РЕГИСТРАЦИЯ ИЗМЕНЕНИЙ УРОВНЯ ВНЕКЛЕТОЧНОГО ДОФАМИНА В ПРИЛЕЖАЩЕМ ЯДРЕ МЕТОДОМ БЫСТРОСКАНИРУЮЩЕЙ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ ПРИ СТИМУЛЯЦИИ ЗОНЫ ВЕНТРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ПОКРЫШКИ, РАЗДРАЖЕНИЕ КОТОРОЙ ВЫЗЫВАЕТ И РЕАКЦИЮ САМОСТИМУЛЯЦИИ
PDF

Ключевые слова

дофамин
самостимуляция
циклическая вольтамперометрия с быстрым сканированием

Как цитировать

Пюрвеев, С. С., Сизов, В. В., Лебедев, А. А., Бычков, Е. Р., Мухин, В. Н., Дробленков, А. В., & Шабанов, П. Д. (2022). РЕГИСТРАЦИЯ ИЗМЕНЕНИЙ УРОВНЯ ВНЕКЛЕТОЧНОГО ДОФАМИНА В ПРИЛЕЖАЩЕМ ЯДРЕ МЕТОДОМ БЫСТРОСКАНИРУЮЩЕЙ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ ПРИ СТИМУЛЯЦИИ ЗОНЫ ВЕНТРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ПОКРЫШКИ, РАЗДРАЖЕНИЕ КОТОРОЙ ВЫЗЫВАЕТ И РЕАКЦИЮ САМОСТИМУЛЯЦИИ. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, 108(10), 1316–1328. https://doi.org/10.31857/S0869813922100107

Аннотация

Целью работы было установление возможности использования метода циклической вольтамперометрии с быстрым сканированием (FSCV) для регистрации выброса дофамина в прилежащем ядре в ответ на электрическую стимуляцию той зоны вентральной области покрышки (VТА) электродом, которая используется для изучения реакции самостимуляции у крыс. Методом FSCV in vivo проводили регистрацию высвобождения дофамина в прилежащем ядре в ответ на электрическую стимуляцию VТА, а далее на этих животных вырабатывали реакцию самостимуляции при раздражении тех же зон VТА. У наркотизированных животных производили стимуляцию (240 мкА) пачкой импульсов (100 Гц), длительностью 0.5 с через каждые 3 мин в течение 1 ч, затем вводили внутрибрюшинно фенамин в дозе 1 мг/кг и продолжали регистрацию еще в течение 1 ч. Электростимуляция VТА вызывала увеличение содержания внеклеточного дофамина в течение 1.45 ± 0.03 с с амплитудой 4.6 ± 0.3 нА. Последующее введение фенамина на фоне стимуляции увеличивало длительность сигнала до 5.2 ± 0.1 с и его амплитуду до 20.8 ± 0.9 нА, что соответствует пропорциональному увеличению количества дофамина. Данная реакция была максимально выражена на 45-й минуте после введения фенамина. Исследованные зоны VТА были также протестированы на наличие реакции самостимуляции в тесте «подъема», когда инструментальная реакция для получения внутримозгового подкрепления заключалась в подъеме головы на 38 градусов в беспроводной телеметрической установке. Реакцию самостимуляции тестировали до введения фенамина и после его введения в течение 1 ч. Установлено, что число подъемов для получения внутримозгового подкрепления увеличивалось к 45-й минуте после введения фенамина. Таким образом, в настоящем исследовании было показано, что стимуляция зон положительного подкрепления в VТА вызывает (у наркотизированных животных) стабильные, продолжительные эффекты фазического высвобождения дофамина, после введения непрямого адреномиметика фенамина активация высвобождения дофамина соответствует по времени изменениям параметров самостимуляции, наблюдаемым после введения вещества. Кроме того, объединение метода FSCV и метода самостимуляции позволяет более четко и надежно, под контролем регистрации выброса дофамина, локализовать стимулирующий электрод в VTA. Это дает основания для применения данного метода, состоящего из двух экспериментов: 1. регистрация высвобождения дофамина с помощью FSCV у наркотизированных животных; 2. исследование реакции самостимуляции на этих животных. Такой подход имеет перспективы для стандартизации протоколов оценки действия сенсорных и фармакологических агентов на дофамин-зависимые формы поведения.

https://doi.org/10.31857/S0869813922100107
PDF

Литература

Olds J, Milner P (1954) Positive reinforcement produced by electrical stimulation of septal area and other regions of rat brain. J Comp Physiol Psychol 47(6): 419−427. https://doi.org/10.1037/h0058775

Carlezon WA, Chartoff EH (2007) Intracranial self-stimulation(ICSS) in rodents to study the neurobiology of motivation. Nat Protoc 2(11): 2987−2995. https://doi.org/10.1038/nprot.2007.441

Lebedev AA, Bessolova YN, Efimov NS, Bychkov ER, Droblenkov AV, Shabanov PD (2020) Role of orexin peptide system in emotional overeating induced by brain reward stimulation in fed rats. Res Results Pharmacol 6(1): 81−91. https://doi.org/10.3897/rrpharmacology6.52180

Phillips AG, Fibiger HC (1978) The role of dopamine in maintaining intracranial self-stimulation in the ventral tegmentum, nucleus accumbens and medial prefrontal cortex. Can J Psychol 32(2):58−66. https://doi.org/10.1037/h0081676

Бычков ЕР, Лебедев АА, Ефимов НС, Крюков АС, Карпова ИВ, Пюрвеев СС, Дробленков АВ, Шабанов ПД (2020) Особенности вовлечения дофаминергической и серотонинергической систем мозга в положительные и отрицательные эмоциональные состояния у крыс. Обзоры клин фармакол лекарств терапии 18(2):123−130. [Bychkov ER, Lebedev AA, Efimov NS, Kryukov AS, Karpova IV, Pyurveev SS, Droblenkov AV, Shabanov PD (2020) Features of the involvement of the dopaminergic and serotonergic systems of the brain in positive and negative emotional states in rats. Obzory klin farmakol lekarstv terapii18 (2): 123−130. (In Russ)]. https://doi.org/10.7816/RCF182123-130

Wise RA (1996) Addictive drugs and brain stimulation reward. Annu Rev Neurosci 19: 319−340. https://doi.org/10.1146/annurev.ne.19.030196.001535

Лебедев АА, Шабанов ПД (1992) Сопоставление реакции самостимуляции и условного предпочтения места при введении фенамина у крыс. Журн высш нервн деятельн им ИП Павлова 42(4): 692−698. [Lebedev AA, Shabanov PD (1992) Comparison of the reaction of self-stimulation and conditional preference of place after administration of phenamine in rats. Zhurn vysshey nervn deyatel'n IP Pavlova 42 (4): 692−698. (In Russ)].

Corbett D, Wise RA (1980) Intracranial self-stimulation in relation to the ascending dopaminergic systems of the midbrain: amoveable electrode mapping study. Brain Res 185(1): 1−15. https://doi.org/10.1016/0006-8993(80)90666-6

Steinberg EE, Boivin JR, Saunders BT, Witten IB, Deisseroth K, Janak PH (2014) Positive reinforcement mediated by midbrain dopamine neurons requires D1 and D2 receptor activation in the nucleus accumbens. PLoS One 9 e94771. https://doi.org/10.137/journal.pone.0094771

Yeomans JS, Maidment NT, Bunney BS (1988) Excitability properties of medial forebrain bundle axons of A9 and A10 dopamine cells. Brain Res 450(1-2): 86−93. https://doi.org/10.1016/0006-8993(88)91547-8

Sombers LA, Beyene M, Carelli RM, Wightman RM (2009) Synaptic overflow of dopamine in the nucleus accumbens arises from neuronal activity in the ventral tegmental area. J Neurosci 29(6): 1735−1742. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.5562-08.2009

Shabanov PD, Lebedev AA (2013) Involvement of GABA- and dopaminergic mechanisms of the bed nucleus of the stria terminalis in the reinforcing effects of psychotropic substances mediated via the lateral hypothalamus Neurosci Behav Physiol 43(4): 485−491. https://doi.org/10.1007/s11055-013-9759-3

Fiorino DF, Coury A, Fibiger HC, Phillips AG (1993) Electrical stimulation of reward sites in the ventral tegmental area increases dopamine transmission in the nucleus accumbens of the rat. Behav Brain Res 55(2): 131−141. https://doi.org/10.1016/0166-4328(93)90109-4

Garris PA, Kilpatrick M, Bunin MA, Michael D, Walker QD, Wightman RM (1999) Dissociation of dopamine release in the nucleus accumbens from intracranial self-stimulation. Nature 398(6722): 67−69. https://doi.org/10.1038/18019

Keithley RB, Carelli RM, Wightman RM (2010) Rank estimation and the multivariate analysis of in vivo fast-scan cyclic voltammetric data. Anal Chem 82(13): 5541−5551. https://doi.org/10.1021/ac100413t

Rodeberg NT, Johnson JA, Bucher ES, Wightman RM (2016) Dopamine dynamics during continuous intracranial self-stimulation: effect of waveform on fast-scan cyclic voltammetry data. ACS Chem Neurosci 7(11): 1508–1518. https://doi.org/ 10.1021/acschemneuro.6b00142

Paxinos G, Watson C (1998) The rat brain in stereotaxic coordinate. 4-th ed. Paxinos G, Watson C (eds). Sydney, Orlando, San Diego, New-York, Austin, London, Montreal, Toronto. Acad Press.

Шабанов ПД, Лебедев АА, Мещеров ШК (2002) Дофамин и подкрепляющие системы мозга. Санкт-Петербург. [Shabanov PD, Lebedev AA, Mescherov ShK (2002) Dopamine and the reinforcing systems of the brain. Saint Petersburg. (In Russ)].

Мухин ВН, Сизов ВВ, Павлов КИ, Клименко ВМ (2017) β-амилоид 25—35 подавляет секреторную активность дофаминергических систем мозга крыс. Рос физиол журн им ИМ Сеченова 103(12): 1350—1360. [Mukhin VN, Sizov VV, Pavlov KI, Klimenko VM (2017) β-amyloid 25-35 suppresses the secretory activity of the dopaminergic systems of the rat brain. Russ J Physiol 103(12): 1350−1360. (In Russ)].

Mena S, Dietsch S, Berger SN, Witt CE, Novel PH (2021) User-friendly experimental and analysis strategies for fast voltammetry: the Analysis Kid for FSCV. ACS Meas 1(1): 11–19.

Fibiger HC, LePiane FG, Jakubovic A, Phillips AG (1987) The role of dopamine in intracranial self-stimulation of the ventral tegmental area. J Neurosci 7(12): 3888–3896. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.07-12-03888.1987

Petrov ES, Lebedev AA (1997) Dopamine and the reinforcing system of the brain. Neurosci Behav Physiol 27(3): 309−311.

Smith KS, Tindell AJ, Wayne AJ, Berridge KC (2009) Ventral pallidum roles in reward and motivation. Behav Brain Res 196(2): 155–167. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2008.09.038

Шевелева МВ, Лебедев АА, Роик РО, Шабанов ПД (2013) Нейробиологические механизмы систем награды и наказания в головном мозге при активации прилежащего ядра. Обзоры клин фармакол лекарств терапии 11(3):3−19. [Sheveleva MV, Lebedev AA, Roik RO, Shabanov PD (2013) Neurobiological mechanisms of reward and punishment systems in the brain upon activation of the nucleus accumbens. Obzory klin farmakol lekarstv terapii 11 (3): 3−19. (In Russ)].

Tran AH, Tamura R, Teruko U, Kobayashi T, Katsuki M, Taketoshi O (2005) Dopamine D1 receptors involved in locomotor activity and accumbens neural responses to prediction of reward associated with place. Proc Natl Acad Sci U S A 102(6): 2117–2122. https://doi.org/10.1073/pnas.0409726102

Cheer JF, Wassum KM, Heien ML, Phillips PE, Wightman RM (2004) Cannabinoids enhance subsecond dopamine release in the nucleus accumbens of awake rats. J Neurosci 24(18): 4393–4400. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0529-04.2004

Yavich L, Tiihonen J (2000) Patterns of dopamine overflow in mouse nucleus accumbens during intracranial self-stimulation. Neurosci Lett 293(1):41−44. https://doi.org/10.1016/s0304-3940(00)01484-1

Covey DP, Bunner KD, Schuweiler D R, Cheer JF, Garris PA (2000) Amphetamine elevates nucleus accumbens dopamine via an action potential-dependent mechanism that is modulated by endocannabinoids. Eur J Neurosci 43(12):1661−1673. https://doi.org/10.1016/s0304

Nestler EJ (2005) Is there a common molecular pathway for addiction? Nat Neurosci 8(11):1445−1449. https://doi.org/10.1038/nn1578

Seiden LS, Sabol KE, Ricaurte GA (1993) Amphetamine: effects on catecholamine systems and behavior. Annu Rev Pharmacol Toxicol 33: 639– 677. https://doi.org/10.1146/annurev.pa.33.040193.003231

Sulzer D (2011) How addictive drugs disrupt presynaptic dopamine neurotransmission. Neuron 69(4): 628–649. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2011.02.010

Daberkow DP, Brown HD, Bunner KD, Kraniotis SA, Doellman MA, Ragozzino ME, Garris PA, Roitman MF (2013) Amphetamine paradoxically augments exocytotic dopamine release and phasic dopamine signals. J Neurosci 33(2): 452−463. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2136-12.2013

Hamid AA, Pettibone JR, Mabrouk OS, Hetrick VL, Schmidt R, Vander Weele CM, Kennedy RT, Aragona BJ, Berke JD (2016) Mesolimbic dopamine signals the value of work. Nature Neurosci 19(1): 117–126. https://doi.org/10.1038/nn.4173

Rothman RB, Baumann MH (2003) Monoamine transporters and psychostimulant drugs. Eur J Pharmacol 479(1-3): 23–40. DOI: 10.1016/j.ejphar.2003.08.054

Sulzer D (2011) How addictive drugs disrupt presynaptic dopamine neurotransmission. Neuron 69(4): 628−649. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2011.02.010

Kafkafi N, Levi-Havusha S, Golani I, Benjamini Y (1996) Coordination of side-to-side head movements and walking in amphetamine-treated rats: A stereotyped motor pattern as a stable equilibrium in a dynamical system. Biol Cybern 74(6):487−495. https://doi.org/10.1007/BF00209420