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Intervenções optogenéticas e farmacológicas ligam neurônios de hipocretina à impulsividade em camundongos

May 24, 2024

Biologia das Comunicações, volume 6, número do artigo: 74 (2023) Citar este artigo

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Neurônios no hipotálamo lateral que expressam o neuropeptídeo Hipocretina, também conhecido como orexina, são conhecidos moduladores críticos da estabilidade da excitação. No entanto, o seu papel nos diferentes componentes da construção da excitação, como a atenção e a tomada de decisão, é pouco compreendido. Aqui estudamos a dinâmica do circuito neuronal da hipocretina durante a impulsividade da ação de parada em uma tarefa Go/NoGo em camundongos. Mostramos que a atividade neuronal da hipocretina se correlaciona com a antecipação da recompensa. Em seguida, avaliamos o papel causal da atividade neuronal da hipocretina usando optogenética em uma tarefa Go/NoGo. Mostramos que a estimulação dos neurônios da hipocretina durante o período de estímulo aumenta dramaticamente o número de respostas prematuras. Esses efeitos são mimetizados pela anfetamina, reduzidos pela atomoxetina, um inibidor da captação de noradrenalina, e bloqueados por um antagonista seletivo do receptor 1 da hipocretina. Concluímos que os neurônios da hipocretina têm um papel fundamental na integração de estímulos salientes durante a vigília para produzir respostas apropriadas e oportunas a sinais recompensadores e aversivos.

As Hipocretinas (Hcrts), também conhecidas como orexinas, são dois neuropeptídeos derivados do mesmo precursor1,2. Os neurônios que produzem peptídeos Hcrt estão restritos à área hipotalâmica lateral, mas suas projeções se estendem amplamente por todo o cérebro3. Estudos anteriores demonstraram que a integridade do sistema Hcrt é essencial para a estabilidade da excitação; a perda de neurônios Hcrt em cães, camundongos e humanos resulta em narcolepsia com cataplexia. Acredita-se que essa estabilidade seja exercida pela integração de múltiplas variáveis ​​de conexões hipotalâmicas locais, bem como de aferentes do hipocampo, septo e amígdala4.

Além do papel demonstrado nas transições do estado de excitação, múltiplas linhas de evidência colocaram o sistema hipocretina/orexina como um importante relé no processamento da recompensa cerebral5,6. Nós e outros mostramos que o antagonismo de Hcrt R reduz a motivação para buscar uma recompensa7 e bloqueia a reintegração do estresse na busca por cocaína8,9. Este efeito é provavelmente devido a um aumento duradouro na excitabilidade dopaminérgica provocada pela liberação de Hcrt através da sinalização de HcrtR113,14.

A impulsividade, muitas vezes definida como ação sem previsão ou consideração pelas consequências, é uma característica essencial de inúmeras condições psiquiátricas, incluindo dependência e transtorno bipolar15,16. Uma importante característica comum da excitação e do vício reside na integração de sinais salientes para tomar decisões apropriadas e orientadas para objetivos. Mostramos anteriormente que a atividade dos neurônios Hcrt se correlaciona com a exposição a estímulos de valência positiva e negativa . No entanto, não se sabe se a atividade Hcrt provocada por esses estímulos tem algum efeito na tomada de decisão. Aqui estudamos o papel da atividade do Hcrt na tomada de decisões e na impulsividade da ação, modulando o sistema Hcrt usando farmacologia e optogenética durante uma tarefa Go/NoGo estabelecida.

Usamos fotometria de fibra para monitorar a atividade dos neurônios Hcrt em uma tarefa Go/NoGo. Treinamos camundongos Hcrt-IRES-cre knockin na tarefa Go / NoGo com até 70% de precisão, infundimos um vetor viral que codifica GCamp6f e implantamos uma fibra óptica no hipotálamo lateral (Figura 3 suplementar). Registramos a atividade neuronal Hcrt durante toda a tarefa Go / NoGo e analisamos offline a mudança de sinal durante as transições entre as fases da tarefa (Precue, Go e NoGo Cues, Reward, ITI). Como mostrado nas Figuras 1A e D, as respostas de cálcio tenderam a aumentar na transição dos períodos de pré-sinalização para os períodos de sinalização, particularmente em animais que responderam corretamente à sugestão Go (Tempo x Interação de Transição F (1,4) = 2,69, p = 0,10 ). Os traços corretos do Go foram significativamente diferentes do Precue (Fig. 1D; p = 0,03). Este sinal contrasta com os baixos níveis de atividade observados durante o período NoGo Cue (Fig. 1B). Os animais que tiveram respostas incorretas apresentaram diferenças moderadas, mas significativas, nos sinais de cálcio após exposição ao estímulo, consistente com uma resposta a estímulos salientes . Os sinais de cálcio aumentaram progressivamente durante o período Go Cue e atingiram níveis de pico coincidentes com a entrega de uma recompensa (Fig. 1B) (Tempo F (1,4) = 9,27, p = 0,04). Em contraste, o perfil de atividade de cálcio dos neurônios Hcrt permaneceu baixo durante o sinal NoGo, mas também mostrou um pico imediatamente após o nariz. A transição da recompensa para o final da tentativa para o período de intervalo entre tentativas também mostrou um pico de atividade (Fig. 1C, F) (Tempo F (1,4) = 7,88, p = 0,048), mas ambos corretos Os grupos Go e NoGo apresentaram respostas semelhantes (Tempo x Transição F(1,4) = 0,007, p = 0,94). Nenhum sinal fluorescente foi detectado em camundongos do tipo selvagem (Hcrt-IRES-cre -) (Figura 1 suplementar).

 0.05) (Fig. 2A). However, Hcrt stimulation during the NoGo cue dramatically reduced the probability of correct NoGo trials (p < 0.001 RM-ANOVA with Bonferroni multiple comparisons) (Fig. 2B; Supplementary Movies 1 and 2). Interestingly, optogenetic stimulation of Hcrt during the pre-cue period increased premature responses as well in Hcrt-cre animals but not in wild-type control mice (P > 0.05, RM-ANOVA) (Fig. 2C). These results strongly suggest that Hcrt neurons respond to salient signals associated with a reward, and activity is suppressed if behavioral inhibition is required./p>200 nose-pokes per session) and reliably nose-poking during the reward period (until ~80% of reward periods showed at least one nose-poke). Following this, the mice were trained on the ‘Go Cue’ in a session of either 40 min or 60 trials (whichever came first) of only Go Cue trials. Once mice were reliably responding to the Go Cue (>70% accurate response to Go Cue across three consecutive training days) the ‘NoGo Cue’ was introduced so that the 40 min/60 trial session was a random distribution of 50% Go trials and 50% NoGo trials. Once mice were reliably responding accurately to both Go and NoGo cues (>70% correct responses to cues across three consecutive training days), the mice were considered ready for testing. Reliable accuracy was maintained between testing days with regular training (at least 5 days a week)—mice were only tested if their most recent training session showed >70% accuracy to both Go and NoGo cues (Fig. 5)./p>