Ventrální tegmentální oblast - Ventral tegmental area

Ventrální tegmentální oblast
Ventrální tegmentální oblast
	Příčný řez středem mozku na úrovni nadřazených colliculi. (Tegmentum je označeno vpravo uprostřed.)
Podrobnosti
Část	Střední mozek
Identifikátory
latinský	Oblast tegmentalis ventralis
Zkratka	VTA
Pletivo	D017557
NeuroNames	521
NeuroLex ID	birnlex_1415
	Anatomické termíny neuroanatomie [ upravit na Wikidata ]

Ventrální tegmentální oblasti ( VTA ), ( tegmentum je latina pro pokrytí ), také známý jako ventrální tegmentální oblasti Tsai , nebo jednoduše ventrální tegmentum , je skupina neuronů nachází v blízkosti středové čáry na podlaze středního mozku . VTA je původem dopaminergních buněčných těl mezokortikolimbického dopaminového systému a dalších dopaminových drah ; je široce zapojen do obvodů drog a přirozené odměny v mozku . VTA hraje důležitou roli v řadě procesů, včetně poznávání odměn ( motivační výtečnost , asociativní učení a pozitivně valencované emoce) a orgasmu , mimo jiné, stejně jako několika psychiatrických poruch . Neurony v projektu VTA do mnoha oblastí mozku, od prefrontální kůry po kaudální mozkový kmen a několik oblastí mezi nimi.

Struktura

Anatomické umístění VTA u lidí

Neurobiologové měli často velké potíže rozeznat VTA u lidí a jiných mozků primátů od substantia nigra (SN) a okolních jader. Původně byla ventrální tegmentální oblast označována jako „jádro“, ale postupem času se „oblast“ stala vhodnějším termínem používaným kvůli heterogenním cytoarchitektonickým rysům oblasti a nedostatku jasných hranic, které ji oddělují od sousedních oblastí. Vzhledem k selektivním limbickým aferentům k VTA, mají buňky VTA označení A10, aby se odlišily od okolních buněk.

Umístění

Ventrální tegmentální oblast je ve středním mozku mezi několika dalšími hlavními oblastmi, z nichž některé jsou zde popsány. Tyto mammillary těla a zadní hypothalamus , oba zahrnuty v mezimozku , probíhají rostrally z VTA. Červenou jádro se nachází v příčném i okohybných vlákna jsou umístěny ventromedially na VTA. Tyto pons a zadní mozek lež caudally na VTA. Nakonec je substantia nigra umístěna bočně k VTA.

Členění

V roce 1987 Oades identifikoval čtyři primární jádra ve skupině buněk VTA A10 : jádro paranigralis (Npn), jádro parabrachialis pigmentosus (Npbp), jádro interfascicularis (Nif) a nucleus linearis (Nln) caudalis a rostralis. V současné době vědci rozdělují VTA na čtyři podobné zóny, které se nazývají paranigrální jádro (PN), parabrachiální pigmentovaná oblast (PBP), oblast parafasciculus retroflexus (PFR) a rostromediální tegmentální jádro (RMTg), které přibližně dodržují předchozí divize. Některé definice VTA také zahrnují jádra střední linie (tj. Interfascikulární jádro, rostrální lineární jádro a centrální lineární jádro).

PN a PBP jsou bohaté na dopaminergní buňky, zatímco ostatní dvě oblasti mají nízkou hustotu těchto neuronů. PFR a RMTg obsahují buněčná těla pozitivní na tyrosinhydroxylázu (TH) s nízkou hustotou, která jsou malé velikosti a lehce se barví; RMTg je složen převážně z GABAergních buněk. Na druhé straně se PN a PBP skládají převážně ze středně velkých až velkých TH-pozitivních buněčných těl, která se mírně barví.

Vstupy

Téměř všechny oblasti přijímající projekce z projektu VTA zpět do něj. Ventrální tegmentální oblast je tedy recipročně spojena s širokou škálou struktur v celém mozku, což naznačuje, že má roli v řízení funkce ve fylogeneticky novějších a vysoce vyvinutých neokortexech , stejně jako ve fylogeneticky starších limbických oblastech.

VTA je heterogenní oblast sestávající z různých neuronů, které se vyznačují různými neurochemickými a neurofyziologickými vlastnostmi. Glutamátergní a GABAergní vstupy proto nejsou výlučně inhibiční ani výlučně excitační. VTA přijímá glutamátergní aferentních vláken z prefrontální kůry , pedunkulopontinní tegmentální jádro (PptG), laterodorsal tegmentální jádro , subtalamická jádro , lůžko jádro stria terminalis , colliculus superior , periaqueductal šedé , boční habenula , dorsálního švu jádro , a boční hypotalamu a preoptické oblastech . Tyto glutamátergní aferenty hrají klíčovou roli při regulaci odpalování buněk VTA. Když jsou aktivovány glutamátergní neurony, rychlost vypalování dopaminových neuronů se ve VTA zvýší a vyvolá výbuch. Studie ukázaly, že tyto glutamátergní akce ve VTA jsou rozhodující pro účinky drog zneužívání. Naproti tomu ocas ventrální tegmentální oblasti (tVTA, alias RMTg) vyčnívá do VTA s GABAergními aferenty a funguje jako „hlavní brzda“ pro dopaminové dráhy VTA.

GABAergní vstupy do VTA také zahrnují nucleus accumbens , ventral pallidum , dorsal raphe nucleus , laterální hypothalamus , periaqueductal grey , lůžkové jádro stria terminalis a rostromediální tegmentální jádro (RMTg). Boční habenula může také působit inhibiční účinek na dopaminergních neuronů v oblasti VTA vybuzením RMTg GABAergních neuronů, což se předpokládá, že hrají důležitou roli v chyby predikce odměna. Subpallidální aferenty do VTA jsou převážně GABAergní, a tedy inhibiční. Od subpallidální oblasti k VTA existuje značná cesta. Když je tato cesta dezinhibována, zvýšení uvolňování dopaminu v mezolimbické dráze zesiluje pohybovou aktivitu.

Existují také cholinergní vstupy do VTA, i když méně studované než glutamátergní a GABAergní vstupy. Optogenetické studie na myších sledující cholinergní vstupy z pedunkulopontinového tegmentálního jádra (PPTg) a laterodorsálního tegmentálního jádra ukazují, že tyto obvody posilují vybíjecí vlastnosti neuronů VTA, což naznačuje modulační vliv na obvody odměn.

Výstupy

Dvě primární eferentní vláknité projekce VTA jsou mezokortikální a mezolimbické dráhy , které odpovídají prefrontálnímu kortexu a nucleus accumbens . Experimenty na hlodavcích navíc identifikovaly mezohabenulární dráhu sestávající z neuronů VTA, které neuvolňují dopamin , ale glutamát a GABA . Níže jsou uvedeny další projekce VTA, které využívají dopamin jako primární neurotransmiter .

Projekce ventrální tegmentální oblasti (VTA)

Rozvoj

Protože se vyvíjejí z běžné embryonální tkáně a částečně se překrývají ve svých projekčních polích, postrádají skupiny dopaminergních buněk jasné anatomické hranice. Během vývoje savčího mozku jak neurony substantia nigra (SN), tak VTA zpočátku vyčnívají do dorsolaterálního a ventromediálního striata . Při narození však SN dopaminergní neurony vyčnívají výhradně do dorsolaterálního striata a dopaminergní neurony VTA vyčnívají pouze do ventromediálního striata. K tomuto prořezávání spojení dochází odstraněním zbytečných kolaterálů.

Funkce

Jak bylo uvedeno výše, VTA, zejména dopaminové neurony VTA, slouží několika funkcím v systému odměn , motivaci , poznávání a drogové závislosti a může být ohniskem několika psychiatrických poruch . Bylo také prokázáno, že VTA zpracovává různé typy emočních výstupů z amygdaly , kde může také hrát roli při vyhýbání se a podmiňování strachu. Elektrofyziologické záznamy prokázaly, že VTA neurony reagují na nové podněty, neočekávané odměny a senzorické podněty předvídající odměnu. Způsob spouštění těchto buněk je v souladu s kódováním chyby očekávané odměny.

V roce 2006 studie MRI Helen Fisherové a jejího výzkumného týmu našly a zdokumentovaly různé emocionální stavy související s intenzivní láskou korelované s aktivitou ve VTA, což může pomoci vysvětlit obsedantní chování odmítnutých partnerů, protože to sdílí systém odměn. Chování sdílení hnízda je spojeno se zvýšenou expresí V1aR ve VTA nově spárovaných zebřiček. Exprese V1aR však nesouvisela s rychlostmi zpěvu zaměřenými na ženy, což může naznačovat selektivní roli vasotocinu ve VTA na udržování páru versus chování při námluvách.

Přítomnost mezerových spojů

Bylo ukázáno, že VTA má velkou síť GABAergních neuronů, které jsou propojeny mezerami . Tato síť umožňuje elektrické vedení, které je podstatně rychlejší než chemické vedení signálů mezi synapsemi, i když méně prostorově přesné.

Neurální kompozice

VTA, stejně jako substantia nigra , je osídlena dopaminergními neurony pigmentovanými melaninem . Nedávné studie naznačují, že dopaminergní neurony obsahují 50-60% všech neuronů ve VTA, což je v rozporu s předchozími důkazy, že 77% neuronů v rámci VTA bylo dopaminergních. Kromě toho existuje značná populace GABAergních neuronů v rostromediálním tegmentálním jádru (RMTg), funkčně odlišné mozkové struktuře. Tyto GABAergické neurony regulují palbu svých dopaminergních protějšků, které vysílají projekce po celém mozku, mimo jiné, do následujících oblastí: prefrontální kůra , nucleus accumbens a locus coeruleus . VTA také obsahuje malé procento excitačních glutamátergních neuronů.

Limbická smyčka

„Limbická smyčka“ je velmi podobná motorické smyčce bazálních ganglií s přímou cestou . V obou systémech existují velké excitační vstupy z kůry do striata (accumbens jádro), střední mozek promítá neuromodulační dopaminové neurony do striata, striatum vytváří internukleární spojení s pallidem a pallidum má výstupy do thalamu, který promítá do kůry, čímž se smyčka dokončí. Limbická smyčka se odlišuje od motorické smyčky zdrojem a povahou kortikálního vstupu, dělením striata a pallida, které zpracovávají vstup, zdrojem dopaminergních neuronů ze středního mozku a talamickým cílem pallidálního výstupu. Limbický smyčka ovládá kognitivní a afektivní fungování a pohyb ovládacích prvků motoru smyčky.

Smyčka CA3

Pro hledání odměny je důležité propojit kontext s odměnou. V roce 2011 skupina výzkumníků zdokumentovala smyčku VTA- CA3, která využívá jako prostředník laterální přepážku . Použili viru pseudo-vztekliny (PRV) jako transsynaptický tracer, a vstřikuje se do VTA. Zjistili, že jednostranná injekce do VTA vedla k oboustrannému značení PRV v CA3 počínaje 48 hodin po injekci. Léze kaudodorsální laterální přepážky (cd-LS) před injekcí VTA PRV vedly k významně menšímu počtu neuronů značených PRV v CA3. Theta vlna stimulace CA3 vedla ke zvýšeným rychlostem vypalování dopaminových buněk ve VTA a sníženým rychlostem vypalování pro GABA neurony ve VTA. Totožnost VTA neuronů byla potvrzena značením neurobiotinu ™ záznamového neuronu a poté histologickým barvením na tyrosinhydroxylázu (TH). Dočasná inaktivace CA3 prostřednictvím agonistů GABA zabránila kontextuálně vyvolanému obnovení pákového lisování pro intravenózní kokain .

Autoři navrhují funkční obvodovou smyčku, kde aktivace glutamátergních buněk v CA3 způsobuje aktivaci GABAergních buněk v cd-LS, která inhibuje GABA interneurony ve VTA, uvolňuje dopaminové buňky z inhibice tonika a vede ke zvýšené rychlosti vypalování dopaminové buňky.

Systém odměňování

Obvod odměny za dopamin v lidském mozku zahrnuje dva projekční systémy od ventrálního středního mozku do komplexu nucleus accumbensolfactory tubercle . Za prvé, posteromediální VTA a centrální lineární raphe buňky selektivně vyčnívají do ventromediálního striata , které zahrnuje mediální čichový tubercle a mediální NAC shell . Za druhé, laterální VTA vyčnívá z velké části do ventrolaterálního striata, které zahrnuje jádro NAC , mediální skořápku NAC a laterální čichový tubercle. Tyto dráhy se nazývají mezo-ventromediální a mezo-ventrolaterální striatální dopaminové systémy. Systém mediální projekce je důležitý v regulaci vzrušení charakterizované afektem a hnacím motorem a hraje jinou roli v cíleném chování než systém laterální projekce. Na rozdíl od boční části je mediální aktivována nikoli odměňováním, ale škodlivými podněty. Proto jsou NAC shell a zadní VTA primární oblasti zapojené do systému odměn.

Klinický význam

Poruchy

Dopaminergní neurony substantia nigra a ventrální tegmentální oblast středního mozku vyčnívají do dorsolaterálního kaudátu/putamenu, respektive do ventromediálně lokalizovaného nucleus accumbens, čímž se stanoví mezostriatální a mezolimbické dráhy. Těsná blízkost těchto dvou cest způsobuje, že jsou seskupeny pod dopaminergními projekcemi. Z narušení těchto dvou cest vyplývá několik poruch: schizofrenie , Parkinsonova choroba a porucha pozornosti s hyperaktivitou (ADHD). Současný výzkum zkoumá jemný rozdíl mezi neurony, které jsou zapojeny do těchto stavů, a snaží se najít způsob, jak selektivně léčit konkrétní projekci dopaminu.

Drogová závislost

Jádro accumbens a ventrální tegmentální oblast jsou primární místa, kde působí návykové drogy . Za návykové se běžně považují: kokain , alkohol , opioidy , nikotin , kanabinoidy , amfetamin a jejich analogy. Tyto léky mění neuromodulační vliv dopaminu na zpracování signálů zesílení prodloužením účinku dopaminu v nucleus accumbens nebo stimulací aktivace neuronů tam a také ve VTA. Nejběžnější drogy zneužívání stimulují uvolňování dopaminu, což vytváří jak jejich prospěšné, tak psychomotorické efekty. Kompulzivní chování při užívání drog je důsledkem trvalých funkčních změn v mezolimbickém dopaminovém systému vyplývajících z opakované dopaminové stimulace. Molekulární a buněčné adaptace jsou zodpovědné za senzibilizovanou aktivitu dopaminu ve VTA a podél mezolimbické projekce dopaminu v reakci na zneužívání drog. Ve VTA závislých jedinců se zvyšuje aktivita enzymu tyrosin hydroxylázy syntetizujícího dopamin , stejně jako schopnost těchto neuronů reagovat na excitační vstupy. Posledně uvedený účinek je sekundární ke zvýšení aktivity transkripčního faktoru CREB a up -regulaci GluR1, důležité podjednotky AMPA receptorů pro glutamát. Tyto změny v nervovém zpracování by mohly vysvětlovat ubývající vliv adaptivních emočních signálů na fungování rozhodovacích fakult, protože chování při hledání drog a užívání drog se stává návykovým a nutkavým.

Experimenty na potkanech ukázaly, že se učí tlačit páku pro podávání stimulačních léků do zadní VTA rychleji než do přední VTA. Jiné studie ukázaly, že mikroinjekce dopaminergních léčiv do skořápky nucleus accumbens zvyšují pohybovou aktivitu a průzkumné chování, reakce podmíněného přístupu a předpokládané sexuální chování.

Stažení jevu dochází proto, že deficit odměnu fungující iniciuje tísňové cyklu, vyznačující se tím, že léky jako nutné obnovit normální homeostatické stav. Nedávný výzkum ukázal, že i po ukončení závěrečných fází odvykání lze chování při hledání drog obnovit, pokud je vystaveno působení drog nebo podnětů souvisejících s drogami.

Srovnávací anatomie a evoluce

Všechny studie od roku 1964 zdůrazňují působivou obecnou podobnost mezi VTA všech savců od hlodavců po lidi. Tyto studie zaměřily své úsilí na krysy, králíky, psy, kočky, vačice, primáty a lidi. Byly zaznamenány mírné rozdíly, například změny v dorzálním rozsahu buněk A10. Abychom byli konkrétní, hřbetní pík buněk A10 je u primátů ve srovnání s jinými savci rozsáhlejší. Kromě toho se počet dopaminergních buněk ve VTA zvyšuje s fylogenetickou progresí; například VTA myši obsahuje přibližně 25 000 neuronů, zatímco VTA 33letého muže obsahuje přibližně 450 000 buněčných těl.

Viz také

Reference

Další čtení

Alcaro A, Huber R, Panksepp J (prosinec 2007). „Behaviorální funkce mezolimbického dopaminergního systému: afektivní neuroetologická perspektiva“ . Recenze výzkumu mozku . 56 (2): 283–321. doi : 10,1016/j.brainresrev.2007.07.014 . PMC 2238694 . PMID 17905440 .
Geisler S, Derst C, Veh RW, Zahm DS (květen 2007). „Glutamatergické aferenty ventrální tegmentální oblasti u krysy“ . The Journal of Neuroscience . 27 (21): 5730–43. doi : 10,1523/jneurosci.0012-07.2007 . PMC 3202987 . PMID 17522317 .
Hikosaka O, Bromberg-Martin E, Hong S, Matsumoto M (duben 2008). „Nové poznatky o subkortikálním znázornění odměny“ . Aktuální názor v neurobiologii . 18 (2): 203–8. doi : 10.1016/j.conb.2008.07.002 . PMC 2768874 . PMID 18674617 .
Hu Z, Cooper M, Crockett DP, Zhou R (srpen 2004). „Diferenciace dopaminergních drah středního mozku během vývoje myši“. The Journal of Comparative Neurology . 476 (3): 301–11. doi : 10,1002/cne.20230 . PMID 15269972 . S2CID 20737056 .
Ikemoto S (listopad 2007). „Obvod odměny za dopamin: dva projekční systémy od ventrálního středního mozku po komplex nucleus accumbens-čichový tuberkul“ . Recenze výzkumu mozku . 56 (1): 27–78. doi : 10,1016/j.brainresrev.2007.05.004 . PMC 2134972 . PMID 17574681 .
Lammel S, Hetzel A, Häckel O, Jones I, Liss B, Roeper J (březen 2008). „Unikátní vlastnosti mezoprefrontálních neuronů v duálním mezokortikolimbickém dopaminovém systému“. Neuron . 57 (5): 760–73. doi : 10.1016/j.neuron.2008.01.022 . PMID 18341995 . S2CID 12452120 .
Lu XY, Ghasemzadeh MB, Kalivas PW (únor 1998). „Exprese D1 receptoru, D2 receptoru, látky P a enkefalinové messengerové RNA v neuronech vyčnívajících z nucleus accumbens“. Neurověda . 82 (3): 767–80. doi : 10,1016/s0306-4522 (97) 00327-8 . PMID 9483534 . S2CID 26963758 .
Margolis EB, Lock H, Hjelmstad GO, Fields HL (prosinec 2006). „Přezkoumána ventrální tegmentální oblast: existuje elektrofyziologický marker pro dopaminergní neurony?“ . The Journal of Physiology . 577 (Pt 3): 907–24. doi : 10.1113/jphysiol.2006.117069 . PMC 1890372 . PMID 16959856 .
Olson VG, Nestler EJ (únor 2007). „Topografická organizace GABAergních neuronů ve ventrální tegmentální oblasti krysy“. Synapse . 61 (2): 87–95. doi : 10,1002/syn.20345 . PMID 17117419 . S2CID 39917231 .
Sziráki I, Sershen H, Hashim A, Lajtha A (březen 2002). „Receptory ve ventrální tegmentální oblasti zprostředkující nikotinem indukované uvolňování dopaminu v nucleus accumbens“. Neurochemický výzkum . 27 (3): 253–61. doi : 10,1023/a: 1014844823534 . PMID 11958525 . S2CID 843088 .
van Furth WR, van Ree JM (srpen 1996). „Sexuální motivace: zapojení endogenních opioidů ve ventrální tegmentální oblasti“. Výzkum mozku . 729 (1): 20–8. doi : 10,1016/s0006-8993 (96) 00225-9 . PMID 8874873 .
Wu M, Hrycyshyn AW, Brudzynski SM (listopad 1996). „Subpallidální výstupy do nucleus accumbens a ventrální tegmentální oblasti: anatomické a elektrofyziologické studie“. Výzkum mozku . 740 (1–2): 151–61. doi : 10,1016/s0006-8993 (96) 00859-1 . PMID 8973809 . S2CID 44512008 .

Languages

In other projects