细胞外多巴胺(DA)的快速波动介导了哺乳动物的奖赏处理和动机行为。本文描述了快速扫描循环伏安法(FSCV)与口腔内呈味物质给予相结合的方法,用于研究呈味物质如何改变清醒自由活动大鼠中多巴胺的快速释放。
方法文章
细胞外多巴胺(DA)的快速波动介导了哺乳动物的奖赏处理和动机行为。本文描述了快速扫描循环伏安法(FSCV)与口腔内呈味物质给予相结合的方法,用于研究呈味物质如何改变清醒自由活动大鼠中多巴胺的快速释放。
快速、时相性多巴胺(DA)释放在中国台湾哺乳动物大脑中对奖赏处理、强化学习及动机调控具有关键作用。快速扫描循环伏安法(FSCV)是一种具有高空间和时间分辨率(亚秒级)的电化学技术,已被用于在多种实验体系中研究时相性DA释放。 体外 单细胞和脑切片实验 体内 在麻醉啮齿类动物中进行的实验已被用于鉴定在正常条件及疾病模型下介导多巴胺释放与摄取的机制。在过去20年中, 体内 清醒自由活动啮齿类动物中的FSCV实验也揭示了多巴胺能机制在奖赏处理和奖赏学习中的作用。清醒自由活动实验体系的一个主要优势在于能够检测与特定行为事件或奖赏/线索呈现时间同步的快速多巴胺(DA)浓度波动。然而,行为学与伏安法联合实验的一个局限性在于,难以将特异性针对初级奖赏或厌恶刺激的DA效应,与同时发生的、介导奖赏导向行为或其他运动行为的DA波动区分开来。本文描述了一种联合方法,结合 体内 清醒大鼠中采用FSCV结合口腔内灌注直接研究多巴胺对口腔味觉刺激物的反应。在这些实验中,口腔味觉刺激物被直接灌注至大鼠腭部——绕过奖赏导向行为和自主饮水行为——从而可直接检测多巴胺对味觉刺激物的反应。
阶段性多巴胺释放对介导奖赏导向行为具有重要作用 [1-3]然而,分离并研究初级奖赏如何改变多巴胺(DA)的时相性释放常常受到伴随行为或认知过程的干扰,这些过程本身也能够改变时相性DA释放,例如决策过程或为获取奖赏而进行的奖赏导向性运动行为。在本研究中,我们通过使用味觉刺激物来分离对味觉刺激的时相性DA反应 体内 快速扫描循环伏安法(FSCV)结合经口内套管递送味觉刺激物。该技术可绕过选择与行为过程,使我们能够在将味觉刺激物直接灌注至大鼠腭部时,检测细胞外多巴胺(DA)的释放。
FSCV 是一种具有高时间分辨率和空间分辨率的电化学技术,能够在亚秒级时间尺度(10 Hz 分辨率)上对局部微小区域(约 100 µm)内的多巴胺(DA)释放进行测量。将口腔内给药与 FSCV 相结合,能够实时观察到对味觉刺激物产生的快速多巴胺反应,而这种动态过程无法通过传统的微透析方法进行检测。此外,多巴胺在对奖赏或与奖赏相关线索刺激下的瞬时释放浓度通常在 20–100 nM 之间,高于 FSCV 的 10–20 nM 检测阈值[4]。FSCV 的高空间分辨率还允许对脑内较小区域的亚区(如伏隔核核心区,NAc)进行信号记录。因此,将 FSCV 与口腔内味觉刺激物灌注相结合,是研究味觉刺激或其他刺激如何改变清醒、自由活动动物中瞬时多巴胺释放的理想模型。事实上,这些技术已支持了多项研究,用于探究奖赏性和厌恶性味觉刺激如何调节细胞外多巴胺的释放[5]。
在过去十年中,快速扫描循环伏安法(FSCV)分析已成功结合静脉给药[6]和大鼠自我给药范式[7, 8],用于揭示成瘾模型中多巴胺(DA)瞬时释放机制的作用。此外,结合经口给药与FSCV技术已被用于研究与可卡因可获得性配对的味觉刺激如何调节瞬时DA释放以及反映情绪效应的行为反应[3]。这种结合经口给药与FSCV的方法还可有力地用于研究烟草制品和可溶性烟草产品中添加的香料(如薄荷醇和口服甜味剂)所引发的瞬时DA反应[9-11]。尽管添加到烟草制品中的许多香料具有增强食欲的特性[9-11],但尚不清楚这些香料是否以符合奖赏性享乐价值的方式增强瞬时DA释放。事实上,添加到香烟和可溶性烟草产品中的香料可能对DA奖赏系统产生直接影响,并可能通过多巴胺能机制作用,从而影响香烟及其他烟草产品的奖赏价值。因此,结合经口给药与FSCV技术可为理解香料如何调节快速DA释放提供新的视角。联合使用经口给药与in vivo FSCV方法及其研究所得数据,还可促进未来研究进一步阐明香料与尼古丁如何相互作用以改变DA信号传导,并可能调节尼古丁的强化效应。此外,此类研究获得的数据还可为有关烟草制品香料的监管决策提供科学依据。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
所有实验均按照美国国立卫生研究院(NIH)《实验动物护理与使用指南》进行,并经耶鲁大学机构动物护理与使用委员会(IACUC)批准。
1)术前准备
2) 口内手术与颅内套管植入手术联合操作(约75分钟)
3) 在清醒自由活动大鼠中进行伏安法记录
4) 电极校准
5)数据分析
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
采用FSCV结合口腔内导管植入技术,研究了蔗糖(一种具有吸引力的味觉刺激物)如何调节伏隔核(NAc)核心区域的阶段性多巴胺(DA)释放。在味觉刺激物灌注之前,对腹侧被盖区(VTA)施加电刺激(150 µA,60 Hz,24个脉冲;以红色条形表示),可在NAc中引发显著的阶段性DA释放增加(图1)。图1显示了一个彩色图谱,其中纵轴表示电位,横轴表示时间,电流(以伪彩色表示)作为z轴。彩色图谱下方为DA浓度随时间变化的曲线。该浓度-时间曲线是通过提取多巴胺氧化电位(由白色虚线指示)处的电流-时间曲线,并依据电极校准后的数据转换为浓度值得到的。此DA浓度-时间曲线被用作主成分分析(PCA)训练集的一部分。
获得训练集后,每隔1-3分钟给予25次蔗糖输注(每次10%,200 µl)。蔗糖对阶段性多巴胺(DA)释放调节作用的示例如图2和图3所示。在图2中,持续6.5秒的输注(以红色条带表示)在DA的氧化电位(以白色虚线表示)处引起电流升高(以白色向下的箭头表...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
口腔内呈味物质递送与快速扫描循环伏安法(FSCV)相结合,可实现对口腔风味物质引发的“实时”多巴胺(DA)反应的分析。该实验方案中有三个关键步骤,对于成功检测DA至关重要。首先,口腔导管的正确植入是确保风味物质有效递送的关键。应将导管插入第一磨牙后方并牢固楔入到位,以防止导管堵塞或被动物意外拔出。术后恢复的最初几天内定期冲洗导管也非常重要,因为在术后前两到三天内给予动物的软质食物可能堵塞导管。其次,电极质量对于提高自由活动大鼠实验中的信噪比至关重要。在某些情况下,即使电极在视觉上看似质量良好、状态完好,仍可能产生噪声信号。解决此问题的一种方法是在背侧纹状体(硬脑膜下4 mm)进行基线记录测试。若电极噪声过大,可在将电极移至伏隔核(NAc)核心区记录位点(硬脑膜下6–7 mm)开展实验前,将其取出并更换为新电极。第三个关键步骤是在目标脑区内找到合适的记录位点,要求在此处能够以足够频率(至少每分钟1次)观察到自发的多巴胺释放事件(“瞬时信号”),且多巴胺浓度升高幅度足够明显(至少20 nM至40 nM)。通过该优化过程,可在给予风味物质之前确认特定位置存在可检测的自发性多相多巴胺释放事件。以相当于暴露的碳纤维尺寸(50–100 µm)的步长...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者无任何利益冲突需要披露。
本研究工作得到了美国国家科学基金会研究生研究奖学金(RJW)以及美国国立卫生研究院国家药物滥用研究所和美国食品药品监督管理局烟草产品中心(CTP)的支持,项目编号为P50DA036151(EJN和NAA)。本内容仅由作者负责,不一定代表美国国立卫生研究院的官方观点。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 刺激电极 | PlasticsOne | MS303/2-A/SPC | 订购时请注明基座下方22 mm处切割 |
| 电极套管 | BioAnalytical Systems | MD-2251 | |
| 玻璃毛细管 | A-M systems | 624503 | |
| 碳纤维 | Thornel | T650 | |
| 电极拉制仪 | Narishige International | PE-22 | |
| Neurolog 刺激隔离器 | Digitimer Ltd. | DS4 | |
| 热缩管 | 3M | FP-301 | |
| 电极用绝缘导线 | Squires electronics | Custom | L 3.000 x 1.000s x 1.000s UL1423 30/1 BLU |
| 显微操作器 | 伊利诺伊大学芝加哥分校,工程机械车间 | ||
| 环氧树脂 | ITW Devcon | 14250 | “5分钟环氧树脂” |
| 全氟-3,6-二氧杂-4-甲基-7-辛烯磺酸与四氟乙烯的共聚物 | Ion Power | LQ-1105 | 即 Nafion |
| 银漆 | GC Electronics | 22-023 | |
| 电源 | BK Precision | 9110 | |
| 口腔内导管用管路 | Intramedic | 427426 | PE 100,内径 = 0.86 mm;外径 = 1.52 mm |
| 口腔内输注用管路 | 费希尔科学公司 | 02-587-1A | 内径 1/32";外径 3/32" |
| 流式池用注射泵 | Pump Systems Inc. | NE 1000 | |
| 外科水泥 | Dentsply Caulk | 675571 和 675572 | |
| 气动执行器 | VICI | A60 | 6位数字阀接口 |
| 数字阀接口 | VICI | DVI | 230 VAC |
| 四通道前置放大器 | 北卡罗来纳大学,电子设施 | ||
| UEI电源 | 北卡罗来纳大学,电子设施 | ||
| UEI接线盒 | 北卡罗来纳大学,电子设施 | ||
| 味觉刺激物注射泵电源 | Med Associates | SG-504 | |
| 味觉刺激物注射泵 | Med Associates | PHM-107 | |
| 钨微电极 | MicroProbes | WE30030.5A3 | |
| 带AgCl的银丝参比电极 | InVivo Metric | E255A | |
| 蔗糖 | Sigma | 80497 | |
| 氯化镁 | Sigma | M8266 | |
| 氯化钠 | Sigma | S7653 | |
| 高氯酸 | Sigma | 244252 | |
| 盐酸(4 M) | Sigma | 54435 | |
| 氢氧化钠 | Sigma | 306576 | |
| 过氧化氢 | Sigma | H1009 | |
| 盐酸多巴胺 | Sigma | H8502 | |
| TarHeel HDCV 软件 | 北卡罗来纳大学教堂山分校 | 需申请软件:点击此处访问软件申请页面链接 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表
申请许可