Valence in the Nucleus Accumbens - identifying neural populations in appetitive and aversive responses

Abstract

O núcleo accumbens (NAc) é reconhecido como um componente essencial do circuito de recompensa, estando associado ao processamento de eventos recompensadores e aversivos e contribuindo para comportamentos motivados. O NAc é uma “interface límbico-motora”, e estudos mostram o seu envolvimento em codificar valência - o valor intrínseco de uma certa experiência e consequentes respostas emocionais e motivacionais. O NAc é constituído maioritariamente por neurónios espinhosos médios GABAérgicos (MSNs), divididos naqueles que expressam o recetor de dopamina D1 (D1-MSNs) e nos que expressam o recetor de dopamina D2 (D2-MSNs). Estas populações foram tradicionalmente segregadas anatomicamente (via direta vs indireta) e funcionalmente (recompensa e valência positiva vs aversão e valência negativa). No entanto, muitos estudos recentes desafiaram esta segregação simplista. Porém, é ainda incerto quais as populações neuronais que codificam valência no NAc, e esta é uma questão crucial na compreensão de distúrbios com défices emocionais. Nesta dissertação, avaliámos os níveis de ativação neuronal associados com estímulos de valência negativa (choque na pata) ou positiva (cocaína) no NAc, usando a amígdala basolateral (BLA) e central (CeA) como regiões controlo, usadas por codificarem valência. Também caracterizámos um vetor viral controlado por c-fos para estabelecer uma estratégia de marcação de ativação neuronal para trabalho futuro. Além disso, efetuámos ativação optogenética de neurónios responsivos a estímulos na BLA, usando o mesmo vetor, para induzir comportamentos de valência e validar a nossa metodologia. Os nossos dados mostram que o NAc core (NAcc) e a BLA contêm populações neuronais que respondem ao choque, medido por uma maior densidade de células c-fos+ em comparação os controlos. Porém, a cocaína não induziu alterações significativas de ativação neuronal. Quanto ao vetor (conduzindo expressão de channelrhodopsin-eYFP), determinámos que 16h pós-exposição a estímulo seria o período mais adequado para observar marcação viral. Ao usar este vetor e expor murganhos a estímulos positivos ou negativos, dados de densitometria de fluorescência mostraram apenas uma tendência para maior ativação neuronal na BLA após o choque na pata, sem efeitos no NAc, em comparação com animais controlo; sem efeitos devido à cocaína. Por último, ativação optogenética de neurónios responsivos a choque na pata da BLA induziu uma tendência de evasão num teste de preferência de lugar em tempo real (RTPP), contudo essa mesma ativação não induziu preferência de lugar condicionada (CPP). Embora os nossos dados mostrem ativação neuronal no NAcc e BLA em resposta a choque, a falta de diferenças na exposição a cocaína, junto com dados de densitometria e optogenética, indicam a necessidade de desenvolver novas ferramentas para marcar neurónios que codifiquem valência no NAc.

The nucleus accumbens (NAc) is recognized as an essential component of the reward circuit, being associated with processing of both rewarding and aversive events, and contributing for motivated behaviours. The NAc is a “limbic-motor interface”, and evidence shows its involvement in valence encoding – the intrinsic value of a given experience and consequent emotional and motivational responses. The NAc is mainly constituted by GABAergic medium spiny neurons (MSNs), divided into those expressing dopamine receptor D1 (D1-MSNs) and those expressing dopamine receptor D2 (D2-MSNs). These populations have been traditionally segregated anatomically (direct vs indirect pathway) and functionally (reward and positive valence vs aversion and negative valence). However, many recent studies have challenged this simplistic segregation. Yet, it is still uncertain which neuronal populations encode valence in the NAc, and this is a crucial question in the understanding of disorders with emotional deficits. In this thesis work we evaluated the neuronal activation levels associated with negative- (footshock) or positive-valence stimuli (cocaine) in the NAc, using the basolateral (BLA) and central (CeA) amygdala as control regions, used because they encode valence. We also characterized a c-fos-driven viral vector in order to establish a neuronal activation labelling strategy for future work. Furthermore, we performed optogenetic activation of stimulus-responsive neurons in the BLA, using the same vector, to induce valence-specific behavioural responses and validate our methodology. Our data shows that the NAc core (NAcc) and the BLA contain neuronal populations that respond to shock, measured by a higher c-fos+ cell density in comparison to controls. However, cocaine induced no significant changes in neuronal activation. Regarding the vector (driving channelrhodopsin-eYFP expression), we found that 16h-post stimulus exposure would be the more adequate timeframe to observe neuronal labelling. When using this vector and exposing mice to positive or negative stimuli, densitometry fluorescence data showed only a tendency for higher neuronal activation in the BLA after footshock, with no effects in the NAc, in comparison with control animals; with no effects due to cocaine. Lastly, optogenetic activation of footshock-responsive neurons in the BLA induced a tendency for avoidance in a real time place preference test (RTPP), yet this same activation did not induce conditioned place preference (CPP). While our data show neuronal activation in the NAcc and BLA in response to shock, the lack of differences with cocaine exposure together with densitometry and optogenetics data, indicates the need to develop new tools to label valence encoding neurons in the NAc.