Glukóz-monitorozó neuronok a mediodorzális prefrontális kéregben
Doktori (Ph.D.) értekezés tézisei
Dr. Nagy Bernadett Témavezető:
Prof. Dr. Karádi Zoltán
Programvezető:
Prof. Dr. Lénárd László Doktori Iskola vezetője:
Prof. Dr. Lénárd László Pécsi Tudományegyetem, Általános Orvostudományi Kar, Élettani Intézet Pécs, 2013.
I.
Bevezetés Napjainkban a táplálkozási és anyagcsere betegségek incidenciája folyamatosan
növekszik. Közülük is kiemelendő az elhízás, az anorexia és bulimia nervosa, a metabolikus szindróma és a diabetes mellitus, melyek számottevően növelik a népesség morbiditását és mortalitását.
Ezen
kimagasló
népegészségügyi
jelentőségű
kórképek
komplex
patofiziológiájáról még korántsem rendelkezünk megfelelő mélységű ismeretekkel, így terápiás lehetőségeink is korlátozottak. A táplálkozási és anyagcsere betegségekben a homeosztázis egyensúlyának megbomlása észlelhető. Az adaptív táplálkozási magatartás és anyagcsere kialakításában a külső környezeti ingerek feldolgozásán túl, a belső környezet homeosztázisát biztosító idegi, valamint neurokémiai-humorális szabályozó folyamatok is alapvető jelentőségűek. A háttérben álló szabályozó mechanizmusok felderítésére világszerte extenzív kutatás irányul. A prefrontális kéreg (PFC) egyike azon központi idegrendszeri struktúráknak, melyek kulcsszerepet játszanak a szervezet belső állapotának monitorozásában és ennek megfelelően képesek magatartási válaszokat kezdeményezni. A PFC számos regulációs folyamatban részt vesz, így a kognitív funkciók, figyelem, drive, motiváció, döntéshozatal és a munkamemória szabályozásában is [1-3]. A táplálék és folyadékfelvétel szintén a PFC ellenőrzése alatt áll. A mediális PFC bilaterális léziója finnyásságot eredményez, de nem okoz afágiát, viszont a ventrolaterális PFC károsodása afágia kialakulásához vezet [3]. Anatómiailag a prefrontális kéreg az emlős agy elülső pólusán helyezkedik el és a mediodorzális talamusz maggal reciprok kapcsolaban áll. A mediodorzális prefrontális kérgen (mdPFC) a PFC két neuroanatómiai alegységnek, a prelimbikus területnek és a cinguláris kortexnek az együttesét értjük. A PFC biológiailag fontos szerepét többszörös előagyi és agytörzsi kölcsönkapcsolatai révén fejti ki. Anatómiai tanulmányok kimutatták, hogy a mdPFC direkt kapcsolatban áll számos limbikus rendszerhez tartozó struktúrával, így az amygdalával (AMY), a laterális hipotalamusszal (LHA), a nucleus accumbens-szel (NAcc) és a szomszédos orbitofrontális kéreggel (OBF) [4-6], melyek mindegyike meghatározó jelentőségű a táplálkozás központi szabályozásában. A nucleus tractus solitarii (NTS) is kiemelendő a mdPFC projekcióinak célterületei közül, hiszen számos autonóm reflex integrációja [7] mellett az íz-információk feldolgozásában is szerepet játszik [8, 9].
3
Korábbi tanulmányok ezen mdPFC-vel kapcsolatban álló agyterületeken speciális kemoszenzitív idegsejtek, úgynevezett glukóz-monitorozó (GM) neuronok jelenlétét mutatták ki [10-13]. A GM idegsejtek a vércukorszint emelkedésekor vagy D-glukóz lokális mikroiontoforetikus beadásakor megváltoztatják tüzelési frekvenciájukat. Szintén ismeretes, hogy e neuronok nagy része intraorálisan adott íz-oldatokra is reagál [11, 14-16]. Ezek a homeosztatikusan
releváns,
íz-érzékeny
GM
idegsejtek
feltételezhetően
komplex,
hierarchikusan szervezett neuronhálózatot alkotnak és az endogén és exogén információkat integrálva szabályozzák a táplálék és folyadékfelvételt, valamint a metabolikus folyamatokat [11, 14, 16]. A GM neuronokra a katekolaminok is hatással vannak [11, 16, 17], ennek fényében fontos megjegyeznünk, hogy a felszálló mezokortikolimbikus dopamin (DA) projekciók egyik fő célterülete a PFC [18-21]. A kemoszenzoros idegsejtek e hierarchikusan szervezett hálózata amellett, hogy az endogén kémiai ingerekre reagál, sokféle, homeosztatikusan releváns információt integrál, az exogén kémiai és egyéb szignálokat, szenzoromotoros, perceptuális és motivációs mechanizmusokat csakúgy, mint a megerősítési, tanulási és memória folyamatokat, így a környezeti változásokhoz könnyen alkalmazkodva képes szabályozni a táplálkozási és metabolikus funkciókat [10, 11, 15, 16, 22]. A fentiek alapján feltételezhető, hogy a mdPFC ezen komplex szerepét az előagyi glukózmonitorozó hálózat részeként fejti ki. Jelen kísérletünkben ezért megpróbáltunk GM neuronokat azonosítani a mdPFC-ben, valamint megvizsgáltuk ezen neuronok DA érzékenységét is. A streptozotocin (STZ) szelektíven elpusztítja a hasnyálmirigy Langerhans szigeteinek β sejtjeit, így széles körben használják az 1-es típusú diabetes mellitus állatkísérletes modelljeként [23, 24]. A STZ a sejtekbe a kettes típusú glukóz-transzporteren (GLUT2) keresztül lép be és DNS alkilációt okoz. Citotoxikus hatását reaktív oxigén gyökökön keresztül fejti ki [24]. Korábbi eredményeink azt mutatják, hogy a STZ intracerebrális mikroinjekciója specifikusan károsítja a glukóz-monitorozó neuronokat (pl. a ventromediális hipotalamuszban, az OBF-ben és a globus pallidusban), mely súlyos táplálkozási és anyagcsere zavarok kialakulásához vezet [14, 16, 25-27]. Jelen kísérletünkben ezért megvizsgáltuk, hogy a patkány mdPFC-be adott bilaterális STZ mikroinjekció milyen magatartási következményekkel jár kondícionált íz-averziós (KÍA) paradigmában (adott ízű táplálék/folyadék első fogyasztásakor kialakult gasztrointesztinális diszkomfort miatt a táplálék/folyadék további fogyasztásának kerülése) és íz-reaktivitási teszt
4
során, valamint azt is, hogy a lokális mikroinjekció milyen hatással van a glukóz toleranciára és plazma metabolitok koncentrációjára.
II.
Kísérletek
1. Célkitűzések Korábbi vizsgálatok kimutatták a glukóz-monitorozó rendszer szerepét a táplálkozás adaptív szabályozásában. Nincs viszont arra vonatkozó ismeretanyag, hogy a homeosztázis fenntartásában szerepet játszó mdPFC-ben jelen vannak-e glukóz-monitorozó neuronok. Kutatásaink célja a mediodorzális prefrontális kéreg neuronjainak vizsgálata, különösen a glukóz-monitorozó idegsejtek felkutatása és funkcionális jellemzése volt. Altatott patkányok mediodorzális prefrontális kérgéből wolfram-szálas multibarrel üveg mikroelektródával extracelluláris egysejttevékenységet vezettünk el 1) mikroelektroforetikus anyagbeadások (Dglukóz, DA), 2) intraorális íz-ingerlések, valamint 3) kémiai anyagok intragasztrikus infúziója során. Kísérletsorozatunk második részében a mdPFC-be juttatott STZ mikroinjekció íz-információ feldolgozással kapcsolatos magatartási, továbbá a metabolikus folyamatokra kifejtett hatásait vizsgáltuk.
Jelen kutatásaink az alábbi kérdésekre kerestek választ:
I.
Multibarrel
mikroelektroforetikus
technikával
végzett
mikroelektrofiziológiai kísérletek 1. Jelen vannak-e glukóz-monitorozó, azaz tüzelési frekvenciájukat D-glukóz mikrolektroforetikus adására megváltoztató neuronok a mdPFC-ben? 2. Hogy befolyásolja a glukózra válaszkészséget mutató és a glukóz-inszenzitív neuronok működését a dopamin, mely a mdPFC fiziológiai szabályozó folyamataiban fontos szerepet játszó neurotranszmitter? 3. Vannak-e íz-ingerlésre válaszoló idegsejtek a mdPFC-ben? A glukózmonitorozó
unitok
íz-érzékenysége
különbözik-e
a
glukóz-inszenzitív
neuronokétól? 4. Miként válaszolnak a mdPFC neuronjai intragasztrikus kémiai ingerlésre?
5
II.
Lokális intracerebrális STZ mikroinjekció íz-információ feldolgozásra kifejtett hatásának vizsgálata magatartási tesztekkel
1. A GM sejtek szelektív elpusztítása okoz-e zavart a kondícionált íz-averzió létrejöttében? 2. A GM neuronok specifikus léziója előidéz-e íz-reaktivitási deficitet?
III. Lokális intracerebrális STZ mikroinjekció metabolikus hatásainak elemzése 1. A GM sejtek szelektív elpusztítása okoz-e glukóz intoleranciát? 2. A GM neuronok specifikus léziója megváltoztatja-e a plazma metabolitok (összkoleszterin, HDL, LDH, triglicerid, húgysav) koncentrációját?
2. Módszerek 2.1. Állatok
Kísérleteink során összesen 168 hím Wistar és 23 Sprague-Dawley laboratóriumi patkányt használtunk, melyek átlagos testtömege 268-380 g volt. A patkányszobában állandó hőmérsékletet és páratartalmat (55-60%), valamint 12-12 órás sötét-világos periódusú megvilágítást biztosítottunk. Minden állatot külön ketrecben tartottunk és naponta „handling”-eltünk. Standard laboratóriumi táplálékot és csapvizet ad libitum tettünk elérhetővé számukra, kivéve, amikor ezt a kísérlet leírása másként jelzi. A kísérletek során betartottuk az intézeti, hazai és nemzetközi előírásokat.
2.2. Elektrofiziológiai vizsgálatok 2.2.1. Műtét Az altatott patkányok szereotaxiás műtéte során a skalpon metszést ejtettünk, majd kisméretű lyukat fúrtunk a koponyán. A dura bemetszése után hidraulikus mikrotovábbító rendszer (Narishige MO - 10, Japán) segítségével vezettük le a mikroelektródát. A mdPFCben az elektródahegy pozíciójának koordinátái az agyatlasz [28] alapján a következők voltak: anteroposzterior: bregma + 3,2-4,0 mm; mediolaterális: 0,7-1,6 mm; ventrális: 0,6 - 2,8 mm. 6
2.2.2. Az egysejttevékenység extracelluláris regisztrálása
Az extracelluláris egysejtelvezetésekhez és a neurokémiai anyagok mikroelektroforetikus beadásához 9 csöves üveg mikroelektródát használtunk. Az egysejttevékenységet a wolfram szálat (átmérő 10 µm) tartalmazó központi cső segítségével tudtuk elvezetni, míg a környéki csövekbe töltöttük a mikrointoforézishez használt oldatokat (az elektróda impedanciája 1,5 8 MΩ volt 50 Hz-en mérve). A neurokémiai anyagok beadásához megfelelő polaritású ejekciós áramra (5-95 nA) van szükség, melyhez a potenciál grádienst mikroiontoforézis készülék (NeuroPhore BH-2 System, USA) hozta létre. Az extracellulárisan felvett akciós potenciálok egy előerősítőn át a főerősítőbe (Supertech Kft., Magyarország) jutnak, majd szűrést követően az A/D konverterbe (CED1401+) kerülnek. A Spike 2 szoftware csomag (Cambridge Electronic Design Ltd., Anglia) segítségével frekvencia hisztogram készült, valamint on-line és off-line analízis történt. Az akciós potenciálokat folyamatosan követtük oszcilloszkópon is. Csak a folyamatos aktivitást mutató és megfelelően izolált sejteket tanulmányoztuk részletesen. Korrábbi vizsgálatainkhoz hasonlóan egy neuront akkor tekintettünk egy adott neurokémiai anyagra érzékenynek, ha a tüzelési frekvenciája legalább ±30%-ot vagy ±2 SDval megváltozott az alapfrekvenciához képest, és a válasza dózisfüggőnek (a változás arányos az
ejekciós
áramerősséggel)
és
ismételhetőnek
bizonyult.
Hasonló
kritériumokat
alkalmaztunk az íz-ingerlések esetében is.
2.2.3. Neurokémiai és íz-ingerléses vizsgálatok
A mikroelektróda környéki csöveibe az alábbi oldatok valamelyikét töltöttük: Dglukóz (0,5 M NaCl-ban oldva, pH = 7); dopamin hidroklorid (0,5 M 1%-os aszkorbinsavban oldva, pH = 6) és monoszódium-L-glutamátot (0,5 M, pH = 7-8), mely utóbbi adása az elektródahegy sejttől való távolságának megítélésére is alkalmas. Miközben
egysejtelvezetést
végeztünk,
megfigyeltük
a
mdPFC
neuronok
válaszkészségét intraorálisan befecskendezett íz-oldatok hatására is. Az öt alapíznek megfelelő oldatok, valamint komplex ízként a narancslé hatását vizsgáltuk: édes (szukróz; 0,1M és 0,3M), sós (NaCl; 0,1M és 0,3M), savanyú (HCl; 0,01M és 0,03M), keserű (kinin /QHCl/; 0,001M és 0,003M), umami (MSG; 0,1M és 0,3M) és narancslé (10% és 25%).
7
Intragasztrikus infúziók mdPFC neuronok egysejttevékenységére kifejtett hatását is tanulmányoztuk. NaCl (60 mM és 150 mM), glukóz (60 mM) és MSG (60 mM) oldatokat adtunk be polietilén csövön keresztül infúziós pumpa segítségével (térfogat: 3 ml; áramlási sebesség: 3 ml/perc). 2.3. Magatartási és metabolikus vizsgálatok STZ mikroinjekciót követően 2.3.1 Műtét Ketamin anesztéziában rozsdamentes acélcsőből (23G) készült vezetőkanülöket helyeztünk a dura felszínére mechanikus mikrotovábbító manipulátor (MN-33 Narishige, Japán) segítségével. A pozícionálást követően, horgonyzó csavarok felhasználásával, a vezetőkanülöket fogászati akriláttal a koponyacsonthoz rögzítettük. A beadó kanülöket (30G) a vezetőkanülökön keresztül vezettük le a mdPFC-be. A mdPFC sztereotaxiás koordinátái a Pellegrino-agyatlasz alapján [28]: AP: Bregma + 3,7 mm; ML: 1 mm; V: 1,5 mm a durától. Azoknál az állatoknál, melyek az íz-reaktivitási tesztben vettek részt, polietilén csőből (külső átmérő: 1,33 mm) készített krónikus intraorális íz-kanül beültetésére is sor került. Az ízkanült buccális behatolásból, a felső első moláris fog melletti területtől szubkután vezettük ki a fejtetőre.
2.3.2. STZ mikroinjekció
Az intracerebrális mikroinjekciót 7,5 µg STZ-vel (Sigma, 10 µg/µl koncentrációban, fiziológiás sóoldatban oldva) vagy 0,75 µl fiziológiás sóoldattal (kontroll csoport) bilaterálisan végeztük egy percen keresztül. Az oldatok mdPFC-be juttatása mikroinfúziós pumpa segítségével történt (Cole Parmer 789200C) olyan beadó kanülökön keresztül (30G), melyek 1,5 mm-el haladták meg a koponyához akriláttal rögzített vezetőkanül hosszát (V: 1,5 mm a durától).
8
2.3.3. Magatartási vizsgálatok
Kondícionált íz-averzió (KÍA)
A KÍA teszt során az állatok megtanulták, hogy a napi folyadékszükségletüket minden nap 10:00 és 10:30 között fogyasszák el. Négy nappal a STZ vagy a NaCl mikroinjekció után - a kondícionálási napon – 30 percig fogyaszthattak szacharin oldatot, majd 30 perc múlva i.p. lítium kloriddal (0,15 M, 20 ml/ttkg) gasztrointesztinális és vegetatív diszkomfortot váltottunk ki. A kondícionálás után a patkányok 3 napig ismét 30 perces periódusokban kaptak vizet, majd a negyedik (teszt) napon, a vizet ismét szacharin oldatra cseréltük az itatási időszakban. A szacharin oldat fogyasztást összehasonlítottuk a STZ kezelt és a kontroll csoportban a kondícionáló és a teszt napon is.
Íz-reaktivitás teszt
Íz-reaktivitási teszt segítségével a kellemes és kellemetlen ízek által kiváltott mimikai, poszturális és lokomotoros mozgásmintákat jellemezzük és értékeljük Grill és Norgren nemzetközileg elfogadott, módosított protokollja alapján [29-32]. Az íz-kanül beültetést követően 7 napos habituációs periódusban hozzászoktattuk a patkányokat a kísérlet során használt plexiüveg cilinderben (30 cm átmérő, 30 cm magasság) való tartózkodáshoz és az íz-kanül vízzel történő átmosásához. Az íz-reaktivitási tesztet 7 nappal a mikroinjekciót követően végeztük. Az állatok két különböző koncentrációban kapták az öt alapíznek megfelelő íz-oldatokat: édes, szukróz (0,05 és 0,5 M); sós, NaCl (0,05 és 0,5 M); savanyú, HCl (0,03 és 0,3 M); keserű, kinin (QHCl) (0,03 és 3,0 mM) és umami, monoszódium-glutamát (MSG, 0,05 és 0,5 M). Mikroinfúziós pumpa segítségével (Cole Parmer 789200C), állandó áramlási sebességgel (0,5 ml/min) 0,5 ml íz-oldatot fecskendeztünk be a kísérleti állatok szájüregébe az íz-kanülön keresztül. Az íz-oldat infúziója után az íz-kanült desztillált vízzel átmostuk és levegővel átfújtuk. Korábbi kísérletek alapján [33, 34] a szukróz oldat mindkét koncentrációja, valamint a NaCl és a MSG alacsonyabb koncentrációja kellemes, míg a HCl és a QHCl mindkét koncentrációja, valamint a magasabb koncentrációjú NaCl és MSG kellemetlen íz-stimulusok a kísérleti patkányok számára. A patkányok viselkedését digitális videokamerával felvettük és a felvételt kockáról-kockára analizáltuk. A kísérleti állatok szájának megfigyeléséhez az üvegcilinder alá tükröt 9
rögzítettünk 45°-os szögben Ingesztív (elfogadó) reakcióként értékeltük a ritmikus szájmozgást, a középső és oldalsó ritmikus nyelvöltögetést, valamint a mancsnyalást. Averzív (elutasító) magatartási minta a szájtátás, az álldörzsölés, a fejrázás, a mancsrázás és a gyors, indukált, komplex lokomotoros mozgássor. A fajspecifikus válaszmintázatok elemzését és pontozását minimum három gyakorlott bíráló végezte, majd a STZ kezelt és a kontroll csoport adatait összehasonlítottuk, statisztikailag analizáltuk.
2.3.4. Metabolikus vizsgálatok A glukóz tolerancia tesztet (GTT) a patkányok 12 órás éheztetését követően, a nemzetközi standardoknak megfelelően végeztük el. Intraperitoneálisan 20 %-os D-glukóz oldattal (0,2 g/100 ttg/ml) cukorterhelést végeztünk először a STZ vagy a fiziológiás sóoldat agyi mikroinjekciója után 20 perccel (akut GGT), majd 4 héttel az anyagbeadást követően (szubakut GTT). Az anyagcsere szempontjából fontos metabolitok (össz-koleszterin, HDL, LDH, trigliceridek és húgysav) plazmaszintjének meghatározását az agyi mikroinjekció után 30 perccel végeztük el hidegkémiás fotométerrel (Spotchem EZ SP4430, Arkray, Japán).
2.4. Szövettani vizsgálat Az elektrofiziológiai és magatartási vizsgálatok befejezését követően szövettani vizsgálatokat végeztünk a mikroelektróda hegyének és a mikroinjekció helyének meghatározása érdekében. Nem megfelelő elektróda vagy kanülpozíció esetén az adott állatok eredményeit kizártuk az értékelésből.
2.5. Az adatok statisztikai értékelése
Elektrofiziológiai vizsgálataink eredményeinek értékeléséhez Wilcoxon tesztet, Kruskal-Wallis tesztet, lineáris regressziós tesztet és χ2-próbát alkalmaztunk. Magatartási és metabolikus kísérleteink eredményeit átlag ± SEM formában fejeztük ki és többszempontos varianciaanalízissel (ANOVA) értékeltük. Post-hoc összevetésre Tukey-tesztet használtunk. A különbségeket p<0,05 esetén értékeltük szignifikánsnak.
10
3. Eredmények 3.1. Mikroelektrofiziológiai vizsgálatok
3.1.1. A mdPFC neuronok glukóz és dopamin érzékenysége
Összesen 272 mdPFC neuron aktivitását vizsgáltuk Wistar és Sprague-Dawley patkányokban. A spontán tüzelési frekvencia átlaga a két állatcsoportban (2,2±0,2 Hz és 2,4±0,3 Hz) nem mutatott szignifikáns különbséget. A 255 neuronból hatvankettő (24,3 %) mutatott válaszkészséget glukózra, így ezekről a sejtekről igazoltuk, hogy a glukózmonitorozó rendszer részét képezik. A jellemző válasz a glukóz hatására a gátlódás volt (43 neuron a 62-ből, 69,4 %), azonban egyértelmű serkentődést is megfigyeltünk 19 esetben (30,6 %). A többi 193 vizsgált idegsejt nem változtatta meg a tüzelési frekvenciáját glukóz hatására, így ezeket a glukóz-inszenzitív (GIS) sejtek közé soroltuk. A mdPFC neuronok dopamin érzékenységét 235 sejten tanulmányoztuk. A DA mikroiontoforetikus adása 55 esetben (23,4 %) okozott aktivitásváltozást. A facilitáció (28, 11,9 %) és az inhibíció (27, 11,5 %) aránya csaknem azonosnak bizonyult. Az 51 GM sejtből 21 (41,2 %), míg a 167 GIS neuronból csak 27 (16,2 %) mutatott tüzelési frekvencia változást erre a katecholamin neurotranszmitterre. Ezek alapján a mdPFC-ben elhelyezkedő GM neuronok DA érzékenysége szignifikánsan nagyobbnak bizonyult, mint a GIS sejteké (p<0,001; χ2 teszt). A DA-ra érzékenységet mutató GR sejtek esetén csak serkentődést tapasztaltunk (15-ből 7 esetben, 46,7 %), míg a GS neuronok esetén mind gátló (36-ból 10 sejt, 27,8 %), mind serkentő (36-ból 4 esetben, 11,1 %) hatás megfigyelhető volt DA mikroiontoforetikus adásakor. A DA indukálta aktivitásváltozás így szignifikánsan különbözött a GM sejtek két típusában (p < 0,01; χ2 teszt). A mikroelektroforetikus anyagbeadás hatására kialakult válasz nagyságát is megvizsgáltuk. Mind a glukóz, mind a DA esetében a magasabb ejekciós áramerősség szignifikánsan nagyobb tüzelési frekvencia változást okozott az érzékenységet mutató neuroncsoportokban (p<0,05; Wilcoxon teszt). A különböző glukóz- és DA-érzékenységű sejtek alap tüzelési frekvenciája és spike időtartama nem mutatott szignifikáns különbséget (p=0,248 és p=0,30; Kruskal-Wallis teszt). Sem a spike időtartam, sem az alap tüzelési frekvencia nem mutatott korrelációt a glukóz és a dopamin válaszokkal (p≥0,213). 11
3.1.2. Intraorális és intragasztrikus stimuláció
A neurotranszmitterek és neuromodulátorok segítségével tesztelt endogén kémiai érzékenység mellett 259 neuron esetén az exogén kémiai érzékenységet is megvizsgáltuk. Az idegsejtek mintegy fele (49,4 %) mutatott válaszkészséget az alkalmazott ötféle íz-oldat valamelyikére. A glukóz-receptor sejtek közt azonban az íz-érzékeny sejtek aránya elérte a 80 %-ot (20 közül 16), míg a GS és GIS csoportban a neuronok kevesebb, mint fele változtatta meg a tüzelési frekvenciáját íz-ingerlés hatására. Az íz-érzékeny idegsejtek többsége két vagy akár több íz-ingerre is válaszkészséget mutatott. Az intragasztrikus infúziók mdPFC neuronok tüzelési frekvenciájára gyakorolt hatásának vizsgálatakor az idegsejtek mintegy 45 %-a (76-ból 34) reagált a 60 mM koncentrációjú NaCl-ra, 39 %-a (70-ből 27) a 150 mM koncentrációjú NaCl-ra, 45 %-a a 60 mM-os D-glukózra (85-ből 38) és 51 %-a (75-ből 38) az azonos koncentrációjú MSG-ra.
3.2. Magatartási kísérletek
Kondícionált íz-averzió
A mdPFC-be juttatott STZ mikroinjekció nem gátolta meg a lítium klorid indukálta, szacharinnal kondícionált íz-averziós tanulást. A KÍA kialakult nem csak a kontroll, hanem a STZ kezelt csoportban is, amit szintén igazolt az a tény, hogy mindkét csoportban a teszt napi szacharinfogyasztás szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a kondícionálási napon (ANOVA, F3,85=14,161; p<0,001). A poszt hoc teszt eredményeinek tanúsága szerint a két csoport közt nem volt szignifikáns különbség a teszt napi szacharin fogyasztásban (Tukey teszt, p=0,298).
Íz-reaktivitási teszt
A bilaterális STZ mikroinjekció íz-reaktivitás változást okozott kellemes ízstimulusok esetén (ANOVA, F3,35=19,451; p<0,001).
A STZ-nal kezelt állatok
szignifikánsan gyengébb ingesztív válaszmintázatot mutattak kellemes íz-ingerekre, mint a kontroll csoport tagjai (Tukey teszt, p<0,05). A kellemes ízekre adott averzív (elutasító) válaszokat illetően a STZ kezelésben részesült és a kontroll patkányok rejektív mintázatainak aránya és mértéke is hasonló volt. Az íz-reaktivitási deficit a STZ kezelést kapott állatoknál a
12
magasabb koncentrációjú szukróz és az alacsonyabb koncentrációjú NaCl oldatnál volt a legkifejezettebb. Ami a kellemetlen ízeket illeti, nem volt szignifikáns különbség az ingesztív és averzív íz-reaktivitási mintázatokban a STZ kezelt és a kontroll állatok közt. 3.3 Metabolikus változások
Glukóz tolerancia teszt
Az akut GTT során a STZ kezelést kapott állatcsoportban a vércukorszintek patológiás eltérését, egyértelmű glukóz intoleranciát tapasztaltunk. A cukorterhelést követő 120. percben szignifikánsan magasabb vércukorszintet mértünk a STZ kezelésben részesült patkányokban (kontroll: 6,95 mmol/l±0,14 mmol/l, STZ: 8,60 mmol/l±0,51 mmol/l; p<0,05). A szubakut GTT eredménye nem mutatott szignifikáns különbséget az STZ kezelést kapott és a kontroll állatokban, a vércukorgörbék fiziológiás tartományban maradtak a teszt során mindkét csoport esetén.
Plazma metabolit szintek
Az össz-koleszterin, HDL, LDH és húgysav plazma koncentrációk nem különböztek szignifikánsan az STZ kezelést kapott és a kontroll csoportban. A plazma triglicerid szint azonban szignifikánsan alacsonyabbnak bizonyult az STZ mikroinjekciót kapott állatokban.
13
4. Megbeszélés A PFC definíció szerint az emlős agy elülső pólusán elhelyezkedő terület, mely elsősorban a mediodorzális talamusz magból kap afferentációt [4, 35]. A prefrontális kortex kulcsfontosságú számos olyan szabályozó és kognitív folyamatban, mint a döntéshozatal, munkamemória, valamint olyan motivált magatartások szervezésében, mint a táplálék és folyadékfelvétel [3, 5, 36-40]. A prefrontális kéreg ezen komplex szerepét kiterjedt (elsősorban előagyi és agytörzsi) kölcsönkapcsolatai útján fejti ki. Anatómiai vizsgálatok bizonyították olyan limbikus területekkel
fenálló
közvetlen
összeköttetéseit,
melyek
a
táplálkozás
központi
szabályozásában is fontos szerepet játszanak (AMY, LHA, NAcc) [4-6]. A mdPFC szintén kapcsolatban áll az agytörzsi NTS-sel, mely számos autonóm reflex integrációjában vesz részt [7] és jól ismert struktúrája az íz-információ feldolgozásnak is [8, 9].
A mdPFC neuronok endogén kémiai érzékenysége
Korábbi vizsgálatok bizonyították a fenti, mdPFC-vel neuronális kapcsolatban álló struktúrákban is a glukóz-monitorozó neuronok jelenlétét, melyek a vércukorszint emelkedésre vagy a D-glukóz lokális mikroelektroforézisére tüzelési frekvencia változással reagálnak. Glukóz hatására gátlódó, ún. glukóz–szenzitív sejteket azonosítottak a LHA-ban először patkányokban [12, 41], később rhesus majom LHA-ban és AMY-ban [10, 11, 42], majd NTS-ban is [43, 44]. Szintén csak GS típusú GM neuronok detektálhatók az area postrema és a GP területén [17, 43]. A glukóz ellentétes hatását mutatták ki a VMH-ban, az itt elhelyezkedő GM idegsejtek kivétel nélkül GR unitok. Az előagyi glukóz-monitorozó rendszernek azonban részét képezik olyan agyterületek is (NAcc, OBF), ahol GS és GR idegsejtek egyaránt kimutathatók [13, 16]. Eredményeink közül kiemelkedően fontosnak tartjuk, hogy elsőként tudtuk bizonyítani GM neuronok jelenlétét a mdPFC-ben. A mdPFC fontos szerepet játszik szervezetünk regulációs folyamataiban, így részt vesz a táplálkozás központi szabályozásában is [3, 5, 37, 45]. Fontos megemlíteni, hogy a korábbi eredmények számottevő része főemlősökből származik, míg jelen kísérleteinket patkányokon végeztük. Mnkacsoportunk még nem publikált eredményei azt mutatják, hogy rhesus majom mdPFC-ben is
14
megtalálhatók a GR és a GS sejtek, így a struktúra központi GM neuronhálózatbeli érintettségére vonatkozó leleteink érvényessége általánosítható. Mikroelektrofiziológiai kísérleteink további jelentős eredménye, hogy a mdPFC-ben eltérő DA-érzékenységű neuroncsoportokat sikerült azonosítani. A GM unitok nagyobb valószínűséggel mutattak aktivitásváltozást DA mikroiontoforetikus beadásakor, mint a glukóz-inszenzitív sejtek. A DA-ra érzékeny GR neuronok kizárólag serkentődtek, míg a GS neuronok főként gátlódtak ezen katekolamin hatására. Adataink összhangban vannak azokkal a korábbi eredményekkel, melyek a LHA-ban és a GP-ban a GM neuronok nagyobb dopamin-érzékenységét mutatták ki a GIS neuronok esetén tapasztalhatóhoz képest. A LHAban és a pallidumban is megfigyelhető volt a DA indukálta tüzelési frekvencia csökkenés a GS neuronoknál [11, 17]. A PFC dopaminergiás innervációja [18-21] számos regulációs folyamatban szerepet játszik [1, 46-51], így a táplálkozással összefüggő tanulási és memória folyamatokban is [36, 52-54]. Különösen fontos megemlíteni, hogy a táplálékfelvétel önmagában, valamint a táplálékkal összefüggő ingerek egyaránt emelik a DA koncentrációt a prefrontális kortexben [55, 56]. Ezen eredmények, jelen kutatásaink leleteivel összhangban
komplex, egymással
összefüggésben álló neurokémiai mechanizmusok szerepét bizonyítják a mdPFC szabályozó működéseiben [40, 51]. Egyes kutatások a kortikális interneuronok esetén rövidebb spike-időtartamot találtak, mint a piramis-sejteknél, bár irodalmi adatok szerint a piramis-sejtek spike-időtartama elég nagy ingadozást mutathat [57-59]. Kísérleteinkben a spike-időtartam nem különbözött szignifikánsan a különböző neurokémiai tulajdonságokkal rendelkező sejtcsoportokban. A glukóz és DA mikroelektroforézis hatására kialakult frekvenciaváltozási válasz sem mutatott korrelációt a spike-időtartammal.
Exogén kémiai érzékenység Az ízlelés fontos szerepet játszik abban, hogy eldöntsük, egy táplálék ehető-e vagy sem,
így
táplálkozási
magatartásunk
egyik
alapvető
meghatározója.
A
táplálék
kemorecepcióját követi az adaptív táplálkozási magatartás és a következményes homeosztatikus változások. Kísérleteink mind intraorálisan adott íz-oldatokra, mind intragasztrikusan infundált oldatokra reagáló neuronok jelenlétét igazolták a mdPFC-ben. A GR sejtek szignifikánsan nagyobb arányban változtatták meg a frekvenciájukat az intraorálisan adott íz-oldatokra, mint 15
a
GIS
unitok,
melyből
ezen
kemoszenzoros
neuronok
különös
jelentőségére
következtethetünk az íz-információ feldolgozásban. A gasztrointesztinális rendszer és a központi idegrendszer között humorális (pl. szerotonin, GLP-1) és neurális (afferens vágusz rostok aktivációja) kapcsolatok segítik az információ áramlást, és ezek szerepet játszhatnak az elfogyasztott táplálék ízének érzékelésében és felismerésében is [60-62]. A gyomor-bélrendszerben szintén kimutattak keserű, édes és umami receptorokat [63-65]. Az elmúlt időszakban fMRI vizsgálatok igazolták az intragasztrikusan alkalmazott íz-oldatok (D-glukóz, MSG és NaCl) hatását több agyterületen [66]. Vizsgálataink során mind az intraorális, mind az intragasztrikus ingerléskor tapasztalt neuronális aktivitásváltozások alátámasztják a mdPFC gasztrointesztinális rendszer pre- és posztabszorptív folyamataival fennálló szoros funkcionális kapcsolatára vonatkozó elképzelést. A GM idegsejtek – melyeket számos agyterületen azonosítottak - képezhetik a neuronális alapját annak az összetett integrációs folyamatsornak, mely ötvözni képes az endogén és exogén kémiai ingereket a táplálékfelvétel szenzoros, percepciós, motivációs folyamataival, valamint megerősítési, memória és tanulási mechanizmusokkal [10-13, 15-17, 22]. Mindezek alapján feltételezhető, hogy a mdPFC kemoszenzoros sejtjei hasonló komplex funkcionális szerepet töltenek be az adaptív táplálkozási magatartás szabályozásában.
Kondícionált íz-averzió
A mdPFC-be juttatott bilaterális STZ mikroinjekció nem gátolta meg a kondícionált íz-averzió kialakulását. Eredményünk összhangban van azokkal a korábbi adatokkal, melyek szerint a kísérleti állatok mediodorzális vagy dorzolaterális PFC léziója nem csökkentette ill. gátolta a KÍA megtanulását [45, 67].
A szakirodalomban azonban találhatunk olyan
publikációt is, mely a mediális PFC-be mikroiontoforézissel bejuttatott neurotoxinok (kainsav, 6-hidroxidopamin) KÍA-t károsító hatásáról számolt be [53]. Ezen eltérő eredményekre valószínűleg az alkalmazott neurotoxinok különböző specificitása ad magyarázatot, mivel a STZ a GM sejtekre szelektív destrukciót okoz. Korábbi vizsgálatok bizonyították, hogy a NAcc-be juttatott STZ mikroinjekció KÍA deficitet idéz elő patkányokban [14]. A jelen kísérletünkben nem sikerült hasonló változásokat kimutatnunk a STZ mdPFC-be történő mikroinjekciója után, melyből arra következtethetünk, hogy a GM rendszer nem mindegyik része szükséges a KÍA elsajátításához. Következésképpen ezen eredményeink arra utalnak, hogy a mdPFC-ben jelen lévő GM neuronok önmagukban nem 16
nélkülözhetetlenek az elfogyasztott táplálék ízének a későbbi, esetlegesen káros következményekkel való asszociációjához.
Íz-reaktivitási teszt Kísérleteink a patkány mdPFC bilaterális STZ mikroinjekcióját követően ízreaktivitási deficitet igazoltak. A STZ kezelésben részesült patkányok szignifikánsan gyengébb ingesztív választ mutattak kellemes ízekre, mint a kontroll csoport tagjai. Ezen ízreaktivitási változások az édes és az enyhén sós íz-stimulusok esetén voltak a legkifejezettebbek. Az alkalmazott STZ mikroinjekció a mdPFC-ben jelen lévő GM neuronok szelektív elpusztításával okozhatta ezeket a változásokat. A STZ egyszeri, bilaterális mikroinjekciója mind a VMH-ban, mind az OBF-ben a GM neuronok károsodását okozva komplex metabolikus és táplálkozási zavarokat okozott [16, 25] a jellegzetes ízreaktivitási változások mellett [14]. A GM neuronok szelektív léziója az OBF-ben szignifikánsan erősebb averzív reakciót váltott ki kellemes íz-ingerek esetén és több ingesztív mintázatott kellemetlen ízek esetén. Mivel a szerteágazó működésekben érintett mdPFC részét képezi az előagyi glukóz-monitorozó rendszernek is, így feltételezhető, hogy az orbitofrontális homloklebenyi területhez hasonló komplex funkcionális jelentőséggel bír az adaptív táplálkozási magatartás szervezésében. Bár kísérletekkel igazolták, hogy a krónikus decerebrált patkányok a kontroll állatokhoz hasonló ingesztív és averzív válaszmintázatok létrehozására képesek [30], mégis feltételezhető, hogy bizonyos íz-érzékeny kortikális neuronoktól érkező inputok hiánya ízérzékelési eltolódást („palatability shift”) okozhat. A hipotézisünket alátámasztják azok a vizsgálatok, melyek íz-kéreg léziós patkányok averzív válaszainak hiányát írták le LiCl-dal párosított ízek esetén íz-reaktivitási tesztben [68]. Elképzelhető, hogy eredményeink hátterében a thalamusz mdPFC-ből érkező nem megfelelő inputja áll, mivel úgy tűnik, hogy a thalamusz megtartott működése is elengedhetetlenül szükséges a megfelelő mimetikus válaszok kialakulásához [30]. Kísérletünkben az ingesztív mintázatok csökkenése mindezek nyomán magyarázható azzal, hogy a GM idegsejtek destrukciója zavart okozott a táplálék és folyadékfelvétel komplex homeosztatikus és hedonikus integrációs folyamataiban.
17
Metabolikus változások Jelen kísérleteink leletei meggyőzően támasztják alá a mdPFC neuronok fontos szerepét a metabolikus folyamatok központi szabályozásában. Szervezetünkben a perifiériáról érkező információk segítségével a központi idegrendszer a metabolikus igényeknek megfelelően képes kontrollálni az anyagcsere folyamatokat. A perifériáról metabolikus, humorális és a váguszon keresztül neurális információk érkeznek azon kemoszenzoros idegsejtekhez, melyek a glukóz koncentráció mellett hormonok (inzulin, leptin, GLP-1) és különböző metabolitok (zsírsavak, ketontestek, laktát és más metabolitok) érzékelésére is képesek [69-71]. Ha ezen speciális neuronok érzékenysége csökken, a perifériás információk feldolgozása zavart szenved, ami metabolikus betegségek kialakulásához vezethet. Az 1-es típusú diabetes mellitusban szenvedő betegeknél a PFC szignifikáns vastagságcsökkenését mutatták ki MR vizsgálattal. A kéregvastagság csökkenésének mértéke korrelációt mutatott a betegek hosszútávú glikémiás kontrolljával. [72]. A mdPFC STZ mikroinjekcióval történt kezelését követően vizsgálataink komplex metabolikus eltéréseket mutattak. Átmeneti glukóz-intoleranciát és plazma triglicerid szint csökkenést tapasztaltunk a GM neuronok szelektív elpusztításának eredményeként.
5. Általános következtetések A táplálkozási és anyagcsere betegségek, mint a diabetes mellitus, a metabolikus szindróma és az elhízás, egyre növekvő népegészségügyi problémát okoznak a modern társadalmakban. A jelenlegi orvosi kezelések a perifériás kórfolyamatokra koncentrálnak és mindezidáig nem hoztak átütő sikert. Eredményeink alátámasztják azt a nézetet, hogy a fent említett betegségek esetén a központi idegrendszer szabályozó működésének diszfunkcióját sem szabad figyelmen kívül hagyni. Jelen vizsgálataink a korábbi eredményekkel együtt az endogén és exogén kemoszenzoros funkciók konvergenciáját mutatják a mdPFC-ben. Úgy tűnik, hogy az itt jelenlévő GM neuronok kiemelt szerepet játszanak a különböző területekről érkező komplex kemoszenzoros információk integrációjában, mely lehetővé teszi, hogy a táplálkozás és a metabolizmus központi szabályozásában részt vegyenek.
18
Mindezek alapján reméljük, hogy a szervezetünk homeosztázisának fenntartásában résztvevő központi idegrendszeri struktúrák - így a mdPFC - egyre részletesebb funkcionális megismerése
hozzájárul
új
gyógyszer-targetek
hatékonyabb terápiás stratégiák kidolgozásához.
19
azonosításához,
és
az
eddigieknél
Irodalomjegyzék [1] Dalley JW, Cardinal RN, Robbins TW. Prefrontal executive and cognitive functions in rodents: neural and neurochemical substrates. Neurosci Biobehav Rev. 2004;28:771-84. [2] Watanabe M. Reward expectancy in primate prefrontal neurons. Nature. 1996;382:629-32. [3] Kolb B, Nonneman AJ. Prefrontal cortex and the regulation of food intake in the rat. J Comp Physiol Psychol. 1975;88:806-15. [4] Lacroix L, Spinelli S, Heidbreder CA, Feldon J. Differential role of the medial and lateral prefrontal cortices in fear and anxiety. Behav Neurosci. 2000;114:1119-30. [5] Kolb B. Functions of the frontal cortex of the rat: a comparative review. Brain research. 1984;320:65-98. [6] Kita H, Oomura Y. Reciprocal connections between the lateral hypothalamus and the frontal complex in the rat: electrophysiological and anatomical observations. Brain research. 1981;213:1-16. [7] Terreberry RR, Neafsey EJ. The rat medial frontal cortex projects directly to autonomic regions of the brainstem. Brain Res Bull. 1987;19:639-49. [8] Norgren R, Leonard CM. Taste pathways in rat brainstem. Science. 1971;173:1136-9. [9] Rolls ET. Information processing in the taste system of primates. J Exp Biol. 1989;146:141-64. [10] Aou S, Oomura Y, Lenard L, Nishino H, Inokuchi A, Minami T, et al. Behavioral significance of monkey hypothalamic glucose-sensitive neurons. Brain research. 1984;302:69-74. [11] Karadi Z, Oomura Y, Nishino H, Scott TR, Lenard L, Aou S. Responses of lateral hypothalamic glucose-sensitive and glucose-insensitive neurons to chemical stimuli in behaving rhesus monkeys. J Neurophysiol. 1992;67:389-400. [12] Oomura Y, Ono T, Ooyama H, Wayner MJ. Glucose and osmosensitive neurones of the rat hypothalamus. Nature. 1969;222:282-4. [13] Papp S, Lukats B, Takacs G, Szalay C, Karadi Z. Glucose-monitoring neurons in the nucleus accumbens. Neuroreport. 2007;18:1561-5. [14] Karadi Z, Lukats B, Papp S, Szalay C, Egyed R, Lenard L, et al. Involvement of forebrain glucosemonitoring neurons in taste information processing: electrophysiological and behavioral studies. Chem Senses. 2005;30 Suppl 1:i168-9. [15] Karadi Z, Faludi B, Lenard L, Czurko A, Niedetzky C, Vida I, et al. Glucose-sensitive neurons of the globus pallidus: II. Complex functional attributes. Brain Res Bull. 1995;37:157-62. [16] Karadi Z, Lukats B, Papp S, Takacs G, Egyed R, Lenard L. The central glucose-monitoring neural network: major protector of the adaptive homeostatic balance for well being of the organism. International Congress Series. 2004;1269:30-3. [17] Lenard L, Karadi Z, Faludi B, Czurko A, Niedetzky C, Vida I, et al. Glucose-sensitive neurons of the globus pallidus: I. Neurochemical characteristics. Brain Res Bull. 1995;37:149-55. [18] Descarries L, Lemay B, Doucet G, Berger B. Regional and laminar density of the dopamine innervation in adult rat cerebral cortex. Neuroscience. 1987;21:807-24. [19] Berger B, Thierry AM, Tassin JP, Moyne MA. Dopaminergic innervation of the rat prefrontal cortex: a fluorescence histochemical study. Brain research. 1976;106:133-45. [20] Björklund A, Lindvall O. Dopamine-containing systems in the CNS. In: Björklund A, Hökfelt T, editors. Handbook of Chemical Neuroanatomy, Amsterdam-New York-Oxford: Elsevier Science Publishers B.V.; 1984. p. 55-122. [21] Ungerstedt U. Stereotaxic mapping of the monoamine pathways in the rat brain. Acta Physiol Scand Suppl. 1971;367:1-48. [22] Oomura Y, Yoshimatsu H. Neural network of glucose monitoring system. Journal of the autonomic nervous system. 1984;10:359-72. [23] Ganda OP, Rossini AA, Like AA. Studies on streptozotocin diabetes. Diabetes. 1976;25:595-603. [24] Szkudelski T. The mechanism of alloxan and streptozotocin action in B cells of the rat pancreas. Physiol Res. 2001;50:537-46. 20
[25] Egyed R, Lukats B, Karadi Z. Diabetes mellitus-like metabolic deficits elicited by ventromedial hypothalamic streptozotocin microinjection. J Physiol (Lond). 2000;526:173-4. [26] Keszthelyi Z, Past T, Lukats B, Koltai K, Karadi Z. The central effect of chromium on glucose metabolism. Pharmacopsychiatry. 2004;37:242. [27] Karádi Z, Nagy B, Szabó I, Szalay C, Takács G, Keresztes D, et al. Complex Functional Attributes of Forebrain Glucose-Monitoring Neurons in the Maintenance of Homeostasis. Acta Physiologica. 2011;202,Supplement 684 :O20 [28] Pellegrino LJ, Pellegrino AS, Cushman AJ. A stereotaxic atlas of the rat brain. New York: Plenum Press. 1979. [29] Grill HJ, Norgren R. The taste reactivity test. I. Mimetic responses to gustatory stimuli in neurologically normal rats. Brain research. 1978;143:263-79. [30] Grill HJ, Norgren R. The taste reactivity test. II. Mimetic responses to gustatory stimuli in chronic thalamic and chronic decerebrate rats. Brain research. 1978;143:281-97. [31] Nagy B, Takacs G, Szabo I, Lenard L, Karadi Z. Taste reactivity alterations after streptozotocin microinjection into the mediodorsal prefrontal cortex. Behavioural brain research. 2012;234:228-32. [32] Takacs G, Lukats B, Papp S, Szalay C, Karadi Z. Taste reactivity alterations after IL-1beta microinjection into the ventromedial hypothalamic nucleus of the rat. Neurosci Res. 2008;62:118-22. [33] Moskowitz HR, Kumraiah V, Sharma KN, Jacobs HL, Sharma SD. Effects of hunger, satiety and glucose load upon taste intensity and taste hedonics. Physiology & behavior. 1976;16:471-5. [34] Yamaguchi S. Basic properties of umami and its effects on food flavor. Food Reviews International. 1998;14:139-76. [35] Rose JE, Woolsey CN. The orbitofrontal cortex and its connections with the mediodorsal nucleus in rabbit, sheep and cat. Res Publ Assoc Res Nerv Ment Dis. 1948;27 (1 vol.):210-32. [36] Baldwin AE, Sadeghian K, Kelley AE. Appetitive instrumental learning requires coincident activation of NMDA and dopamine D1 receptors within the medial prefrontal cortex. J Neurosci. 2002;22:1063-71. [37] Cardinal RN, Parkinson JA, Hall J, Everitt BJ. Emotion and motivation: the role of the amygdala, ventral striatum, and prefrontal cortex. Neurosci Biobehav Rev. 2002;26:321-52. [38] Heidbreder CA, Groenewegen HJ. The medial prefrontal cortex in the rat: evidence for a dorsoventral distinction based upon functional and anatomical characteristics. Neurosci Biobehav Rev. 2003;27:555-79. [39] Kolb B. Animal models for human PFC-related disorders. Prog Brain Res. 1990;85:501-19. [40] Morgane PJ, Galler JR, Mokler DJ. A review of systems and networks of the limbic forebrain/limbic midbrain. Prog Neurobiol. 2005;75:143-60. [41] Oomura Y. Input-output organisation in the hypothalamus relating to food intake behaviour. In: Morgane PJ, Panksepp J, editors. Handbook of the Hypothalamus II, New York: Marcel Dekker Inc.; 1980. p. 557-620. [42] Nakano Y, Oomura Y, Lenard L, Nishino H, Aou S, Yamamoto T, et al. Feeding-related activity of glucose- and morphine-sensitive neurons in the monkey amygdala. Brain research. 1986;399:167-72. [43] Adachi A, Shimizu N, Oomura Y, Kobashi M. Convergence of hepatoportal glucose-sensitive afferent signals to glucose-sensitive units within the nucleus of the solitary tract. Neuroscience letters. 1984;46:215-8. [44] Mizuno Y, Oomura Y. Glucose responding neurons in the nucleus tractus solitarius of the rat: in vitro study. Brain research. 1984;307:109-16. [45] Mogensen J, Divac I. Behavioural changes after ablation of subdivisions of the rat prefrontal cortex. Acta Neurobiol Exp (Wars). 1993;53:439-49. [46] Granon S, Passetti F, Thomas KL, Dalley JW, Everitt BJ, Robbins TW. Enhanced and impaired attentional performance after infusion of D1 dopaminergic receptor agents into rat prefrontal cortex. J Neurosci. 2000;20:1208-15. [47] Goeders NE, Dworkin SI, Smith JE. Neuropharmacological assessment of cocaine selfadministration into the medial prefrontal cortex. Pharmacol Biochem Behav. 1986;24:1429-40. 21
[48] Hedou G, Feldon J, Heidbreder CA. Effects of cocaine on dopamine in subregions of the rat prefrontal cortex and their efferents to subterritories of the nucleus accumbens. Eur J Pharmacol. 1999;372:143-55. [49] Ikemoto S. Brain reward circuitry beyond the mesolimbic dopamine system: a neurobiological theory. Neurosci Biobehav Rev. 2010;35:129-50. [50] Richardson NR, Gratton A. Changes in medial prefrontal cortical dopamine levels associated with response-contingent food reward: an electrochemical study in rat. J Neurosci. 1998;18:9130-8. [51] Tzschentke TM. Pharmacology and behavioral pharmacology of the mesocortical dopamine system. Prog Neurobiol. 2001;63:241-320. [52] Gambarana C, Masi F, Leggio B, Grappi S, Nanni G, Scheggi S, et al. Acquisition of a palatablefood-sustained appetitive behavior in satiated rats is dependent on the dopaminergic response to this food in limbic areas. Neuroscience. 2003;121:179-87. [53] Hernadi I, Karadi Z, Vigh J, Petyko Z, Egyed R, Berta B, et al. Alterations of conditioned taste aversion after microiontophoretically applied neurotoxins in the medial prefrontal cortex of the rat. Brain Res Bull. 2000;53:751-8. [54] Touzani K, Bodnar RJ, Sclafani A. Acquisition of glucose-conditioned flavor preference requires the activation of dopamine D1-like receptors within the medial prefrontal cortex in rats. Neurobiol Learn Mem. 2010;94:214-9. [55] Bassareo V, Di Chiara G. Differential influence of associative and nonassociative learning mechanisms on the responsiveness of prefrontal and accumbal dopamine transmission to food stimuli in rats fed ad libitum. J Neurosci. 1997;17:851-61. [56] Hernandez L, Hoebel BG. Feeding can enhance dopamine turnover in the prefrontal cortex. Brain Res Bull. 1990;25:975-9. [57] Bartho P, Hirase H, Monconduit L, Zugaro M, Harris KD, Buzsaki G. Characterization of neocortical principal cells and interneurons by network interactions and extracellular features. J Neurophysiol. 2004;92:600-8. [58] Contreras D. Electrophysiological classes of neocortical neurons. Neural Netw. 2004;17:633-46. [59] Vigneswaran G, Kraskov A, Lemon RN. Large identified pyramidal cells in macaque motor and premotor cortex exhibit "thin spikes": implications for cell type classification. J Neurosci. 2011;31:14235-42. [60] Li Y, Wu XY, Zhu JX, Owyang C. Intestinal serotonin acts as paracrine substance to mediate pancreatic secretion stimulated by luminal factors. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2001;281:G916-23. [61] Jang HJ, Kokrashvili Z, Theodorakis MJ, Carlson OD, Kim BJ, Zhou J, et al. Gut-expressed gustducin and taste receptors regulate secretion of glucagon-like peptide-1. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2007;104:15069-74. [62] Niijima A. Reflex effects of oral, gastrointestinal and hepatoportal glutamate sensors on vagal nerve activity. J Nutr. 2000;130:971S-3S. [63] Sclafani A. Sweet taste signaling in the gut. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2007;104:14887-8. [64] Wu SV, Rozengurt N, Yang M, Young SH, Sinnett-Smith J, Rozengurt E. Expression of bitter taste receptors of the T2R family in the gastrointestinal tract and enteroendocrine STC-1 cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2002;99:2392-7. [65] Bezencon C, le Coutre J, Damak S. Taste-signaling proteins are coexpressed in solitary intestinal epithelial cells. Chem Senses. 2007;32:41-9. [66] Kondoh T, Tsurugizawa T, Torii K. Brain Functional Changes in Rats Administered with Monosodium L-Glutamate in the Stomach. International Symposium on Olfaction and Taste: Ann N Y Acad Sci 2009;1170:77-81. [67] Kesner RP, Berman RF, Tardif R. Place and taste aversion learning: role of basal forebrain, parietal cortex, and amygdala. Brain Res Bull. 1992;29:345-53.
22
[68] Kiefer SW, Orr MR. Taste avoidance, but not aversion, learning in rats lacking gustatory cortex. Behav Neurosci. 1992;106:140-6. [69] Levin BE. Metabolic sensing neurons and the control of energy homeostasis. Physiology & behavior. 2006;89:486-9. [70] Rocca AS, Brubaker PL. Role of the vagus nerve in mediating proximal nutrient-induced glucagon-like peptide-1 secretion. Endocrinology. 1999;140:1687-94. [71] Pannacciulli N, Le DS, Salbe AD, Chen K, Reiman EM, Tataranni PA, et al. Postprandial glucagonlike peptide-1 (GLP-1) response is positively associated with changes in neuronal activity of brain areas implicated in satiety and food intake regulation in humans. Neuroimage. 2007;35:511-7. [72] Lyoo IK, Yoon S, Jacobson AM, Hwang J, Musen G, Kim JE, et al. Prefrontal Cortical Deficits in Type 1 Diabetes Mellitus: Brain Correlates of Comorbid Depression. Arch Gen Psychiatry.1-10.
23
Publikációs jegyzék
I. Folyóiratcikkek A. A disszertációhoz kapcsolódó cikkek Nagy B., Szabó I., Papp Sz., Takács G., Szalay Cs., Karádi Z.: Glucose-monitoring neurons in the mediodorsal prefrontal cortex Brain Research 1444:38-44. 2012. IF: 2.728 Nagy B., Takács G., Szabó I., Lénárd L., Karádi Z.: Taste reactivity alterations after streptozotocin microinjection into the mediodorsal prefrontal cortex Behavioural Brain Research 234: 228-232. 2012. IF: 3.417
B. További cikkek Takács G., Papp Sz., Lukáts B., Szalay Cs., Nagy B, Fotakos D., Karádi Z.: Homeostatic alterations after IL-1β microinjection into the nucleus accumbens of the rat Appetite 54: 354-362. 2010. IF: 2.433 Takács G., Szalay Cs., Nagy B., Szabó I., Simon D., Berki T., Karádi Z.: Insulin and leptin plasma levels after the microinjection of interleukin-1β into the nucleus accumbens of the rat Acta Physiologica Hungarica 99 (4), 472-478. 2012. IF: 0.821
II. Konferencia összefoglalók A. Referált folyóiratban megjelent összefoglalók Karádi Z., Takács G., Szalay Cs., Nagy B., Papp Sz., Lukáts B., Lénárd L.: Complex homeostatic attributes of the forebrain glucose-monitoring neurons Appetite, 51:(2) 376- p., 2008. Takács G., Lukáts B., Papp Sz., Szalay Cs., Nagy B., Fotakos D., Hanna S. and Karádi Z.: Interleukin-1b mechanizmusok patkány nucleus accumbensben a homeosztázis szabályozásában Acta Physiologica Hungarica 96:138, 2009. 24
Nagy B., Papp Sz., Takács G., Szalay Cs., Lukáts B., Rábai M., Dimitrios F., Keresztes D., Németh L., Karadi Z.: A mediodorsalis prefrontalis kéreg idegsejtjeinek neurokémiai sajátosságai Acta Physiologica Hungarica 96:108, 2009. Szalay Cs., Aradi M., Schwarcz A., Orsi G., Nagy B, Takács G., Lénárd L., Karádi Z.: Brain activation changes following repeated intravenous glucose loads: a primate fMRI study Diabetes 58 (S1): A398, 2009. Nagy B., Papp Sz., Takács G., Szalay Cs., Keresztes D., Hideg B., Faragó B., Németh L., Csulak T., Hanna S., Karádi Z.: Complex Chemosensitivity of neurons in the mediodorsal prefrontal cortex Obesitologia Hungarica 10, (S1), p.:42, 2009. Cs. Szalay, M. Aradi, A. Schwarcz, G. Orsi, B. Nagy, G. Takács, L. Lénárd, Z. Karádi: Repeated intravenous glucose loads elicit brain activation changes in the rhesus monkey: an fMRI study Obesitologia Hungarica 10, Suppl. 1; p.:42, 2009. G. Takács, Cs. Szalay, B. Nagy, B. Hideg, T. Csulak, S. Hanna, D. Keresztes, B. Faragó, L. Németh, Z. Karádi: Pyrogenic but not anorexigenic and adipsogenic effects of interleukin-1 beta is mediated by cyclooxygenases in the nucleus accumbens of the rat Obesitologia Hungarica 10, Suppl. 1; p.:43, 2009. Nagy B., Papp Sz., Takács G., Szalay Cs., Keresztes D., Hideg B., Faragó B., Németh L., Csulak T., Hanna S. és Karádi Z.: Taste responsiveness of glucose-monitoring neurons in the mediodorsal prefrontal cortex Acta Physiologica Hungarica 97, p.: 125, 2010. Takács G., Szalay Cs., Nagy B., Hideg B., Csulak T., Hanna S., Keresztes D., Faragó B., Németh L. és Karádi Z.: Differential mechanisms of the interleukin-1 beta induced homeostatic process in the nucleus accumbens of the rat Acta Physiologica Hungarica 97, p.: 142, 2010. Karádi Z., Nagy B, Takács G, Szalay Cs, Papp Sz, Lukats B, Fotakos D, Keresztes D, Hideg B, Faragó B, Lénárd L: Előagyi glukóz-monitorozó idegsejtek a táplálkozás és az anyagcsere központi szabályozásában Obesitologia Hungarica 11, Suppl. 1; S19, 2010. Nagy B., Szabó I., Takács G., Szalay Cs., Faragó B., Keresztes D., Fotakos D., Karádi Z.: Intragastrikus és intraorális kémiai stimuláció hatása a mediodorsalis prefrontalis kéreg neuronjaira Acta Physiologica Hungarica 97, p.: 463. 2010. Takács G., Szalay Cs., Nagy B., Szabó I., Fotakos D., Csulak T., Németh L., Keresztes D., Hanna S., Hideg B., Faragó B., Csulak E., Karádi Z.: Íz-percepciós változások a limbikus előagyi interleukin-1 mediálta anorexia hátterében Acta Physiologica Hungarica 97, p.: 480. 2010.
25
Z. Karádi, B. Nagy, I. Szabó, D. Fotakos, D. Keresztes, B. Hideg, B. Faragó: Responsiveness of Forebrain Glucose-Monitoring Neurons to Intraorally and Intragastrically Delivered Monosodium Glutamate Chem.Senses 36: E10, 2011. Doi: 10.1093/chemse/bjq126 Nagy B., Szabó I., Papp Sz., Takács G., Szalay Cs., Keresztes D., Faragó B., Hideg B., Bajnok-Góré M., Karádi Z. Characteristic dopamine sensitivity pattern and chemical information processing of glucosemonitoring neurons in the mediodorsal prefrontal cortex Acta Physiologica Volume 202, Supplement 684, p.: 85. 2011. Karádi Z., Nagy B., Szabó I., Szalay Cs., Takács G., Keresztes D., Hideg B., Faragó B., Bajnok-Góré M., Lénárd L. Complex functional attributes of forebrain glucose-monitoring neurons in the maintanance of homeostasis Acta Physiologica Volume 202, Supplement 684, p.: 49. 2011. Szabó I., Nagy B., Takács G., Szalay Cs., Papp S., Hideg B., Faragó B., Bajnok-Góré M., Keresztes D., Karádi Z. Glucose-monitoring neurons: endogenous and exogenous chemical sensitivity in the nucleus accumbens Acta Physiologica Volume 202, Supplement 684, p.: 112. 2011. Nagy B, Szabó I, Keresztes D, Faragó B, Hideg B, Góré MB, Karádi Z: Electrophysiological characteristics of feeding associated mdPFC neurons Clinical neuroscience (Ideggyógyászati szemle) 65(S1): 47. 2012. Szabó I, Nagy B, Hideg B, Faragó B, Góré MB, Karádi Z: Endogenous and exogenous chemical responsiveness of umami sensitive neurons in the nucleus accumbens Clinical neuroscience (Ideggyógyászati szemle) 65(S1): 62. 2012.
26
B. Egyéb konferencia összefoglalók G. Takács, B. Nagy, Cs. Szalay, D. Fotakosz, Sz. Hanna, M. Mizuno, K. Narikiyo and Z. Karádi: Taste perception deficit after interleukin-1β microinjection into the nucleus accumbens of the rat IBRO Workshop Debrecen, 2008. Takács G, Lukáts B, Papp Sz, Szalay Cs, Nagy B, Fotacos D, Hanna S and Karádi Z: Nucleus accumbens interleukin-1beta mechanisms in the control of homeostasis FENS Forum Genf, Abstract, Vol: 4, 094.13, p.: 280. 2008. Szalay, Cs., Aradi, M., Auer, T., Schwarcz, A., Kotek, Gy., Nagy, B., Takács, G., Lénárd, L. and Karádi, Z.: Intravenous glucose load elicited brain activation changes in the monkey: an fMRI study FENS Forum Genf, Abstract, Vol: 4, 130.17, p.: 376. 2008. Szalay Cs., Aradi M., Auer T., Schwarcz A., Hanna S., Németh L., Nagy B., Takács G., Lénárd L. és Karádi Z.: A funkcionális MR alkalmazása táplálkozási és metabolikus betegségek központi szabályozási zavarainak megértésében: bevezető kísérletek A Magyar Neuroradiológus Társaság 17. Konferenciája Pécs, 2008. Takács G., Papp Sz., Szalay Cs., Nagy B., Hanna S., Dimitrios F., Németh L., Csulak T., Hideg B., Faragó B., Keresztes D. and Karádi Z.: Interleukin-1beta Mediated Homeostatic Processes in the Nucleus Accumbens of the Rat 12th Meeting of the Hungarian Neuroscience Society, Budapest, 2009. Nagy B., Papp Sz., Takács G., Szalay Cs., Keresztes D., Németh L., Hideg B., Faragó B., Csulak T., Rábai M. and Karádi Z.: Endogenous and Exogenous Chemosensitivity of Neurons in the Mediodorsal Prefrontal Cortex 12th Meeting of the Hungarian Neuroscience Society, Budapest, 2009. Szalay Cs., Aradi M., Auer T., Orsi G., Schwarcz A., Hanna S., Németh L., Nagy B., Takács G., Lénárd L. and Karádi Z.: Human and Monkey fMRI Pilot Experiments in the Understanding of Central Regulatory Disturbances of Feeding and Metabolism 12th Meeting of the Hungarian Neuroscience Society, Budapest, 2009. Keresztes D., Németh L., Hideg B., Faragó B., Csulak T., Hanna S., Fotakos D. and Nagy B.: Neurochemical attributes and taste responsiveness of neurons in the mediodorsal prefrontal cortex Young Scientists and Students Conference of ISMA, 2009. Nagy B., Takács G., Szalay Cs., Szabó I., Keresztes D., Hideg B., Fotakos D. és Karádi Z.: A mediodorzális prefrontalis kéreg idegsejtjeinek endogén és exogén kémiai érzékenysége Biológus doktoranduszok konferenciája Pécs, 2009.
27
Szalay Cs., Aradi M., Schwarcz A., Hanna S., Németh L., Nagy B., Takács G., Lénárd L., Karádi Z.: Funkcionális MR alkalmazása táplálkozási és anyagcsere betegségek központi szabályozási zavarainak megértésében Biológus doktoranduszok konferenciája Pécs, 2009. Takács G., Szalay Cs., Nagy B., Fotakos D., Keresztes D., Németh L., Hanna S., Hideg B., Csulak T., Faragó B., Karádi Z.: A nucleusnaccumbensbe adott interleukin-1 beta szerepe a homeosztázis központi szabályozásában Biológus doktoranduszok konferenciája Pécs, 2009. Nagy B., Szabó I., Takács G., Szalay Cs., Keresztes D., Hideg B., Fotakos D., Faragó B., Karádi Z.: Neurochemical attributes and taste responsiveness of neurons in the mediodorsal prefrontal cortex IBRO International Workshop Pécs, 2010. Fotakos D., Hideg B., Szabó I., Takács G., Szalay Cs., Nagy B., Karádi Z.: The effect of intraoral and intragastric administrations of chemicals on glucose monitoring neurons in the cingulate cortex of the rat IBRO International Workshop Pécs, 2010. Takács G., Szalay Cs., Nagy B., Fotakos D., Szabó I., Keresztes D., Németh L., Hanna S., Csulak T., Hideg B., Faragó B., Karádi Z.: Feeding and taste perception alterations after IL-1 beta microinjection into the nucleus accumbens IBRO International Workshop Pécs, 2010. Nagy, B., Szabó, I., Takács, G., Szalay, Cs., Keresztes, D., Hideg, B., Fotakos, D., Faragó, B. And Karádi, Z.: Mediodorsal prefrontal cortex glucose-monitoring neurons change in activity in response to intraorally and intragastrically delivered chemical stimuli 7th FENS Forum of European Neuroscience. Abstract, 144.5, p.: 195. Amsterdam, 2010. Fotakos D, Hideg B, Szabo I, Szalay C, Takacs G, Nagy B, Karadi Z: The effect of gustatory and intragastric chemical stimulation on glucose-monitoring neurons in the cingulate cortex of the rat 7th FENS Forum of European Neuroscience. Abstract, 144.2, p.: 195. Amsterdam, 2010. Takacs G, Szalay C, Nagy B, Fotakos D, Szabó I, Keresztes D, Németh L, Hanna S, Csulak T, Hideg B, Faragó B, Karádi Z Involvement of interleukin-1beta in the control of feeding and taste perception in the nucleus accumbens 7th FENS Forum of European Neuroscience. Abstract, 175.5, p.: 217. Amsterdam, 2010. Karádi Z, Nagy B, Szabó I, Fotakos D, Keresztes D, Hideg B, Faragó B Resposiveness of forebrain glucose-monitoring neurons to intraorally and intragastrically delivered monosodium glutamate 7th FENS Forum of European Neuroscience. Amsterdam, 2010. Szabó I, Nagy B, Takács G, Szalay C, Papp S, Hideg B, Faragó B, Bajnok Góré M, Keresztes D, Karádi Z: Endogenous and exogenous chemical sensitivity of glucose monitoring neurons in the nucleus accumbens 13th Conference of Hungarian Neuroscience Society. Budapest, 2011. 28
Nagy B, Szabó I, Papp S, Takács G, Szalay C, Keresztes D, Faragó B, Hideg B, Bajnok Góré M, Karádi Z: Glucose-monitoring neurons in the mediodorsa prefrontal cortex: responsiveness to dopamine and exogenous chemical stimuli DA and exogenous chemical sensitivity of glucose monitoring neurons in the mdPFC 13th Conference of Hungarian Neuroscience Society. Budapest, 2011. Szabó I., Nagy B., Ábrahám I., Lénárd L., Karádi Z.: Ösztrogén hatása a nucleus basalis magnocellularis idegsejtjeinek neurokémiai excitabilitására egérben in vivo A Magyar Élettani Társaság, a Magyar Anatómusok Társasága, a Magyar Biofizikai Társaság és a Magyar Mikrocirkulációs és Vaszkuláris Biológiai Társaság Kongresszusa, Debrecen, 2012. Csetényi B., Hormay E., Szabó I., Nagy B., Hideg B., Faragó B., Bajnok Góré M., Karádi Z.: Endogén és exogén kémiai ingerek hatása az umami-érzékeny idegsejtekre patkány cinguláris kérgében A Magyar Élettani Társaság, a Magyar Anatómusok Társasága, a Magyar Biofizikai Társaság és a Magyar Mikrocirkulációs és Vaszkuláris Biológiai Társaság Kongresszusa, Debrecen, 2012. Hormay E., Csetényi B., Szabó I., Nagy B., Faragó B., Hideg B., Bajnok Góré M., Karádi Z.: Patkány cinguláris kéreg glukóz-monitorozó idegsejtjeinek exogén és endogén kémiai érzékenysége A Magyar Élettani Társaság, a Magyar Anatómusok Társasága, a Magyar Biofizikai Társaság és a Magyar Mikrocirkulációs és Vaszkuláris Biológiai Társaság Kongresszusa, Debrecen, 2012. Nagy B., Szabó I., Takács G., Faragó B., Hideg B., Bajnok Góré M., Karádi Z.: A prefrontális kéreg glukóz-monitorozó idegsejtjeinek szerepe az íz-reaktivitási mintázatok kialakulásában A Magyar Élettani Társaság, a Magyar Anatómusok Társasága, a Magyar Biofizikai Társaság és a Magyar Mikrocirkulációs és Vaszkuláris Biológiai Társaság Kongresszusa, Debrecen, 2012. Nagy B., Takács G., Szabó I., Szalay C., Keresztes D., Faragó B., Hideg B., Bajnok Góré M., Karádi Z.: Taste reactivity deficit after streptozotocin microinjection into the mediodorsal prefrontal cortex 8th FENS Forum of Neuroscience. Barcelona, 2012. Szabó I., Nagy B., Takács G., Papp S., Hideg B., Faragó B., Bajnok Góré M., Karádi Z. Endogenous and exogenous chemical sensitivity of glucose-monitoring and glutamate sensitive neurons in the nucleus accumbens 8th FENS Forum of Neuroscience. Barcelona, 2012. Csetényi B., Hormay E., Nagy B., Szabó I., Bajnok Góré M., Hideg B., Karádi Z.: Homeostatic alterations after IL-1β microinjection into the cingulate cortex of the rat XIVth Conference of the Hungarian Neuroscience Society. Budapest, 2013.
29
Hormay E., Csetényi B., Szabó I., Nagy B., Hideg B., Bajnok Góré M., Karádi Z.: Catecholamine responsiveness of glucose-monitoring neurons in the cingulate cortex of the rat XIVth Conference of the Hungarian Neuroscience Society. Budapest, 2013. Szabó I., Nagy B., Csetényi B., Hormay E., Bajnok Góré M., Karádi Z.: Endogenous and exogenous chemical responsiveness in the medial orbitofrontal cortex XIVth Conference of the Hungarian Neuroscience Society. Budapest, 2013.
30
Glucose-monitoring neurons in the mediodorsal prefrontal cortex Ph.D. Thesis
Dr. Bernadett Nagy
Tutor:
Prof. Dr. Zoltán Karádi Head of the Ph.D. Program:
Prof. Dr. László Lénárd Head of the Ph.D. School:
Prof. Dr. László Lénárd Pécs University, Medical School, Institute of Physiology Pécs, 2013.
I.
Introduction The incidence of feeding and metabolic disorders is worldwide quickly increasing.
These diseases - obesity, anorexia and bulimia nervosa, diabetes mellitus and metabolic syndrome - dramatically contribute to the significant increase of the morbidity and mortality rates in the modern societies. The importance of these pathological conditions is outstanding with respect to public health issues, and it is also worth noting that little is known about complex physiological-pathophysiological processes in the background, and consequently the efficacy of our therapeutic efforts is still very much restricted. Characteristic homeostatic imbalance can be detected in metabolic and feeding disorders. To an adaptive control of feeding and metabolism, not only the adequate perception of environmental stimuli, but the integrity of complex neural and neurochemical-humoral regulatory processes assuring stability of the internal milieu is also essential. The revealing of these homeostatically relevant regulatory processes is aimed nowadays by extensive research all over the world. The prefrontal cortex (PFC) is one of the key cortical structures to monitor the internal state of the organism and to initiate behavioral outputs accordingly. The PFC is implicated in many regulatory processes, including cognitive functions, attention, drive and motivation, decision making and working memory [1-3]. Food and fluid intakes are also known to be regulated by the PFC. Bilateral lesions of the medial PFC result in finickiness, but failed to induce major feeding alterations, while ventral-lateral PFC damages lead to the development of aphagia [3]. Anatomically, the PFC is situated in the anterior pole of the mammalian brain reportedly having reciprocal interconnections with the mediodorsal thalamic nucleus. The term of mediodorsal prefrontal cortex (mdPFC) is used for neuroanatomical subdivisions of the PFC such as the prelimbic and cingulate cortices. The prefrontal cortex is considered to perform its complex roles via multiple interrelationships with forebrain and brainstem areas. Anatomical studies have shown that the medial-mediodorsal prefrontal cortex has direct connections with limbic structures, such as the amygdala (AMY), the lateral hypothalamic area (LHA), the nucleus accumbens (NAcc) and the adjacent orbitofrontal cortex (OBF) [4-6], all known to be important in the central feeding control. The rat mdPFC also directly projects to the nucleus of the solitary tract
3
(NTS), a brainstem region which integrates a number of autonomic reflexes [7] and is known as a key structure of the central taste information processing [8, 9] as well. In previous studies, special chemosensory cells, the so-called glucose-monitoring (GM) neurons, have been discovered in the above interconnected regions [10-13]. These GM neurons display firing rate changes in response to elevation of blood glucose level or to local microelectrophoretic administration of D-glucose. A majority of the GM neurons also show responses to intraorally delivered taste stimuli [11, 14-16]. These homeostatically relevant, taste-sensitive GM neurons are suggested to form a complex hierarchically organized neural network integrating endogenous and exogenous information to control food and fluid intake and metabolic processes [11, 14, 16]. The GM cells were demonstrated to be influenced by catecholamines [11, 16, 17], and with respect to this, it is especially important to note that the PFC is the major cortical target area of the ascending mesocorticolimbic dopamine (DA) projections [18-21]. In addition to responding to various endogenous chemical stimuli, these chemosensory neurons of the hierarchically organized network are also known to integrate multiple, homeostatically relevant information, such as exogenous chemical and other signals that are associated with sensory-motor, perceptual, motivational mechanisms, as well as reinforcement, learning and memory processes of the homeostatically adaptive control of feeding and metabolic functions [10, 11, 15, 16, 22]. Considering the above, it is supposed that the mediodorsal prefrontal cortex accomplishes its complex roles as integrant part of the forebrain glucose-monitoring neural network. In a series of the present experiments, therefore, we aimed to identify GM neurons in the mdPFC, and to examine their responsiveness to DA. Streptozotocin (STZ) is known to selectively destroy β-cells of the pancreatic Langerhansislets, and correspondingly, it is widely used to induce experimental type 1 diabetes mellitus in animals [23, 24]. STZ enters the cell via glucose transporter type 2 (GLUT2) and causes alkylation of DNA. The cytotoxic action of STZ is mediated by reactive oxygen species [24]. Furthermore, previous studies have also reported that intracerebral microinjection of streptozotocin can specifically destroy the GM neurons of various brain areas (eg. ventromedial hypothalamus, orbitofrontal prefrontal cortex and globus pallidus) causing severe deficits of feeding, inducing taste perception alterations, and metabolism [14, 16, 2527]. The other line of the present experiments, on the one hand, was therefore, designed to evaluate taste associated behavioral-cognitive consequences of bilateral streptozotocin 4
microinjection into the mdPFC of rats in a conditioned taste avoidance (CTA) acquisition paradigm ( the long term avoidance of specifically tasting food or fluid after pairing it with gastrointestinal discomfort), as well as during taste reactivity tests. On the other hand, it was also reasonable to examine the animals’ glucose tolerance (in glucose tolerance test; GTT), and the change of plasma metabolite concentrations after bilateral streptozotocin microinjection into the mdPFC.
II.
Experiments
1. Aims and questions In previous experiments it was demonstrated that the glucose-monitoring neural network has particular significance in the adaptive regulation of feeding. No data is available, however, about the presence of glucose-monitoring neurons in the homeostatically relevant mediodorsal prefrontal cortex. In the present experiments, therefore, we aimed to identify GM neurons in the mdPFC, and, after isolating them, to examine their complex functional characteristics. Extracellular single neuron activity of the mdPFC of anesthetized rats was recorded by means of multibarreled glass microelectrodes during 1) microelectrophoretic administration of D-glucose and DA, 2) intraoral gustatory stimulations, and 3) intragastric infusions of chemicals. In other series of experiments, to elucidate the homeostatic significance of mdPFC GM neurons, we aimed to investigate the effects of STZ microinjection into the mdPFC on feeding associated taste information processing and metabolic functions. In this study we aimed to answer the following questions:
I.
In
microelectrophysiological
experiments,
using
the
multibarreled
microelectrophoretic technique, it was examined: 1. Are there GM neurons (special chemosensory cells changing their activity to microelectrophoretic administration of D-glucose) present in the mediodorsal prefrontal cortex?
5
2. How do the glucose-monitoring neurons and the glucose-insensitive ones change in firing rate to dopamine, a neurotransmitter known to be important to mediate relevant physiological processes of the mdPFC? 3. Are there taste sensitive neurons in the mdPFC? Is there any difference between the taste sensitivity of the GM units and that of the glucose-insensitive neurons? 4. Is the discharge rate of the mdPFC neurons influenced by intragastric chemical stimulations?
II.
Behavioral experiments to explore the effect of STZ microinjection into the mdPFC on taste information processing: 1. Does selective destruction of the GM cells modify taste avoidance learning? 2. Does selective lesioning of the GM neurons elicit any taste reactivity deficit?
III.
Metabolic effects of local intracerebral microinjection of STZ: 1. Does selective destruction of the GM cells cause glucose intolerance, i.e. alteration of carbohydrate metabolism? 2. Does the specific lesion of these chemosensory neurons exert any effect on relevant plasma metabolite levels (cholesterol, HDL, LDH, triglycerides, uric acid)?
2. Methods 2.1. Animals
Altogether 168 male Wistar and 23 Sprague-Dawley rats with an average body weight of 268-380 g were used in our experiments. Rats were housed in a temperature and light controlled room (21 ± 2 °C; 12-12 h light-dark cycle) where constant humidity (55-60%) was also assured. The animals were kept in individual cages and they were handled in daily regularity. Tap water and laboratory chow food were ad libitum available for the animals, unless where it is stated different. All experimental procedures were conducted in accordance with institutional, national and international regulations.
6
2.2 Electrophysiological experiments
2.2.1. Surgery
Anesthetized rats were operated on stereotaxically, their scalp was incised, and a small hole was drilled through the skull. The microelectrode was led to the mdPFC under microscopic control through the incised dura by means of a hydraulic microdrive (Narishige MO-10, Japan). The stereotaxic coordinates for electrode placements in the mdPFC were chosen according to the rat brain atlas [28]: anteroposterior, bregma + 3.2-4.0 mm; mediolateral, 0.7-1.6 mm; vertical, 0.6-2.8 mm.
2.2.2. Extracellular single neuron recording
Extracellular single neuron recording and microelectrophoretic application of neurochemicals were accomplished by means of nine-barreled glass microelectrodes. The single neuron activity was recorded via the central barrel of the microelectrode containing a tungsten wire (10 µm in diameter, impedance 1.5-8 MΩ at 50 Hz). Neurochemicals were applied electrophoretically through the capillaries surrounding the central recording barrel. Constant current source (NeuroPhore BH-2 System, USA), producing constant currents (in the 5-95 nA range) of appropriate polarity, was applied to eject the neurochemicals from their respective barrels. Extracellular action potentials were passed into a preamplifier, a high gain amplifier including low and high cut filters and a window discriminator to form standard pulses (Supertech Ltd., Hungary), and then, into a microprocessor controlled A/D converter device (CED 1401 plus). The Spike 2 software package (Cambridge Electronic Design Ltd., United Kingdom) was used to construct frequency histograms, and for real-time and off-line analyses. Neuronal spikes and formed pulses were continuously observed on oscilloscopes. Only the action potentials of spontaneously active, well-isolated cells were recorded. Similar to our previous studies, a neuron was considered to be responsive to a certain neurochemical if its firing rate changed by at least ±30% or by ±2 SD from the mean baseline level, and if the reactions were dose dependent (different response magnitude by using different current intensities), and replicable.
7
2.2.3. Neurochemical examinations and taste stimulations
The capillaries surrounding the central barrel of the tungsten wired multibarreled microelectrode were filled with one of the following solutions: D-glucose (0.5 M, pH 7.0), dopamine hydrochloride (0.5 M, pH 6), and monosodium L-glutamate (0.5 M, pH 7-8; to test the electrode tip’s vicinity to the recorded neuron) and 0.15 M NaCl. The gustatory responsiveness of mdPFC neurons was examined by injection of various taste solutions via an intraorally positioned cannula. Solutions of the five primary qualities and orange juice as a complex taste were tested: sweet (sucrose; 0.1M and 0.3M), salty (NaCl; 0.1 and 0.3M), sour (HCl; 0.01M and 0.03M), bitter (QHCl; 0.001M and 0.003M), umami (MSG; 0.1M and 0.3M) and orange juice (10% and 25%). Effect of intragastric infusions on activity of mdPFC neurons was also examined. NaCl (60 mM and 150 mM), D-glucose (60 mM) and MSG (60 mM) were injected by an infusion pump into the stomach via a polyethylene tube (volume: 3 ml; flow rate: 0.3 ml/min).
2.3 Behavioral and metabolic experiments after STZ microinjection
2.3.1 Surgery
Stainless steal guide cannulas (23 G) were carefully lowered and placed on the surface of the dura above the mdPFC by a fine mechanical microdrive (MN-33 Narishige, Japan) under ketamine anesthesia. After positioning, the guide cannulas were fixed to the cranium using dental acrylic and anchoring screws. Microinjection cannulas (30 G) were passed through these guide cannulas to deliver the chemicals directly to the mdPFC. Stereotaxic coordinates for mdPFC according to the stereotaxic rat brain atlas of Pellegrino et al. [28] were: AP: +3.7 mm anterior to bregma (B), ML: 1 mm, and V: 1.5 mm (from dura). Animals taking part in the taste reactivity test were also implanted with chronic intraoral taste cannula made of polyethylene (PE) tube (o.d. 1.33 mm). Each taste cannula was placed lateral to the first maxillary molar and was transbuccally tunneled subcutaneously to ascend lateral to the skull.
8
2.3.2. STZ microinjection
Rats were microinjected bilaterally with 7.5 µg STZ (Sigma S-0130, 10 µg/µl; dissolved in sterile physiological saline) or sterile physiological saline alone in a volume of 0.75 µl for one minute. Solutions were microinjected by a microinfusion pump (Cole Parmer 789200C) into the mdPFC (V: 1.5 mm from the brain surface) through a stainless steal injection cannula (o.d. 0.3 mm) extending 1.5 mm below the tips of the guide cannula fixed on the skull with dental acrylic.
2.3.3. Behavioral experiments
Conditined taste avoidance
In the CTA test, animals were put on a 30-min drinking schedule and learned to consume the daily amount of their water intake from 10:00 to 10:30 a.m. every day. On the pairing day (four days after the microinjection of STZ or physiological saline) animals had access to 0.1 % Na-saccharin for 30 min, and 30 min later they were injected i.p. with lithium chloride (0.15 M, 20 ml/kg b. w.), a gastrointestinal (and other vegetative) malaise inducing drug. After this conditioning procedure, animals had water available for 3 days in the 30-min schedule. On the 4th (test) day, water was replaced by saccharin in the drinking period. The consumptions of saccharin solution measured in the STZ treated and control groups on the pairing and test days were statistically compared.
Taste reactivity test
The taste reactivity tests characterizing and evaluating mimic, postural and locomotor patterns induced by the pleasant and unpleasant tastes, were conducted according to the modified, internationally accepted protocol of Grill and Norgren [29-32]. Rats with intraoral taste cannulas were given a 7-day habituation period during which they were daily placed into a Plexiglass cylinder of 30 cm in diameter and 30 cm in height, where intraoral water infusions were regularly made. The taste reactivity tests were performed 7 days after the STZ microinjection. The animals were given two concentrations of taste solutions representing the five basic tastes: sweet, sucrose (0.05 and 0.5 M); salty, NaCl (0.05 and 0.5 M); sour, HCl (0.03 and 0.3 9
M); bitter, QHCl (0.03 and 3.0 mM); and umami, monosodium-L-glutamate (MSG, 0.05 and 0.5 M). With the help of a microinfusion pump (Cole Parmer 789200C), 0.5 ml of taste solution was infused into the mouth of the animal at a constant rate (0.5 ml/min) for one minute. After the infusion of a taste solution, the taste cannula was rinsed with distilled water and blown through by air. Based on previous reports [33, 34], both concentrations of sucrose and the lower concentrations of NaCl and MSG were regarded as pleasant tastes, while both concentrations of HCl and QHCl and the higher concentrations of NaCl and MSG were considered as unpleasant taste stimuli. The behavior of rats was recorded by digital video camera and later analyzed frame by frame. A mirror in a 45° tilted angle was mounted on a wooden frame enabling observation of the rat’s mouth during the test. Mimical and postural-locomotor responses were scored using an adapted and modified version of the protocol introduced by Grill and Norgren [29, 32]. Ingestive actions were characterized by rhythmic mouth movements, rhythmic tongue protrusions along the midline, lateral tongue movements and paw licking. Aversive behavioral patterns were gaping, chin rubbing, head shaking, forelimb flailing and rapid locomotion around the cylinder. The species specific response patterns of the STZ treated and control animals were judged by 3 independent, experienced examiners, and the obtained data of the two groups were finally compared and statistically analyzed.
2.3.4. Metabolic experiments
The standardized glucose tolerance test (GTT) was performed after a 12 h food deprivation of the rats. Intraperitoneal injection of 20% D-glucose solution (0.2 g/100 g bw/ml) was administered at the 20th min following the intracerebral microinjection of STZ or saline (acute GTT) and then 4 weeks later (subacute GTT). Relevant plasma metabolites (total cholesterol, HDL, LDH, triglycerides, uric acid) were determined 30 min after the STZ or saline microinjection by a cold chemistry photometer (Spotchem EZ SP4430, Arkray, Japan).
2.4. Histology
After finishing the electrophysiological and behavioral studies, histological analyses were performed to examine the location of the tip of microelectrodes or the microinjection
10
sites. Animals with inappropriate electrode or cannula positions were excluded from further analysis.
2.5. Statistics
For statistical analysis of data of the electrophysiological experiments, the Wilcoxon test, Kruskal-Wallis test, linear regression test, and χ2 test were used. Results of behavioral and metabolic studies are reported as means ± SEM. One-way analysis of variance (ANOVA) and the Tukey’s test for post hoc comparisons were used for statistical analysis. Differences were considered to be significant at p<0.05.
3. Results 3.1. Microelectrophysiological experiments
3.1.1. Glucose and dopamine responsiveness of mdPFC neurons
Activity changes of altogether 272 neurons have been recorded in the Wistar and Sprague-Dawley rat mdPFC. The mean spontaneous firing rates: 2.2±0.2 and 2.4±0.3 spikes/s, respectively, did not vary significantly between the two rat strains. Sixty-two (24.3 %) of 255 mdPFC neurons showed responsiveness to glucose, thus, these cells were identified as elements of the forebrain GM neural network. The predominant response to glucose was inhibition (43 of the 62 GM neurons, 69.4 %), however, facilitatory activity changes were also detected (19 /30.6 %/ of the 62 neurons). The other 193 neurons (75.7 %) did not change in firing rate to glucose and thus, were classified as glucose-insensitive (GIS) cells. DA responsiveness of altogether 235 cells was examined in the rodent mdPFC. Microiontophoretic application of DA resulted in activity changes of 55 neurons (23.4%). Proportion of the excitatory (28, 11.9%) and inhibitory (27, 11.5%) responses was almost the same. Twenty-one (41.2%) of the 51 GM units, whereas only 27 (16.2%) of the 167 GIS neurons displayed discharge rate changes to this neurotransmitter, so that DA responsiveness of the GM cells was found to be significantly higher than that of the glucose-insensitive units 11
(p<0.001; χ2 test). DA elicited only excitatory response in the GR cells (7 of 15 neurons, 46.7%), whereas both inhibitory (10 of 36 units, 27.8%) and excitatory (4 of 36 cells, 11.1%) firing rate changes were observed in the GS neurons. Consequently, direction of the DA induced activity changes of the two types of GM cells differed significantly (p<0.01; χ2 test). The magnitude of the response to microelectrophoretically administered glucose and DA was also examined. In both cases, higher current intensities elicited significantly bigger firing rate changes of cells of the responsive groups (p<0.05; Wilcoxon test). Baseline firing rates and spike durations of the neurons with distinct glucose and DA responsiveness did not differ significantly (p=0.248 and p=0.30, respectively; Kruskal-Wallis test). In addition, neither baseline firing rates nor spike durations were found to correlate with glucose or dopamine responses (p≥0.213).
3.1.2. Effects of intraoral and intragastric stimulations
In addition to testing endogenous chemosensitivity (to neurotransmitters and neuromodulators), the exogenous chemosensitivity, in this case, gustatory responsiveness was also tested in 259 mdPFC neurons. Almost half of the tested cells (49.4 %) showed taste responsiveness to at least one of the five taste qualities. The proportion of taste sensitive GR units was 80 % (16 of 20), but in case of GS and GIS neurons it was only less than 50 %. Majority of the taste sensitive neurons changed their activity to two or more tastants. When the effect of intragastric infusions on mdPFC neuronal activity was examined, 45 % of the tested neurons showed activity changes to 60 mM NaCl (34 of 76), 39 % (27 of 70) to 150 mM NaCl, 41 % (35 of 85) to 60 mM D-glucose and 51 % (38 of 75) to 60 mM MSG solutions.
3.2. Behavioral experiments
Conditioned taste avoidance
Bilateral STZ microinjection into the mdPFC did not impair the acquisition of LiCl induced saccharin CTA. The CTA developed in the STZ treated and also in the control animals, that is, the intakes of the testing day were much lower than those of the pairing day in both groups (ANOVA, F3,85 = 14.161; p < 0.001). The same efficacy of gustatory learning
12
was also substantiated by the fact that there was no significant difference in the saccharin consumptions of the two groups on the testing day (Tukey’s test, p=0.298).
Taste reactivity test
Bilateral microinjection of the STZ induced alterations of reactivity to various taste stimuli. The taste reactivity tests revealed characteristic gustatory deficits in case of administration of pleasant taste stimuli (ANOVA, F3,35=19.451; p<0.001). The ingestive responses of STZ treated animals to pleasant taste stimuli were significantly poorer than those of the control rats (Tukey’s test, p<0.05). Considering the aversive (rejection) patterns to pleasant tastes, the STZ treated animals and also the control rats gave similar amount and intensity of aversive reactions to these tastants. Taste reactivity deficit of STZ treated animals to pleasant taste stimuli was the most obvious in case of the higher concentration of sucrose and the lower concentration of NaCl solutions. As far as the unpleasant gustatory stimuli are concerned, there was no significant difference in the unpleasant tastes elicited ingestive and aversive responses between the STZ treated and control animals.
3.3 Metabolic changes
Glucose tolerance test
Pathological alterations of blood glucose levels and a definite glucose intolerance of the STZ treated animals became obvious in the acute GTT. Two hours after the i.p. injection of the glucose solution, blood glucose level of the STZ treated animals was significantly higher than that of the rats in the control group (control: 6.95 mmol/l ± 0.14 mmol/l, STZ 8.6 mmol/l ± 0.51; p < 0.05). In the subacute phase, there was no significant difference between the blood glucose concentrations of rats of the STZ treated and control groups, and the blood glucose curves of both groups remained in the physiological range throughout the test.
13
Plasma levels of metabolites
Total cholesterol, HDL, LDH and uric acid plasma concentrations of the STZ treated and control groups did not show any significant difference. At the same time, however, significantly decreased plasma triglyceride levels were detected in the STZ microinjected animals.
4. Discussion The prefrontal cortex (PFC) is defined as the cortex of the anterior pole of the mammalian brain, predominantly receiving projections from the mediodorsal thalamic nucleus [4, 35]. It has been demonstrated that the prefrontal cortex is implicated in many regulatory processes, including cognitive functions, decision making, working memory, and the control of motivated behaviors such as the food and fluid intake [3, 5, 36-40]. The prefrontal cortex is considered to perform its complex roles via multiple interrelationships with forebrain and brainstem areas. Anatomical studies have shown that the medial-mediodorsal prefrontal cortex has direct connections with limbic structures, such as the AMY, the LHA, the NAcc and the adjacent orbitofrontal cortex (OBF) [4-6], all known to be important in the central feeding control. The rat mdPFC also directly projects to the NTS, a brainstem region which integrates a number of autonomic reflexes [7] and is well-known as a key structure of the central taste information processing [8, 9] as well.
Endogenous chemical responsiveness of mdPFC neurons
In previous investigations, a particular type of chemosensory cells, the so-called glucose-monitoring (GM) neurons - displaying firing rate changes in response to elevation of blood glucose level or to local microelectrophoretic administration of D-glucose - have been discovered in the above interconnected brain areas. Specific glucose-inhibited (glucosesensitive, GS) neurons were identified in the LHA of rats [12, 41] and later in the LHA and the AMY of rhesus monkeys [10, 11, 42], in the area postrema, in the globus pallidus [17, 43] and in the NTS, too [43, 44]. By contrast, the NAcc and the OBF were proven to contain not only GS cells but also glucose-excited (glucose-receptor, GR) neurons that are facilitated by
14
increase of the extracellular glucose concentration [13, 16]. Only GR cells were found in the VMH. Results of the present experiments provided evidence for the existence of glucosemonitoring neurons in the mediodorsal prefrontal cortex. The mdPFC is known to be involved in a broad variety of regulatory processes, and its important role in the central feeding control has been demonstrated as well [3, 5, 37, 45]. It is important to note that the previous results have been obtained predominantly in the macaques whereas the present study was performed in the rodent. Nevertheless, findings of the latter gain more general significance in the light of our most recent microelectrophysiological experiments in the alert rhesus monkey revealing that GR and GS neurons also exist in the primate mdPFC (unpublished data). As the other major finding of the present experiments, differential dopamine sensitivity of the mdPFC neurons has been elucidated: the feeding-associated GM cells were shown to be more likely to change in activity in reponse to microiontophoretically administered DA than the glucose-insensitive units. Furthermore, the GR neurons were found to get facilitated whereas the GS units mainly inhibited by this catecholamine. These data are in concordance with previous results demonstrating higher dopamine responsiveness of the lateral hypothalamic and pallidal GM neurons compared to that of the GIS cells, as well as the predominance of DA induced inhibitory firing rate changes of the GS neurons in the LHA [11, 17]. The dense dopaminergic innervation of the PFC [18-21] has already been indicated to play important roles in a variety of regulatory processes [1, 46-51], including feeding-associated and taste mediated learning and memory mechanisms as well [36, 52-54]. It is especially worth noting here that food intake itself or stimuli associated with the food have been demonstrated to increase the extracellular DA concentration in the prefrontal cortex [55, 56]. These and our present data are also in agreement with the notion that multiple regulatory functions of the mdPFC are perfectuated via interrelated complex neurochemical mechanisms [40, 51]. Previous recording studies have suggested that cortical interneurons have shorter spikes than the pyramidal neurons, though it has also been shown that the cortical pyramidal neurons may exhibit a wide variety of spike durations [57-59]. In our study, examination of spike durations revealed no significant difference among the various groups of neurons, and spike durations also did not correlate with glucose and dopamine responses.
15
Exogenous chemical responsiveness
A diet of an organism is greatly determined by the perceived palatability of foods. Accordingly, the gustation plays distinguished role in the choice of foods and fluids. In the ordinary series of events, nutritional chemoreception is followed by adaptive feeding behaviors and consequent homeostatic changes. The existence of taste responsive neurons in the mdPFC was proven in our study. Activity changes of mdPFC neurons to both intraoral and intragastric chemical stimulation were recorded. The proportion of taste sensitive GR units was significantly higher than that of the taste sensitive GIS neurons. Consequently, GR neurons in mdPFC may have special importance in specific mechanismus of the high level gustatory information processing. There are important humoral (e.g. serotonin, GLP-1) and neural (activation of vagus nerve afferents) interrelationships between the gastrointestinal system and the central nervous system to contribute to the taste perception and recognition processes [60-62]. Expression of sweet, bitter and umami receptors in the intestinal tract has been demonstrated [63-65]. Recent fMRI studies showed the cerebral effect of intragastrically administered taste solutions (D-glucose, MSG, NaCl) [66]. Our finding of neuronal activity changes during intraoral or intragastric taste stimulations support the postulated functional interrelationships between the relevant regulatory mechanisms of the mdPFC and the pre- and postabsorptive processes of the gastrointestinal tract. Since GM neurons of several brain areas have already been shown to be indispensable constituents of integration of endogenous and exogenous chemical information, sensorymotor, perceptual and motivational processes, as well as reinforcement, learning and memory mechanisms of the regulation of food and fluid intake behaviors [10-13, 15-17, 22], it is reasonable to suppose that these chemosensory cells of the mdPFC possess similar complex functional attributes in the organization of adaptive feeding actions.
Conditioned taste avoidance
It has been proven in the present study that bilateral STZ microinjection fail to impair taste avoidance learning in a saccharin conditioned CTA paradigm. Results of the present experiments are in agreement with previous data, where animals with mediodorsal or dorsolateral PFC ablations were not impaired in CTA learning [45, 67]. There are also data available, however, that microiontophoretically applied neurotoxins (kainic acid and 616
hydroxydopamine) in the medial prefrontal cortex cause significant deficits in CTA acquisition and retention [53]. Discrepancies among the findings probably rise from the different cell specificity of the microdamages, because STZ causes selective destruction of the GM neurons only. Previous experiments provided evidence for that STZ microinjection into the NAcc leads to CTA deficit in rats [14]. In the present experiment, we failed to detect similar changes after STZ microinjection of mdPFC indicating that not all parts of the GM neural network are involved in CTA aquisition. Consequently, our results suggest that the GM neurons of the mdPFC are not essential to associate the taste of ingested food with delayed noxious consequences of the ingestion of it tested in a CTA paradigm. Taste reactivity tests
The present study revealed taste reactivity deficit of rats after bilateral STZ microinjection into the mdPFC. The STZ treated animals displayed significantly poorer ingestive reactions to pleasant taste stimuli than did rats of the control group. The taste reactivity changes were the most pronounced in the case of sweet and salty taste stimulations. The underlying neural mechanism of these symptoms is supposed to be the selective cytotoxic effect of STZ on the GM neurons. A single bilateral microinjection of the STZ into either the VMH or the OBF induced specific destruction of the local GM neurons resulting in development of complex metabolic and feeding disturbances [16, 25], also including characteristic taste reactivity alterations [14]. Selective damage of GM neurons in the OBF caused significantly stronger aversive reaction to pleasant tastants and more ingestive patterns to unpleasant tastes. Based on that the mdPFC is an integrant part of the forebrain glucose-monitoring neural network as well as on previous and our recent observations, it is reasonable to suppose that GM neurons of the mdPFC play similar complex functional roles in integratory processes of the adaptive feeding actions. Although it has been shown that chronic decerebrate rats executed both ingestion and rejection response sequences similar to those observed in controls [30], we suppose that the lack of inputs of certain taste-responsive cortical neurons may cause palatability shift. Our hypothesis is in agreement with previous findings proving that rats with gustatory cortex lesions failed to display aversive reactivity to LiCl-paired tastants in a taste reactivity test [68]. A possible neural background of our findings might be the lack of appropriate mdPFC input to thalamus, since the thalamus appears to be essential in mimetic responses associated with ingestion [30]. In our experiment, deficit of the ingestive patterns might be due to a GM 17
cell destruction induced imbalance of complex homeostatic and hedonic processes of food and fluid intake behaviors.
Metabolic changes
In the present study evidence was obtained for the intimate involvement of mdPFC GM neurons in the central regulation of metabolism. In our body, the central nervous system takes part in the control of metabolic processes by means of integrating metabolic (fatty acids, ketone bodies, lactic acid, other metabolits), humoral-hormonal (e.g. insulin, leptin, GLP-1) and complex neural information coming from various brain structures and from the periphery [69-71] as well. Among patients with type 1 diabetes mellitus, associations between metabolic control measures and prefrontal cortical thickness deficits were examined [72]. Long-term glycemic control levels were found to be associated with thickness reduction in the bilateral superior prefrontal cortical regions. The results of our studies show that complex metabolic alterations develop as a consequence of bilateral mdPFC microinjection of STZ. Selective destruction of GM neurons leads to diabetes-like impaired glucose tolerance and altered triglyceride level. The present findings support our hypothesis that the GM neural network play essential role in the preservation of homeostatic balance. Damage to these chemosensory neurons may elicit and maintain complex feeding and metabolic diseases.
5. General conclusions Feeding and metabolic disorders like diabetes mellitus, metabolic syndrome and obesity cause increasing public health problems in the modern societies. The presently used therapeutic approaches concentrate on targeting the peripheral pathology, and so far they could not reach a breakthrough. Our present findings support the view that dysfunction of the regulatory processes of CNS should necessarily to be taken into consideration in the above mentioned diseases. Our results, along with previous data, indicate a clear overlapping of the endogenous and exogenous chemosensory systems in the mdPFC. Especially the GM neurons here appear to
18
integrate complex chemical information of various sources, which predestinate them to play significant adaptive role in the central regulation of feeding and metabolism. Considering all of the above, we hope that the better understanding of complex functional attributes of mdPFC neurons and those of other brain structures important in the maintenance of homeostasis, can lead to new drug targets and the discovery of successful new therapeutic strategies.
19
References
[1] Dalley JW, Cardinal RN, Robbins TW. Prefrontal executive and cognitive functions in rodents: neural and neurochemical substrates. Neurosci Biobehav Rev. 2004;28:771-84. [2] Watanabe M. Reward expectancy in primate prefrontal neurons. Nature. 1996;382:629-32. [3] Kolb B, Nonneman AJ. Prefrontal cortex and the regulation of food intake in the rat. J Comp Physiol Psychol. 1975;88:806-15. [4] Lacroix L, Spinelli S, Heidbreder CA, Feldon J. Differential role of the medial and lateral prefrontal cortices in fear and anxiety. Behav Neurosci. 2000;114:1119-30. [5] Kolb B. Functions of the frontal cortex of the rat: a comparative review. Brain research. 1984;320:65-98. [6] Kita H, Oomura Y. Reciprocal connections between the lateral hypothalamus and the frontal complex in the rat: electrophysiological and anatomical observations. Brain research. 1981;213:1-16. [7] Terreberry RR, Neafsey EJ. The rat medial frontal cortex projects directly to autonomic regions of the brainstem. Brain Res Bull. 1987;19:639-49. [8] Norgren R, Leonard CM. Taste pathways in rat brainstem. Science. 1971;173:1136-9. [9] Rolls ET. Information processing in the taste system of primates. J Exp Biol. 1989;146:141-64. [10] Aou S, Oomura Y, Lenard L, Nishino H, Inokuchi A, Minami T, et al. Behavioral significance of monkey hypothalamic glucose-sensitive neurons. Brain research. 1984;302:69-74. [11] Karadi Z, Oomura Y, Nishino H, Scott TR, Lenard L, Aou S. Responses of lateral hypothalamic glucose-sensitive and glucose-insensitive neurons to chemical stimuli in behaving rhesus monkeys. J Neurophysiol. 1992;67:389-400. [12] Oomura Y, Ono T, Ooyama H, Wayner MJ. Glucose and osmosensitive neurones of the rat hypothalamus. Nature. 1969;222:282-4. [13] Papp S, Lukats B, Takacs G, Szalay C, Karadi Z. Glucose-monitoring neurons in the nucleus accumbens. Neuroreport. 2007;18:1561-5. [14] Karadi Z, Lukats B, Papp S, Szalay C, Egyed R, Lenard L, et al. Involvement of forebrain glucosemonitoring neurons in taste information processing: electrophysiological and behavioral studies. Chem Senses. 2005;30 Suppl 1:i168-9. [15] Karadi Z, Faludi B, Lenard L, Czurko A, Niedetzky C, Vida I, et al. Glucose-sensitive neurons of the globus pallidus: II. Complex functional attributes. Brain Res Bull. 1995;37:157-62. [16] Karadi Z, Lukats B, Papp S, Takacs G, Egyed R, Lenard L. The central glucose-monitoring neural network: major protector of the adaptive homeostatic balance for well being of the organism. International Congress Series. 2004;1269:30-3. [17] Lenard L, Karadi Z, Faludi B, Czurko A, Niedetzky C, Vida I, et al. Glucose-sensitive neurons of the globus pallidus: I. Neurochemical characteristics. Brain Res Bull. 1995;37:149-55. [18] Descarries L, Lemay B, Doucet G, Berger B. Regional and laminar density of the dopamine innervation in adult rat cerebral cortex. Neuroscience. 1987;21:807-24. [19] Berger B, Thierry AM, Tassin JP, Moyne MA. Dopaminergic innervation of the rat prefrontal cortex: a fluorescence histochemical study. Brain research. 1976;106:133-45. [20] Björklund A, Lindvall O. Dopamine-containing systems in the CNS. In: Björklund A, Hökfelt T, editors. Handbook of Chemical Neuroanatomy, Amsterdam-New York-Oxford: Elsevier Science Publishers B.V.; 1984. p. 55-122. [21] Ungerstedt U. Stereotaxic mapping of the monoamine pathways in the rat brain. Acta Physiol Scand Suppl. 1971;367:1-48. [22] Oomura Y, Yoshimatsu H. Neural network of glucose monitoring system. Journal of the autonomic nervous system. 1984;10:359-72. [23] Ganda OP, Rossini AA, Like AA. Studies on streptozotocin diabetes. Diabetes. 1976;25:595-603. [24] Szkudelski T. The mechanism of alloxan and streptozotocin action in B cells of the rat pancreas. Physiol Res. 2001;50:537-46. 20
[25] Egyed R, Lukats B, Karadi Z. Diabetes mellitus-like metabolic deficits elicited by ventromedial hypothalamic streptozotocin microinjection. J Physiol (Lond). 2000;526:173-4. [26] Keszthelyi Z, Past T, Lukats B, Koltai K, Karadi Z. The central effect of chromium on glucose metabolism. Pharmacopsychiatry. 2004;37:242. [27] Karádi Z, Nagy B, Szabó I, Szalay C, Takács G, Keresztes D, et al. Complex Functional Attributes of Forebrain Glucose-Monitoring Neurons in the Maintenance of Homeostasis. Acta Physiologica. 2011;202,Supplement 684 :O20 [28] Pellegrino LJ, Pellegrino AS, Cushman AJ. A stereotaxic atlas of the rat brain. New York: Plenum Press. 1979. [29] Grill HJ, Norgren R. The taste reactivity test. I. Mimetic responses to gustatory stimuli in neurologically normal rats. Brain research. 1978;143:263-79. [30] Grill HJ, Norgren R. The taste reactivity test. II. Mimetic responses to gustatory stimuli in chronic thalamic and chronic decerebrate rats. Brain research. 1978;143:281-97. [31] Nagy B, Takacs G, Szabo I, Lenard L, Karadi Z. Taste reactivity alterations after streptozotocin microinjection into the mediodorsal prefrontal cortex. Behavioural brain research. 2012;234:228-32. [32] Takacs G, Lukats B, Papp S, Szalay C, Karadi Z. Taste reactivity alterations after IL-1beta microinjection into the ventromedial hypothalamic nucleus of the rat. Neurosci Res. 2008;62:118-22. [33] Moskowitz HR, Kumraiah V, Sharma KN, Jacobs HL, Sharma SD. Effects of hunger, satiety and glucose load upon taste intensity and taste hedonics. Physiology & behavior. 1976;16:471-5. [34] Yamaguchi S. Basic properties of umami and its effects on food flavor. Food Reviews International. 1998;14:139-76. [35] Rose JE, Woolsey CN. The orbitofrontal cortex and its connections with the mediodorsal nucleus in rabbit, sheep and cat. Res Publ Assoc Res Nerv Ment Dis. 1948;27 (1 vol.):210-32. [36] Baldwin AE, Sadeghian K, Kelley AE. Appetitive instrumental learning requires coincident activation of NMDA and dopamine D1 receptors within the medial prefrontal cortex. J Neurosci. 2002;22:1063-71. [37] Cardinal RN, Parkinson JA, Hall J, Everitt BJ. Emotion and motivation: the role of the amygdala, ventral striatum, and prefrontal cortex. Neurosci Biobehav Rev. 2002;26:321-52. [38] Heidbreder CA, Groenewegen HJ. The medial prefrontal cortex in the rat: evidence for a dorsoventral distinction based upon functional and anatomical characteristics. Neurosci Biobehav Rev. 2003;27:555-79. [39] Kolb B. Animal models for human PFC-related disorders. Prog Brain Res. 1990;85:501-19. [40] Morgane PJ, Galler JR, Mokler DJ. A review of systems and networks of the limbic forebrain/limbic midbrain. Prog Neurobiol. 2005;75:143-60. [41] Oomura Y. Input-output organisation in the hypothalamus relating to food intake behaviour. In: Morgane PJ, Panksepp J, editors. Handbook of the Hypothalamus II, New York: Marcel Dekker Inc.; 1980. p. 557-620. [42] Nakano Y, Oomura Y, Lenard L, Nishino H, Aou S, Yamamoto T, et al. Feeding-related activity of glucose- and morphine-sensitive neurons in the monkey amygdala. Brain research. 1986;399:167-72. [43] Adachi A, Shimizu N, Oomura Y, Kobashi M. Convergence of hepatoportal glucose-sensitive afferent signals to glucose-sensitive units within the nucleus of the solitary tract. Neuroscience letters. 1984;46:215-8. [44] Mizuno Y, Oomura Y. Glucose responding neurons in the nucleus tractus solitarius of the rat: in vitro study. Brain research. 1984;307:109-16. [45] Mogensen J, Divac I. Behavioural changes after ablation of subdivisions of the rat prefrontal cortex. Acta Neurobiol Exp (Wars). 1993;53:439-49. [46] Goeders NE, Dworkin SI, Smith JE. Neuropharmacological assessment of cocaine selfadministration into the medial prefrontal cortex. Pharmacol Biochem Behav. 1986;24:1429-40. [47] Granon S, Passetti F, Thomas KL, Dalley JW, Everitt BJ, Robbins TW. Enhanced and impaired attentional performance after infusion of D1 dopaminergic receptor agents into rat prefrontal cortex. J Neurosci. 2000;20:1208-15. 21
[48] Hedou G, Feldon J, Heidbreder CA. Effects of cocaine on dopamine in subregions of the rat prefrontal cortex and their efferents to subterritories of the nucleus accumbens. Eur J Pharmacol. 1999;372:143-55. [49] Ikemoto S. Brain reward circuitry beyond the mesolimbic dopamine system: a neurobiological theory. Neurosci Biobehav Rev. 2010;35:129-50. [50] Richardson NR, Gratton A. Changes in medial prefrontal cortical dopamine levels associated with response-contingent food reward: an electrochemical study in rat. J Neurosci. 1998;18:9130-8. [51] Tzschentke TM. Pharmacology and behavioral pharmacology of the mesocortical dopamine system. Prog Neurobiol. 2001;63:241-320. [52] Gambarana C, Masi F, Leggio B, Grappi S, Nanni G, Scheggi S, et al. Acquisition of a palatablefood-sustained appetitive behavior in satiated rats is dependent on the dopaminergic response to this food in limbic areas. Neuroscience. 2003;121:179-87. [53] Hernadi I, Karadi Z, Vigh J, Petyko Z, Egyed R, Berta B, et al. Alterations of conditioned taste aversion after microiontophoretically applied neurotoxins in the medial prefrontal cortex of the rat. Brain Res Bull. 2000;53:751-8. [54] Touzani K, Bodnar RJ, Sclafani A. Acquisition of glucose-conditioned flavor preference requires the activation of dopamine D1-like receptors within the medial prefrontal cortex in rats. Neurobiol Learn Mem. 2010;94:214-9. [55] Bassareo V, Di Chiara G. Differential influence of associative and nonassociative learning mechanisms on the responsiveness of prefrontal and accumbal dopamine transmission to food stimuli in rats fed ad libitum. J Neurosci. 1997;17:851-61. [56] Hernandez L, Hoebel BG. Feeding can enhance dopamine turnover in the prefrontal cortex. Brain Res Bull. 1990;25:975-9. [57] Vigneswaran G, Kraskov A, Lemon RN. Large identified pyramidal cells in macaque motor and premotor cortex exhibit "thin spikes": implications for cell type classification. J Neurosci. 2011;31:14235-42. [58] Bartho P, Hirase H, Monconduit L, Zugaro M, Harris KD, Buzsaki G. Characterization of neocortical principal cells and interneurons by network interactions and extracellular features. J Neurophysiol. 2004;92:600-8. [59] Contreras D. Electrophysiological classes of neocortical neurons. Neural Netw. 2004;17:633-46. [60] Li Y, Wu XY, Zhu JX, Owyang C. Intestinal serotonin acts as paracrine substance to mediate pancreatic secretion stimulated by luminal factors. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2001;281:G916-23. [61] Jang HJ, Kokrashvili Z, Theodorakis MJ, Carlson OD, Kim BJ, Zhou J, et al. Gut-expressed gustducin and taste receptors regulate secretion of glucagon-like peptide-1. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2007;104:15069-74. [62] Niijima A. Reflex effects of oral, gastrointestinal and hepatoportal glutamate sensors on vagal nerve activity. J Nutr. 2000;130:971S-3S. [63] Sclafani A. Sweet taste signaling in the gut. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2007;104:14887-8. [64] Wu SV, Rozengurt N, Yang M, Young SH, Sinnett-Smith J, Rozengurt E. Expression of bitter taste receptors of the T2R family in the gastrointestinal tract and enteroendocrine STC-1 cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2002;99:2392-7. [65] Bezencon C, le Coutre J, Damak S. Taste-signaling proteins are coexpressed in solitary intestinal epithelial cells. Chem Senses. 2007;32:41-9. [66] Kondoh T, Tsurugizawa T, Torii K. Brain functional changes in rats administered with monosodium L-glutamate in the stomach. Annals of the New York Academy of Sciences. 2009;1170:77-81. [67] Kesner RP, Berman RF, Tardif R. Place and taste aversion learning: role of basal forebrain, parietal cortex, and amygdala. Brain Res Bull. 1992;29:345-53.
22
[68] Kiefer SW, Orr MR. Taste avoidance, but not aversion, learning in rats lacking gustatory cortex. Behav Neurosci. 1992;106:140-6. [69] Levin BE. Metabolic sensing neurons and the control of energy homeostasis. Physiology & behavior. 2006;89:486-9. [70] Rocca AS, Brubaker PL. Role of the vagus nerve in mediating proximal nutrient-induced glucagon-like peptide-1 secretion. Endocrinology. 1999;140:1687-94. [71] Pannacciulli N, Le DS, Salbe AD, Chen K, Reiman EM, Tataranni PA, et al. Postprandial glucagonlike peptide-1 (GLP-1) response is positively associated with changes in neuronal activity of brain areas implicated in satiety and food intake regulation in humans. Neuroimage. 2007;35:511-7. [72] Lyoo IK, Yoon S, Jacobson AM, Hwang J, Musen G, Kim JE, et al. Prefrontal Cortical Deficits in Type 1 Diabetes Mellitus: Brain Correlates of Comorbid Depression. Arch Gen Psychiatry.1-10.
23
Publications
I. Papers A. Publications related to the thesis Nagy B., Szabó I., Papp Sz., Takács G., Szalay Cs., Karádi Z.: Glucose-monitoring neurons in the mediodorsal prefrontal cortex Brain Research 1444:38-44. 2012. IF: 2.728 Nagy B., Takács G., Szabó I., Lénárd L., Karádi Z.: Taste reactivity alterations after streptozotocin microinjection into the mediodorsal prefrontal cortex Behavioural Brain Research 234: 228-232. 2012. IF: 3.417
B. Other publications Takács G., Papp Sz., Lukáts B., Szalay Cs., Nagy B, Fotakos D., Karádi Z.: Homeostatic alterations after IL-1β microinjection into the nucleus accumbens of the rat Appetite 54: 354-362. 2010. IF: 2.433 Takács G., Szalay Cs., Nagy B., Szabó I., Simon D., Berki T., Karádi Z.: Insulin and leptin plasma levels after the microinjection of interleukin-1β into the nucleus accumbens of the rat Acta Physiologica Hungarica 99 (4), 472-478. 2012. IF: 0.821
II. Abstracts A. Abstracts published in international journals Karádi Z., Takács G., Szalay Cs., Nagy B., Papp Sz., Lukáts B., Lénárd L.: Complex homeostatic attributes of the forebrain glucose-monitoring neurons Appetite, 51:(2) 376- p., 2008. Takács G., Lukáts B., Papp Sz., Szalay Cs., Nagy B., Fotakos D., Hanna S. and Karádi Z.: Interleukin-1b mechanizmusok patkány nucleus accumbensben a homeosztázis szabályozásában Acta Physiologica Hungarica 96:138, 2009. 24
Nagy B., Papp Sz., Takács G., Szalay Cs., Lukáts B., Rábai M., Dimitrios F., Keresztes D., Németh L., Karadi Z.: A mediodorsalis prefrontalis kéreg idegsejtjeinek neurokémiai sajátosságai Acta Physiologica Hungarica 96:108, 2009. Szalay Cs., Aradi M., Schwarcz A., Orsi G., Nagy B, Takács G., Lénárd L., Karádi Z.: Brain activation changes following repeated intravenous glucose loads: a primate fMRI study Diabetes 58 (S1): A398, 2009. Nagy B., Papp Sz., Takács G., Szalay Cs., Keresztes D., Hideg B., Faragó B., Németh L., Csulak T., Hanna S., Karádi Z.: Complex Chemosensitivity of neurons in the mediodorsal prefrontal cortex Obesitologia Hungarica 10, (S1), p.:42, 2009. Cs. Szalay, M. Aradi, A. Schwarcz, G. Orsi, B. Nagy, G. Takács, L. Lénárd, Z. Karádi: Repeated intravenous glucose loads elicit brain activation changes in the rhesus monkey: an fMRI study Obesitologia Hungarica 10, Suppl. 1; p.:42, 2009. G. Takács, Cs. Szalay, B. Nagy, B. Hideg, T. Csulak, S. Hanna, D. Keresztes, B. Faragó, L. Németh, Z. Karádi: Pyrogenic but not anorexigenic and adipsogenic effects of interleukin-1 beta is mediated by cyclooxygenases in the nucleus accumbens of the rat Obesitologia Hungarica 10, Suppl. 1; p.:43, 2009. Nagy B., Papp Sz., Takács G., Szalay Cs., Keresztes D., Hideg B., Faragó B., Németh L., Csulak T., Hanna S. és Karádi Z.: Taste responsiveness of glucose-monitoring neurons in the mediodorsal prefrontal cortex Acta Physiologica Hungarica 97, p.: 125, 2010. Takács G., Szalay Cs., Nagy B., Hideg B., Csulak T., Hanna S., Keresztes D., Faragó B., Németh L. és Karádi Z.: Differential mechanisms of the interleukin-1 beta induced homeostatic process in the nucleus accumbens of the rat Acta Physiologica Hungarica 97, p.: 142, 2010. Karádi Z., Nagy B, Takács G, Szalay Cs, Papp Sz, Lukats B, Fotakos D, Keresztes D, Hideg B, Faragó B, Lénárd L: Előagyi glukóz-monitorozó idegsejtek a táplálkozás és az anyagcsere központi szabályozásában Obesitologia Hungarica 11, Suppl. 1; S19, 2010. Nagy B., Szabó I., Takács G., Szalay Cs., Faragó B., Keresztes D., Fotakos D., Karádi Z.: Intragastrikus és intraorális kémiai stimuláció hatása a mediodorsalis prefrontalis kéreg neuronjaira Acta Physiologica Hungarica 97, p.: 463. 2010. Takács G., Szalay Cs., Nagy B., Szabó I., Fotakos D., Csulak T., Németh L., Keresztes D., Hanna S., Hideg B., Faragó B., Csulak E., Karádi Z.: Íz-percepciós változások a limbikus előagyi interleukin-1 mediálta anorexia hátterében Acta Physiologica Hungarica 97, p.: 480. 2010. 25
Z. Karádi, B. Nagy, I. Szabó, D. Fotakos, D. Keresztes, B. Hideg, B. Faragó: Responsiveness of Forebrain Glucose-Monitoring Neurons to Intraorally and Intragastrically Delivered Monosodium Glutamate Chem.Senses 36: E10, 2011. Doi: 10.1093/chemse/bjq126 Nagy B., Szabó I., Papp Sz., Takács G., Szalay Cs., Keresztes D., Faragó B., Hideg B., Bajnok-Góré M., Karádi Z. Characteristic dopamine sensitivity pattern and chemical information processing of glucosemonitoring neurons in the mediodorsal prefrontal cortex Acta Physiologica Volume 202, Supplement 684, p.: 85. 2011. Karádi Z., Nagy B., Szabó I., Szalay Cs., Takács G., Keresztes D., Hideg B., Faragó B., Bajnok-Góré M., Lénárd L. Complex functional attributes of forebrain glucose-monitoring neurons in the maintanance of homeostasis Acta Physiologica Volume 202, Supplement 684, p.: 49. 2011. Szabó I., Nagy B., Takács G., Szalay Cs., Papp S., Hideg B., Faragó B., Bajnok-Góré M., Keresztes D., Karádi Z. Glucose-monitoring neurons: endogenous and exogenous chemical sensitivity in the nucleus accumbens Acta Physiologica Volume 202, Supplement 684, p.: 112. 2011. Nagy B, Szabó I, Keresztes D, Faragó B, Hideg B, Góré MB, Karádi Z: Electrophysiological characteristics of feeding associated mdPFC neurons Clinical neuroscience (Ideggyógyászati szemle) 65(S1): 47. 2012. Szabó I, Nagy B, Hideg B, Faragó B, Góré MB, Karádi Z: Endogenous and exogenous chemical responsiveness of umami sensitive neurons in the nucleus accumbens Clinical neuroscience (Ideggyógyászati szemle) 65(S1): 62. 2012.
26
B. Other presentations
G. Takács, B. Nagy, Cs. Szalay, D. Fotakosz, Sz. Hanna, M. Mizuno, K. Narikiyo and Z. Karádi: Taste perception deficit after interleukin-1β microinjection into the nucleus accumbens of the rat IBRO Workshop Debrecen, 2008. Takács G, Lukáts B, Papp Sz, Szalay Cs, Nagy B, Fotacos D, Hanna S and Karádi Z: Nucleus accumbens interleukin-1beta mechanisms in the control of homeostasis FENS Forum Genf, Abstract, Vol: 4, 094.13, p.: 280. 2008. Szalay, Cs., Aradi, M., Auer, T., Schwarcz, A., Kotek, Gy., Nagy, B., Takács, G., Lénárd, L. and Karádi, Z.: Intravenous glucose load elicited brain activation changes in the monkey: an fMRI study FENS Forum Genf, Abstract, Vol: 4, 130.17, p.: 376. 2008. Szalay Cs., Aradi M., Auer T., Schwarcz A., Hanna S., Németh L., Nagy B., Takács G., Lénárd L. és Karádi Z.: A funkcionális MR alkalmazása táplálkozási és metabolikus betegségek központi szabályozási zavarainak megértésében: bevezető kísérletek A Magyar Neuroradiológus Társaság 17. Konferenciája Pécs, 2008. Takács G., Papp Sz., Szalay Cs., Nagy B., Hanna S., Dimitrios F., Németh L., Csulak T., Hideg B., Faragó B., Keresztes D. and Karádi Z.: Interleukin-1beta Mediated Homeostatic Processes in the Nucleus Accumbens of the Rat 12th Meeting of the Hungarian Neuroscience Society, Budapest, 2009. Nagy B., Papp Sz., Takács G., Szalay Cs., Keresztes D., Németh L., Hideg B., Faragó B., Csulak T., Rábai M. and Karádi Z.: Endogenous and Exogenous Chemosensitivity of Neurons in the Mediodorsal Prefrontal Cortex 12th Meeting of the Hungarian Neuroscience Society, Budapest, 2009. Szalay Cs., Aradi M., Auer T., Orsi G., Schwarcz A., Hanna S., Németh L., Nagy B., Takács G., Lénárd L. and Karádi Z.: Human and Monkey fMRI Pilot Experiments in the Understanding of Central Regulatory Disturbances of Feeding and Metabolism 12th Meeting of the Hungarian Neuroscience Society, Budapest, 2009. Keresztes D., Németh L., Hideg B., Faragó B., Csulak T., Hanna S., Fotakos D. and Nagy B.: Neurochemical attributes and taste responsiveness of neurons in the mediodorsal prefrontal cortex Young Scientists and Students Conference of ISMA, 2009. Nagy B., Takács G., Szalay Cs., Szabó I., Keresztes D., Hideg B., Fotakos D. és Karádi Z.: A mediodorzális prefrontalis kéreg idegsejtjeinek endogén és exogén kémiai érzékenysége Biológus doktoranduszok konferenciája Pécs, 2009.
27
Szalay Cs., Aradi M., Schwarcz A., Hanna S., Németh L., Nagy B., Takács G., Lénárd L., Karádi Z.: Funkcionális MR alkalmazása táplálkozási és anyagcsere betegségek központi szabályozási zavarainak megértésében Biológus doktoranduszok konferenciája Pécs, 2009. Takács G., Szalay Cs., Nagy B., Fotakos D., Keresztes D., Németh L., Hanna S., Hideg B., Csulak T., Faragó B., Karádi Z.: A nucleusnaccumbensbe adott interleukin-1 beta szerepe a homeosztázis központi szabályozásában Biológus doktoranduszok konferenciája Pécs, 2009. Nagy B., Szabó I., Takács G., Szalay Cs., Keresztes D., Hideg B., Fotakos D., Faragó B., Karádi Z.: Neurochemical attributes and taste responsiveness of neurons in the mediodorsal prefrontal cortex IBRO International Workshop Pécs, 2010. Fotakos D., Hideg B., Szabó I., Takács G., Szalay Cs., Nagy B., Karádi Z.: The effect of intraoral and intragastric administrations of chemicals on glucose monitoring neurons in the cingulate cortex of the rat IBRO International Workshop Pécs, 2010. Takács G., Szalay Cs., Nagy B., Fotakos D., Szabó I., Keresztes D., Németh L., Hanna S., Csulak T., Hideg B., Faragó B., Karádi Z.: Feeding and taste perception alterations after IL-1 beta microinjection into the nucleus accumbens IBRO International Workshop Pécs, 2010. Nagy, B., Szabó, I., Takács, G., Szalay, Cs., Keresztes, D., Hideg, B., Fotakos, D., Faragó, B. And Karádi, Z.: Mediodorsal prefrontal cortex glucose-monitoring neurons change in activity in response to intraorally and intragastrically delivered chemical stimuli 7th FENS Forum of European Neuroscience. Abstract, 144.5, p.: 195. Amsterdam, 2010. Fotakos D, Hideg B, Szabo I, Szalay C, Takacs G, Nagy B, Karadi Z: The effect of gustatory and intragastric chemical stimulation on glucose-monitoring neurons in the cingulate cortex of the rat 7th FENS Forum of European Neuroscience. Abstract, 144.2, p.: 195. Amsterdam, 2010. Takacs G, Szalay C, Nagy B, Fotakos D, Szabó I, Keresztes D, Németh L, Hanna S, Csulak T, Hideg B, Faragó B, Karádi Z Involvement of interleukin-1beta in the control of feeding and taste perception in the nucleus accumbens 7th FENS Forum of European Neuroscience. Abstract, 175.5, p.: 217. Amsterdam, 2010. Karádi Z, Nagy B, Szabó I, Fotakos D, Keresztes D, Hideg B, Faragó B Resposiveness of forebrain glucose-monitoring neurons to intraorally and intragastrically delivered monosodium glutamate 7th FENS Forum of European Neuroscience. Amsterdam, 2010. Szabó I, Nagy B, Takács G, Szalay C, Papp S, Hideg B, Faragó B, Bajnok Góré M, Keresztes D, Karádi Z: Endogenous and exogenous chemical sensitivity of glucose monitoring neurons in the nucleus accumbens 13th Conference of Hungarian Neuroscience Society. Budapest, 2011. 28
Nagy B, Szabó I, Papp S, Takács G, Szalay C, Keresztes D, Faragó B, Hideg B, Bajnok Góré M, Karádi Z: Glucose-monitoring neurons in the mediodorsa prefrontal cortex: responsiveness to dopamine and exogenous chemical stimuli DA and exogenous chemical sensitivity of glucose monitoring neurons in the mdPFC 13th Conference of Hungarian Neuroscience Society. Budapest, 2011. Szabó I., Nagy B., Ábrahám I., Lénárd L., Karádi Z.: Ösztrogén hatása a nucleus basalis magnocellularis idegsejtjeinek neurokémiai excitabilitására egérben in vivo A Magyar Élettani Társaság, a Magyar Anatómusok Társasága, a Magyar Biofizikai Társaság és a Magyar Mikrocirkulációs és Vaszkuláris Biológiai Társaság Kongresszusa, Debrecen, 2012. Csetényi B., Hormay E., Szabó I., Nagy B., Hideg B., Faragó B., Bajnok Góré M., Karádi Z.: Endogén és exogén kémiai ingerek hatása az umami-érzékeny idegsejtekre patkány cinguláris kérgében A Magyar Élettani Társaság, a Magyar Anatómusok Társasága, a Magyar Biofizikai Társaság és a Magyar Mikrocirkulációs és Vaszkuláris Biológiai Társaság Kongresszusa, Debrecen, 2012. Hormay E., Csetényi B., Szabó I., Nagy B., Faragó B., Hideg B., Bajnok Góré M., Karádi Z.: Patkány cinguláris kéreg glukóz-monitorozó idegsejtjeinek exogén és endogén kémiai érzékenysége A Magyar Élettani Társaság, a Magyar Anatómusok Társasága, a Magyar Biofizikai Társaság és a Magyar Mikrocirkulációs és Vaszkuláris Biológiai Társaság Kongresszusa, Debrecen, 2012. Nagy B., Szabó I., Takács G., Faragó B., Hideg B., Bajnok Góré M., Karádi Z.: A prefrontális kéreg glukóz-monitorozó idegsejtjeinek szerepe az íz-reaktivitási mintázatok kialakulásában A Magyar Élettani Társaság, a Magyar Anatómusok Társasága, a Magyar Biofizikai Társaság és a Magyar Mikrocirkulációs és Vaszkuláris Biológiai Társaság Kongresszusa, Debrecen, 2012. Nagy B., Takács G., Szabó I., Szalay C., Keresztes D., Faragó B., Hideg B., Bajnok Góré M., Karádi Z.: Taste reactivity deficit after streptozotocin microinjection into the mediodorsal prefrontal cortex 8th FENS Forum of Neuroscience. Barcelona, 2012. Szabó I., Nagy B., Takács G., Papp S., Hideg B., Faragó B., Bajnok Góré M., Karádi Z. Endogenous and exogenous chemical sensitivity of glucose-monitoring and glutamate sensitive neurons in the nucleus accumbens 8th FENS Forum of Neuroscience. Barcelona, 2012. Csetényi B., Hormay E., Nagy B., Szabó I., Bajnok Góré M., Hideg B., Karádi Z.: Homeostatic alterations after IL-1β microinjection into the cingulate cortex of the rat XIVth Conference of the Hungarian Neuroscience Society. Budapest, 2013.
29
Hormay E., Csetényi B., Szabó I., Nagy B., Hideg B., Bajnok Góré M., Karádi Z.: Catecholamine responsiveness of glucose-monitoring neurons in the cingulate cortex of the rat XIVth Conference of the Hungarian Neuroscience Society. Budapest, 2013. Szabó I., Nagy B., Csetényi B., Hormay E., Bajnok Góré M., Karádi Z.: Endogenous and exogenous chemical responsiveness in the medial orbitofrontal cortex XIVth Conference of the Hungarian Neuroscience Society. Budapest, 2013.
30
