Префронтална реактивност кортекса у основи рањивости на хронични социјални пораз | комуникације природе

Префронтална реактивност кортекса у основи рањивости на хронични социјални пораз | комуникације природе

Anonim

Субјекти

  • Амигдала
  • Психологија
  • Социјална неурознаност

Апстрактан

Психолошки стрес доприноси настанку и погоршању готово свих неуропсихијатријских поремећаја. Појединачне разлике у регулаторно-склопним круговима могу драматично утицати на угроженост ових болести. Овде смо идентификовали механизме неуронског круга који су у основи индивидуалних разлика у рањивости на стрес користећи мишји модел хроничног друштвеног пораза. Код хронично стресних мишева, налазимо да степен префронталне коре (ПФЦ) контроле амигдале предвиђа подложност стресу код појединих мишева. Критично, такође налазимо да индивидуалне разлике у ПФЦ активацији (то јест, реактивности) током излагања агресорском мишу предвиђају појаву поремећаја понашања изазваног стресом код мишева који нису наивни стресом. Коначно, показујемо да природне разлике у реактивности ПФЦ-а директно одговарају унутрашњој брзини паљења ПФЦ неурона. Ово показује да разлике у ПФЦ функцији које се јављају у природној основи подлежу индивидуалним разликама у рањивости на стрес, подижући хипотезу да ПФЦ модулација може спречити психијатријске поремећаје изазване стресом.

Увод

Маладаптивни одговори на стрес у околини подразумевали су појаву и погоршање неуропсихијатријских поремећаја, укључујући велики депресивни поремећај (МДД) 1, 2, 3, анксиозни поремећај 4, 5, зависност 6, 7, шизофренију 8, 9, 10 и посттрауматски стресни поремећај 11 . Без обзира на то, појединци реагирају на стрес различито и остаје непознато шта чини неке посебно рањивим на појаву психијатријских поремећаја као одговор на такав стрес. До данас, студије усмерене на откривање механизама који стоје на основу поремећаја понашања изазване стресом, у великој се мери заснивају на експериментима извршеним на животињама након изложености стресу или на животињама које су биле изложене молекуларним, бихевиоралним, еколошким или круговима заснованим манипулацијама пре излагања стресу ( две стратегије које саме по себи мењају нормалну функцију мозга) 12, 13, 14, 15, 16 . Алтернативна стратегија за сецирање механизама који посредују осетљивости на особине (тј. Рањивост на стрес) јесте прикупљање података из популације мозга пре излагања стресу и упоређивање са понашањем након стреса. Идентификовањем разлика у неурофизиолошким потписима који се могу поуздано мерити код животиња које нису наклоњене стресу, могу се спровести студије за сецирање молекулских и ћелијских механизама који стоје на основи рањивости на стрес. Даље, ови неурофизиолошки потписи имају велики потенцијал за употребу у идентификацији популације ризичне популације и за развијање терапија које промовишу отпорност јер се могу лако превести на људске биомаркере. Овде користимо модел хроничног социјалног стреса и хронични ин виво електрофизиолошки снимци да бисмо открили нову неурофизиолошку меру која предвиђа индивидуалне разлике у толеранцији стреса код наивно наивних животиња.

У моделима глодара хронични социјални стресни стрес изазива синдром понашања који карактерише социјално избегавање, нефункционално понашање везано за награде и ослабљене реакције на суочавање са другим стресорима у окружењу 17, 18 . Важно је да се овај синдром изазван стресом не манифестује код свих мишева унутар урођеног Ц57БЛ / 6Ј (Ц57) соја. Ова варијабилност у понашању чини модел хроничног друштвеног пораза стрес снажним алатом за проучавање механизама који стоје на основи индивидуалних разлика у отпорности на стрес и осетљивости 17, 19, 20 . Овде ћемо показати да својства реакције ПФЦ на АМИ склопове одговарају природно присутним разликама у рањивости на хронични стрес од социјалног пораза.

АМИ и ПФЦ су регије мозга које су повезане реципрочним глутаматергичким пројекцијама и показало се да су важне за модулацију реакција на страх и стрес. АМИ игра критичну улогу у откривању потенцијалних претњи 21, 22, 23, док извршне мреже ПФЦ пружају контролу над емоционалним реакцијама одоздо према доље потискујући активности у АМИ 24 . Дуготрајно излагање стресу може довести до архитектонских промена у ПФЦ-у и може променити његову функционалну повезаност са остатком мозга 25 . Слично томе, промене у активности АМИ, пластичности и експресији гена након опетованих реакција на стрес и страх дубоке су и код људи и код глодара 11, 26, 27, 28, 29 . Поред тога, показало се да је ПФЦ-АМИ повезаност важна код психијатријских поремећаја који су стрес или погоршани стресом. Измењена функционална повезаност одмарајуће мреже између АМИ и ПФЦ описана је код пацијената са МДД 30, 31 и у генетском мишем моделу МДД ризика 32 . Слично томе, индивидуалне разлике у функционалној повезаности АМИ и ПФЦ након велике трауме предвиђају манифестацију будућих симптома посттрауматског поремећаја 33 . Коначно, активирање АМИ-а као одговор на емоционалне знакове корелира са анксиозношћу особина код појединаца 34, а показало се да структурни интегритет ПФЦ-АМИ склопа предвиђа тјескобну карактеристику 35 . Пошто се чини да су реакција на стрес и регулација афекта уско повезани са ПФЦ-АМИ повезаношћу, претпостављамо да би овај круг могао да игра кључну улогу у посредовању предиспозиције за синдром изазван маладаптивним синдромом примећеним код мишева након хроничног друштвеног пораза.

Овде тестирамо нашу хипотезу да разлике у функцији ПФЦ и АМИ склопа које се природно јављају у основи индивидуалних разлика у рањивости на стрес. Да бисмо то постигли, забележили смо локални теренски потенцијал (ЛФП) и активност једне јединице у ПФЦ и АМИ код Ц57 мишева пре, и као одговор на хронични стрес од социјалног пораза. Идентификујемо неколико неурофизиолошких корелата осјетљивог фенотипа код хронично стресних мишева. Такође показујемо да је један од ових неурофизиолошких корелата присутан у популацији мишева који су подложни стресу чак и пре излагања стресу (то јест неурофизиолошком биомаркеру). Коначно, квантификујемо промене у ПФЦ и АМИ испаљивању јединица које одговарају манифестацији овог неурофизиолошког профила код стресних наивних мишева. Заједно, ови резултати показују да разлика у стопама испаљивања ПФЦ-а природно постоји у основи индивидуалних разлика у толеранцији на стрес.

Резултати

Усмерени сигнали унутар ПФЦ – АМИ круга

ПФЦ-АМИ интеракције су биле описане током понашања везаног уз анксиозност 36, тако да смо одлучили да утврдимо да ли су ПФЦ-АМИ интеракције усмерене током наше парадигме стреса. Ц57 мишеви су имплантирани микрографима за снимање микрофона у ПФЦ и АМИ. Након хируршког опоравка, животиње су биле подвргнуте 15-дневном хроничном стресу од социјалног пораза где су биле изложене новом агресивном ЦД1 мишу сваки дан и биле смештене 24 сата уз сензорни контакт на ЦД1 (реф. 17) 17 . Неурофизиолошка активност је забележена током излагања мишу агресора ЦД1 пре и после хроничног стреса. Да бисмо директно квантификовали неурофизиолошке одговоре на мишеве агресоре, развили смо тест присилне интеракције (ФИ тест). Током ФИ теста, Ц57 миш се смешта у комору за снимање и добијају се неурофизиолошке снимке пре и после увођења ЦД1 миша у спољну арену (Сл. 1а). Оно што је посебно важно, овај ФИ тест омогућава директно квантификовање реакција кола на мишу агресора, без утицаја на понашање локомотора напред на неурофизиолошке мере.

Image

( а ) Шема ФИ теста изведеног у арени од 17 × 9 ″. ПФЦ и АМИ ЛФП активност забележена током ФИ тестирања након стреса. ( б ) Средња резултирајућа дужина временске серије помака фазе је израчуната између АМИ и ПФЦ ЛФП-ова. Временска одступања где је примећена оптимална кохеренција фаза између свих АМИ и ПФЦ ЛФП за сваку фреквенцију на 46 мишева. Примећен је улазак ПФЦ у АМИ фазу у осцилаторном опсегу 2–7 Хз. Подаци су приказани као интервал поузданости од 95%. ( ц ) ПФЦ-АМИ спектрална кохеренција током прве половине ФИ теста. Имајте на уму високу спектралну кохеренцију која је примећена у осцилаторном опсегу 2–7 Хз. ( д ) Неурофизиолошка активност је забележена на 16 микроталаса уграђених у свако подручје мозга током ФИ теста. Затим се израчунала спектрална кохеренција унутар подручја унутар имплантираних микровалова у миша ( Н = 120 јединствених парова микроталовара за свако подручје мозга). Осцилаторни сигнали у распону од 2–7 Хз били су изразито сувишни током почетног нивоа и периода интеракције кроз поједине микроталасне жице имплантиране у подручје мозга (то јест, кохеренција ~ 0, 95). Подаци су приказани као средња вредност ± сем ( е ) Појединачне микроталасне жице расподељене су преко ПФЦ (прелимбични кортекс (ПрЛ) и инфралимбички кортекс (ИЛ)) и АМИ (базолатерални АМИ (БЛА) и базомедијални АМИ (БМА)) по антеропостериорној оси. Трагови лезије приказани су горе.

Слика пуне величине

Будући да су вишеструка истраживања показала да се сигнали усмерене комуникације преко можданих кола могу извући из истодобно снимљених ЛФП сигнала 32, 37, 38, израчунали смо у којој је мјери осцилаторна активност у АМИ синкронизирана с осцилаторном активношћу у ПФЦ-у током 'пост-стрес' ФИ тест. Затим смо увели степенаста временска одступања између ПФЦ и АМИ осцилација и рекалкулирали фазну синхрону између ове две регије. У складу са претходним извештајем 32, открили смо да је ПФЦ активност поуздано претходила АМИ активности у распону од 2 до 7 Хз код животиња (слика 1б). Ова смерност у повезивању ПФЦ 2–7 Хз осцилација и АМИ 2–7 Хз осцилација је примећена током оба периода ФИ теста (то јест пре и после увођења миша агресора ЦД1; видети Слику 1ц; Н = 46 мишеви). Важно је да је примећена висока спектрална кохеренција између ПФЦ и АМИ унутар овог фреквенцијског опсега (видети Слику 1ц). Примећена је и висока кохеренција унутар подручја као и код животиња, што показује да су осцилаторни сигнали од 2 до 7 Хз, снимљени из појединачних микротајловаца имплантираних кроз дату регију мозга, били сувишни (слика 1д, види Сл. 1е за места имплантације).

Након идентификације усмереног повезивања између ПФЦ и АМИ ЛФП-а, кренули смо да утврдимо да ли је ПФЦ заузео АМИ активност на нивоу појединачних јединица. Прво смо квантификовали активност појединачног неурона (јединице) ПФЦ и АМИ у односу на њихове локално забележене осцилације. Наши резултати показали су да су фазе 83/236 (35%) ПФЦ јединица закључане на осцилације ПФЦ 2–7 Хз и фаза 37/106 (35%) АМИ закључана на осцилације 2–7 Хз АМИ (види Слику 2а). Изложеност миша агресора ЦД1 смањује фазно закључавање у блокадама ПФЦ фаза ( П <0, 01 коришћењем теста ранг-знака; види Слику 2б). Међутим, изложеност ЦД1 мишу значајно је повећала закључавање фазе у популацији АМИ јединица које су фазу закључале на АМИ 2–7 Хз осцилације ( П <0, 01 коришћењем теста знакова; Сл. 2б). Затим смо израчунали смер у овом кругу увођењем степенастих помака у осцилацијама ПФЦ 2–7 Хз и израчунавањем фазног закључавања попречних делова за АМИ јединице. Открили смо да су АМИ неурони у прошлости оптимално закључани на ПФЦ осцилације 24, 6 ± 9, 2 мс (Н = 25 неурона који су показали значајно закључавање фаза у П <0, 05 / 121 помацима; види Слику 2ц). Изложеност ЦД1 смањује кортикални улазак у ове неуроне (Сл. 2д; П = 0, 03 коришћењем теста знакова). Значајно је да су сличне анализе помоћу ПФЦ јединица показале да је ПФЦ у прошлости оптимално фазно закључан на ПФЦ осцилације 13, 9 ± 6, 4 мс. Ово је одразило помак од ~ 10 мс између фазног увођења ПФЦ и АМИ јединица, што је у великој мери у складу са нашом ЛФП анализом.

Image

( а ) Пример закључавања јединица у ПФЦ неурону. Подаци показују брзину пуцања ПФЦ неурона у односу на фазу локално забиљеженог осцилаторног дјеловања. Значајно фазно закључавање утврђено је коришћењем Раилеигх-овог теста где је З = −лн ( П ). Расподела АМИ и ПФЦ вредности закључавања неуронске фазе на њихове локалне осцилације од 2 до 7 Хз приказана је десно. ( б ) МРЛ фазно закључаних јединица приказаних на слици 2а. Изложеност мишју агресора током „пост-стрес“ ФИ испитивања смањила је фазно закључавање ПФЦ јединица ( Н = 83; П <0, 01) и повећала фазно закључавање АМИ јединица ( Н = 37; П <0, 01). Подаци су приказани као средња вредност ± сем ( ц ) Средња резултантна дужина (МРЛ) ПФЦ (лево) и АМИ (десно) спајање јединице на ПФЦ осцилације при временском одмику у распону од -100 до 100 мс. У анализу су укључене само јединице које су показале значајно закључавање фаза са α = 0, 05 / 101 (измене од –100 до 100 мс у кораку од 2 мс) током прве половине ФИ теста. ПФЦ јединице оптимално повезане са ПФЦ осцилацијама 13, 9 ± 6, 4 мс у прошлости ( Н = 68 јединица). АМИ јединице оптимално повезане са ПФЦ јединицама 24, 6 ± 9, 2 мс у прошлости ( Н = 25 јединица). ( д ) Изложеност мишјег агресора током „пост-стрес“ ФИ тестирања смањила је улазак јединица АМИ у ПФЦ осцилације. За анализу је коришћена максимална МРЛ за сваки неурон. * П <0, 05; ** П <0, 01 коришћењем теста ранг-знака.

Слика пуне величине

ПФЦ до АМИ склоп функционише у хронично стресним мишевима

Након што смо идентификовали сигнал ПФЦ према АМИ (тј. Фреквенцију од 2–7 Хз) и карактерисали однос локалних неурона према овом кругу, одлучили смо да упоредимо бихевиоралне и неурофизиолошке реакције на мишјег агресора код хронично стресних животиња. Стога смо квантифицирали ЛФП одговоре на ЦД1 агресорског миша (помоћу ФИ теста) и упоредили их са појединачним временима друштвене интеракције (на класичном тесту социјалне интеракције избора) (види слике 1а и 3а, б). Коефицијент интеракције током теста избора интеракције (тј. Време проведено у проксималној интеракцији са ЦД1 у малој комори / време проведено проксимално до исте празне коморе) потврђено је као јака мера осјетљивости на стрес или отпорности 19 . Неурофизиолошки одговори на миша агресора квантификовани су као реактивност кола која је дефинисана као Кс ЦД1 - Кс Емпти арена (где Кс представља неурофизиолошку меру). Открили смо да је промена у кохеренцији ПФЦ-АМИ ЛФП која је резултат акутне изложености агресору негативно корелирана са односом интеракција током тестирања понашања ( П = 0, 026, Р = -0, 407 коришћењем сперманове корелације рангирања; Н = 30 мишева; Сл. 3ц). Повећање кохеренције ПФЦ-АМИ примећено је код мишева са ниским омјерима социјалне интеракције, док је пад кохеренције ПФЦ-АМИ примећен код мишева са високим омјером друштвене интеракције. Кад смо мишеве поделили на осетљиве и отпорне популације на основу односа интеракције (интерактивни однос> = 0, 94, који одговара горњим 40% односа интеракције примећен у популацији, коришћен је за дефинисање отпорне групе; Н = 30 укупних мишева; интеракција однос: 1, 17 ± 0, 07 за отпорну групу и 0, 58 ± 0, 07 за осетљиву групу), нисмо нашли разлике у промени кохеренције ПФЦ-АМИ између контролних мишева који нису под стресом ( Н = 16 мишева) и осетљивих или отпорних група ( П > 0, 05 за обе поређења коришћењем Вилцокон-овог теста рангирања; Слика 3ц инсет).

Image

( а ) Схема експерименталне поређења и корелације између пост-стресних неурофизиолошких реактивних мера и пост-стресног социјалног интеракцијског понашања. ( б ) Схема теста социјалне интеракције класичног избора. ( ц - е ) ПФЦ-АМИ круг динамика током пост-стрес ФИ теста предвиђа однос интеракције током наредног једнокоморног тестирања друштвене интеракције. Реактивност је квантификована као разлика сваке мере (то јест, кохеренције или снаге) пре и после увођења ЦД1 током ФИ теста ( Кс ЦД1 - Кс празна арена ). Подаци су анализирани користећи Спеарманову ранг корелацију ( Н = 30 мишева). Лево су приказане репрезентативна кохеренција и спектрални цртежи за животињу означену црвеном бојом. Инсети показују групу средстава за мишеве који нису под стресом (Ц), подложне мишеве (С) и отпорне мишеве (Р). * П <0, 05 коришћењем ФДР-исправљеног теста рангирања. Подаци су приказани као средња вредност ± сем

Слика пуне величине

Имајући у виду ову занимљиву повезаност осцилаторне кохеренције ПФЦ-АМИ са социјалном интеракцијом, следеће смо проценили промене осцилаторне снаге (тј. Реактивности) унутар 2–7 Хз опсега у свакој регији мозга појединачно (ПФЦ и АМИ). И ПФЦ и АМИ реактивност снаге негативно су корелирали с реакцијама понашања појединих Ц57 животиња током теста изборне интеракције ( П = 0.0005, Р = -0.607 и 0.006, Р = -0.500 за обје поређења, коришћењем сперманове корелације рангирања; види Сл. 3д, е). Када смо упоредили ове неурофизиолошке одговоре код мишева који су подложни стресу и отпорни на стрес са стресним контролама, открили смо да мишеви подложни стресу показују пораст реактивности ПФЦ ( П <0, 004 користећи Вилцокон-ов ранг-збројни тест; Слика 3д инсет) . Ниједна група није показала разлике у АМИ реактивности у поређењу са не-стресним контролама ( П > 0, 05 коришћењем Вилцокон-овог теста рангирања; Слика 3е инсет).

Корелатори рањивости код стресно наивних мишева

Након идентификације неурофизиолошких корелата осјетљивости и отпорности на стрес код хронично стресних мишева (тј. Реактивности ПФЦ – АМИ 2–7 Хз, реактивности ПФЦ 2–7 Хз и реактивности АМИ 2–7 Хз), поставили смо хипотезу да можда постоји „неуронски потпис „присутни у истој популацији мишева пре хроничног излагања стресу. Постојање таквог потписа било би од огромне користи за проучавање узрока осјетљивости на стрес, јер би омогућило идентификацију осјетљивих животиња у стању пред стресом (то јест прије појаве симптома понашања). Према томе, упоређивали смо неурофизиолошке одговоре измерене током ФИ тест сесије извршене пре изложености хроничном стресу са реакцијама у понашању мереним током тестирања избора након стреса (Сл. 4, лево горе). Занимљиво је да смо открили да је промена осцилаторне снаге ПФЦ 2–7 Хз током ФИ тестирања на стресно наивним мишевима корелирала са степеном индивидуалне осетљивости примећеном у истој групи мишева након хроничног социјалног пораза стреса ( П = 0, 005, Р = - 0.508 помоћу корелације разарача (слика 4). Важно је да код контролних мишева који нису под стресом није примећен однос између реактивности ПФЦ 2–7 Хз код хроничних стресних наивних мишева и „пост-стрес“ интерактивних резултата ( П = 0, 831 коришћењем сперманове корелације рангирања; Н = 16 мишева), демонстрирајући да је потребна интеракција у кругу (ПФЦ реактивност) × околина (стрес) да би се изазвале промене у понашању примећене код мишева који су подложни стресу. Ни кохеренција ПФЦ – АМИ нити АМИ снага реактивност (2–7 Хз) код мишева са хроничним стресом који нису наивни били су предиктивни за пост-стресно социјално интерактивно понашање.

Image

Схема експерименталне поређења и корелације између пре-стрес неурофизиолошке реактивне мере и пост-стрес социјалног интеракционог понашања (подаци су анализирани помоћу Спеарманове ранг-корелације; Н = 30 мишева).

Слика пуне величине

ПФЦ и АМИ профили активности неурона код мишева који нису позитивни на стрес

Будући да су наши докази показали да је реактивна реакција ПФЦ-а у опсегу 2–7 Хз неурофизиолошки корелат рањиве особине на стрес, кренули смо да истражимо да ли је овај неурофизиолошки маркер довољан за сегрегацију мишева који нису настројени стресом и испитивање ћелијских механизама који могу бити основа особина рањивости на стрес. Да бисмо повећали број неурона који су коришћени за анализу, користили смо све податке о ФИ пре тестовима снимљених на мишевима који ће касније бити подвргнути хроничном стресу или бити додељени као контрола која није под стресом. Затим смо мишеве поделили у две групе на основу њихове ПФЦ снаге реактивности (висока ПФЦ реактивност: ХПР; ПФЦ реактивност> -0, 37 дБ, Н = 25/51 мишева. Ниска ПФЦ реактивност: ЛПР; ПФЦ реактивност <-0, 37 дБ, Н = 26 / 51 мишева), и упоређивали су реакцију јединице током пре стресног ФИ теста у ове две групе.

Открили смо да ЛПР мишеви показују веће брзине испаљивања ПФЦ-а у поређењу са ХПР групом током оба дела ФИТ-а (мешовита анализа варијанце модела са Бок-Цок-овом трансформацијом (ММА) реактивне групе; Ф 1, 296 = 6, 8039, П = 0, 0096; Н = 127 и 171 ПФЦ неурона у ХПР и ЛПР мишевима; Сл. 5а). Поред тога, повећава се брзина испаљивања ПФЦ-а током излагања мишу агресора ЦД1 у ЛПР-у, али не и ХПР мишевима (ММА стања тестирања; Ф 1, 296 = 14, 732, П = 0, 0002; након чега следи лажна стопа откривања (ФДР) -оркирани Вилцокон-ов знак-ранг) тест (ММА – ФВС); П = 0, 0014 и 0, 06 за ЛПР и ХПР мишеве, респективно). Нису примећене разлике у брзини испаљивања АМИ између мишева ЛПР и ХПР (ММА реактивне групе; Ф 1, 152 = 0, 012, П = 0, 913; Н = 62 и 92 АМИ неурона у ХПР и ЛПР мишевима, респективно; слика 5а). Слично томе, нису примећене разлике у групној блокади осцилација ПФЦ 2–7 Хз у АМИ (ММА групе реактивности; Ф 1, 114 = 2, 60, П = 0, 110; Н = 49 и 67 АМИ неурона у ХПР и ЛПР мишевима, респективно) или ПФЦ (ММА реактивне групе; Ф 1, 114 = 2, 18, П = 0, 141; Н = 112 и 163 ПФЦ неурона у ХПР и ЛПР мишевима, Сл. 5а). Коначно, упоређивали смо закључавање кортикалне и АМИ фазе са АМИ 2–7 Хз осцилацијама у две групе. Открили смо да ХПР мишеви показују веће закључавање АМИ фазе до осцилација 2–7 Хз (ММА групе реактивности; Ф 1, 114 = 6, 35, П = 0, 0132; Н = 49 и 67 АМИ неурона у ХПР и ЛПР мишевима, респективно; Сл. 5а ). ЛПР мишеви имају тенденцију да показују веће закључавање фазе ПФЦ јединице на АМИ осцилације, мада те разлике нису достигле статистичку значајност (ММА реактивне групе × тестни услов; Ф 1, 273 = 6, 41, П = 0, 012; након чега је усмерен ФДР-тест исправљен зброј; П = 0, 064 за поређење група у првој половини ФИ теста; Сл. 5а). Изложеност мишјег агресора смањила је закључавање фазе ПФЦ јединице на АМИ осцилације у ЛПР-у, али не и ХПР групу ( П = 0, 004 и 0, 754 за поређења унутар ЛПР и ХПР групе током ФИ теста, користећи ФДР коригирани тест знакова рангирања Вилцокон-ом; Фиг. 5а). Узето заједно, ови резултати показују да ЛПР мишеви показују веће стопе пуцања ПФЦ-а и ниже АМИ-повезаност са локалном АМИ осцилаторном активношћу. Важно је да ови резултати пружају и доказ да се ПФЦ реактивност заиста може користити као неурофизиолошки маркер за сегрегацију наивних мишева и испитивање ћелијских механизама који стоје на основи рањивости својства на стрес.

Image

( а ) Јединствени профили активности код мишева који нису на стрес, током ФИ тестирања пред стресом. Мишеви су раздељени у две групе на основу њихових природних разлика у ПФЦ спектралној реактивности ( Н = 25–26 мишева по групи). Подаци су приказани као средња вредност ± сем ** П <0, 01 за ефекат групе реактивности користећи ММА реактивне групе × услов испитивања са Бок-Цок трансформацијом; ^^ П <0.01 за ММА интеракције групе реактивности × тест услова интеракције. ## П <0, 01 за ефекат стања испитивања помоћу теста ранг-знака. ( б ) Јединице својства облика таласа. Имајте на уму преклапајућу дистрибуцију својстава таласних облика у ЛПР и ХПР мишевима.

Слика пуне величине

Дискусија

Хронични стрес са социјалним поразом код глодара изазива бихејвиорални синдром који карактерише социјално избегавање и ослабљени одговори на друге стресне факторе у окружењу код осетљивих појединаца, што је паралелно са афективном дисфункцијом изазваном стресом. Унутар урођеног (генетски идентичног) Ц57 соја миша, овај стрес изазван фенотип не јавља се код свих животиња, што омогућава дисекцију фактора који посредују подложност и отпорност на стрес 17, 19, 20 . Препознавање основних разлика својствених можданој шеми осјетљивих и отпорних животиња прије излагања хроничном социјалном стресу отвара врата за развој нових терапија и стратегија превенције које омогућавају отпорност на стрес.

Показало се да су и ПФЦ и АМИ играли важне улоге у синдромима стреса код људи и код глодара 21, 22, 23, 30, 31, 32, 33, 36, 39, 40 . Овде смо окарактерисали активност ПФЦ-АМИ склопа код Ц57 мишева у односу на хронични стрес од социјалног пораза. Наши резултати показали су да су функционалне промене кохеренције ПФЦ-АМИ, осцилаторне активности ПФЦ и осцилаторне активности АМИ као одговор на изложеност агресивном мишу у корелацији са индивидуалним разликама у понашању одговора сличном агресорском мишу код хронично стресних мишева. Важно је да су ови односи примећени у фреквенцијском опсегу 2–7 Хз који одражава активност која је усмерена на ПФЦ и АМИ. Дакле, реактивност ПФЦ-АМИ кола која се овде примећује може одражавати активирање регулаторне мреже повратних информација која сузбија субкортикалне неурофизиолошке одговоре на стресне подражаје. Чини се да ова мрежа за контролу повратних веза делује ефикасније код отпорних животиња које имају веће сузбијање осцилаторне активности АМИ као одговор на агресор ЦД1. Код мишева подложних стресу, де-потенцијација ове регулаторне мреже низводно као одговор на хронични стрес може резултирати компензацијском регулацијом у одговору посредованом ПФЦ-ом. Заиста, опажена је већа ПФЦ реактивност код мишева подложних стресу (али не и еластичних) у поређењу са контролама које нису под стресом.

Такође показујемо да реактивност ПФЦ снаге код мишева који нису наклоњени стресу корелира са променама у понашању које настају после хроничног стреса. Значајно је да кохеренција ПФЦ – АМИ и осцилаторна енергетска реактивност АМИ код мишева који нису били стресни нису успјели предвидјети реакције у понашању након стреса. То је вероватно зато што је потребан хронични стрес да би се открио дефицит доњег нивоа у регулаторним мрежама повратних информација о угроженим животињама. Када смо истражили појединачне разлике у пуцању на нивоу ћелијских 'јединица', открили смо да је ЛПР (предиктор ниске рањивости на хронични стрес) повезан са вишим стопама пуцања ПФЦ-а и нижим повезивањем АМИ са локалном осцилаторном активношћу од 2 до 7 Хз. . Раније студије сугерисале су да ПФЦ излази низ лимбичке циљеве посредују ефекте манипулација понашањем које повећавају отпорност на хронични стрес од социјалног пораза 16 . Надаље, директна стимулација ПФЦ-а је довољна да поништи неколико поремећаја у понашању који настају након хроничног излагања стресу 14, 15, 41 . Заједно са нашим налазима, ово сугерише да повећана ПФЦ активност која је примећена код ЛПР мишева вероватно служи за сузбијање реакција на стрес у поткортикалним регијама мозга и на тај начин повећава толеранцију на хронични стрес.

Анатомске поделе ПФЦ-а, укључујући прелимбички (ПрЛ) кортекс и инфралимбички (ИЛ) кортекс, показале су се да играју разнолике и дивергентне улоге у посредовању одговора на страхне подражаје 42 . Док су се појединачне микроталасне жице дистрибуирале кроз ова два пододељења ПФЦ-а у нашој студији, пронашли смо високу унутар-ПФЦ кохеренцију у распону од 2–7 Хз. Предвиђајући неуронски одговори које смо приметили у ПФЦ-у могу одражавати интеграцију активности кроз неколико ПФЦ чворова који у коначници доприносе дугорочном реаговању на стрес. Алтернативно, висока кохеренција унутар подручја која се опажа преко ПФЦ-а у фреквенцијском опсегу 2–7 Хз може једноставно одразити резултат локалног волумног провођења ЛФП сигнала 43 . Додатне студије помогле би сецирању доприноса појединих ЛФП чворова регулаторној мрежи ПФЦ 2–7 Хз.

Више субкортикалних неуронских кругова игра улогу у посредовању реакција понашања на стрес и промене у понашању које настају као одговор на хронични стрес. Заправо, показало се да адаптације можданог круга у ВТА зависне од допамина доприносе настанку тешких поремећаја у понашању које показују мишеви који су подложни стресу након изложености стресу 12, 13, 19, 44, 45, и промена у тим круговима зависним од допамина. такође је показано да прате преокрет симптома у понашању након примене антидепресива 44 . Ипак, разлике у круговима зависним од допаминергике који постоје пре изложености стресу и на крају посредују код појединачних разлика у толеранцији на стрес примећене унутар Ц57 соја миша нису утврђене. Наши налази показују да природне разлике у активностима ПФЦ-а вероватно служе као фенотип фенотипа осетљивости и отпорности на стрес. Пошто је активирање кругова зависних од ПФЦ довољно за регулисање активности у више поткортикалних циљева 15, наши налази такође подижу хипотезу да ПФЦ може да регулише кодирање реакција на стрес зависног од допамина и да природне разлике у активностима ПФЦ испаљивања могу довести до рањивост на стрес у неколико низводних кругова.

Наши налази пружају прве директне доказе, колико знамо, да ПФЦ-АМИ склоп кодира индивидуалну способност за одржавање нормалног понашања у условима великог стреса. Важно је да смо описали нови неурофизиолошки маркер који се може користити за квантификацију осетљивости код интактаних наивно мишева са стресом. Овај неурофизиолошки маркер може се проценити на нивоу ЛФП-а, омогућавајући поуздану и брзу класификацију животиња у популацију рањиву на стрес и отпорну на стрес. Стога употреба таквог неурофизиолошког биомаркера омогућава дубље истраживање мозакских и ћелијских заснованих механизама мозга који на крају одређују појединачне рањивости стреса.

Методе

Њега и употреба животиња

За све експерименте представљене у овом истраживању коришћени су мушки мишеви Ц57БЛ / 6Ј (Ц57) купљени од Јацксон Лабс и ЦД1 мушки мишеви (пензионисани узгајивачи) купљени у лабораторији Цхарлес Ривер. Мишеви су смештени на обрнутом 12-сатном циклусу светла / мрака и одржавани су у соби са влагом и температуром са водом и храном на располагању ад либитум . Ц57 мишеви су првобитно смештени три до пет по кавезу, а ЦД1 мишеви су појединачно смештени. Током ведрог циклуса изведени су бихевиорални и електрофизиолошки експерименти. Све студије су рађене по одобреним протоколима са Институционалног одбора за бригу и употребу животиња Универзитета Дуке и биле су у складу са смерницама НИХ-а за негу и употребу лабораторијских животиња.

Хируршка имплантација електрода

У узрасту од 6 до 7 недеља, 51 Ц57 мишева ( Н = 51) су одвојени у појединачне кавезе. Ц57 мишеви су анестезирани кетамином (100 мг кг -1 ) и ксилазином (10 мг кг -1 ), који су стављени у стереотаксични уређај и метални шраф за приземље су причвршћени за кранија. Укупно 32 микрофилтера од волфрама су распоређени у низовима и уграђени су у АМИ и ПФЦ на основу стереотаксичних координата измерених на брегми (АМИ: антеропостериорно −1, 6 мм, медиолатерално −2, 5 мм, дорсовентрално −4, 8 мм од дуге; ПФЦ: антеропостериорно 1, 7 мм, Медиолатерал ± 0, 25 мм, дорсовентрал од -1, 8 до -2, 5 мм од душа). Имплантиране електроде биле су усидрене вијцима за масу изнад предњег лобање и можданог црева помоћу зубног акрила 46 . Експерименти су започети након двонедељног опоравка. По завршетку експеримената урађена је хистолошка анализа места имплантације.

Chronic social defeat stress

Experimental mice underwent 15 days of chronic social defeat stress 17, 41 . Male, retired breeder CD1 (Charles River) mice were used as resident aggressors for the social defeat stress and were singly housed before the experiments. Particularly aggressive CD1s, as defined by demonstrating at least one successful act of aggression towards an intruder C57 male within 60 s, were selected for use during the social defeat. Mice were singly housed before undergoing social defeat. Intruder male C57 mice were introduced to the cage of a novel CD1 aggressor for 5 min daily, and then housed adjacent to the same aggressor for 24 h. During this time, mice were separated by a transparent and porous Plexiglas barrier to enable constant sensory exposure. During bouts of exposure to the CD1 mice, hallmark behavioural signs of social defeat stress were observed including escape, submissive postures (that is, defensive upright and supine), and freezing. Following the last 24 h exposure to a CD1 aggressor mouse, all C57s were housed individually. Non-stressed control animals were housed in identical cages adjacent to another C57 of the same age on the opposite side of Plexiglas barrier and handled each day.

FI test

C57 mice were placed in a wire cage (Galaxy Utility Cup, www.kitchen-plus.com) in the middle chamber of a 17 × 9 × 9 (L × W × H inch) arena. The dimensions of the wire cage were 4 × 4 × 3″ (lower diameter × height × upper diameter). Following a 5-minute recording period during which neurophysiological activity was recorded, a CD1 aggressor mouse was introduced into the center chamber. Neurophysiological data were then recorded for an additional 5 minutes. All animals subjected to the FI test after exposure to chronic social defeat stress were also subjected to the test before stress exposure. Mice that exhibited significant injuries during social defeat stress were removed from further post-stress testing ( N =5 mice).

Single-chamber social interaction test

Mice were subjected to the single-chamber social interaction test following chronic social defeat stress. Mice were placed within a novel arena with a small cage located at one end, and each socially stressed mouse's movement was monitored for 2.5 min. Mice were then removed from the testing chamber, and reintroduced 30 s later after a CD1 mouse was placed in the small cage along. Locomotor activity measurements (distance travelled) and time spent in the interaction zone were quantified using Ethovision 3.0 software. The interaction ratio was calculated as (interaction time, CD1 present)/(interaction time, CD1 absent). Data were analysed using a Student's t -test at α =0.05.

Neurophysiological data acquisition

Neurophysiological recordings were performed during the FI test. Neuronal activity was sampled at 30 kHz, high-pass filtered at 250 Hz, sorted online and stored using the Cerebus acquisition system (Blackrock Microsystems, UT). Neuronal data were referenced online against a wire within the same brain area that did not exhibit a signal-to-noise ratio greater than 3:1. At the end of the recording, cells were sorted again using an offline sorting algorithm (Plexon, TX) to confirm the quality of the recorded cells. LFPs were band-pass filtered at 0.3–500 Hz and stored at 1, 000 Hz. All neurophysiological recordings were referenced to a ground wire connected to both ground screws. Notably, wires tested from the two screws were isoelectric demonstrating that ground loops were not introduced by this design.

LFP oscillatory power and cross-area coherence

Signals recorded from all of the implanted microwires were used for analysis. High intra-area coherence was observed within animals (see Fig. 1d), demonstrating that oscillatory signals recorded from individual microwires implanted across a given brain region were highly redundant (particularly in the frequency range examined in this study) 43 . Using Matlab, a sliding window Fourier transform was applied to the LFP signal using a 1-s window with a 1-s step. The Fourier transform parameters were then chosen to allow for a frequency resolution of 0.5 Hz. The LFP oscillatory power values used for analysis were then assigned as the mean power observed across the two LFP channels used for analysis.

LFP cross-structural coherence was then calculated from LFP pairs used for LFP oscillatory power analysis using the Matlab (MathWorks, Natick, MA) mscohere function at a 1-s sliding window with a 1-s step. The transform parameters were chosen to allow for a frequency resolution of 0.5 Hz. The average of the calculated coherence value across all wires was used for analysis.

Unit phase locking

LFPs were filtered using Butterworth band-pass filters designed to isolate LFP oscillations within the delta (2–7 Hz) frequency range. The instantaneous phase of the filtered LFP was then determined using the Hilbert transform, and phase locking was detected using the Rayleigh test at α =0.05 (refs 47, 48). Since the phase-locking analysis is highly influenced by the number of spike events used for analysis, we quantified the strength of unit phase locking by randomly selecting exactly fifty spike events for each neuron and calculating the MRL. This process was repeated 1, 000 times for each neuron and the average MRL observed across the 1, 000 samples was used to quantify phase locking for each neuron 49 . Neurons that fired fewer than 50 times were excluded from phase-locking analysis. All behavioural state comparisons of phase locking were performed using the MRL of neurons.

Temporal offset for optimal phase coupling

First, we calculated the cross-correlation of instantaneous phases of field potential oscillations to determine the temporal lag that yielded the correlation peak. This was then used as an indication of directionality. Similar approaches based on instantaneous amplitude correlations have been described in the literature 37 . Briefly, LFP data acquired during the first 5 min of each recording period were filtered using Butterworth band-pass filters designed to isolate LFP oscillations within a 2 Hz window using a 1 Hz step (2–15 Hz). The instantaneous phase of the filtered AMY and PFC LFPs were then determined using the Hilbert transform, and the instantaneous phase offset ( φ AMY− φ PFC ) t was calculated for each time point. The mean resultant length for the phase offset time series, corresponding to the deviation from circular uniformity (where 0 represents no deviation from circular uniformity and 1 represents a perfect distribution at a single angle/phase) was then calculated 32 . Second, we introduced temporal shifts ranging from −100 to 100 ms in 2-ms increments into PFC oscillations. We then recalculated the MRL length of coupling between the temporally shifted PFC oscillations and the population of PFC and AMY neurons we recorded. This approach has been previously utilized to quantify directionality across limbic neural circuits 36 . All neurophysiological and behavioural tests were completed before data analysis. All data in the text are presented as mean±sem unless otherwise specified.

Додатне Информације

How to cite this article : Kumar, S. et al. Prefrontal cortex reactivity underlies trait vulnerability to chronic social defeat stress. Нат. Цоммун. 5:4537 doi: 10.1038/ncomms5537 (2014).

Коментари

Подношењем коментара пристајете да се придржавате наших Услова и Смерница заједнице. Ако нађете нешто злоупотребно или то није у складу са нашим условима или смерницама, означите то као непримерено.