Lateralized Changes in Prefrontal Cortical Dopamine Activity Induced

7/29/2019 Lateralized Changes in Prefrontal Cortical Dopamine Activity Induced

1/10

17 8 Brain Research, 6 3 0 ( 1 9 9 3 ) 1 7 8 - 1 8 7 1 9 9 3 E l s e v i e r S c ie n c e P u b l i s h e r s B . V . A l l ri g h t s re s e r v e d 0 0 0 6 - 8 9 9 3 / 9 3 / $ 0 6 . 0 0

B R E S 1 9 4 8 9

Latera l ized changes in prefronta l cort ica l dopamine act iv i ty inducedby contro l lable and un con tro l lable s tress in the ratJ e f f r e y N . C a r l s o n * , L a w re n c e W . F i t z g e r a l d , R i c h a rd W . K e l l e r Jr ., S t a n l e y D . G l i c k

Department of Pharmacology and Toxicology, A-136, Albany Medical College, 47 Ne w Scotland A venu e Albany, N Y 12208, USA( A c c e p t e d 1 3 J u l y 1 9 9 3 )

Key words: S t r e ss ; D o p a m i n e ; L e a r n e d h e l p l e s s n e s s ; D e p r e s s i o n ; L a t e r a l i ty ; M e d i a l p r e f r o n t a l c o r te x ; N u c l e u s a c c u m b e n s ; S t r i a t u m

E x p o s u r e t o s t r e s s o r s t h a t a r e n o t c o n t r o l l ed r e s u l t s in a v a r ie t y o f c h a n g e s i n b e h a v i o r a n d i n b r a in c h e m i s t r y . A m o n g t h e s e i s t h e a c t i v a t io n o fd o p a m i n e - c o n t a i n i n g n e u r o n a l s y s t e m s p r o j e c t i n g to t h e m e d i a l p r e f r o n t a l c o r t e x ( P F C ) , t o a l e s s e r e x t e n t t h e n u c l e u s a c c u m b e n s ( N A C ) a n d , i na fe w s t u d i e s , t h e s t r i a t u m . P r e v i o u s d a t a h a v e s h o w n t h a t s t r e s s o r e v o k e d P F C a c t i v a ti o n i s a s y m m e t r i c a l. T h e p r e s e n t e x p e r i m e n t s w e r ed e s i g n e d t o a s s e s s t h e e f f e c t s o f c o n t ro l l e d a n d u n c o n t r o l l e d s t r e s s o r s o n t h e s e D A s y s t e m s u s i n g t h e p r o c e d u r e s o f t h e l e a r n e d h e l p l e s s n e s s( L H ) m o d e l . I n a f i r st e x p e r i m e n t , 8 0 t r i a ls o f e i t h e r a c o n t r o l la b l e ( E S C ) o r i d e n t i c a l u n c o n t r o l l a b l e f o o t s h o c k s t r e s s o r (Y O K ) c a u s e d a na c t iv a t i o n , a s i n d i c a te d b y i n c r e a s e d m e t a b o l i t e c o n c e n t r a t i o n s o f D A i n t h e P F C , N A C a n d s t r i a t u m . I n t h e P F C , Y O K c a u s e d a b i l a t e ra l D Ad e p l e t i o n , r e la t i v e t o E S C a n d c o n t r o l a n i m a l s , a n d a r i g h t > l ef t i n c r e a s e in D O P A C / D A w h i c h w a s n o t s e e n in E S C a n i m a l s . T h e s e f i n d i n g ss u g g e s t e d a p r e f e r e n t i a l e f fe c t o f Y O K i n t h e r i g h t P F C . A s e c o n d e x p e r i m e n t u s e d r a t s t h a t h a d b e e n g r o u p e d a c c o r d i n g t o t h e i r t u r n i n gb e h a v i o r , Y O K r i g h t - b i a s e d r a t s s h o w e d a n i n c r e a s e in D O P A C o n t h e r i g h t s id e o f t h e P F C a n d Y O K l e f t - b i a s e d ra t s d i sp l a y e d a si m i l a ri n c r e a s e o n t h e l e f t s id e i n r e s p o n s e t o a b r i e f ( 5 m i n ) c o n t r o l la b l e f o o t s h o c k s t r e s s o r . S i n c e r i g h t - t u r n i n g r a ts h a d b e e n s h o w n t o b e m o r es e n s i t iv e to a L H b e h a v i o r a l p h e n o m e n o n , t h e d a t a s u g g e s t e d t h a t r i g h t P F C a c t i v at i o n i s r e s p o n s i b l e f o r t h e g r e a t e r L H s e n s it i v it y . A f i n a le x p e r i m e n t e v a l u a t e d t h e n e u r o c h e m i c a l a n d b e h a v i o r a l r e s p o n s e s to a p r o l o n g e d f o o t s h o c k s t r e s s o r 2 4 h a f t e r u n c o n t r o l l e d f o o t s h o c k .R i g h t - b i as e d Y O K a n i m a l s d is p l ay e d d e p r e s s e d f o o t s h o c k e s c a p e b e h a v i o r a n d a r i g h t > l ef t d e p le t i o n i n P F C D A a n d H V A . A c r o s s - g r o u p sf o o t s h o c k e s c a p e p e r f o r m a n c e w a s c o r r e l a te d w i t h D A a n d H V A c o n c e n t r a t i o n s o n t h e r i g h t b u t n o t o n t h e l e ft si d e o f t h e P F C . T h u s ad i s t u r b a n c e o f r i g h t P F C D A u t i l iz a t i o n w a s a g a i n a s s o c i a t e d w i th c o m p r o m i s e d c o p i n g b e h a v i o r . T h e d a t a s u g g e s t t h a t t h e i n a b i l it y to c o n t r o l as t r e s s o r c a u s e s a l a t e r al i z e d a l t e r a t i o n o f P F C D A a n d t h i s r e s u l t s in a d i s r u p t i o n o f t h e a b i l it y to r e s p o n d t o a n e w s t r e s s o r . T h e s e f i n d i n g si n d i c a te t h a t t h e t w o s i d e s o f t h e P F C a r e d i f f e re n t i a l ly s p e c i a l i ze d f o r r e s p o n d i n g t o a s t r e s s o r .

I N T R O D U C T I O NT h e e x p o s u r e o f a n im a l s t o s t r e ss f u l e v e n t s t h a t

c a n n o t b e c o n t r o l l e d i s k n o w n t o i n t e r f e r e w i t h t h ea c q u i s it i o n a n d p e r f o r m a n c e o f n e w b e h a v i o r in s u b s e -q u e n t s i t u a t i o n s w h e r e s t r e s s o r c o n t r o l w o u l d o t h e r -w i s e b e p o s s i b l e . T h i s p h e n o m e n o n h a s b e e n t e r m e d' l e a r n e d h e l p l e s s n e s s ' ( L H ) 31. I t h a s b e e n t h e s u b j e c to f m u c h e x p e r i m e n t a l i n q u i r y o v e r t h e l a s t 2 5 y e a r s .P a r a ll e ls h a v e b e e n o b s e r v e d b e t w e e n h u m a n s d ia g -n o s e d a s cl in i c al ly d e p r e s s e d a n d l a b o r a t o r y a n i m a l se x p o s e d t o u n c o n t r o l l a b l e s t r e s s o r s . T h e L H p h e -n o m e n o n h a s t h u s b e e n u s e d a s a n a n i m a l m o d e l o fr e a c t i v e d e p r e s s i o n i n h u m a n s 3.

T h e L H m o d e l i s p r e d i c a t e d o n t h e n o t i o n t h a t al a c k o f s t r e s so r c o n t r o l i n d u c e s a b e h a v i o r a l s t a t e t h a ti s s i m i l a r t o t h a t f o u n d i n h u m a n d e p r e s s i v e i l l n e s s . I t

a l s o a s s u m e s t h a t t h i s s t a t e h a s a s i m i l a r b i o c h e m i c a ls u b s t r a t e . C o n s i s t e n t w i t h t h e b i o c h e m i c a l a n d p h a r -m a c o l o g i c a l f o u n d a t i o n s o f t h e ' a m i n e r g i c h y p o t h e s i s 'o f d e p r e s s i o n 42, m a n y s t u d i e s h a v e f o c u s e d u p o n t h er o l e o f n o r a d r e n e r g i c a n d s e r o t o n e r g i c n e u r o n s i n th ei n d u c t i o n o f L H 2 '2 '4 3. H o w e v e r , m i l d s t r e s s o r e x p o s u r es i m il a r t o t h e t y p e u s e d i n L H m o d e l s a l s o a c t iv a t e s th em e s o c o r t i c a l a n d m e s o l i m b i c d o p a m i n e s y s t e m s t h a th a v e t h e i r t e r m i n a l f i e l d s i n t h e p r e f r o n t a l c o r t e x a n dn u c l e u s a c c u m b e n s ( N A C ) 1 '12" |7 '19 '21 '26 '41 . A r o l e f o rd o p a m i n e a s p a r t o f t h e b i o c h e m i c a l b a si s o f d e p r e s -s iv e il ln e s s h a s r e c e n t l y c o m e u n d e r e x p e r i m e n t a lscru t iny 46.47.

I n t h i s l a b o r a t o r y , w e h a v e o b t a i n e d d a t a t o s h o wt h a t m i l d s t r e s s o r s a c t i v a t e D A s y s t e m s o n d i f f e r e n ts i d es o f t h e r a t m e d i a l p r e f r o n t a l c o r t e x (P F C ) , d e -p e n d i n g u p o n t h e d u r a t i o n o f st r e ss o r e x p o s u r e a n d

* C o r r e s p o n d i n g a u t h o r . F a x : (1 ) (5 1 8 ) 4 4 5 -5 7 9 9 .


2/10

w h e t h e r t h e s t r es s o r is c o n t r o l l e d o r u n c o n t r o l l e d . F o re x a m p l e , t h e s t r e s s o f b r i e f f o o d d e p r i v a t i o n c a u s e s al e f t > r i g h t D A a c t i v a t io n i n t h e P F C t h a t i s n o l o n g e rp r e s e n t w i t h l o n g e r d e p r i v a t i o n t l. S i m i l a rl y , d u r i n g e x -p o s u r e t o a r e s t r a i n t s t r e s s o r , l a t e r a l i z e d a l t e r a t i o n s i nP F C D A a n d i ts m e t a b o l it e , h o m o v a n i l l ic a c id ( H V A ) ,w e r e s e e n o v e r ti m e . E f f e c t s p r o g r e s s e d f r o m a l e f t >r i g h t i n v o l v e m e n t a t 1 5 m i n t o a r i g h t > l e f t i n v o l v e -m e n t a t 6 0 m i n 7. A p o s s i b l e c o n n e c t i o n b e t w e e n l a t e r-a l i z e d d i f f e r e n c e s in b r a i n D A s y s t em s a n d s u s c e p ti b i l-i ty t o th e L H p h e n o m e n o n h a s b e e n i n d i c a t e d b yb e h a v i o r a l f i n d in g s . R a t s s h o w i n g d i f f e r e n c e s in r o t a -t i o n a l b e h a v i o r , t h a t i n d i c a t e s d i f f e r e n c e s in l a t e r a l i z e df u n c t i o n i n g o f b r a i n D A s y s t em s 9, d i f f e r in t h e i r r e -s p o n s e t o t h e L H m a n i p u l a t i o n .

T h e f o r e g o i n g o b s e rv a t i o n s m a d e i t o f i n t e re s t t oe v a l u a t e a p o t e n t i a l r o l e f o r l a t e r a l i z e d c h a n g e s i nb r a i n D A s y st e m s th a t m i g h t o c c u r w i t h in t h e c o n t e x to f th e L H p a r a d i g m . S i n c e it s e x p e r i m e n t a l p r o c e d u r e sg e n e r a l l y i n v o lv e t h e s u c c e s s iv e e x p o s u r e t o a n u n c o n -t r o l l e d a n d t h e n a c o n t r o l l e d s t r e s s o r s e p a r a t e d b y 2 4h , w e w i s h e d t o e v a l u a t e p o t e n t i a l n e u r o c h e m i c a lc h a n g e s a t v a r i o u s t i m e p o i n t s d u r i n g t h i s p e r i o d . A c -c o r d i n g l y , i n t h e p r e s e n t s t u d i e s w e h a v e m e a s u r e dl e v el s o f D A a n d i ts a ci d m e t a b o l i t e s i n t h e m e s o c o r t i -c a l , m e s o l i m b i c a n d n i g r o s t r i a t a l t e r m i n a l r e g i o n s f o l -l o w i n g v a r i o u s c o n d i t i o n s o f e x p o s u r e t o a c o n t r o l l e da n d a n u n c o n t r o l l e d f o o t s h o c k s t r es s o r.M A T E R I A L S A N D M E T H O D S

Subjec t sM a l e L o n g - E v a n s r a ts (B l u e - S p r u c e F a rm s , A l t a m o n t , N Y , U S A )

w e i g h i n g 3 0 0 - 3 2 5 g , w e r e u s e d i n t h e s e e x p e r i m e n t s . A n i m a l s w e r eh o u s e d 3 t o a p o l y e t h y l e n e c a g e w i t h f o o d a n d w a t e r a v a i l a b l e a dl i b i t u m a n d m a i n t a i n e d o n a 1 2 / 1 2 h l i g h t - d a r k c y c le ( 0 7 . 0 0 - 1 9 . 0 0h ).

Br ain d i s s ec tion an d t i s sue pr epar a t ionR a t s w e r e k i l l e d b y d e c a p i t a t i o n , a n d t h e i r b r a i n s r e m o v e d i n l e ss

t h a n 1 r a in a n d d i s s e c t e d o v e r i c e a s fo l lo w s . U s i n g a r a t b r a i n m a t r i x( A c t i v a t i o n a l S y s t e m s ), t w o c o r o n a l c u t s w e r e m a d e , c o r r e s p o n d i n ga p p r o x i m a t e l y t o K o n i g a n d K l ip p e 12 9 l e v e ls A 1 0 5 0 0 a n d A 8 9 2 0 ( 3 . 0m m a n d 1 .0 m m a n t e r i o r t o b r e g m a , r e sp e c t i v el y , a c c o r d i n g toP a x i n o s a n d W a t s o n 3 3 ) . M e d i a l P F C w a s r e m o v e d f r o m t h e m o r ea n t e r i o r s l i c e u s i n g t h e f o r c e p s m i n o r o f t h e c o r p u s c a l l o s u m a n d t h eo l f a c t o r y t r a c t a s l a t e r a l a n d v e n t r a l b o r d e r s , r e s p e c t i v e l y . T h e N A Ca n d t h e a n t e r io r p o l e o f t h e c o r p u s s t r i a t u m w e re p u n c h e d o u t o f t h es e c o n d s l ic e ; t h e r e m a i n d e r o f t h e c o r p u s s t r i a t u m w a s d i s s e c t e df r o m t h e r e s t o f th e b r a i n u s i n g a d o r s o m e d i a l a p p r o a c h . T i s s u e w a sw e i g h e d a n d s o n i c a t e d i n 0 .1 N p e r c h l o r i c a c i d ( c o n t a i n i n g 2 0 5 .4 5p M d i h y d r o x y b e n z y la m i n e a s a n i n t e rn a l s t a n d a r d f o r c h r o m a t o g r a -p h y ) .

N e u r o c h e m i c a l d e t e r m i n a ti o n sD A , 3 , 4 - d i h y d ro x y p h e n y l a ce t ic a ci d ( D O P A C ) , a n d H V A w e r eq u a n t i f ie d u s i n g a n H P L C - E C D s y s t e m c o n s i s ti n g o f a B A S P M - 3 0 A

p u m p , a C - 1 8 r e v e rs e - p h a s e B i o p h a s e c o l u m n a n d a B i o - R a d A S - 4 8a u t o s a m p l e r . A p o te n t i al o f - 0 . 8 V w a s m a i n t a i n e d b e t w e e n t h eg l as s y c a r b o n w o r k i n g a n d A g / A g C I r e f e r e n c e e l e c t r o d e s w i th a

179B A S L C - 4 B a m p e r o m e t r i c c o n t r o ll e r. T h e m o b i le p h a s e w a s p r e-p a r e d a c c o r d i n g t o R e n n e r a n d L u i n e 3 6 a s m o d i f i e d b y K n o t t 2 8.C h r o m a t o g r a m s w e re i n t e g r a te d , c o m p a r e d t o s t a n d a r d s a n d a n a -l y z e d u s i n g a M a x i m a 8 2 0 s y s t e m ( D y n a m i c S o l u t io n s ) .

Data ana lys esN e u r o c h e m i c a l d a t a w e r e e x p r e s s e d a s c o n c e n t r at i o n s o f s u b -s t a n c e / w e t w e i g h t o f t i ss u e , o r w e re t r a n s f o r m e d t o m e t a b o l i t e / D Ar a t i o s , t o b e u s e d a s i n d i c e s o f u t i li z a t i o n o r t u r n o v e r ( s e e r e f s . 5 ,1 3 ) ,a n d a n a l y z e d b y a t w o - f a c t o r ( g r o u p a n d s i d e ) r e p e a t e d m e a s u r ea n a l y s i s o f v a r ia n c e ( A N O V A ) , w i t h s t r e s s c o n d i t i o n g r o u p a s ab e t w e e n s u b j e c t a n d s i d e a s a w i t h i n s u b j e c t m e a s u r e , f o r e a c hc h e m i c a l m e a s u r e i n e a c h t e r m i n a l r e g i o n e x a m i n e d . P l a n n e d c o m -p a r i s o n s b e t w e e n m e a n s fo r s id e s w e r e m a d e u s i n g S t u d e n t ' s t - r a t i of o r m a t c h e d s a m p l e s . I n e x p e r i m e n t 3 , s t r e s s g r o u p , t u r n i n g p r e f e r -e n c e a n d s h o c k e s c a p e l a t e n c y c o m p r i s e d t h e v a r i a b l e s o f a th r e e -f a ct o r re p e a t e d m e a s u r e A N O V A a n d P e a r s o n r - co r r el a ti o n c o e f fi -c i e n t s w e r e c a l c u l a t e d b e t w e e n t h e v a r i o u s n e u r o c h e m i c a l v a r ia b l e sa n d t h e m e a n s h o c k e s c a p e l a t e n c y o v e r s h u t t l e b o x s h o c k e s c a p et r i a l s .

Behav ior a l pr ocedur esRotat ional tes t ing. R a t s w e r e i n d i v i d u a l l y t e s t e d f o r s p o n t a n e o u sr o t a t i o n i n a n a u t o m a t e d r o t o m e t e r 2 4. T h e r o t o m e t e r c o n s i s t e d o f ac y l i n d r i c a l ( 3 0 . 5 c m i n d i a m e t e r ) P l e x i g l a s e n c l o s u r e h a v i n g a g r i df l o o r 2 2. A n a t t a c h e d g r a d u a t e d d r i n k i n g t u b e p r o v i d e d w a t e r , a n df o o d p e l l e t s w e r e s c a t t e r e d o n t h e f l o o r. T h e a p p a r a t u s w a s s i t u a t e di n a n e n v i r o n m e n t a l l y c o n t ro l l e d r o o m h a v i n g a n o r m a l d a y / n i g h tc y c le ( li g h t s o n / o f f a t 0 7 . 0 0 / 1 9 . 0 0 h ) . A f l ex i b l e w i r e , w h i c h h a r -n e s s e d t h e a n i m a l , w a s c o n n e c t e d t o a s h a f t t h a t a c t i v a t e d a p h o t o -e l e c tr i c p o s i t i o n - s e n s i n g d e v i ce t h a t d i f f e r e n t i a t e d b e t w e e n i n c o m -p l e t e a n d f u ll ( 3 6 0 r o t a t i o n s . R o t a t i o n s i n t h e d o m i n a n t d i r e c t i o nm i n u s r o t a t io n s i n t h e o p p o s i t e d i r e c t io n w e r e u s e d t o e s t a b l i s ht r i a d s o f a n i m a l s e q u a t e d o n t h e d i r e c t i o n a n d m a g n i t u d e o f r o ta -t i o n a l b e h a v i o r . L e f t a n d r i g h t p r e f e r e n c e a n i m a l s w i t h a n e t r o t a -t i o n s o f > 5 w e r e i n c l u d e d . T e s t s e s s i o n s w e r e c o n d u c t e d o v e r n i g h ta n d i n c l u d e d t h e 2 h b e f o r e a n d a f t e r t h e 1 2 - h d a r k p e r i o d ( i. e. f r o m1 7 . 0 0 t o 0 9 . 0 0 h ) .L H t r ai n in g . T r i a d s o f r a t s w e r e c o m p o s e d o f a p a ir o f a n i m a l s t h a tw e r e e x p o s e d t o 8 0 r a n d o m l y ( V T 6 0 s e c ) p r e s e n t e d 0 . 8 m A s c r a m -b l e d g r i d s h o c k s a n d a t h i r d r a t ( C T L ) t h a t w a s c o n f i n e d i n t h ea p p a r a t u s b u t w a s n o t s h o c k e d . S h o c k c u r r e n t l e v e l s w e r e t h o s ed e t e r m i n e d t o b e t h e m i n i m u m n e c e s s a r y t o i n s u r e a d e q u a t e e s c a p ep e r f o r m a n c e i n th i s a p p a r a t u s . T h e r a t s o f t h e s h o c k e d p a i r r e c e i v e ds h o c k s e p a r a te l y i n i d en t i ca l c o n d i t io n i n g c h a m b e r s ( 3 0 x 3 0 c md i a m . ) . O n e r a t r e c e iv e d c o n t r o l l a b l e s h o c k ( E S C ) w h i c h w a s t e r m i -n a t e d b y a b a r p r e s s r e s p o n s e o n a s t a n d a r d r a t l e v e r l o c a t e d o n t h ew a l l o f t h e c h a m b e r . T h e f i r s t 2 0 s h o c k s w e r e t e r m i n a t e d w i t h as i n g l e ( F R 1 ) b a r p r e s s , w h i l e t h e r e m a i n d e r r e q u i r e d t w o ( F R 2 )p r e s s e s . T h e r a t r e c e iv i n g u n c o n t r o l l a b l e s h o c k ( Y O K ) d i d n o t t e r m i -n a t e t h e s h o c k i t s e lf b u t r a t h e r h a d i t s s h o c k t e r m i n a t e d w h e n i t sE S C p a r t n e r c o m p l e t e d t h e b a r p r e s s r eq u i r e m e n t . T h u s , f o r e a c hp a i r o f a n i m a l s , s h o c k w a s i d e n t ic a l i n t h a t i t b e g a n a t t h e s a m e t i m ea n d t e r m i n a t e d w h e n t h e E S C a n i m a l c o m p l e t e d t h e b a r p r e ssr e q u i r e m e n t . T h e s o l e d i f fe r e n c e b e t w e e n a n i m a l s o f th e p a i r w a st h e o p p o r t u n i t y t o t e r m i n a t e t h e s h o c k o r t o c o n t r o l t h e s t r e s s o r .C T L a n i m a l s s e r v e d a s c o n t r o l s f o r t h e e f f e c ts o f fo o t s h o c k p e r s e .Shut t le box shock escape tes t ing. A f t e r 2 4 h L H t r a i n i n g , a n i m a l s fr o ma l l g r o u p s w e r e t e s t e d i n a s h u t t l e b o x f o o t s h o c k e s c a p e t e s t . A n i m a l sw e r e p l a c e d i n t h e c e n t e r p o r t i o n o f a t w o - w a y s h u t t l e b o x , (4 5 . 7 X2 1 . 6 X 2 4 . 5 c m ) d i v i d e d a t t h e c e n t e r b y a m e t a l b a r r i e r w i t h a9 . 0 x 6 . 5 c m o p e n i n g a t f lo o r l e ve l a n d e x p o s e d t o a s e r i e s o fs i x ty - fi v e 0 . 6 m A g r i d s h o c k s p r e s e n t e d r a n d o m l y ( V T - 6 0 s e c ) . S h o c kc u r r e n t l e v el s w e r e t h o s e d e t e r m i n e d t o b e t h e m i n i m u m n e c e s s a r yt o i n s u r e a d e q u a t e e s c a p e p e r f o r m a n c e i n t h i s a p p a r a t u s . S h o c k sw e r e e s c a p a b l e u p o n t h e p e r f o r m a n c e o f a s in g l e ( F R 1 ) s h u t t l er e s p o n s e ( m o v i n g t o t h e o t h e r s i d e ) fo r t h e f i r st 5 sh o c k s a n d a F R 2r e s p o n s e ( m o v i n g f ro m o n e s i d e t o t h e o t h e r a n d t h e n b a c k ) f o r t h er e m a i n d e r o f t h e s h o c k s . R e s p o n s e s w e r e d e t e c t ed b y p h o t o c el l sl o c a t e d 6 . 5 c m f r o m e a c h e n d w a l l , 5. 0 c m a b o v e t h e f l o o r.


3/10

18 0Sequencing of behavioral and neurochemical proceduresExperiment 1: The effects o f lack of control o~,er footshock on brainDA systems. W i t h i n 1 5 m i n o f th e e n d o f L H t r a i n i n g , a n i m a l s f r o me a c h s t r e s s t ri a d w e r e k i l l e d i n c o u n t e r - b a l a n c e d o r d e r b y d e c a p i t a -t i o n a n d t h e i r b r a i n s d i s s e c t e d a n d a n a l y z e d n e u r o c h e m i c a l l y a sd e s c r i b e d a b o v e .Experiment 2: The effects o f lack of control over footshock on brainDA systems' responses to a subsequent brief controllable stressor. I nt h i s e x p e r i m e n t t h e a f t e r -e f f e c ts o f p r ev i o u s L H t r a i n i n g o n t h en e u r o c h e m i c a l r e s p o n s e t o a b r i e f e x p o s u r e o f a n e w c o n t r o l l a b l es t r e s s o r w a s t e s t e d . S i n c e w e h a d o b t a i n e d p r e v i o u s d a t a t o s h o wt h a t r i g h t - b i a s e d m a l e r a t s a r e m o r e s u s c e p t i b l e t o t h e b e h a v i o r a ld e f i c it s n o r m a l l y e n g e n d e r e d b y L H t r a i n i n g t h a n a r e l e f t- b i a s e dr a ts , w e fo r m e d E S C / Y O K / C T L t r ia d s f r o m a n i m a l s e q u a t e d o nt h e d i r e c t i o n a n d i n t e n s i t y o f r o t a t i o n a l b e h a v i o r u s i n g t h e c r i t e r iao u t l i n e d a b o v e . C o n t r o l l a b l e f o o t s h o c k e x p o s u r e o c c u r r e d 2 4 h f o l-l o w i n g L H t r a i n i n g i n a s h u t t l e b o x . A n i m a l s w e r e g i v e n fi v e F R 1e s c a p a b l e f o o t s h o c k s . T h i s p r o c e d u r e i s s i m i l a r t o t h a t u s e d p r e v i -o u s l y to e l i c it u n c o n t r o l l e d s t r e s s o r - i n d u c e d a n a l g e s i a2 7 . A l l a n i m a l sr e a d i l y e s c a p e d t h e s e f o o t s h o c k s . W i t h i n 1 5 m i n o f t h e e n d o f t h i sp r o c e d u r e , a n i m a l s w e r e k i ll e d b y d e c a p i t a t i o n a n d t h e i r b r a i n sd i s s e c t e d a n d u s e d f o r n e u r o c h e m i c a l d e t e r m i n a t i o n s a s o u t l i n e da b o v e .Experiment 3: The effects of a pret,iously experienced lack of stressorcontrol on DA systems' responses to a prolonged controllable stressor.I n t h i s e x p e r i m e n t a s e q u e n c e o f u n c o n t r o l le d a n d s u b s e q u e n t c o n -t r o ll e d s t r e s s o r e x p o s u r e t h a t d u p l i c a t e d t h a t o f t h e t y p ic a l L Hp r o c e d u r e w a s u s e d . T h u s , t h e p r o c e d u r e s w e r e t h e s a m e a s t h o s eu s e d i n E x p e r i m e n t 2 ex c e p t t h a t a n i m a l s re c e i v e d 1 0 f o o t s h o c k s t h a tw e r e e s c a p a b l e b y a F R 1 s h u t t l e r e s p o n s e f o l l o w e d b y 6 0 w i t h a F R2 e s c a p e r e q u i r e m e n t . W i t h i n 1 5 m i n o f t h e e n d o f th i s p r o c e d u r e ,a n i m a l s w e r e k i l le d b y d e c a p i t a t i o n a n d t h e i r b r a i n s d i s s e c t e d a n du s e d f o r n e u r o c h e m i c a l d e t e r m i n a t i o n s a s o u t l i n e d a b o v e .

R E S U L T S

M e d i a l P r e f r o n t a l C o r t e x

0 . 2 4~ I 0 . 1 2

1 . 2 0 [ i ~

) o . 0 m ) )C T L E S C Y O K

F i g . I. A : t h e e f fe c t s o f E S C a n d Y O K s t r e s s o n D A a n d t h e r a t i o o ft h e m e t a b o li t e s D O P A C a n d H V A , w i t h D A i n t h e P F C o f L o n g -E v a n s r a ts . M e a s u r e m e n t s w e r e m a d e f r o m b r a i n r e g io n h o -m o g e n a t e s o b t a i n e d w i t h i n 1 5 m i n o f t h e e n d o f t h e s t r e s s s e s s i o n .H o r i z o n t a l c r o s s - h a t c h i n g d e n o t e s t h e l e f t s i d e a n d d i a g o n a l c r o ss -h a t c h i n g t h e r i g h t s i d e . * P < 0 . 0 5 v s . o t h e r s i d e ; * P < 0 . 0 5 m e a n o f

t w o s i d e s v s . C T L m e a n o f t w o s i d e s.

F i g. 1 A - C d e p i c t s th e e f f e c t s o f c o n t r o l l e d ( E S C )a n d u n c o n t r o l l e d ( Y O K ) f o o t s h o c k o n t e r m i n a l r e g i o nD A a c ti v it y . F o r t h e P F C ( F ig . 1 A ) A N O V A r e v e a l e d an u m b e r o f s ig n i f ic a n t m a i n e f f e c t s o f s t r e s so r c o n d i -t i o n , i . e . E S C o r Y O K ( S t r e s s ) a n d b r a i n r e g i o n s i d ee x a m i n e d ( S i d e ) , a s w e l l a s s i g n i f i c a n t s t r e s s i n t e r a c -t i o n s b e t w e e n t h e s e v a r i a b l e s . S t r e s s h a d s i g n i f i c a n tm a i n e f f e c t s o n D A ( F 2 ,1 6 = 5.42, P < 0.02), P < 0.02),D O P A C / D A ( F z , t6 = 1 5.6 3, P < 0 .0 0 1 ), a n d H V A /D A (F2,16 = 15 .63 , P < 0 .001) , whi l e S ide sho we d s ig-n i f i c a n t m a i n e f f e c t s o n D A ( F~ ,~ 6 = 1 7 .9 6 , P < 0 . 0 0 1 ),a nd D O P A C / D A ( F l , 1 6 = 8 . 5 1 , P < 0.01). A s ignif i -c a n t i n t e r a c t i o n b e t w e e n S t r e s s a n d S i d e o c c u r r e d f o rD O P A C / D A ( F 2, 16 = 3 .6 2 , P < 0 .0 5 ). C o m p a r i s o n sa m o n g m e a n s a c r o s s t h e s t r e s s g r o u p s s h o w e d t h a tY O K f o o t s h o c k c a u s e d a n o v e r a l l ( b i l a te r a l ) d e c r e a s ein D A a n d ov e r a ll i n c re a s e s i n D O P A C / D A a n dH V A / D A , w h il e E S C f o o ts h o c k i n c re a se d D O P A C /D A a n d H V A / D A . T h u s , w h il e b o t h f oo t s ho c k c o nd i -t io n s i n c re a s e d P F C D A t u r n o v e r , Y O K f o o t s h o c k al soc a u s e d a d e p l e t i o n o f P F C D A r e la t iv e to t h e C T Lg r o u p . D e c o m p o s i t i o n o f th e m a i n e f f e c t s o f si d e r e -v e a l e d t h a t a l e ft ~ r i g h t a s y m m e t r y s e e n a m o n g C T La n i m a l s w a s m a i n t a i n e d a m o n g E S C b u t n o t a m o n gY O K f o o t s h o c k an i m a l s. B r e a k d o w n o f t h e s i g n if i c an t

8 . 0 0 I4 . 0 0- I0 . 7 20 . 3 6

N u c l e u s A c c u m b e n s

I J i l ti H

0 . 3 20 . 1 6 mi

C T LmE S C Y O K

F i g . 1. B : t h e e f fe c t s o f E S C a n d Y O K s t r e s s o n D A a n d t h e r a t i o o ft h e m e ta b o l i te s , D O P A C a n d H V A , w it h D A i n th e N A C o f L o n g -E v a n s r a t s . S e e A f o r d e t a i l s . * P < 0 .0 5 m e a n o f t w o s i d e s v s. C T L

m e a n o f t w o s i d e s .


4/10

S t r i a t u m

~ 1 2 "0 0 I i ~ i ~ ~ ~~ 6 . O 0

i= l e e 1 i 3 2 L

C T L E S C Y O KFig. 1 . C : the ef fects of ESC and Y OK st ress on D A and the ra t io ofthe metabo l i tes , DOP AC and HV A, with DA in the s t r ia tum ofLon g-Ev ans ra ts . See A for deta i l s , t p < 0 .05 mean of two s ides vs .CTL mean of two s ides .

i n t e r a c t io n i n v o lv i n g D O P A C / D A r e v e a l e d t h a t Y O Ka n i m a l s e x h i b i t e d a g r e a t e r D O P A C / D A r a t io o n t h er i g h t si d e o f t h e P F C t h a n o n t h e l e f t s i d e . T h e f i n d i n gi n d i c a t e d t h a t a n e f f e c t o f Y O K s t re s s w a s t o p r e f e r e n -t i a ll y i n c r e a s e D A t u r n o v e r o n t h e r i g h t s i d e o f t h eP F C . B o t h t h e n u c l e u s a c c u m b e n s ( F i g . 1 B ) a n d t h es t r i a t u m ( F i g . 1 C ) s h o w e d e v i d e n c e f o r a n a c t i v a t i o n o fD A m e t a b o l i s m b y S t r e s s a s i n d i c a t e d b y s i g n if i ca n tm a i n e f f e c t s o n D O P A C / D A ( F2 A 7 = 5 .4 5 , P < 0 .0 1 )a n d H V A / D A ( F2 ,1 7 = 1 1 .0 8 , P < 0 . 0 0 0 8 ) in t h e f o r -m e r a n d o n H V A / D A ( F 2 ,t 8 = 5 . 3 5 P < 0 . 0 2 ) i n t h el a t t e r . H o w e v e r , n o s i g n i f i c a n t m a i n e f f e c t s o r i n t e r a c -t i o n s w i t h S i d e w e r e s e e n i n t h e s e t e r m i n a l r e g i o n s .T h u s , w h i le f o o t s h o c k a c t iv a t e d D A m e t a b o l i s m i nb o t h r e g io n s , t h e r e w a s n o e v i d e n c e t h a t t h e c o n t r o l l a -b i l i ty o f t h e f o o t s h o c k s t r e s s o r w a s r e s p o n s i b l e f o rd i f f e r e n c e s i n t h e s e r e g i o n s , n o r w e r e s i d e - t o - s i d e d if -f e r e n c e s n o t e d i n t h e e f f e c t s o f t h e f o o t s h o c k s t r e s s o r .

F i g . 2 A - C d e p i c t s t h e e f f e c t s o f a p r e v i o u s l y e x p e r i -e n c e d l a c k o f c o n t r o l o f a fo o t s h o c k s t r e s s o r o n m e a -s u r e s o f t h e t e r m i n a l r e g i o n D A a c t iv i t y i n r e s p o n s e t oa b r i e f c o n t r o l l a b l e s t r e s s o r (5 e s c a p a b l e f o o t s h o c k s )e n c o u n t e r e d 2 4 h l a te r ( E x p e r i m e n t 2 ) . T h e s e e f fe c t sa r e s h o w n i n r a t s p r e v i o u s l y id e n t i f i e d a s s h o w i n gp r e d o m i n a n t l y l e f t- o r r i g h t - s id e d t u r n i n g b e h a v i o r . A sm a y b e s e e n i n F ig . 2 A , a n u m b e r o f s i g n i fi c a n t d i f f e r -e n c e s w e r e n o t e d o n t h e s e m e a s u r e s i n t h e P F C .A N O V A f o r D A r e v e a l e d a s i g n i f i c an t S i d e D i r e c t i o n

181

i n t e r a c t i o n (F 1,2 9 --- 5 . 5 5 , P < 0 . 0 3 ) w h i c h , w h e n d e c o m -p o s e d , w a s s h o w n t o c o n t a i n a s i g n i f i c a n t le f t > r i g h te f fe c t o n D A a m o n g l e f t- b i a s e d C T L a n d Y O K a n d a

M e d i a l P r e f r o n t a l C o r t e xL e f t B i a s e d R i g h t B i a s e d

0 . 2 40 . 1 2

0 . 2 4 Ii 0 . 1 2

CTL ESC YOK CTL ESC YOKFig. 2 . A : the ef fects of ESC and YOK st ress exper ienced 24 hear l ier on DA , DOPA C, HV A changes in the PFC of lef t - andright-bia sed rats (see text) in response to a br ief stressor. All animalswere exposed to five 0.6 mA escapable footshocks 15 min beforesacrifice. D A an d me tabo lite values are expressed as pe r wet weightof t issue. Horizontal cross-hatching denotes the left side and diago-nal cross-hatching the right side. * P < 0.05 vs. other side; * P < 0.05mea n o f two sides vs. CTL mean of two sides.

N u c l e u s A c c u m b e n sL e f t B i a s e d R i g h t B i a s e d

~ l O o o I B _ T e T m , H2 . 6 0

1.200 . 6 0

CTL ESC YOK CTL ESC YOKFig. 2. B : the ef fects of ESC and YOK st ress exper ienced 24 h ear l ieron DA , DOPAC , HVA changes in the NAC of lef t - and r ight -biasedrats in response to a brie f stressor. Se e A for details.


5/10

1 82S t r i a t u m

L e f t B i a s e d R i g h t B i a s e d

5 . 0 0

I0.00

5.20

2.60

0.60

CT L ESC Y OK CT L ESC Y OKFig. 2. C: the effects of ESC an d Y OK stress experienced 24 h ea rlieron D A, DO PAC, H VA changes in the s t r ia tum of lef t - and r ight-bi-ased rats in response to a b rief stressor. See A for details.

s i g n i f ic a n t r ig h t > le f t e ff e c t o n D A a m o n g r i g h t - t u r n -i n g Y O K a n i m a l s . F o r D O P A C , a s i g n i fi c a n t (F 2,29 =6 .4 3 , P < 0 . 0 0 5 ) S i d e S t r e s s x D i r e c t i o n i n t e r a c t i o nc o n t a i n e d a l e ft > r i g h t d i f f e r e n c e a m o n g l e f t - t u r n i n gY O K r a t s a n d a r i g h t > l e f t d i f f e r e n c e a m o n g Y O Kr i g h t - t u r n i n g r a t s . N o s i g n i f ic a n t m a i n e f f e c ts o r i n t e r -a c t io n s w e r e s e e n f o r H V A . N e i t h e r D O P A C / D A n o rH V A / D A s h o w e d s ig n i f i c a n t e f f e c ts f o r t h e s e v a r i -a b l e s . A s m a y b e s e e n i n F ig . 2B , C , t h e b r i e f e x p o s u r et o f o o t s h o c k s t r e s s a s u s e d i n t h i s e x p e r i m e n t c a u s e dn o m e a s u r e d c h a n g e s i n D A a c t iv i t y i n e i t h e r t h en u c l e u s a c c u m b e n s o r s t r i a tu m .

I n E x p e r i m e n t 3 , a n i m a l s s e l e c t e d o n t h e b a s i s o ft h e i r r o t a t i o n a l b e h a v io r w e r e e x p o s e d t o E S C o r Y O Kc o n d i t i o n s a n d 2 4 h l a t e r e x p o s e d t o a 6 5 f o o t s h o c ke s c a p e t e s t i n a s h u t t l e b o x . F i g . 3 d e p i c t s s h u t t l e e s -c a p e b e h a v i o r o v e r t h e 6 0 F R 2 e s c a p e t r i a l s. A N O V Ai n d i c a t e d m a i n e f f e c t s f o r S t r e s s ( F1 ,3 7 = 7 . 0 4 , P < 0 . 0 2 )a n d T r i a l s (F 3.1 11 = 2 .7 6 , P < 0 . 0 5 ) a n d a S t r e s s xD i r e c t i o n i n t e r a c t i o n ( F I ,3 7 = 1 4 . 0 7 , P < 0 . 0 0 1 ) . P o s t -h o c a n a l y se s b y a N e w m a n - K e u l ' s t e s t r e v e a l e d t h a tr i g h t -b i a s e d Y O K a n i m a l s d i f fe r e d f r o m e a c h o f t h eo t h e r g r o u p s i n o v e r a ll e s c a p e l a t e n c y . T h i s f in d i n gr e p l i c a t e s o u r p r e v i o u s l y p u b l i s h e d 9 d a t a w h i c h s h o wt h a t r i g h t - b i a s e d r a t s a r e u n i q u e l y s e n s i t i v e to t h e L Hm a n i p u l a t i o n . N e u r o c h e m i c a l a n a l y s e s o f D A , D O P A Ca n d H V A w e r e c o n d u c t e d o n l e f t a n d r i g h t P F C s a m -p i e s f r o m a n i m a l s u s e d i n t h i s e x p e r i m e n t . F i g . 4d e p i c t s t h e e f f e ct s o f c o n t r o l l e d ( E S C ) a n d u n c o n -t r o l le d ( Y O K ) f o o t s h o c k a d m i n i s t e r e d 2 4 h e a rl i er , o n

3 O

25

2 0

RIGHT YOK

L / i

RIGHT ES C

O i i iBLOCK 1 BLOCK 2 BLOCK 3 BLOCK 4

FR2 TRIAL BLOCKSFig. 3. Shuttlebox escape latencies over blocks of 15 FR 2 shockescap e trials for ESC (circles) and YO K (squares) r ats of left- (fi l ledsymbols) and right- (open symbols) rotational bias. Animals ' rota-tional bias was evaluated by nocturnal rotatio nal testing and animalswere subjected to ESC or YOK t reatment 24 h before tes t ing.Right-biased YOK animals differed from each of the other groups inoverall latency. P < 0.05, Neuman-Keul 's.

P F C D A a c ti v it y a s m e a s u r e d a f t er t h e s h u t t l e b o x t e s t .A N O V A i n d i c a t e d a s i g n i f ic a n t S t r e s s x D i r e c t i o n i n -t e r a c t i o n ( F I, 37 = 9 .0 2 , P < 0 , 0 0 5 ) a n d a s i g n i f i c a n tS t r e s s x D i r e c t i o n x S i d e i n t e r a c t i o n ( F1 ,3 7 = 7 . 52 , P

Documents

Lateralized Changes in Prefrontal Cortical Dopamine Activity Induced