Регистрация высвобождения внеклеточного дофамина при самостимуляции методом циклической вольтамперометрии с быстрым сканированием

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Регуляция внеклеточного уровня дофамина в прилежащем ядре — важное звено механизма внутреннего подкрепления. Развитие метода быстросканирующей циклической вольтамперометрии позволило регистрировать динамику физического выброса дофамина во временной шкале, соответствующей поведенческим реакциям. В то же время данные о внеклеточном уровне дофамина во время реализации реакции самостимуляции в настоящее время противоречивы.

Цель — проанализировать особенности высвобождения дофамина в прилежащем ядре во время самостимуляции вентральной области покрышки методом быстросканирующей циклической вольтамперометрии.

Материалы и методы. Крысам самцам Вистар вживляли электроды для самостимуляции и регистрации внеклеточного уровня дофамина. Регистрацию высвобождения дофамина осуществляли телеметрически у крыс в свободном поведении. Выброс дофамина оценивали по изменению его внеклеточного уровня в прилежащем ядре in vivo методом быстросканирующей циклической вольтамперометрии. Раздражение вентральной области покрышки осуществлялось в режиме FR1 пачкой прямоугольных электрических импульсов при подъеме головы на 38°.

Результаты. Первый подъем головы и, соответственно, включение подкрепляющей стимуляции вызывало увеличение сигнала быстросканирующей циклической вольтамперометрии, который уменьшался в течение времени. Высвобождение дофамина при самостимуляции оставалось неизменно выше, чем его фоновый уровень до начала обучения реакции. Мы не наблюдали строгой корреляции величины амплитуды и времени высвобождения дофамина с более или менее энергичной реакцией самостимуляции. Пиковая концентрация дофамина во время электрического стимула увеличивалась и сохранялась на более высоком уровне в течение последующих как минимум 20 подъемов головы. При этом элементы исследовательского поведения не угасали, несмотря на периоды снижения и повышения уровня дофамина. Высвобождение дофамина в первые 5 мин опыта постепенно снижалось каждые 2 мин. После продолжительной самостимуляции высвобождение дофамина снижалось уже каждые 0,5 мин.

Заключение. Наши исследования согласуются с гипотезой флуктуирующего эмоционального континуума, который реализует подкрепляющие механизмы мозга. Уровень дофамина отражает, по-видимому, процессы регуляции механизмов приближения и избегания при самостимуляции и может являться результатом синтеза «опережающего подкрепления» (мотивационного возбуждения) с последующим за двигательным актом состоянием удовлетворения.

Об авторах

Н. С. Пестерева

Институт экспериментальной медицины

Автор, ответственный за переписку.
Email: pesterevans@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3104-8790
SPIN-код: 1088-6479

канд. биол. наук

Россия, Санкт-Петербург

Д. С. Трактиров

Институт экспериментальной медицины

Email: ds.traktirov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0424-6545
SPIN-код: 3221-1316
Россия, Санкт-Петербург

Андрей Андреевич Лебедев

Институт экспериментальной медицины

Email: aalebedev-iem@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-0297-0425
SPIN-код: 4998-5204

д-р биол. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

С. С. Пюрвеев

Институт экспериментальной медицины; Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет

Email: dr.purveev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4467-2269
SPIN-код: 5915-9767

канд. мед. наук

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Р. Д. Черкассова

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: regina.cherkassova@mail.ru
ORCID iD: 0009-0000-1811-7563
SPIN-код: 8138-8642
Россия, Санкт-Петербург

П. Д. Шабанов

Институт экспериментальной медицины

Email: pdshabanov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1464-1127
SPIN-код: 8974-7477

д-р мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Pavlov IP. Complete Collection of Works. Vol. 2. Book 1. Moscow: Nauka; 1951. 57 p. (In Russ.)
  2. Shabanov PD, Lebedev AA, Meshcherov ShK. Dopamine and reinforcing systems of the brain. Saint Petersburg: Scientific Book; 2002. 216 p. (In Russ.) EDN: VWCLGH.
  3. Salamone JD, Correa M. Insulin and ventral tegmental dopamine: what’s impaired and what’s intact? Cell Metab. 2013;17(4):469–470. doi: 10.1016/j.cmet.2013.03.011
  4. Covey DP, Cheer JF. Accumbal dopamine release tracks the expectation of dopamine neuron-mediated reinforcement. Cell Rep. 2019;27(2):481–490.e3. doi: 10.1016/j.celrep.2019.03.055
  5. Sharpe MJ, Chang CY, Liu MA, et al. Dopamine transients are sufficient and necessary for acquisition of model-based associations. Nat Neurosci. 2017;20(5):735–742. doi: 10.1038/nn.4538
  6. Carlezon WA Jr, Chartoff EH. Intracranial self-stimulation (ICSS) in rodents to study the neurobiology of motivation. Nat Protoc. 2007;2(11):2987–2995. doi: 10.1038/nprot.2007.441 EDN: XUUMSB
  7. Steinberg EE, Boivin JR, Saunders BT, et al. Positive reinforcement mediated by midbrain dopamine neurons requires D1 and D2 receptor activation in the nucleus accumbens. PLoS One. 2014;9(4): e94771. doi: 10.1371/journal.pone.0094771
  8. Gallistel CR, Shizgal P, Yeomans JS. A portrait of the substrate for self-stimulation. Psychol Rev. 1981;88(3):228–273. doi: 10.1037/0033-295X.88.3.228
  9. Bielajew C, Shizgal P. Evidence implicating descending fibers in self-stimulation of the medial forebrain bundle. J Neurosci. 1986;6(4):919–929. doi: 10.1523/JNEUROSCI.06-04-00919.1986
  10. Sombers LA, Beyene M, Carelli RM, Wightman RM. Synaptic overflow of dopamine in the nucleus accumbens arises from neuronal activity in the ventral tegmental area. J Neurosci. 2009;29(6): 1735–1742. doi: 10.1523/JNEUROSCI.5562-08.2009
  11. Berrios J, Stamatakis AM, Kantak PA, et al. Loss of UBE3A from TH-expressing neurons suppresses GABA co-release and enhances VTA-NAc optical self-stimulation. Nat Commun. 2016;7:10702. doi: 10.1038/ncomms10702
  12. Hernandez G, Hamdani S, Rajabi H, et al. Prolonged rewarding stimulation of the rat medial forebrain bundle: neurochemical and behavioral consequences. Behav Neurosci. 2006;120(4):888–904. doi: 10.1037/0735-7044.120.4.888
  13. Sizov VV, Lebedev AA, Pyurveev SS, et al. A method for training rats to electrical self-stimulation in response to raising the head using a telemetry apparatus to record extracellular dopamine levels. Neurosci Behav Physiol. 2024;54(1):52–60. doi: 10.1007/s11055-024-01568-z EDN: LVFWOC
  14. Pyurveev SS, Lebedev AA, Sizov VV, et al. Social isolation induces addictive behavior and increases release of dopamine in the Nucleus accumbens in response to stimulation of the positive reinforcing zone. I.P. Pavlov Journal of Higher Nervous Activity. 2024;74(4):471–485. doi: 10.31857/S0044467724040083 EDN: HMWGGQ
  15. Pyurveev SS, Sizov VV, Lebedev AA, et al. Registration of changes in the level of extracellular dopamine in the Nucleus accumbens by fast-scan cyclic voltammetry during stimulation of the ventral tegmental area zone, which also caused self-stimulation. J Evol Biochem Physiol. 2022;58(5):1613–1622. doi: 10.1134/s0022093022050295 EDN: FWBURZ
  16. Kita JM, Parker LE, Phillips PE, et al. Paradoxical modulation of short-term facilitation of dopamine release by dopamine autoreceptors. J Neurochem. 2007;102(4):1115–1124. doi: 10.1111/j.1471-4159.2007.04621.x
  17. Calipari ES, Bagot RC, Purushothaman I, et al. In vivo imaging identifies temporal signature of D1 and D2 medium spiny neurons in cocaine reward. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016;113(10):2726–2731. doi: 10.1073/pnas.1521238113
  18. Owesson-White CA, Cheer JF, Beyene M, et al. Dynamic changes in accumbens dopamine correlate with learning during intracranial self-stimulation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008;105(33): 11957–11962. doi: 10.1073/pnas.0803896105
  19. Kilpatrick MR, Rooney MB, Michael DJ, Wightman RM. Extracellular dopamine dynamics in rat caudate-putamen during experimenter-delivered and intracranial self-stimulation. Neuroscience. 2000;96(4):697–706. doi: 10.1016/S0306-4522(99)00578-3 EDN: AEHNPW
  20. Witten IB, Steinberg EE, Lee SY, et al. Recombinase-driver rat lines: tools, techniques, and optogenetic application to dopamine-mediated reinforcement. Neuron. 2011;72(5):721–733. doi: 10.1016/j.neuron.2011.10.028
  21. Vartanyan GA, Petrov ES. The reinforcing function of the emotions. Neuroscience and Behavioral Physiology. 1993;23(5):439–448. doi: 10.1007/BF01183005 EDN: XPSIFE
  22. Petrov ES, Lebedev AA. Dopamine and the reinforcing system of the brain. Neurosci Behav Physiol. 1997;27(3):309–311. doi: 10.1007/BF02462900 EDN: LEBBJX
  23. Tsikunov SG. Emociogenic principle of reinforcement in the formation of behavior. Bulletin of the Russian Military Medical Academy. 2000;(1):26. (In Russ.)
  24. Posner J, Russell JA, Peterson BS. The circumplex model of affect: An integrative approach to affective neuroscience, cognitive development, and psychopathology. Development and Psychopathology. 2005;17(3):715–734. doi: 10.1017/S0954579405050340 EDN: HPNMBL

© Эко-Вектор, 2025


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».