Proc Natl Acad Sci USA A. 2007 Mar 20; 104 (12): 5181-6. Epub 2007 Mar 9.
Ventura R, Morrone C, Puglisi-Allegra S.
Kilde
Santa Lucia Foundation, European Center for Brain Research (CERC), Via del Fosso di Fiorano 65, 00143 Roma, Italia. [e-postbeskyttet]
Abstrakt
Nyere bevis tyder på at givende og aversive stimuli påvirker de samme hjerneområdene, inkludert medial prefrontal cortex og nucleus accumbens. Selv om nucleus accumbens er kjent for å reagere på fremtredende stimuli, uavhengig av deres hedoniske valens, med selektiv økt dopaminfrigjøring, er det lite kjent om rollen til prefrontal cortex i belønnings- og aversjonsrelatert motivasjon eller om nevrotransmitterne som er involvert. Her finner vi at selektiv noradrenalin-uttømming i medial prefrontal cortex hos mus opphevet økningen i frigjøring av noradrenalin fra prefrontal cortex og av dopamin fra nucleus accumbens som er indusert av mat, kokain eller litiumklorid, og svekket stedsbetingingen indusert av både litiumklorid (aversjon) og mat eller kokain (preferanse). Dette er bevis på at prefrontal kortikal noradrenalin-overføring er nødvendig for motivasjonsmessig fremtredende oppmerksomhet til både belønnings- og aversjonsrelaterte stimuli gjennom modulering av dopamin i nucleus accumbens, et hjerneområde involvert i all motivert atferd.
Dyr så vel som mennesker har en tendens til å oppsøke belønninger og unngå straffer. Denne klart adaptive oppførelsen innebærer muligheten til å representere verdien av belønning og straffe stimuli, etablere spådommer om dem og bruke disse spådommene til å lede adferd (1). Forutsatt at følelser kan defineres som "stater fremkalt av forsterkere (belønninger og straffere)" (2), kan forståelse av hjerneområdene som er involvert i behandling av motivasjonelt fremtredende eller aversive stimuli, være relevant for å forstå mange følelsesmessige underskudd hos mennesker.
Nylige data indikerer at nucleus accumbens (NAc) og prefrontal cortex (pFC) utgjør et felles substrat for behandling av både givende og aversive stimuli (3-7). Ventral striatum (eller NAc) er involvert i å behandle informasjonen som ligger bak motivasjonskontrollen av målrettet oppførsel, og menneskelige og dyre studier støtter en generell rolle for dette hjerneområdet ved behandling av både givende og aversive stimuli, uavhengig av valens (3-8 ).
Videre antyder en stor mengde bevis at pFC er direkte involvert i målrettet oppførsel så vel som i affektiv behandling (1, 9). Selv om dopaminoverføring i NAc har blitt foreslått for å formidle en delt "motiverende salience" -prosess i positiv og negativ valens (3, 6), er imidlertid pFCs rolle i denne prosessen og det nevrokemiske substratet som er involvert, fortsatt ukjente.
Norepinefrin overføring i pFC aktiveres av aversive stimuli (10, 11) og av avvigende og betinget appetitiv stimuli (12, 13). Videre ble norepinefrin i medial pFC (mpFC) nylig vist å være involvert i de givende effektene av noen ofte misbrukte rusmidler gjennom sin modulerende virkning på dopaminfrigivelse i NAc (14, 15). Dette antyder at prefrontal kortikal norepinefrintransmisjon engasjerer akkumulert dopamin for å behandle motivasjonelt fremtredende stimuli.
Her bruker vi mus for å vurdere om prefrontal cortical norepinephrine / mesoaccumbens dopaminsystemet er et vanlig nevrale substrat involvert i behandling av positivt positive og negative stimuli. Spesielt undersøkte vi om norepinefrin i mpFC, gjennom sin modulerende virkning på det dopaminerge mesolimbiske systemet, er nødvendig for tilskrivning av motiverende salience til belønning og aversjonsrelaterte stimuli.
Fordi erfaring er en viktig determinant av den motiverende effekten av en gitt stimulus (7), vurderte vi effekten av den første eksponeringen for å belønne naturlig (smakfull mat, melksjokolade) og farmakologisk (kokain) stimuli og til en aversiv farmakologisk stimulus [litiumklorid (LiCl)] på prefrontal kortikal noradrenalin og akkumbal dopaminfrigivelse ved intracerebral mikrodialyse. I tillegg for å avgjøre om norepinefrin prefrontal overføring styrer økt akkumbal dopamin utstrømning indusert ved første eksponering for disse motivasjonelt fremtredende stimuli, evaluerte vi også virkningene av selektiv norepinefrinutarmning i mpFC på dopaminfrigivelse i NAc og på norepinefrinfrigivelse i mpFC fremkalt ved første eksponering til disse stimuliene.
Endelig undersøkte vi virkningene av selektiv noradrenerg prefrontal utmattelse på betinget stedpreferanse (CPP) indusert av sjokolade og kokain og på betinget stedaversjon (CPA) indusert av LiCl. En stedsbehandling ble valgt for denne studien fordi det tillot vurdering av oppkjøpet av betingede appetitive og aversive egenskaper til stimuli parret med primære belønninger og aversive hendelser, og fordi en stor beviser viser at det er et pålitelig mål for prosesser som ligger bak motiverende salience tilskrivning til stimuli (3, 16).
RESULTATER
Eksperiment 1.
For å vurdere om første eksponering for både givende og aversive fremtredende stimuli påvirker prefrontal norepinefrin og akkumbal dopamin utstrømning, evaluerte vi ved intracerebral mikrodialyse effekten av systemisk kokain eller LiCl og sjokoladeforbruk på norepinefrinfrigivelse i mpFC og dopaminutstrømning i NAc. Videre for å undersøke om cortical noradrenergisk overføring er nødvendig for akkumulert dopaminutstrømning indusert ved første eksponering for disse motivasjonelt fremtredende stimuli, vurderte vi virkningene av selektiv noradrenerg uttømming på akkumbal dopamin respons forårsaket av kokain, sjokolade og LiCl. Kokain, sjokolade og LiCl produserte en tidsavhengig økning i norepinefrinutstrømning i mpFC av sham-behandlede grupper, og oppnådde en maksimal økning på ≈200% ved 40 min, ≈70% ved 120 min og ≈100% ved 60 min, henholdsvis (Fig. 1a). Selv om økt norepinefrinfrigivelse i pFC som svar på kokain har blitt rapportert mye, er dette vår første kjennskap til økt noradrenalinutstrømning indusert ved første eksponering for sjokolade eller systemisk LiCl innenfor mpFC. Disse stimuli ga også en parallell tidsavhengig økning i dopaminutstrømningen i NAc av sham-behandlede dyr (figur 1b), i samsvar med oppfatningen om at dette området spiller en viktig rolle i behandlingen av fremtredende stimuli uansett deres valens (3 , 6). Effektene av denne utmattelsen på norepinefrinfrigivelse i mpFC ble også vurdert. Prefrontal norepinefrinutarmning ble oppnådd ved selektiv nevrotoksisk uttømming av prefrontale kortikale norepinefrinafledere (norepinefrinutarmede grupper) i mpFC etter beskyttelse av dopamin ved en selektiv opptakshemmere. Denne metoden ga en dyp utmattelse av vevnivåer av norepinefrin (≈90%), noe som resulterte i at vævsnivåene av dopamin nesten ikke var upåvirket. Kontrolldyr (skambehandlede grupper) ble underkastet samme behandling som norepinefrin-utarmede mus, men mottok intracerebralt vehikel. (Norepinefrinvevsnivåer var som følger: skambehandlet gruppe, 698 ± 26 ng / g vått vev, norepinefrinutarmet gruppe, 63 ± 17 ng / g vått vev. Dopaminvevsnivåene var som følger: skambehandlet gruppe, 203 ± 18 ng / g vått vev, norepinefrinutarmet gruppe, 189 ± 16 ng / g vått vev.)
Fig. 1.
Prefrontal kortikal noradrenalin utarmning på ekstracellulær noradrenalin i mpFC og dopamin i NAc. Ekstracellulær noradrenalin (NE) i mpFC (a) og dopamin (DA) i NAc (b) av skambehandlede eller noradrenalin-utarmede dyr injisert med saltvann, (mer ...)
Selektiv noradrenalinutslettelse i mpFC svekket økningen i akkumbal dopamin og prefrontal kortikal noradrenalinfrigivelse indusert av både medikamenter og sjokolade (figur 1), selv om det ikke signifikant påvirket basal ekstracellulær dopamin i NAc (shambehandlet gruppe, 1.35 ± 0.15 pg per 20 μl; norepinefrinutarmet gruppe, 1.29 ± 0.18 pg per 20 μl) eller basal ekstracellulær norepinefrin i mpFC (shambehandlet gruppe, 1.31 ± 0.18 pg per 20 μl; norepinephrinutarmet gruppe, 1.26 ± 0.17 pg per 20 μl). Den gjennomsnittlige basale verdien av dopamin i NAc og norepinefrin i mpFC for hver gruppe [saltvann, kokain (20 mg / kg), LiCl (3 meq / kg) og sjokolade] var ikke vesentlig forskjellig
Våre resultater indikerer at intakt noradrenergisk overføring innen MPFC er en nødvendig betingelse for stimulering av dopaminfrigivelse indusert av både givende og aversive stimuli innenfor NAc, og setter dermed sterkt på sin hovedrolle i motiverende salience.
Eksperiment 2.
For å undersøke om det er nødvendig med norepinefrin prefrontal overføring for å anskaffe de betingede appetitive og aversive egenskapene til stimuli parret med primære belønninger og aversive hendelser, vurderte vi effektene av selektiv prefrontal norepinefrinutarmning på plassering.
Prefrontal noradrenergisk utmattelse avskaffet både kokain- og sjokoladeinducerte CPP samt CPA indusert av LiCl. Selv om skambehandlede dyr viste en signifikant preferanse for kokain- eller sjokoladeparret og en betydelig aversjon til LiCl-parret kupé (Fig. 2a) viste norepinephrine-utarmet dyr ingen preferanse for hver avdeling (Fig. 2b ).
Fig. 2.
Prefrontal kortikal noradrenalin utarmning på stedskonditionering. Effekter av matforbruk (1 g melkesjokolade; skambehandlet gruppe, n = 8; noradrenalin-utarmet gruppe, n = 8) og systemisk injeksjon (ip) av saltvann (Sal) (skambehandlet gruppe, (mer ...)
Merk at i foreløpige eksperimenter observert vi at både CPP og CPA av sham-behandlede dyr ikke kunne skille seg fra de av naive dyr. Dyr som hadde opplevd saltoppløsning i begge rom viste ingen preferanse for begge rom uavhengig av lesjonstilstanden (skam behandlet eller norepinephrin utarmet). Oppførselen til norepinefrin-utarmede dyr behandlet med kokain, sjokolade eller LiCl var lik den for dyr som kun opplevde kjøretøyoppløsningen under trening; dvs. de viste ingen preferanse for begge rom.
DISKUSJON
Her rapporterer vi bevis for at prefrontal kortikal norepinefrintransmisjon, gjennom modulering av dopamin i NAc, er en nødvendig betingelse for motivasjonssalgetribusjon til både belønning og aversjonrelaterte stimuli.
For det første, fordi tidligere erfaring er en viktig determinant av den motiverende effekten av en gitt stimulus (7), vurderte vi ved intracerebral mikrodialyse effektene av første eksponering for systemisk kokain eller LiCl, samt effekten av sjokoladeforbruk på norepinefrin eller dopamin Slip i henholdsvis mpFC og NAc. Kokain, sjokolade og LiCl ga en tidsavhengig økning i akkumbal dopamin, så vel som i prefrontal noradrenalinutstrømning av sham-behandlede grupper. En signifikant økning av norepinefrinoverløp var tydelig i mpFC av sham-behandlede dyr innen 20 min mottakende sjokolade; Overløpet ble deretter returnert til baseline nivåer og ble fulgt av en stor vedvarende økning. Selv om denne bifasiske sjokoladeinducerte økningen av norepinefrin i mpFC ikke parallelt økte dopaminforhøyelsen i NAc gjennom, var den opprinnelige økningen sannsynligvis relatert til effekten av smakfull mat og økningen av dopamin i NAc. På den annen side kan den andre store økningen utgjøre et nevrokemisk korrelat av den kortikale opphisselsen som kreves for behandling av romlig informasjon relatert til søking og lokalisering av matbelønningen (17). Faktisk har det blitt foreslått at økt norepinefrinutstrømning tjener til å signalisere tilstedeværelsen av stimuli med høy motivasjonssalience (17). Dermed kan denne økte noradrenalinutløpet muliggjøre den selektive oppmerksomheten som kreves for å søke etter ekstra smakfull mat og kan bidra til oppkjøpet av betingede appetitive egenskaper til stimuli parret med mat. Imidlertid kan det ikke utelukkes postingestive effekter av matinntak på norepinefrin.
Selv om økt dopaminfrigivelse i NAc forårsaket av belønning eller aversive stimuli og økt norepinefrinfrigivelse i pFC som svar på kokain, er blitt rapportert mye, etter vår kunnskap er dette den første rapporten om økt noradrenalinutstrømning indusert av sjokoladeeksponering eller LiCl i mpFC. Viktigst av alt, viser vi at prefrontal kortikal noradrenergisk overføring er nødvendig for akkumulert dopaminutstrømning indusert ved den første eksponeringen mot disse motivasjonelt fremtredende stimuli. Faktisk var ingen signifikant økning i både prefrontal norepinefrin og accumbal dopamin utstrømning, fremkalt av disse stimuli, tydelig i norepinefrin-utarmede mus. Norepinefrin i mpFC kan aktivere mesoaccumbens dopaminfrigivelse gjennom eksitatorisk prefrontal kortikal projeksjon til ventral tegmental area dopaminceller (18, 19) og / eller gjennom corticoaccumbal glutamatergiske projeksjoner (20). Videre kan en rolle for pFC-projeksjoner til lokuset som er coeruleus i å utøve en eksitatorisk innflytelse påregnes fordi denne kjernen har vist seg å aktivere ventrale tegmental-området dopaminneuroner (21-23), som kan føre til økt dopaminfrigivelse i NAc.
Resultatene våre, i samsvar med tidligere rapporter, viser dermed at både ubetingede givende og aversive stimuli øker noradrenalinutstrømningen i mpFC (10–15) samt dopaminfrigjøring i NAc (3, 24). Viktigst av alt viser de imidlertid at intakt noradrenerg transmisjon i mpFC er en nødvendig betingelse for stimulering av dopaminfrigjøring indusert av både givende og aversive farmakologiske og naturlige stimuli i NAc. Derfor peker de på prefrontal noradrenalin- og akkumbal dopamintransmisjon som et nevralt system hvis aktivering av ubetingede givende og aversive stimuli sannsynligvis er et substrat for motivasjonsfremkallende effekt. Dette synspunktet støttes av resultater fra atferdseksperimenter på effektene av prefrontal noradrenalinutarming på kokain-, sjokolade- eller LiCl-indusert stedsbetinging.
Dermed er det andre viktige funn av denne studien at prefrontal kortikal norepinefrinutarmning forringer både CPP indusert av kokain eller mat og CPA indusert av LiCl. Selv om skambehandlede dyr viste en signifikant preferanse for kokain- eller sjokoladeparret og en betydelig aversjon til LiCl-parret, viste norepinefrin-utarmede dyr ingen preferanse for hver avdeling, noe som viste at intakt prefrontal kortikal noradrenalintransmisjon er nødvendig for anskaffelse av kondisjonerte egenskaper til stimuli parret med primærbelønte eller aversive hendelser i en sted-condition prosedyre.
De nåværende resultatene indikerer at mangelen på noradrenalinfrigjøring indusert av eksponering for givende og aversive stimuli (kokain, mat eller LiCl, ubetinget stimulus) hos mus i prefrontal kortikale noradrenalinutarmede, forhindret at motivasjonsmessig saliens ble tilskrevet betinget stimulus (spatialt mønster) under paringsøktene. Merk også at prefrontal noradrenalinutarming ikke forstyrret verken assosiative eller mnemoniske prosesser fordi, som tidligere vist, noradrenalinutarmede dyr viste seg i stand til å lære en passiv unngåelsesoppgave (15) og å assosiere konteksten med stoffets effekter (14). Imidlertid er ytterligere undersøkelser nødvendig for å forstå den nøyaktige naturen til svekkelser hos prefrontal kortikale noradrenalinutarmede dyr.
Dopaminerg overføring innen NAc anses å mediere den hedoniske effekten av belønning eller noen aspekter ved belønningslæring (se ref. 25 for gjennomgang). Våre resultater, i samsvar med et annet syn (3), viser at dopaminoverføring i NAc spiller en rolle i både positivt og aversivt motivert atferd; viktigst av alt viser de imidlertid at denne motivasjonsprosessen styres av prefrontal kortikal noradrenalin. Faktisk produserer selektiv prefrontal noradrenalinutarming blokkering av både kokain- eller sjokoladeindusert CPP og LiCl-indusert CPA og svekkelsen av dopaminfrigjøring i NAc indusert av disse fremtredende stimuliene hos kontrollmus, og demonstrerer dermed at noradrenerg prefrontal overføring, gjennom modulering av dopaminfrigjøring innen NAc, er en nødvendig betingelse for motivasjonsprosessering av både belønnings- og aversjonsrelaterte stimuli.
Samlet sett demonstrerer de nåværende resultatene fra atferds- og mikrodialyseprøvelser at prefrontal noradrenalintransmisjon ikke bare medierer de fordelaktige egenskapene til ofte misbrukte rusmidler, som antydet av tidligere studier (14, 15), men er nødvendig for motivasjonssalgetribusjon til både belønning og aversjon-relaterte stimuli, og viser videre at vanedannende stoffer, samt aversive farmakologiske stimuli, utnytter den samme neurobiologiske mekanismen som naturlige stimuli.
Til slutt utvider dataene våre tidligere funn som peker på mesolimbic dopaminerge systemet som et "salience system" involvert i alle motiverte oppføringer (3, 6, 26). De demonstrerer også at dette systemet er under norepinefrin prefrontal kortikal kontroll, og støtter derfor oppfatningen om at belønning og aversive stimuli påvirker lignende veier i CNS (7).
Resultatene våre gir innsikt i nevrobiologien bak belønning og aversjon fordi de viser at prosessering av både givende og aversive fremtredende stimuli involverer de samme hjerneområdene; dvs. de peker på prefrontal noradrenerg og akkumbal dopaminerg overføring som et felles nevralt system. Å forstå nevrotransmittersystemene som aktiveres av affektivt givende eller aversive stimuli og deres molekylære mekanismer vil bidra til å gi et grunnlag for å belyse funksjonen til nevrale systemer involvert i positive så vel som negative følelser.
MATERIALER OG METODER
Dyr.
Mannlige mus av den innavlede C57BL / 6JIco-stammen (Charles River Laboratories, Wilmington, MA), som vanligvis brukes i nevra-adferdsfenotyping, 8-9 uker gamle på forsøkstidspunktet, ble plassert som tidligere beskrevet (14, 15). Hver eksperimentell gruppe besto av seks til åtte dyr. Alle eksperimenter ble utført i samsvar med italiensk nasjonal lovgivning (Decreto Legislative No. 116, 1992) som styrer bruk av dyr til forskning.
Legemidler.
Klorhydrat, 6-hydroksydopamin (6-OHDA), GBR 12909, kokainhydroklorid og LiCl ble kjøpt fra Sigma-Aldrich (St. Louis, MO). Kokain (20 mg / kg), LiCl (3.0 meq / kg), klorhydrat (350-450 mg / kg) og GBR 12909 (15 mg / kg) ble oppløst i saltvann (0.9% NaCl) og injisert ip i en volum 10 ml / kg. 6-OHDA ble oppløst i saltvann inneholdende natriummetabisulfitt (0.1 M). For matforsøk var belønningen melkek sjokolade (1 g; Nestlé, Vevey, Sveits).
Mikrodialyse.
Dyrene ble bedøvet med klorhydrat (450 mg / kg), montert i en stereotaksisk ramme (David Kopf Instruments, Tujunga, CA) utstyrt med en musadapter og implantert ensidig med en styrkanal (rustfritt stål, ytre ytre diameter på 0.38 mm ; Metalant AB, Stockholm, Sverige) i mpFC eller i NAc (14, 15). Lengde på styrkanylen var 1 mm for mpFC og 4.5 mm for NAc. Ledningskanylen ble festet med epoksylim, og dental sement ble tilsatt for ytterligere stabilisering. Koordinatene fra bregma [målt i henhold til Franklin og Paxinos (27)] var som følger: + 2.52 anteroposterior og 0.6 lateral for mpFC og + 1.60 anteroposterior og 0.6 lateral for NAc [for det meste inkludert shell-underdelingen (27)]. Sonden (dialysemembranlengde 2 mm for mpFC og 1 mm for NAc og ytre diameter av 0.24 mm, MAB 4 cuprophan mikrodialysesonde; Metalant AB) ble introdusert 24 h før mikrodialyseforsøk. Dyrene ble lett bedøvet med klorhydrat (350 mg / kg) for å lette manuell innføring av mikrodialysesonden i styrekanylen. Dyrene ble returnert til deres hjem bur. Utløps- og innløpsrørslangen ble beskyttet av lokalt påført Parafilm. Membranene ble testet for in vitro utvinning av dopamin og norepinefrin (relativ utvinning var som følger: dopamin, 10.7 ± 0.82%, norepinefrin, 12.2 ± 0.75%; n = 20) dagen før bruk for å bekrefte utvinning.
Mikrodialysesonden ble koblet til en CMA / 100-pumpe (Carnegie Medicine, Stockholm, Sverige) gjennom PE 20-rør (Metalant AB) og et ultralavt moment dobbeltkanals flytende svivel (modell 375 / D / 22QM; Instech Laboratories, Plymouth Meeting, PA) for å tillate fri bevegelse. Kunstig cerebrospinalvæske (147 mM NaCl / 1 mM MgCL / 1.2 mM CaCl2 / 4 mM KCl) ble pumpet gjennom dialysesonden med en konstant strømningshastighet på 2 ul / min. Eksperimenter ble utført 22–24 timer etter sondeplassering. Hvert dyr ble plassert i et sirkulært bur utstyrt med mikrodialyseutstyr (Instech Laboratories) og med hjemmeburseng på gulvet. Dialyse perfusjon ble startet 1 time senere. Etter starten av dialyse perfusjon, ble mus igjen uforstyrret i ~ 2 timer før samlingen av baseline prøver. Gjennomsnittlig konsentrasjon av de tre prøvene som ble samlet umiddelbart før behandling (<10% variasjon) ble tatt som basalkonsentrasjon. Før mikrodialyseeksperimenter startet, ble musene tildelt en av de forskjellige behandlingene (saltvann, kokain, sjokolade eller LiCl) i hver gruppe (skambehandlet eller noradrenalin utarmet). For eksperimenter med mat ble dyrene satt på en mat-deprivasjonsplan (28) 4 dager før eksperimentene startet.
Dialysat ble samlet hver 20-min for 120 (for kokain- og LiCl-grupper) eller 160 (for matgrupper) min. Bare data fra mus med korrekt plassert kanyle er rapportert. Plasseringer ble dømt ved metylenblå flekker. Tjue mikroliter av dialysatprøver ble analysert ved HPLC. Resterende 20 μl ble holdt for mulig etterfølgende analyse. Konsentrasjoner (pg per 20 μl) ble ikke korrigert for sondutvinning. HPLC-systemet besto av et Alliance HPLC-system (Waters, Milford, MA) og en coulometrisk detektor (modell 5200A, Coulochem II, ESA, Chelmsford, MA) forsynt med en kondisjoneringscelle (M 5021) og en analytisk celle (M 5011) . Konditioneringscellen ble satt til 400 mV, elektrode 1 ble satt til 200 mV og elektrode 2 satt til -250 mV. En Nova-Pack C18 kolonne (3.9 × 150 mm; Waters) opprettholdt ved 33 ° C ble anvendt. Strømningshastigheten var 1.1 ml / min. Mobilfasen var som tidligere beskrevet (14, 15). Analysedeteksjonsgrensen var 0.1 pg.
Norepinephrine Depletion i mpFC.
Anestesi og kirurgisk sett er beskrevet ovenfor. Dyr ble injisert med GBR 12909 (15 mg / kg) 30 min før 6-OHDA mikroinjeksjon for å beskytte dopaminerge neuroner. Bilateral injeksjon av 6-OHDA (1.5 μg per 0.1 μl for 2 min for hver side) ble gjort til mpFC [koordinater var + 2.52 anteroposterior, ± 0.6 lateral og -2.0 ventral med hensyn til bregma (27)] gjennom et rustfritt stål kanyle (ytre diameter av 0.15 mm; Unimed, Lausanne, Sveits) koblet til en 1-μl sprøyte med et polyetylenrør og drevet av en CMA / 100-pumpe. Kanylen ble igjen på plass for ytterligere 2 min etter slutten av infusjonen. Sham-behandlede dyr ble underkastet samme behandling men mottok intracerebralt vehikel. Dyr ble brukt til mikrodialyse eller atferdseksperimenter 7 dager etter operasjonen.
Norepinefrin og dopaminvevsnivåer i mpFC ble vurdert som tidligere beskrevet (14, 15) for å evaluere omfanget av uttømming.
Plasser kondisjonering.
Oppførelseseksperimenter ble utført ved bruk av et stedkondisjoneringsapparat (14, 15, 29). Apparatet besto av to grå pleksiglasskamre (15 × 15 × 20 cm) og en sentralgata (15 × 5 × 20 cm). To skyvedører (4 × 20 cm) koblet bakgaten til kamrene. I hvert kammer ble to trekantede parallellepipeder (5 × 5 × 20 cm) laget av sort plexiglas og arrangert i forskjellige mønstre (alltid dekket på samme overflate av kammeret) brukt som betingede stimuli. Dyr ble brukt til atferdseksperimenter 7 dager etter operasjonen. Før kondisjonering ble musene tilordnet en av de forskjellige behandlinger (saltvann, kokain, sjokolade eller LiCl) innenfor hver gruppe (sham behandlet eller norepinephrin utarmet).
Opplæringsprosedyren for plasseringskonditionering ble tidligere beskrevet (14, 15). Kort, på dag 1 (pretest), var mus gratis å utforske hele apparatet for 20 min. I løpet av de følgende 8-dagene (kondisjoneringsfase) ble musene daglig begrenset for 40 min vekselvis i ett av de to kamrene. For plassering med farmakologiske stimuli var en av mønstrene konsekvent parret med saltvann og den andre med kokain (20 mg / kg ip, CPP) eller LiCl (3.0 meq / kg ip, CPA) under kondisjoneringsfasen. Disse dosene ble valgt ut fra tidligere studier som viste at C57BL / 6JIco-mus viser en sterkere CPP ved en kokaindose på 20 mg / kg (30, 31) og en trend mot aversjon i CPA-test ved en LiCl-dose 3.0 meq / kg (32). For dyr i kontrollgruppen ble begge kamrene parret med saltvann. For CPP med mat var en av mønstrene konsekvent parret med standardmat (1 g av musestandarddiett) og den andre med god smak (1 g melkk sjokolade). Dyrene ble plassert på en matbegrensningsplan (28) 4 dager før kondisjonering startet. Denne tidsplanen varetok hele kondisjoneringen.
For alle stedskondisjoneringseksperimenter ble sammenkoblingen balansert slik at den ubetingede stimulansen (kokain, sjokolade eller LiCl) ble parret med ett av de to mønstrene for halvparten av hver eksperimentgruppe. for den andre halvdelen av hver gruppe ble den ubetingede stimulansen parret med det andre mønsteret. Testing for ekspresjon av CPP eller CPA ble utført på dag 10 ved bruk av den fortest-prosedyren. Atferdsmessige data ble samlet inn og analysert av EthoVision helautomatiserte videosporingssystem (Noldus, Wageningen, Nederland). Kort fortalt blir det eksperimentelle systemet tatt opp av et CCD-videokamera. Signalet digitaliseres deretter (av en maskinvareenhet som kalles rammegraper) og sendes til datamaskinens minne. Senere blir de digitale dataene analysert ved hjelp av EthoVision-programvaren for å oppnå "brukt tid" (i sekunder), som brukes som rådata for preferansescore i hver sektor av apparatet av hvert fag.
Statistikk.
Plasser kondisjonering.
For place-conditioning eksperimenter ble statistiske analyser utført ved å beregne tid (i sekunder) brukt i sentrum (Center), Drug / Chocolate-paired (Paired) og saltvann / standard mat-paret (Unpaired) -rom på testdagen. I tilfelle av dyr som mottok saltoppkobling med begge rom, ble det parrede kammeret identifisert som det første de ble eksponert for.
Effekter av selektiv prefrontal kortikal norepinefrinutarmning på stedbehandling.
Data fra place-conditioning eksperimenter ble analysert ved å bruke gjentatte målinger ANOVA med en mellom faktor (forbehandling, to nivåer: sham behandlet og norepinephrinedepleted) og en innenfor faktor (paring, tre nivåer: Senter, Paret og Unparent) for hver behandling [ saltvann / saltvann, saltvann / kokain (20 mg / kg), saltvann / LiCl (3 meq / kg) og standardmat / sjokolade]. Fordi de viktige sammenligningene er de mellom Paired og Unpaired compartments, ble det gjort betydelige sammenligninger av tid brukt i disse kamrene ved å bruke gjentatte målinger ANOVA innen hver gruppe.
Toveis ANOVA avslørte signifikant forbehandling × parringsinteraksjon for kokain [F (2, 28) = 3.47; P <0.05], LiCl [F (2, 28) = 4.55; P <0.05] og sjokolade [F (2, 28) = 3.5; P <0.05].
ANOVA med gjentatte målinger i hver gruppe avslørte en signifikant effekt av sammenkoblingsfaktoren bare for svindelbehandlede dyr injisert med kokain [F (1, 14) = 24.3; P <0.0005], LiCl [F (1, 14) = 10.3; P <0.01], eller sjokolade [F (1, 14) = 7.31; P <0.05].
Norepinefrinutarmning i mpFC.
Effektene av prefrontal noradrenalinutarmning på vevsnivåer av dopamin og noradrenalin i mpFC ble analysert ved toveis ANOVA. Faktorene var som følger: lesjon (to nivåer: skambehandlet og noradrenalin utarmet) og eksperiment (to nivåer: atferdseksperiment og mikrodialyseeksperimenter). Individuelle sammenligninger mellom grupper ble utført når det var hensiktsmessig ved post hoc-test, Duncans multiple-range test. Statistiske analyser ble utført på data fra atferds- og mikrodialyseeksperimenter. Toveis ANOVA for effekter av prefrontal noradrenalin utarmning på dopamin og noradrenalin vevsnivåer i mpFC viste en signifikant lesjonseffekt for bare noradrenalin [F (1, 188) = 2.02; P <0.0005], men ingen eksperimentelle effekter.
Mikrodialyse.
Statistiske analyser ble utført på rådata (konsentrasjoner av pg per 20 ul). Virkningene av prefrontal noradrenalinutarming på noradrenalinfrigjøring i mpFC eller på dopaminutstrømning i NAc av dyr utfordret med kokain (20 mg / kg) eller LiCl (3 mekv / kg) ble analysert ved gjentatte målinger ANOVA med to mellom faktorene (forbehandling, to nivåer, skambehandlet og noradrenalin utarmet, og behandling, tre nivåer, saltvann, kokain og LiCl) og ett innen faktor (tid, syv nivåer, 0, 20, 40, 60, 80, 100 og 120). Effekten av prefrontal noradrenalinutarming på noradrenalinfrigjøring i mpFC eller på dopaminutstrømning i NAc av dyr eksponert for sjokolade ble analysert ved gjentatte målinger ANOVA med en mellom faktor (forbehandling, to nivåer, skambehandlet og noradrenalin utarmet) og en innenfor faktor ( tid, ni nivåer, 0, 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140 og 160). Enkle effekter ble vurdert av enveis ANOVA for hvert tidspunkt. Individuelle sammenligninger mellom grupper ble utført når det var hensiktsmessig ved post hoc-test, Duncans multiple-range test.
Statistiske analyser for effekten av farmakologiske stimuli på prefrontal noradrenalinutstrømning avdekket en signifikant forbehandling × behandling × tidsinteraksjon [F (12, 180) = 4.98; P <0.005]. Statistiske analyser for effekter av sjokoladeforbruk på frigjøring av noradrenalin avslørte en forbehandling × tidsinteraksjon [F (8, 80) = 7.77; P <0.005]. Enkle effektanalyser avslørte en signifikant tidseffekt bare for den skambehandlede gruppen og en signifikant forskjell mellom skambehandlede og noradrenalinutarmede grupper etter kokain eller LiCl-injeksjon så vel som etter sjokoladeforbruk.
Statistiske analyser for effekter av farmakologiske stimuli på utstrømming av dopamin i løpet av avdekket en signifikant forbehandling × behandling × tidsinteraksjon [F (12, 180) = 10.02; P <0.0005]. Statistiske analyser av sjokoladedata avslørte en signifikant forbehandling × tidsinteraksjon [F (8, 80) = 2.12; P <0.05]. Enkle effektanalyser avslørte en signifikant tidseffekt bare for de skambehandlede gruppene og en signifikant forskjell mellom skambehandlede og noradrenalin-utarmede grupper etter narkotika (kokain eller LiCl) injeksjon så vel som etter sjokoladeforbruk.
Erkjennelsene
Vi takker Dr. E. Catalfamo for dyktig hjelp. Denne forskningen ble støttet av Ministero della Ricerca Scientifica e Tecnologica (PRIN 2005), Università "La Sapienza" Ateneo (2004 / 2005) og Ministero della Salute (Progetto Finalizzato RF03.182P).
Forkortelser
NAc-kjernen accumbens
pFC prefrontal cortex
mpFC medial pFC
CPP betinget sted preferanse
CPA betinget sted aversjon
6-OHDA 6-hydroksydopamin.
Fotnoter
Forfatterne erklærer ingen interessekonflikt.
Denne artikkelen er en direkte innlevering av PNAS.
REFERANSER
1. O'Doherthy J. Curr Opin Neurobiol. 2004; 14: 769-776. [PubMed]
2. Rolls ET. Behav Brain Sci. 2000; 23:. 177-191 [PubMed]
3. Berridge KC, Robinson TE. Brain Res Rev. 1998; 28: 309-369. [PubMed]
4. Becerra L, Breiter HC, Wise R, Gonzalez RG, Borsook D. Neuron. 2001; 32:. 927-946 [PubMed]
5. Gottfried JA, O'Doherthy J, Dolan RJ. J Neurosci. 2002; 22: 10829–10837. [PubMed]
6. Jensen J, Mcintosh AR, Crawley AP, Mikulis DJ, Remington GR, Kapur S. Neuron. 2003; 40:. 1251-1257 [PubMed]
7. Borsook D, Becerra L, Carlezon WA, Jr, Shaw M, Renshaw P, Elman I, Levine J. Eur J Pain. 2007; 11:. 7-20 [PubMed]
8. Wise R. Nat Rev Neurosci. 2004; 5:. 483-494 [PubMed]
9. Bechara A, Tranel D, Damasio H. Brain. 2000; 123:. 2189-2202 [PubMed]
10. McQuade R, Creton D, Stanford SC. Psykofarmakologi. 1999; 145:. 393-400 [PubMed]
11. Dazzi L, Seu E, Cherchi G, Biggio G. Eur J Pharmacol. 2003; 476:. 55-61 [PubMed]
12. Feenstra MGP, Teske G, Botterblom MHA, de Bruin JP. Neurosci Lett. 1999; 272:. 179-182 [PubMed]
13. Mingote S, de Bruin JPC, Feenstra MGP. J Neurosci. 2004; 24:. 2475-2480 [PubMed]
14. Ventura R, Cabib S, Alcaro A, Orsini C, Puglisi-Allegra S. J Neurosci. 2003; 23:. 1879-1885 [PubMed]
15. Ventura R, Alcaro A, Puglisi-Allegra S. Cereb Cortex. 2005; 15:. 1877-1886 [PubMed]
16. Di Chiara G, Bassareo V, Fenu S, De Luca MA, Spina L, Cadoni C, Acquas E, Carboni E, Valentini V, Lecca D. Neuropharmacology. 2004; 47:. 227-241 [PubMed]
17. Aston-Jones G, Rajkowski J, Cohen J. Biol Psychiatry. 1999; 46:. 1309-1320 [PubMed]
18. Shi WX, Pun CL, Zhang XX, Jones MD, Bunney BS. J Neurosci. 2000; 20:. 3504-3511 [PubMed]
19. Sesack SR, Pickel VM. J Comp Neurol. 1992; 320:. 145-160 [PubMed]
20. Darracq L, Drouin C, Blanc G, Glowinski J, Tassin JP. Neuroscience. 2001; 103:. 395-403 [PubMed]
21. Jodo E, Chiang C, Aston-Jones G. Neurovitenskap. 1998; 83:. 63-79 [PubMed]
22. Grenhoff J, Nisell M, Ferre S, Aston-Jones G, Svensson TH. J Neural Transm. 1993, 93: 11-25.
23. Liprando LA, Miner LH, Blakely RD, Lewis DA, Sesack SR. Synapse. 2004; 52:. 233-244 [PubMed]
24. Salamone JD, Correa M, Mingote S, Weber SM. J Pharmacol Exp Ther. 2003; 305:. 1-8 [PubMed]
25. Everitt BJ, Robbins TW. Nat Neurosci. 2005; 11:. 1481-1487 [PubMed]
26. Horvitz JC. Behav Brain Res. 2002; 137:. 65-74 [PubMed]
27. Franklin KBJ, Paxinos G. Musen Hjerne: I Stereotaksiske Koordinater. San Diego: Akademisk; 1997.
28. Ventura R, Puglisi-Allegra S. Synapse. 2005; 58:. 211-214 [PubMed]
29. Cabib S, Orsini C, Le Moal M, Piazza PV. Vitenskap. 2000; 289:. 463-465 [PubMed]
30. Romieu P, Phan VL, Martin-Fardon R, Maurice T. Neuropsychopharmacology. 2002; 4:. 444-455 [PubMed]
31. Orsini C, Bonito-Oliva A, Conversi D, Cabib S. Psychopharmacology. 2005; 181:. 327-336 [PubMed]
32. Risinger FO, Cunningham CL. Pharmacol Biochem Behav. 2000; 1:. 17-24 [PubMed]