Η επίδραση των πρώιμων εμπειριών και της κοινωνικής αλληλεπίδρασης στο σύστημα ανταμοιβής σε επίμυς

Abstract

Adverse early life experiences affect neuronal growth and maturation of reward circuits that modify behavior under reward predicting conditions. Previous studies in our lab have demonstrated that rats undergoing denial of expected reward in the form of maternal contact (DER-animal model of maternal neglect) during early post-natal life developed anhedonia, aggressive play-fight behaviors and aberrant prefrontal cortex structure and neurochemistry. Although many studies have revealed social deficiencies following early-life stress, most reports focus on individual animal tasks. Thus, attention needs to be given to the behavioral effects of group tasks and the contribution of the social aspects to the behavioral profile of animals afflicted by early life adversity. To investigate these effects, we designed a 2-phase experimental setup. During the first experimental phase we investigated the potential impact of the DER experience on the manifestation of behavioral responses induced by natural rewards. Thus, we evaluated: 1) naïve adult male sexual preference and performance, and 2) anticipatory behavior during a grouped 2-phase food anticipation learning task (FA) composed of a context-dependent (CoP) and a cue-dependent learning period (CuP). During the second experimental phase we investigated whether the DER phenotype is determined, in addition to the adverse neonatal experience, by negative every day social interactions from weaning until adulthood. To this end, we evaluated the behavior of animals raised in mixed rearing conditions of DER and CTR animals, in tasks that were found to be affected by the DER experience during the first experimental phase. Mixed rearing groups were 3C (3 CTR rats), 2C1D (2CTR rats (2C) reared with 1DER (1D)), 1C2D (1CTR rat (1C) reared with 2DER (2D) and 3D (3 DER rats). Results from the first experimental phase showed that DER rats spent a normal amount of time in the vicinity of and efficiently initiated sexual intercourse with receptive females, suggesting an intact sexual reward motivation and consummation. On the contrary, during the context-dependent phase of food anticipation training DER rats displayed a modified exploratory activity and lower overall reward-context association. Moreover, during the cue-dependent phase DER rats displayed a mild deficit in context-reward association while increased cue-dependent locomotion. Additionally, DER rats displayed unstable food access priority following food presentation, after the end of FA training. These abnormal behaviors were accompanied by overactivation of the ventral prefrontal cortex and nucleus accumbens, as assessed by pCREB levels. During the second experimental phase we assessed the effects of mixed rearing conditions on the occurrence of the DER phenotype during FA training. We found that in mixed rearing conditions the presence of CTR animals was beneficial for DER animals: Reward association deficiencies were ameliorated in 2D animals while animals of the 1D category displayed improved reward seeking and a mildly enhanced reward association compared to 3C. In contrast, mixed rearing resulted in negative effects for CTR animals: 2C animals displayed mild delays in reward learning while the 1C animals were characterized by lower mobility and slower reward learning. Albeit this reward learning deficiency was less severe compared to animals that lived in pure DER rearing conditions. Interestingly animals in mixed rearing groups seemed to establish stable food approach hierarchy with the DER animals occupying higher dominancy positions. Interestingly, we showed that pCREB levels in the vPFC and NAc of animals in mixed rearing groups were comparable to the CTR rearing group, indicating that mixed rearing conditions normalized aberrant brain activation during FA training. Collectively, our data show that the neonatal DER experience resulted in adulthood in altered activation of the reward circuitry, thus interfering with the normal formation of environmental cues-reward associations, possibly due to disrupted hierarchy formation. These findings provide additional evidence for the deleterious effects of early life adversity on reward system, social hierarchy formation, and brain function. Mixed rearing with normal animals ameliorated the negative effects of the DER experience on reward association learning, hierarchical instability and abnormal brain activation. Conversely, mixed rearing with DER animals affected negatively reward learning and social status in the CTR animals. In conclusion, this study indicated that: a) Early life adversity induces social instability which initiates a vicious cycle of everyday social stress affecting animals reared in groups while b) resocializing in a normal social environment following weaning can ameliorate the manifestation of early-life stress long-term effects.

Οι πρώιμες τραυματικές εμπειρίες μπορούν να επηρεάσουν την ανάπτυξη και την ωρίμανση των νευρικών δικτύων που ελέγχουν τη συμπεριφορική απόκριση των οργανισμών σε συνθήκες που προβλέπουν τη λήψη ανταμοιβής. Προηγούμενες μελέτες του εργαστηρίου έδειξαν πως επίμυς που υπόκεινται σε παρεμπόδιση λήψης ανταμοιβής υπό τη μορφή της μητρικής φροντίδας κατά την πρώιμη μεταγεννητική ηλικία (DER-μοντέλο μητρικής παραμέλησης) αναπτύσσουν ανηδονία, επιθετικές μορφές κοινωνικού παιχνιδιού καθώς και διαταραχές στη δομή και την νευροχημεία του προμετωπιαίου φλοιού. Αν και υπάρχει πλήθος αναφορών που έχουν συσχετίσει τις πρώιμες τραυματικές εμπειρίες με διαταραχές στην κοινωνική συμπεριφορά, οι περισσότερες μελέτες που διερευνούν τις επιδράσεις του πρώιμου στρες εστιάζουν σε ατομικές δοκιμασίες. Συνεπώς, υπάρχει ανάγκη στροφής του ενδιαφέροντος σε δοκιμασίες που διερευνούν τη συμπεριφορά των ζώων στην ομάδα και αξιολογούν τον ρόλο των ενδοκοινωνικών αλληλεπιδράσεων στο ευρύτερο συμπεριφορικό προφίλ ζώων που έχουν υποστεί πρώιμες τραυματικές εμπειρίες. Για τη διερεύνηση των παραπάνω σχεδιάστηκε η παρούσα μελέτη δύο πειραματικών φάσεων: Κατά την πρώτη πειραματική φάση διερευνήθηκε η επίδραση της εμπειρίας DER στην εκδήλωση συμπεριφορικών αποκρίσεων κατά την έκθεση των ζώων σε φυσικές μορφές ανταμοιβής: 1) τη σεξουαλικώς κινητοποιούμενη κοινωνική αλληλεπίδραση και την έναρξη σεξουαλικής συμπεριφοράς παρθένων, ενήλικων επιμύων, και 2) την εκδήλωση συμπεριφορών προσμονής κατά την έκθεση των επιμύων σε μια ομαδική δοκιμασία μάθησης λήψης τροφής (Food Anticipation, FA). Η δοκιμασία αυτή απαρτίζεται από μία περίοδο συσχετισμού χώρου-ανταμοιβής (Context dependent learning Period, CoP) και μια περίοδο συσχετισμού σήματος πρόβλεψης λήψης ανταμοιβής (Cue dependent learning Period, CuP). Κατά τη δεύτερη πειραματική φάση διερευνήθηκε το ενδεχόμενο ο φαινότυπος των DER ζώων να διαμορφώνεται επιπλέον της αρνητικής νεογνικής εμπειρίας, και από τις καθημερινές αρνητικές ενδοομαδικές αλληλεπιδράσεις τους από τον απογαλακτισμό ως την ενήλικο ζωή. Για αυτόν τον σκοπό, αξιολογήθηκαν οι συμπεριφορικές αποκρίσεις ζώων που έχουν μεγαλώσει σε μεικτές συνθήκες ανατροφής DER και CTR ζώων, στις δοκιμασίες της πρώτης πειραματικής φάσης στις οποίες εντοπίστηκαν επιδράσεις της εμπειρίας DER. Έτσι σχηματίστηκαν οι εξής ομάδες: 3C (3 CTR ζώα), 2C1D (2CTR ζώα (2C) με 1DER (1D)), 1C2D (1CTR ζώο (1C) με δύο DER (2D)) και 3D (3 DER ζώα). Τα αποτελέσματα της πρώτης πειραματικής φάσης έδειξαν πως οι επίμυς DER εκδήλωσαν φυσιολογική προτίμηση, καθώς και αποτελεσματικές αναπαραγωγικές αποκρίσεις παρουσία ενήλικου δεκτικού θηλυκού ζώου υποδηλώνοντας ακέραιη σεξουαλικώς ωθούμενη κινητοποίηση και τυπική επιδίωξη έναρξης σεξουαλικής συμπεριφοράς. Ωστόσο, στη δοκιμασία προσμονής λήψης ανταμοιβής κατά τη διάρκεια της CoP, τα ζώα DER εμφάνισαν ήπιες διαφοροποιήσεις στην κινητικότητά τους και σημαντικές διαταραχές στον σχηματισμό συσχετισμού χώρου-ανταμοιβής. Επιπροσθέτως, κατά την CuP τα ζώα DER εκδήλωσαν αυξημένη κινητική ευαισθησία στο σήμα πρόβλεψης, καθώς και μια ήπια υστέρηση στον συσχετισμό σήματος-ανταμοιβής. Επιπλέον, τα ζώα DER εμφάνισαν διαταραχές στον σχηματισμό σταθερής σειράς πρόσβασης στο δοχείο τροφής κατά την παροχή τροφής μετά την ολοκλήρωση της δοκιμασίας προσμονής ανταμοιβής (FA). Ανάλυση των επιπέδων pCREB έδειξε πως τα παραπάνω συμπεριφορικά χαρακτηριστικά των ζώων DER συνοδεύτηκαν από υπερενεργοποίηση του κοιλιακού προμετωπιαίου φλοιού και του επικλινούς πυρήνα. Κατά τη δεύτερη πειραματική φάση διερευνήθηκαν οι επιδράσεις των μεικτών ομάδων ανατροφής στην εκδήλωση των φαινοτυπικών επιδράσεων της εμπειρίας DER κατά τη δοκιμασία FA που διαπιστώθηκαν κατά την πρώτη πειραματική φάση. Παρατηρήθηκε πως η ανατροφή με ζώα CTR λειτούργησε ευεργετικά για τα ζώα DER: τα ζώα 2D στις μεικτές ομάδες εμφάνισαν πιο ήπια προβλήματα συσχετισμού ανταμοιβής σε σχέση με τα 3D, ενώ τα ζώα 1D εμφάνισαν ελαφρώς βελτιωμένη συσχετιστική μάθηση και εξερευνητική δραστηριότητα σε σχέση με τα ζώα 3C. Αντιθέτως, η ανατροφή με ζώα DER επηρέασε αρνητικά τα ζώα CTR: τα ζώα 2C εμφάνισαν ήπια καθυστέρηση σχηματισμού συσχετισμών ανταμοιβής ενώ τα ζώα 1C εμφάνισαν μειωμένη κινητικότητα και εντονότερη μείωση στη συσχετιστική μάθηση χωρίς ωστόσο να εμφανίζουν την ένταση των διαταραχών των ζώων 3D. Τα ζώα των μεικτών ομάδων φάνηκε να αναπτύσσουν σταθερές ιεραρχικές δομές με τα ζώα DER να εμφανίζουν προτεραιότητα στην πρόσβαση σε τροφή. Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός πως τα επίπεδα pCREB του vPFC και του NAc των ζώων όλων των μεικτών ομάδων ήταν σε παρόμοια επίπεδα με αυτά της ομάδας CTR υποδηλώνοντας πως οι συνθήκες των μεικτών ομάδων ανατροφής κατάφεραν να κανονικοποιήσουν τα επίπεδα εγκεφαλικής ενεργοποίησης κατά τη δοκιμασία FA.Συνολικά, τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης αναδεικνύουν πως η νεογνική εμπειρία DER επηρεάζει κατά την ενήλικο ζωή την ενεργοποίηση του συστήματος ανταμοιβής, παρεμβαίνοντας στον φυσιολογικό σχηματισμό συσχετισμών ανταμοιβής με περιβαλλοντικά ερεθίσματα, πιθανόν επειδή διαταράσσει τον αυθόρμητο σχηματισμό ιεραρχικών δομών. Αυτά τα ευρήματα παρέχουν επιπρόσθετα δεδομένα σχετικά με τις αρνητικές συνέπειες της πρώιμης αντιξοότητας στο σύστημα ανταμοιβής, στην κοινωνική ιεραρχία και στη λειτουργία του εγκεφάλου. Η ανατροφή με φυσιολογικά ζώα λειτούργησε ευεργετικά ανατρέποντας τις αρνητικές επιδράσεις της εμπειρίας DER στη μάθηση πρόβλεψης ανταμοιβής, την ιεραρχική αστάθεια και την υπερενεργοποίηση του εγκεφάλου. Αντίστροφα, η ανατροφή με DER ζώα επέδρασε αρνητικά στην εκδήλωση συμπεριφορών μάθησης, καθώς και στην ιεραρχική θέση. Συμπερασματικά, η παρούσα μελέτη έδειξε πως: α) οι πρώιμες αρνητικές εμπειρίες εμφανίζουν πολυπαραγοντικές ανατροφοδοτικές επιδράσεις μέσω των καθημερινών κοινωνικών αλληλεπιδράσεων αποτελώντας έναν επιπρόσθετο παράγοντα στρες σε ζώα που ανατρέφονται σε ομάδες και β) η επανένταξη σε ένα υγιές περιβάλλον φυσιολογικών κοινωνικών αλληλεπιδράσεων από την παιδική ηλικία μπορεί να αποτρέψει τη μακροχρόνια εκδήλωση των αρνητικών επιδράσεων της αντιξοότητας κατά την πρώιμη παιδική ηλικία.