表現出多巴胺釋放，而6/9青少年表現出多巴胺釋放。 此外，表現出時間鎖定的多巴胺瞬態的成年大鼠在3.8±0.4刺激（中位數4）時表現出這種現象，而表現出時間鎖定的瞬變的青少年在2.3±0.4刺激（中位數2）時表現出這種現象。

圖1

在出現意外刺激期間，多巴胺在青少年和成年大鼠中釋放事件。 （A）在青春期大鼠中，多巴胺的瞬時頻率在刺激呈現期間不會從基礎速率改變。 相反，多巴胺的頻率 ...

我們接下來確定在刺激呈現期間發生的瞬變是否大於基線期間的瞬變。 圖1B 顯示了多巴胺瞬態最大濃度的分佈。 回歸分析顯示，青春期和成年大鼠的振幅沒有差異（Wald對比，所有p值均> 0.05）。 在青春期大鼠中，刺激表現期間的最大瞬態濃度與基線期間無明顯差異。 在成年大鼠中，多巴胺濃度在刺激過程中略高，向右移動已達到統計學顯著性（成年基線與刺激的瓦爾德對比，p <0.06）。 多巴胺瞬態的中值和平均濃度在 表1.

表1

青少年和成年大鼠伏核核心中多巴胺釋放事件的最大濃度。

雖然組數據表明多巴胺釋放事件更可能發生在成人與青少年大鼠的意外刺激呈現中，但個別情節說明了刺激之間以及組內的差異。 圖1C 表示刺激呈現期間多巴胺瞬變頻率的變化與刺激前基線的4-min的變化。 在成人中，刺激的效果在於增加多巴胺的瞬時率; 它們的排名從最高到最低有效如下：多巴胺瞬變發生在椰子氣味的基礎速率的208％; 184％音調; 檸檬氣味的161％; 142％處於白噪聲; 和91％點亮了。 在青春期大鼠中，刺激總體上不太有效地觸發多巴胺瞬變; 它們的排序從最高效率到最低效率如下：多巴胺瞬態發生在基調率的158％處; 檸檬氣味的127％; 123％椰子氣味; 84％處於白噪聲; 和23％點亮了。

然而， 圖1C 表明在每個年齡組內對特定刺激發射多巴胺反應的明顯個體差異。 為了確定這種神經化學變異是否與行為變異性相關，我們對每隻大鼠進行了與刺激呈現相關的運動評分，如 表2 （由於視頻記錄的部分丟失，一隻成年大鼠被排除在分析之外）。 然後，我們使用Spearman非參數相關性來比較每個年齡段內行為和多巴胺能對刺激的反應。 我們發現在任何刺激下，無論哪個年齡組的多巴胺瞬變頻率均與行為激活無關，無論該刺激是單獨分析還是作為一個組進行分析（數據均未顯示，所有p值> 0.05），表明該行為與刺激的神經化學反應沒有直接關係。 此外，沒有在時間上與刺激表現呈鎖定狀態的多巴胺瞬變的大鼠的行為評分與確實表現出多巴胺瞬變的大鼠的行為評分完全重疊。 但是，比較年齡組之間的行為反應發現，與成年大鼠相比，青少年作為一組在意外刺激表現下的運動明顯更少（Mann-Whitney檢驗，p <3）。

表2

青少年和成年大鼠在出現意外刺激時的行為評分（0 =無運動; 1 =嗅探/頭部運動; 2 =定向運動/驚嚇; 3 =運動）。

在社交互動中多巴胺瞬變

接下來，我們測量了與另一隻雄性大鼠60 s相互作用期間的多巴胺釋放。 與非社會刺激的表現相反，在青春期和成年大鼠中，回歸分析確定在與另一隻老鼠的第一次互動中，多巴胺瞬態從基線顯著增加。 平均瞬態率比基線增加3倍，在青春期大鼠中從1.0±0.3到3.0±0.9瞬態/分鐘（青春期基線與交互作用的沃爾德對比，p <0.05），在2.0年從0.5±7.3到1.3±0.001成人（成人基線與互動的瓦爾德對比，p <0.32）。 十分鐘後，在與同一隻老鼠的第二次互動中測量了多巴胺的釋放。 在成年人中，多巴胺瞬變率的增加不再顯著（p> 1.8）； 儘管平均瞬變速率從0.5±3.7瞬變/分鐘增加到1.3±0.8瞬變/分鐘，但這種變化在大鼠之間變化更大。 相比之下，青少年在第二次出現時的多巴胺瞬變增加與第一次出現時相同，從0.2±3.1到0.9±0.01瞬變/分鐘（p <XNUMX）。 組和情節中的單個大鼠數據顯示在 圖2A.

圖2

在與大小匹配的大鼠短暫相互作用期間，多巴胺在青春期和成年大鼠中釋放事件。 （A）在與另一隻大鼠（“大鼠”）的第一次相互作用期間，青少年和成年大鼠的多巴胺瞬變更頻繁。 ...

我們研究了在第一次和第二次相互作用期間行為的差異是否可以解釋在第二次相互作用期間成年大鼠中多巴胺釋放的增加不足。 表3 顯示了在互動的45秒內花費在社交調查和運動上的時間。 在這個實驗室（21×21 cm的地面空間）中，青春期大鼠在活躍的社交互動上花費的時間更少（兩向重複測量方差分析：組的主要影響，p <2），而在運動上則花費了更多時間（兩向重複測量措施方差分析：組的主要作用，p <0.05）比成年大鼠好。 但是，我們觀察到，青春期大鼠有更多的空間彼此分開，而較大的成年大鼠更可能處於身體附近。 因此，關鍵比較是配對的t檢驗，以比較在第一和第二互動期間的組內行為。 這些分析表明，在兩個年齡組中，第一和第二互動期間之間的行為均無差異（所有p值均> 2）。 此外，在交互作用期間，多巴胺瞬態的絕對頻率或從基線開始增加的頻率均與社交互動或運動無關（數據未顯示，所有p值均> 0.05）。

表3

在與另一隻老鼠互動期間花在社會調查和運動上的時間。

將與另一隻大鼠相互作用期間的多巴胺瞬變的最大濃度與基線期間的濃度進行比較。 對於該分析，匯集來自兩個交互事件的數據以增加統計效力。 圖2B 結果表明，在同種相互作用過程中，青少年和成年大鼠的多巴胺瞬時振幅分佈均向較大的釋放事件轉移; 平均和中位幅度列於 表1。 由於社交互動會在伏安信號中產生與運動相關的噪音，因此我們還研究了噪音水平，發現在成年和青春期大鼠互動期間，噪音水平確實更高（基線與互動的瓦爾德對比，每組p <0.05 ）。 不過，各組之間的信噪比沒有差異（表1：Wald對比，所有p值均大於0.05），表明噪聲問題並未助長青春期和成年大鼠之間的差異。

所有錄音都是在NAc的核心製作的，如圖所示 圖3.

圖3

核多巴胺能記錄位於伏隔核青少年和成年大鼠的核心，顯示在1.2的代表性冠狀切片和前囟前的1.6 mm（改編自 Paxinos和Watson，1986).

討論區

多巴胺神經傳遞是動機行為的許多方面的關鍵，包括刺激顯著性，獎勵預測和行為促進。 由於青少年和成年人的動機行為不同，本研究調查了早期青少年大鼠與成人相比的快速多巴胺釋放事件。 我們報告，雖然兩個年齡組的多巴胺瞬變基礎率沒有顯著差異，但與成人相比，青少年大鼠對意外刺激的反應較少。 相反，在與另一隻大鼠相互作用時，兩個年齡組的多巴胺瞬變的頻率和幅度均增加; 然而，在伴侶大鼠的第二次出現時，頻率的變化習慣於成年人而不是青少年。 因此，在青春期大鼠與成人之間，刺激呈現時的快速多巴胺釋放事件不同，並且這種生理差異可能與社交和非社會刺激的處理中的年齡依賴性差異相關。

NAc核心中多巴胺瞬變的頻率和幅度在青春期早期（年齡29-30天）和成年期（年齡71-72天）之間是相似的。 這些發現與麻醉大鼠中多巴胺神經元的電生理記錄一致。 多巴胺神經元的出汗率從出生到青春期中後期逐漸增加，然後在成年期下降（Pitts等人，1990; Tepper等人，1990; Lavin和Drucker-Colin，1991; Marinelli等，2006; McCutcheon和Marinelli，2009），青春期中後期發生峰值活動。 確實， McCutcheon和Marinelli（2009） 據報導，在本研究中，青少年和成年早期的基礎放電率相似，本文數據表明神經元爆發率也相似，多巴胺瞬變是由多巴胺神經元的爆發引起的（Suaud-Chagny等人，1992; Sombers等，2009）。 值得注意的是，青少年大鼠表現出多巴胺瞬變基礎頻率的變化，範圍從幾乎沒有自發瞬變的部位到每分鐘幾次的部位。 這一發現類似於成人報告的“熱”和“冷”記錄網站（Robinson等，2009; Robinson和Wightman，2007; Wightman等人，2007並且可能反映多巴胺神經元突發率的變化（Hyland等，2002）。 與發育放電率一致，微透析研究報導，與青春期早期或成年期相比，青春期後期（45天齡）的多巴胺水平增加（Badanich等，2006; Philpot等人，2009）。 因此，雖然我們的研究結果首次評估了青少年和成年大鼠之間多巴胺瞬變的基礎速率，但在這個動態發育期需要更多時間點，因為多巴胺瞬變在青春期中後期可能更為突出。

與我們之前的報告一致（Robinson和Wightman，2004），我們發現多巴胺瞬變的頻率在成年雄性大鼠的突然出現的刺激中增加，通常與刺激的初始呈現時間鎖定。 在前一項研究中，我們提出了類似於此處使用的氣味和聽覺刺激; 在這兩項研究中，這些刺激增加了NAc中基因率以上的多巴胺瞬變頻率，這被解釋為對動物刺激的潛在顯著性的神經化學信號。 然而，在早期青少年大鼠的NAc核心中，成年人觀察到的刺激的意外表現對多巴胺瞬時頻率的增加並不可靠，並且青少年作為一組顯示出比成人更少的對刺激的行為反應。 雖然多巴胺能神經元的相位激活與特定運動運動無關，但是傾向於促進爆發射擊和多巴胺瞬變的刺激類型通常會誘發行為激活（Nishino等，1987; Romo和Schultz，1990; Robinson等，2002）。 因此，本發現表明對這種類型的新型刺激呈現的多巴胺能和行為反應的發育差異，這可能都是由於這些刺激對於青春期大鼠缺乏顯著性。 重要的是，對刺激的行為反應降低不僅僅是移動能力的降低（可能是由於繫繩或伏安的探頭），因為青少年大鼠在社交互動中表現出運動和社會指導行為。 此外，當在每個年齡組的個體大鼠中進行分析時，行為反應與多巴胺對刺激的瞬變頻率之間沒有關聯。 在本研究中發現的對意外的新型刺激的相對不敏感性與之前的發現形成對比，即青少年大鼠經常表現出比成人更高水平的新環境和新物體的探索（例如， 道格拉斯等人，2003; Stansfield和Kirstein，2006; Philpot和Wecker，2008據報導，在青春期中期（35 - 36天， Spear等人，1980）。 需要進一步的研究來確定行為激活和由本文所用的簡短刺激呈現誘導的並發多巴胺釋放事件之間的個體差異與對新環境的反應以及放置在先前研究中使用的熟悉環境中的靜態新物體。

在青少年和成人組中，與另一隻大鼠短暫相互作用時，NAc核心中多巴胺瞬變的頻率和幅度都可靠地增加。 與我們之前的報告一致（Robinson等，2002），在同種大鼠的第二次呈遞中，多巴胺能反應在成年大鼠中適應。 相反，多巴胺瞬變的頻率增加持續存在於青春期大鼠中。 這種缺乏習慣可能反映了青少年與成年大鼠之間社交互動相關的獎勵增加（例如， Douglas等，2004）。 事實上，與青春期和成年後期相比，社交活動在青春期早期已達到峰值，這種效應在測試前幾天被隔離飼養時放大了（Varlinskaya和Spear，2008年），正如本研究所做的那樣。 有趣的是，兩個年齡組的社會活動總量與一般運動的總量不同。 雖然之前的報告表明，在離散的社會交往試驗期間，孤立的青少年大鼠比成年人表現出更多的社交行為和運動，這些影響在早期青少年中尤為明顯（Varlinskaya和Spear，2008年），我們發現與我們的成年人相比，我們測試的早期青少年的運動更高，社交導向行為更低。 這可能是由於裝置的大小：在21×21 cm處，較大的成年大鼠比較小的青春期大鼠更可能與同種伴侶非常接近，這使得這些成年動物幾乎不可避免地發生社交接觸。 此外，在社交互動期間，只有受試的大鼠可能會影響其行為特徵。 最後，與通常用於囓齒動物社交互動的較長交互期（60-270）相比，此處使用的短時間交互（600 s）僅捕獲可能產生不同年齡相關的社交行為模式的初始交互。 （例如， Varlinskaya和Spear，2008年; Glenn等人，2003).

當探頭組件接觸腔室壁或另一隻大鼠時，社交互動可以引起與運動相關的電噪聲，這可能導致在社交互動期間低估多巴胺瞬時頻率。 重要的是，年齡組之間或第一和第二相互作用周期之間的信噪比水平沒有差異，表明在第二次相互作用期間在青春期大鼠中觀察到的多巴胺瞬時頻率的持續增加不是與噪聲相關的假象。 類似地，在每個年齡組的兩次相互作用期間，研究和運動行為基本相同，因此行為差異也不能解釋青少年和成年大鼠之間多巴胺能反應的習慣性差異。 的確，在我們之前的研究中（Robinson等，2002），觀察到成年大鼠在與伴侶大鼠的第二次相互作用期間表現出更強烈的社交指導行為，儘管發射更少的多巴胺瞬變，表明多巴胺瞬變不是促進伴侶指導行為所必需的。 如果多巴胺瞬變被解釋為獎勵預測的信號（Schultz和Dickinson，2000; 舒爾茨，2007; Roesch等，2010），成人多巴胺釋放事件對重複伴侶表現的習慣可能反映了第二次表現的獎勵減少或更大的可預測性，並且青少年大鼠中多巴胺釋放的持續存在可能反映出與伴侶重複互動的增加的獎勵或驚喜。

中腦邊緣多巴胺系統參與食慾行為和獎勵獲取（評論，見 Depue和Iacono，1989; Panksepp，1998; Depue和Collins，1999; Ikemoto和Panksepp，1999; Schultz和Dickinson，2000; 舒爾茨，2007）。 由於這種多巴胺途徑的幾個方面在青春期經歷了動態變化，因此對獎勵的行為和神經化學反應以及可能很好地預測獎勵的新刺激也是動態的（對於評論，見 錢伯斯等人，2003; 恩斯特等人，2009; Wahlstrom等，2010b; Wahlstrom等，2010a）。 我們發現多巴胺能對社會交往的反應並未適應早期青少年大鼠，這與許多研究結果一致，這些研究記錄了青春期對獎勵的敏感度，包括社會和藥物獎勵（供審查和參考，見 Doremus-Fitzwater等，2010; Spear和Varlinskaya，2010）。 新的刺激同樣是顯著的，可能會觸發多巴胺釋放和行為促進，因為它們可以預測獎勵或威脅; 然而，我們沒有觀察到多巴胺釋放增加，以便在早期青春期大鼠中簡要介紹新的刺激物。 因此，本研究可能在發育期間（青春期早期）對多巴胺的釋放進行了抽樣，在此期間社會獎勵敏感性是最佳的，但對新穎性的反應則不然。 這種解釋導致了進一步研究的幾種途徑，包括在青春期的更多時間點檢查多巴胺釋放到新的和社會刺激。 我們還計劃在明確的線索 - 獎勵學習（例如，巴甫洛夫條件反射）中研究多巴胺釋放，以確定本文中使用的刺激呈現類型（例如光或氣味）是否可以在青少年大鼠預測獎勵時引起多巴胺能反應（Day等，2007; Roesch等，2007).

總之，快速多巴胺釋放事件或多巴胺瞬變在青春期早期與成年期差異表達。 雖然在基線時瞬時的速率和濃度相似，但我們觀察到與成人相比，青少年大鼠通過意外的非社會刺激和社會刺激更持久的激活對多巴胺釋放的激活較少。 多巴胺釋放事件的這些差異可能導致對線索和獎勵的敏感性的發展差異，尤其是社會獎勵。 通過評估青春期的更多時間點以及在明確的獎勵相關學習期間監測多巴胺釋放來建立這些發現將是有價值的。

致謝

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參考