Highly impulsive individuals have diminished regulatory control of dopamine release.

1. Spontaneous fluctuations of membrane potential, patterns of spontaneous firing, dendritic branching patterns, and intracortical and striatal axonal arborizations were compared for two types of corticostriatal neurons in the medial agranular cortex of urethan-anesthetized rats: 1) pyramidal tract (PT) cells identified by antidromic activation from the medullary pyramid and 2) crossed corticostriatal (CST) neurons identified by antidromic activation from the contralateral neostriatum. The ipsilateral corticostriatal projections of intracellularly stained PT neurons as well as contralateral corticostriatal neurons were confirmed after labeling by intracellular injection of biocytin. 2. All well-stained PT neurons had intracortical and intrastriatal collaterals. The more common type (6 of 8) was a large, deep layer V neuron that had an extensive intracortical axon arborization but a limited axon arborization in the neostriatum. The less common type of PT neuron (2 of 8) was a medium-sized, superficial layer V neuron that had a limited intracortical axon arborization but a larger and more dense intrastriatal axonal arborization. Both subclasses of PT neurons had anatomic and physiological properties associated with slow PT cells in cats and monkeys and conduction velocities < 10 m/s. All of the PT cells but one were regular spiking cells. The exception cell fired intrinsic bursts. 3. Intracellularly stained CST neurons were located in the superficial half of layer V and the deep part of layer III. Their layer I apical dendrites were few and sparsely branched. Their axons gave rise to an extensive arbor of local axon collaterals that distributed in the region of the parent neuron, frequently extending throughout the more superficial layers, including layer I. Axon collaterals were also traced to the corpus callosum, as expected from their contralateral projections, and they contributed axon collaterals to the ipsilateral neostriatum. In the neostriatum, these axons formed extended arborizations sparsely occupying a large volume of striatal tissue. All CST neurons were regular spiking cells. 4. Both types of cells displayed spontaneous membrane fluctuations consisting of a polarized state (-60 to -90 mV) that was interrupted by 0.1- to 3.0-s periods of depolarization (-55 to -45 mV) accompanied by action potentials. The membrane potential was relatively constant in each state, and transitions between the depolarized and hyperpolarized states were sometimes periodic with a frequency of 0.3–1.5 Hz. A much faster (30-45 Hz) subthreshold oscillation of the membrane potential was observed only in the depolarized state and triggered action potentials that locked to the depolarizing peaks of this rhythm.(ABSTRACT TRUNCATED AT 400 WORDS)

Psychopathy is a personality disorder that is strongly linked to criminal behavior. Using [(18)F]fallypride positron emission tomography and blood oxygen level-dependent functional magnetic resonance imaging, we found that impulsive-antisocial psychopathic traits selectively predicted nucleus accumbens dopamine release and reward anticipation-related neural activity in response to pharmacological and monetary reinforcers, respectively. These findings suggest that neurochemical and neurophysiological hyper-reactivity of the dopaminergic reward system may comprise a neural substrate for impulsive-antisocial behavior and substance abuse in psychopathy.

Preferences for different combinations of costs and benefits are a key source of variability in economic decision-making. However, the neurochemical basis of individual differences in these preferences is poorly understood. Studies in both animals and humans have demonstrated that direct manipulation of the neurotransmitter dopamine (DA) significantly impacts cost/benefit decision-making, but less is known about how naturally occurring variation in DA systems may relate to individual differences in economic behavior. In the present study, 25 healthy volunteers completed a dual-scan PET imaging protocol with [ 18 F]fallypride and d -amphetamine to measure DA responsivity and separately completed the effort expenditure for rewards task, a behavioral measure of cost/benefit decision-making in humans. We found that individual differences in DA function in the left striatum and ventromedial prefrontal cortex were correlated with a willingness to expend greater effort for larger rewards, particularly when probability of reward receipt was low. Additionally, variability in DA responses in the bilateral insula was negatively correlated with willingness to expend effort for rewards, consistent with evidence implicating this region in the processing of response costs. These findings highlight the role of DA signaling in striatal, prefrontal, and insular regions as key neurochemical mechanisms underlying individual differences in cost/benefit decision-making.

Abstract Theories of adult brain development, based on neuropsychological test results and structural neuroimaging, suggest differential rates of age-related change in function across cortical and subcortical sub-regions. However, it remains unclear if these trends also extend to the aging dopamine system. Here we examined cross-sectional adult age differences in estimates of D2-like receptor binding potential across several cortical and subcortical brain regions using PET imaging and the radiotracer [18F]fallypride in two samples of healthy human adults (combined N = 132). After accounting for regional differences in overall radioligand binding, estimated percent difference in receptor binding potential by decade (linear effects) were highest in most temporal and frontal cortical regions (∼6–16% per decade), moderate in parahippocampal gyrus, pregenual frontal cortex, fusiform gyrus, caudate, putamen, thalamus, and amygdala (∼3–5%), and weakest in subcallosal frontal cortex, ventral striatum, pallidum, and hippocampus (∼0–2%). Some regions showed linear effects of age while many showed curvilinear effects such that binding potential declined from young adulthood to middle age and then was relatively stable until old age. Overall, these data indicate that the rate and pattern of decline in D2 receptor availability is regionally heterogeneous. However, the differences across regions were challenging to organize within existing theories of brain development and did not show the same pattern of regional change that has been observed in gray matter volume, white matter integrity, or cognitive performance. This variation suggests that existing theories of adult brain development may need to be modified to better account for the spatial dynamics of dopaminergic system aging.

Abstract People regularly give in to daily temptations in spite of conflict with personal goals. To test hypotheses about neuropharmacological influences on self-control, we used positron emission tomography to measure dopamine D2-like receptors (D2R) and experience sampling surveys to naturalistically track daily desires outside the laboratory in everyday life in a sample of 103 adults. Higher D2R availability in the ventral striatum was associated with increased sensitivity to personal goal conflict but not desire strength in deciding whether to attempt to resist a desire. The influence of D2Rs on sensitivity to personal goal conflict depended on whether desires were experienced in a social context. D2R availability in the midbrain (but not the ventral striatum) influenced whether desires were enacted. These findings provide unique evidence that the dopamine system influences decision making and regulatory behavior and provides new insights into how these mechanisms interact with personal goals and social contexts.

The evidence that dopamine function mediates the association between aging and cognition is one of the most cited findings in the cognitive neuroscience of aging. However, few and relatively small studies have directly examined these associations. Here we examined correlations among adult age, dopamine D2-like receptor (D2R) availability, and cognition in two cross-sectional studies of healthy human adults. Participants completed a short cognitive test battery and, on a separate day, a PET scan with either the high-affinity D2R tracer [18F]Fallypride (Study 1) or [11C]FLB457 (Study 2). Digit span, a measure of short-term memory maintenance and working memory, was the only cognitive test for which dopamine D2R availability partially mediated the age effect on cognition. In Study 1, age was negatively correlated with digit span. Striatal D2R availability was positively correlated with digit span controlling for age. The age effect on digit span was smaller when controlling for striatal D2R availability. Although other cognitive measures used here have individually been associated with age and D2R availability in prior studies, we found no consistent evidence for significant associations between low D2R availability and low cognitive performance on these measures. These results at best only partially supported the correlative triad of age, dopamine D2R availability, and cognition. While a wealth of other research in human and non-human animals demonstrates that dopamine makes critical contributions to cognition, the present studies suggest caution in interpreting PET findings as evidence that dopamine D2R loss is a primary cause of broad age-related declines in fluid cognition.

Some people are more willing to make immediate, risky, or costly reward-focused choices than others, which has been hypothesized to be associated with individual differences in dopamine (DA) function. In two studies using PET imaging, one empirical (Study 1: N=144 males and females) and one meta-analytic (Study 2: N=307), we sought to characterize associations between individual differences in DA and time, probability, and physical effort discounting in human adults. Study 1 demonstrated that individual differences in DA D2-like receptors were not significantly associated with time, probability, or physical effort discounting of monetary rewards in healthy humans. Meta-analytic results for temporal discounting corroborated our empirical finding for minimal effect of DA measures on discounting in healthy individuals, but suggested that associations between individual differences in DA and reward discounting depend on clinical features. Addictions were characterized by negative correlations between DA and discounting but other clinical conditions like Parkinson's Disease, obesity, and ADHD were characterized by positive correlations between DA and discounting. Together the results suggest that trait differences in discounting in healthy adults do not appear to be strongly associated with individual differences in D2-like receptors. The difference in meta-analytic correlation effects between healthy controls and individuals with psychopathology suggests that individual difference findings related to DA and reward discounting in clinical samples may not be reliably generalized to healthy controls, and vice-versa.