Date asociate

Abstract

Fundal:

Băuturile excesive sunt răspândite în timpul adolescenței și pot avea efecte asupra creierului și comportamentului adulților. Prezentul studiu a investigat dacă expunerea intermitentă a etanolului la adolescenți modifică alegerea riscantă a adulților și nivelurile de marker neuronal colinergic dopaminergic prefrontal și din creier la șobolanii Wistar masculi.

Metode:

Șobolanilor adolescenți (ziua postnatală 28-53) li s-a administrat 5g/kg de 25% (vol/vol) etanol de 3 ori/zi într-un model de expunere de 2 zile - pe/2 zile - liber. La vârsta adultă, alegerea riscantă a fost evaluată în probabilitatea reducerii sarcinii cu serii descendente și ascendente de probabilități mari de recompensare și după provocarea acută cu etanol. Analizele imunohistochimice au evaluat tirozin hidroxilaza, un marker al dopaminei și norepinefrinei în cortexurile prelimbice și infralimbice, și colin acetiltransferază, un marker al neuronilor colinergici, în creierul bazal.

Rezultate:

Toți șobolanii au preferat recompensa mare atunci când a fost livrată cu probabilitate mare. Când recompensa mare a devenit puțin probabilă, șobolanii de control au preferat recompensa mai mică și sigură, în timp ce șobolanii adolescenți expuși intermitent la etanol au continuat să prefere alternativa riscantă. Etanolul acut nu a avut niciun efect asupra alegerii riscante la niciun grup de șobolani. Nivelurile de imunoreactivitate ale tirozinei hidroxilazei (numai cortexul prelimbic) și ale colinei acetiltransferazei au fost scăzute la șobolanii adolescenți expuși la etanol intermitent, comparativ cu martorii. Alegerea riscantă a fost corelată negativ cu colina acetiltransferază, implicând scăderea activității colinergice a creierului în alegerea riscantă.

Concluzii:

Scăderea imunoreactivității tirozin hidroxilazei și a colinei acetiltransferazei sugerează că expunerea intermitentă la etanol a adolescenților are efecte neuronale durabile care pot duce la modificarea comportamentelor adulților, cum ar fi creșterea luării deciziilor riscante. La om, luarea deciziilor riscante crescute ar putea duce la consecințe dezadaptative, potențial dăunătoare.

Introducere

Expunerea intensă la alcool este frecventă în rândul adolescenților. Aproape un sfert dintre elevii americani din clasa a XII-a declară că au consumat mai mult de 5 băuturi la rând cel puțin o dată în ultimele 2 săptămâni (Johnston și colab., 2013). Adolescența este un moment de neurodezvoltare extinsă, cu maturizare continuă în tot creierul, inclusiv regiuni corticale frontale care mediază funcții cognitive și executive de ordin superior, impulsivitate și comportament riscant (Gogtay și colab., 2004; Ernst și colab., 2005; Casey și colab. al. al., 2008; Steinberg, 2008; Jacobus și colab., 2013). Expunerea intensă la alcool în timpul adolescenței poate afecta creierul în curs de dezvoltare și poate modifica evaluarea riscurilor și a recompenselor, ducând la impulsivitate crescută (White și colab., 2011) și la luarea deciziilor riscante (Goudriaan și colab., 2007; Cantrell și colab., 2008; Xiao și colab., 2009; Gullo și Stieger, 2011). Deși astfel de studii demonstrează o legătură între luarea deciziilor riscante și consumul precoce de alcool, acestea nu pot determina cauzalitatea. Adică, o tendință spre luarea deciziilor riscante poate preceda sau predispune o persoană la consumul intens de alcool în timpul adolescenței. Alternativ, luarea deciziilor riscante excesive poate rezulta din neuroadaptările provocate de expunerea la alcool la adolescenți.

Luarea deciziilor bazate pe risc poate fi evaluată la rozătoare folosind sarcina de reducere a probabilității (Cardinal și Howes, 2005; St. Onge și Floresco, 2009). În această procedură de alegere discretă, șobolanii aleg între o recompensă mică (o singură peletă alimentară) livrată cu certitudine perfectă (adică recompensă sau alegere sigură) și o recompensă mare (4 pelete alimentare) care este din ce în ce mai puțin probabil să fie livrată ca sesiunea progresează (alegere riscantă). Preferința continuă pentru recompensa mare atunci când este puțin probabil (alegerea riscantă) este dezadaptativă și irațională și are ca rezultat mai puține pelete alimentare.

Munca limitată a investigat efectele expunerii la etanol la adolescenți asupra alegerii riscante la vârsta adultă la rozătoare. Într-o variantă a sarcinii de reducere a probabilității, șobolanii adulți cărora li s-a oferit acces nelimitat continuu la gelatina îndulcită care conține etanol în timpul adolescenței au prezentat o preferință crescută pentru recompensa riscantă mare comparativ cu șobolanii de control (Nasrallah și colab., 2009). Cu toate acestea, preferința mai mare raportată pentru recompensa riscantă mare nu poate indica neapărat o alegere riscantă crescută. În acest studiu, rata preferinței pentru recompensa de risc mare sa schimbat în funcție de probabilitatea sa a fost similară la șobolanii martori și expuși la etanol. Adică, șobolanii adolescenți expuși la etanol au fost părtinitori cu recompensa mare, cu toate probabilitățile, în timp ce șobolanii de control au fost părtinitori cu recompensa mică, cu toate probabilitățile mari de recompensă.

Prezentul studiu a investigat efectele pe termen lung ale expunerii la etanol intermitent adolescent (AIE) asupra alegerii riscante folosind sarcina de reducere a probabilității. Șobolanii au fost expuși la AIE pe tot parcursul adolescenței (ziua postnatală [PND] 28-53). Expuneri la AIE similare sau identice cu cele utilizate în prezentul studiu au avut efecte pe termen lung asupra autoadministrării etanolului (Alaux-Cantin și colab., 2013), patologia creierului (Vetreno și Crews, 2012), impulsivitate (Mejia-Toiber et. . al., 2014) și funcția de recompensare a creierului (Boutros și colab., 2014) la vârsta adultă. Alegerea riscantă a fost evaluată la vârsta adultă în condițiile inițiale, cu serii de probabilitate crescătoare și descendente, pentru a elimina efectele potențiale ale răspunsului perseverent. Alegerea riscantă a fost, de asemenea, evaluată ca răspuns la provocările cu etanol.

Mai multe sisteme de neurotransmițători sunt implicați în alegerea riscantă în sarcina de reducere a probabilității. Activitatea dopaminergică hiperactivă în zonele cerebrale prefrontale și nucleul accumbens însoțește o alegere riscantă crescută (Cardinal și Howes, 2005; Floresco și Whelan, 2009; St. Onge și Floresco, 2009; Rokosik și Napier, 2012), iar neurotransmisia dopaminergică este modificată după adolescent expunerea la etanol (Badanich și colab., 2007; Pascual și colab., 2009; Philpot și colab., 2009). În plus, manipulările sistemice care scad activarea receptorilor colinergici cresc alegerea riscantă (Mitchell și colab., 2011; Ryan și colab., 2013), în timp ce densitatea celulară colinergică scăzută a fost raportată în creierul bazal după expunerea la etanol adolescent (Coleman și colab., 2011; Ehlers și colab., 2011). Astfel, în studiul de față, s-au efectuat analize imunohistochimice pentru a evalua modificările neuronilor dopaminergici și colinergici prefrontali din creierul bazal. Acești markeri neuronali au fost corelați cu alegerea riscantă.

Metode

Subiecte

Șobolani femele Wistar însărcinate în timp (Charles River, Raleigh, NC) au ajuns în vivariu în ziua gestațională 13. Puii de sex masculin au fost înțărcați pe PND 21 și adăpostiți într-un vivariu controlat de umiditate și temperatură pe un 12-h/12 -h ciclu de lumină inversă/întuneric. În timpul antrenamentului comportamental, șobolanii au fost hrăniți și au primit 20g de șobolan pe zi la aproximativ 1 oră după testarea comportamentală, în plus față de recompensele peletei alimentare obținute în timpul testării comportamentale. Toate procedurile au fost efectuate în conformitate cu liniile directoare ale Asociației Americane pentru Acreditarea Îngrijirii Animalelor de Laborator și ale Ghidului Consiliului Național de Cercetare pentru Îngrijirea și Utilizarea Animalelor de Laborator și au fost aprobate de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor. O cronologie a evenimentelor experimentale, inclusiv expunerea la AIE, testarea comportamentală și colectarea probelor de creier este prezentată în Figura 1 .

expunerea

Cronologia proiectării experimentale care arată secvența expunerii la etanol intermitent adolescent (AIE), antrenament și testare în sarcina de reducere a probabilității și colectarea probelor de creier pe durata de viață a șobolanilor. Vezi textul pentru detalii.

Expunere AIE

Aparat

Testarea a fost efectuată în 12 camere de operare standard cu 9 găuri identice (25,5 × 28,4 × 28,7 cm) închise în cutii de atenuare a sunetului (Med Associates, St. Albans, VT). Fiecare cameră a fost echipată cu un ventilator pentru a asigura circulația aerului și zgomotul ambiental scăzut. Peretele din spate al fiecărei camere a fost curbat cu 9 găuri de nas. Toate celelalte diafragme de răspuns au fost blocate și doar centrala și cele două găuri ale capătului nasului erau operative. Un fascicul de fotocelule în interiorul fiecărei găuri a detectat răspunsuri de tip nas. O magazie a fost conectată la un distribuitor de alimente situat pe peretele opus. Toate evenimentele experimentale au fost înregistrate de un computer adiacent care rulează software-ul Med-PC.

Proceduri comportamentale

Instruirea în sarcina de reducere a probabilității a constat în mai multe etape și sa bazat pe procedura descrisă de Cardinal și Howes (2005). Procedurile de instruire a răspunsului sunt descrise în metodele suplimentare. Instruirea a început la 10 zile după administrarea finală a etanolului/apei pentru a se asigura că semnele retragerii timpurii a etanolului s-au risipit complet și că animalele au ajuns la vârsta adultă (PND 60).

Reducerea probabilității (serie descendentă)

Fiecare sesiune a început în intervalul intertrial (ITI), cu toate luminile și lumina casei oprite. După această ITI de 40 de secunde, gaura centrală a nasului a fost iluminată. Nerespunsul în 10 secunde (o omisiune de răspuns) a inițiat un ITI de 40 de secunde și a repornit același proces. Răspunsurile din timpul ITI au fost, de asemenea, înregistrate, dar nu au avut consecințe programate. Un răspuns de tip nas în decurs de 10 secunde a stins lumina indicatoare în diafragma centrală și a iluminat una (încercări forțate) sau ambele (teste de alegere) alternative de nas. O parte a fost desemnată recompensa riscantă mare, iar cealaltă a fost desemnată alternativa de recompensă sigură mică. Diafragmele din stânga și din dreapta au fost contrabalansate la șobolani și au rămas neschimbate pe tot parcursul experimentului.

Fiecare sesiune a constat din 5 blocuri care au diferit în probabilitatea ca recompensa mare (4 pelete) să fie livrată. Probabilitățile mari de recompensă au fost 1,0, 0,5, 0,25, 0,125 și 0,0625 pe blocuri succesive în cadrul unei sesiuni. Probabilitatea recompensei mici (1 peletă alimentară) a fost întotdeauna 1,0. Șaisprezece procese forțate au fost efectuate la începutul fiecărui bloc. În timpul încercărilor forțate, doar o deschidere laterală a fost iluminată după un răspuns central la nas. Dintre cele 16 studii forțate, 8 au inclus prezentări ale alternativei riscante mari și 8 au inclus prezentări ale alternativei sigure mici, prezentate pseudorandomal, cu cel mult 2 prezentări ale aceleiași alternative care au loc la rând. Cele 16 studii forțate au fost urmate de 10 studii de alegere în care șobolanilor li s-au prezentat ambele alternative secundare și un răspuns la oricare dintre aceste rezultate în consecința specifică acelei alternative, fie o peletă alimentară cu certitudine 100%, fie 4 pelete alimentare conform la probabilitatea care a fost activă în acel bloc.

Fiecare sesiune a durat până când s-au finalizat toate studiile (130 de probe) sau au trecut 180 de minute, oricare dintre acestea a avut loc mai întâi. Sesiunile s-ar putea extinde dincolo de 130 de studii, deoarece o omisiune a răspunsului fie la răspunsul orientativ, fie la faza de alegere a repornit procesul și nu a avansat sesiunea. Șobolanii au fost testați în probabilitatea de reducere a probabilității descendente din seria 5d/wk până când preferința în toate blocurile de liberă alegere a fost stabilă (.1). Nu s-a găsit nicio corelație între numărul de recompense mari obținute în fiecare bloc de încercări forțate și alegerea recompensei mari în blocurile de alegere ulterioare (toți coeficienții de corelație Pearson 0,05) indicând faptul că, în cadrul fiecărui bloc, nu a existat niciun efect al numărului de recompense mari obținute în timpul încercărilor forțate cu privire la performanța de alegere în probele de alegere ulterioare.

Probabilitatea de răspuns riscant în funcție de probabilitatea de recompensare riscantă în toate blocurile de studii în condițiile de probabilitate descrescătoare (A) și crescătoare (B). Datele sunt exprimate ca medie ± SEM a ultimelor 5 sesiuni de bază în fiecare condiție.

Răspunsul în timpul ITI nu a diferit între șobolanii expuși la AIE și șobolanii de control în timpul seriilor descendente sau ascendente (vezi Rezultatele suplimentare). De asemenea, strategiile de răspuns win-stay și loss-shift nu au diferit între șobolanii expuși la AIE și șobolanii de control (vezi Rezultatele suplimentare).

Provocări cu etanol

Pentru a investiga modul în care etanolul a afectat răspunsurile adulților, au fost efectuate provocări acute cu etanol. Niciun efect al provocărilor cu etanol asupra alegerii riscante nu a fost găsit nici la șobolanii martori (Figura 3A), nici la cei expuși la AIE (Figura 3B). ANOVA a dezvăluit un efect principal semnificativ al blocului de sesiune (F 4,80 = 66,59, P Figura 2A) au fost menținute fără niciun efect al administrării acute de etanol asupra reducerii probabilității. Performanța afectată de etanol în această sarcină, independent de expunerea la AIE, reflectată de un efect principal semnificativ al dozei de etanol asupra omisiunilor de răspuns (F 3,78 = 8,68, P Figura 4). Șobolanii expuși la AIE au prezentat, de asemenea, niveluri semnificativ mai mici de TH + IR în cortexul prelimbic (t 26 = 4,41, P Figura 5). Aceste descoperiri demonstrează efectele pe termen lung ale expunerii la AIE asupra neurotransmițătorilor cheie implicați în alegerea riscantă.

Autorii ar dori să mulțumească membrilor grupurilor de cercetare Markou și Crews pentru asistență și contribuție și nucleului NADIA pentru direcția generală și lui Michael Arends pentru asistență editorială excelentă.