Stress and decision-making: structure and molecular correlates

Tese de mestrado. Biologia (Biologia Humana e Ambiente). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2011A tomada de decisão é um processo com o qual os indivíduos se deparam diariamente e que envolve a selecção e execução de acções, tendo em conta a avaliação dos resultados que delas possam advir. A sua optimização, com base no contexto em que o indivíduo se encontra, confere uma importante vantagem para o mesmo, uma vez que lhe permite responder de forma eficiente à mudança de situação. Perturbações destes processos podem reduzir a capacidade de avaliação do meio, o que pode diminuir os benefícios que a tomada de decisão possa proporcionar. A tendência para determinado tipo de comportamento está intimamente ligada às características de cada indivíduo, o que justifica a existência de comportamentos tão díspares. Assim, é possível distinguir indivíduos com preferência por comportamentos arriscados, de outros com inclinação para opções que não envolvam risco. As recompensas podem ser definidas como objectos ou acções com capacidade de gerar um comportamento específico e a aprendizagem desse mesmo comportamento. Representam resultados positivos produzidos por determinada decisão e provocam emoções positivas e prazer. Deste modo, é activado um processo de aprendizagem que permite ao indivíduo gostar dessa recompensa, detectar indícios que lhe permitam calcular a sua disponibilidade e avaliar os meios de a obter, de modo que possa seleccionar a opção que mais se adequa às suas necessidades. A tomada de decisão é mediada por diversos neurotransmissores, nomeadamente catecolaminas – dopamina, norepinefrina e epinefrina – e serotonina (5‐HT), bem como pelos seus metabolitos – ácido 5‐hidroxi‐indolacético (5‐HIAA), ácido 3,4‐dihidroxifenilacético (DOPAC) e ácido homovanílico (HVA), em diferentes áreas cerebrais, como o núcleo accumbens (NAcc), o hipotálamo (Hipp), o estriado dorsal (DS) e os córtex pré‐frontal (PFC) e orbitofrontal (OFC). A exposição dos indivíduos ao stresse crónico afecta os seus comportamentos, podendo por em causa a capacidade de tomar de decisões. Assim, utilizou‐se o rato como modelo animal para estudar o efeito do stresse crónico na tomada de decisão. Para isso os animais foram submetidos a um protocolo de stresse crónico – Chronic Unpredictable Stress (CUS) – sendo depois avaliado o seu desempenho numa tarefa no qual o risco e o ganho podem ser manipulados de forma independentes, o Minho Gambling Task (MGT). Trata‐se de uma tarefa em que os animais podem optar entre escolhas seguras (que garantem sempre uma recompensa baixa) e escolhas de risco (em que os animais podem garantir recompensas elevadas ou não receber qualquer recompensa). Este teste é composto por três protocolos diferentes: neutro, seguro e risco. O MGT é realizado na 5‐Hole Box, que como o nome indica, é uma caixa que possui num dos lados 5 buracos aos quais estão associados luzes; na parede oposta encontra‐se um sexto buraco, o dispensador, por onde são entregues as recompensas, pellets de açúcar. Assim, no protocolo neutro é atribuído a um orifício sem iluminação uma resposta segura a que corresponde uma recompensa com 100% de probabilidade, e a quatro orifícios iluminados quatro respostas arriscadas a que correspondem quatro recompensas com 25% de probabilidade (4Risco:1Seguro). Nos protocolos de risco e seguro as probabilidades de receber recompensas são de 8Risco:1Seguro e de 4Risco:2Seguro, respectivamente. Numa primeira experiência, após indução de stresse crónico e da realização do MGT, procedeu‐se à análise estereológica das sub‐regiões do NAcc, core e shell, e verificou‐se que animais com maior volume do core escolhem preferencialmente opções seguras no protocolo neutro. Foi também observado que esta característica predominava em animais stressados, o que parece indicar que o stresse induz hipertrofia desta sub‐região afectando, deste modo, a tomada de decisão e direccionando o comportamento para opções com menor recompensa. Numa segunda experiência, os animais foram divididos em quatro grupos, dois dos quais foram utilizados como controlos (CRT), enquanto os outros foram submetidos a CUS. De seguida, foi avaliada a capacidade de tomada de decisão destes animais no MGT. Nesta fase da experiência um grupo CTR e um grupo CUS foram intraperitonealmente injectados com um agonista dos receptores D2/D3 da DA – CTR+Quin e CUS+Quin; enquanto os outros grupos foram injectados com solução salina – CTR+Vehic e CUS+Vehic. Para avaliar a avaliar o efeito dos níveis dos neurotransmissores e seus metabolitos na tomada de decisão decidimos quantificar estas moléculas em diferentes regiões – NAcc core e shell, Hipp, DS, PFC e OFC – utilizando a cromatografia líquida de alta resolução com detecção electroquímica (HPLC‐EC). Verificou‐se que a concentração de 5‐HT e 5‐HIAA do Hipp apresenta ema correlação significativa com a percentagem de respostas seguras dadas pelos animais no protocolo de risco. Assim, uma vez que esta região está envolvida na previsibilidade e na avaliação de recompensas futuras e que níveis elevados destes neurotransmissores foram já descritos como indutores de comportamento impulsivos, este resultados parecem demonstrar que um aumento destas moléculas torna os animais mais impacientes, impedindoos de esperar por opções mais rentáveis. Foi também possível observar que animais com preferência por comportamentos seguros possuem maior turnover da 5‐HT no PFC, o que significa que nesta região maior concentração deste neurotransmissor é metabolizada. Estando esta estrutura cerebral envolvida na associação de estímulos a recompensas, estes resultados parecem indicar que o aumento da degradação da 5‐HT, diminui a capacidade dos animais detectarem alterações no valor das recompensas. O DS desempenha um papel importante na motivação e na avaliação da probabilidade de receber recompensas, como tal, a diminuição da degradação da DA nesta região associada ao aumento de selecção de opções seguras, parece indicar que maiores concentrações deste neurotransmissor direccionam o comportamento para opções com maiores ganhos, que no protocolo de risco implica a escolha de opções arriscadas. Ao nível molecular, avaliámos a expressão de alguns genes envolvidos na tomada de decisão, nomeadamente diferentes receptores da DA D1 (Drd1a), D2 (Drd2) e D3 (Drd3), o receptor canabinóide do tipo 1 (Cnr1), o factor neurotrófico derivado do cérebro (Bdnf) e o seu receptor do tipo tirosina cinase B (NtrK2), em regiões do cérebro envolvidas na tomada de decisão, procurando correlações com o desempenho de modelos animais no MGT, e avaliando o efeito do stresse. Para isso recorreu‐se ao quantitative real time polymerase chain reaction (qRT‐PCR). Apenas se observou a existência de correlações no PFC no protocolo de risco. Verificou‐se que o aumento da expressão de Bdnf e NtrK2 estão relacionadas com o aumento de escolhas seguras. Estes genes foram já descritos como estando envolvidos no aumento dos níveis de 5‐ HT, induzindo comportamentos impulsivos. Assim, o aumento da sua expressão no PFC parece explicar a preferência por comportamentos seguros, apesar de menos vantajoso, no protocolo de risco. No que diz respeito ao gene Cnr1, verificou‐se que o aumento da sua expressão no PFC induz comportamentos impulsivos no protocolo de risco, ou seja a selecção de opções seguras. Neste trabalho foi possível verificar que apesar da concentração de alguns neurotransmissores e da expressão de alguns genes estar relacionada com comportamentos preferencialmente seguros, não se verificou a tendência de um grupo para um tipo específico de comportamento. Na realidade, verificou‐se que em cada grupo os animais apresentaram comportamento muito variados, o que parece indicar que apesar do tratamento ao qual foram submetidos, cada indivíduo tem uma predisposição particular para seleccionar opções arriscadas. Este trabalho teve também como objectivo caracterizar as alterações no sistema dopaminérgico em diferentes regiões envolvidas na tomada de decisão provocadas pela exposição a stresse crónico. Para além disso, pretendeu‐se verificar se a administração de agonistas da dopamina, o Quinpirole, reverte as alterações induzidas pelo stresse crónico na tomada de decisão. No entanto, os nossos resultados não nos permitiram verificar a reversão do efeito do stresse na tomada de decisão.Decision‐making refers to the process of forming preferences, selecting and executing actions, and evaluating outcomes. The optimization of this process, based on the environment that surrounds the subject, is important for the subject himself. Decision‐making is mediated by neurotransmitters, such as catecholamines – dopamine (DA), norepinephrine (NE) and epinephrine (Epi) – and serotonin (5‐HT), as well as by their metabolites – 3,4‐ dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC), homovanillic acid (HVA), 5‐hydroxyindoleacetic acid (5‐ HIAA), in specific brain areas, such as both core and shell subregions of the nucleus accumbens (NAcc), the hippocampus (Hipp), the dorsal striatum (DS), the prefrontal cortex (PFC)and the orbitofrontal cortex (OFC). Stress exposure impairs behavior and can influence the decision‐making process. Using a decision‐making test, Minho Gambling Task (MGT), it was observed that an increase in safe responses is associated with an increase in NAcc core, but not in the shell, in a neutral protocol of this task. The increase in this structure volume was mainly found in stresses animals. Several correlations were observed in the risk variant of MGT. It was also observed that the concentration of 5‐HT and 5‐HIAA, in the Hipp, presented a correlation with the risk‐aversive behaviors. On the other hand, DA turnover, in the DS, had an inverse association with sort of behavior. Regarding the PFC, we verify that an increase in 5‐HT turnover and enhance in the expression of the genes: brain‐derived neurotrophic factor (Bdnf) and neurotrophic tyrosine kinase, receptor, type 2 (NtrK2) and cannabinoid receptor 1 (Cnr1) with the increase of safe behaviors. The present study pretended to characterize changes in the dopaminergic system in different brain regions after chronic stress exposure and verify if dopamine agonists, e.g. Quinpirole, revert the changes in decision‐making. However, regarding this topic, our results did not allow any conclusion