Operant Sensation Seeking in musen

Summary

I detta protokoll beskriver vi en metod för operant inlärning med hjälp av sensoriska stimuli som en förstärkning i musen. Den kräver ingen tidigare utbildning eller mat begränsning, och det gör att studera motiverade beteende utan att använda en farmakologisk eller fysisk förstärkare såsom mat.

Abstract

Operant metoder är kraftfulla beteendemässiga verktyg för att studera motiverade beteende. Dessa "självstyre" metoder har använts i stor utsträckning i drogberoende forskning på grund av deras höga konstruera giltighet. Operant studier ger forskarna ett verktyg för preklinisk utredning av olika aspekter av missbruk processen. Till exempel kan mekanismer för akut förstärkning (både läkemedel och icke-medicinska) testas med hjälp av farmakologiska eller genetiska verktyg för att bestämma förmågan hos en molekylära målet att påverka egen administration beteende ^1-6. Dessutom kan läkemedel eller mat som söker beteenden studeras i avsaknad av den primära förstärkare och förmågan av farmakologiska föreningar att störa denna process är en preklinisk modell för upptäckt av molekylära mål och föreningar som kan vara användbar för behandling av missbruk ^{3, 7-9.} Ett problem med att utföra injektionsmissbruk självstyre studier på mus är den tekniska svårigheten att upprätthålla kateter patency. Slitage priser på dessa experiment är höga och kan nå 40% eller högre ^10-15. Ett annat generellt problem med narkotikamissbruk självstyre är kräsna som farmakologiskt-inducerade effekterna av förstärkare producera specifika beteenden. Till exempel kan mätning av att stärka och neurologiska effekterna av psykostimulantia förväxlas med sin psykomotoriska effekter. Operant metoder med mat förstärkning kan undvika dessa fallgropar, men deras nytta av att studera narkotikamissbruk begränsas av det faktum att vissa manipulationer som förändrar läkemedlet självstyre ha minimal inverkan på livsmedel självförvaltning. Till exempel mesolimbiska dopamin lesion eller knockout av D1 dopamin-receptorn minskar kokain självstyre utan att ha en betydande inverkan på livsmedels egen administration ^12,16.

Sensoriska stimuli har beskrivits för deras förmåga att stödja operant svarar som primär förstärkare (dvs. inte betingad förstärkare) ^17-22. Auditiva och visuella stimuli är egen administreras av flera arter ^18,21,23, men förvånansvärt lite är känt om de neurala mekanismerna bakom denna skärpning. Den operant sensation söker (OSS) modellen är en robust modell för att få sensorisk självadministrering i musen, vilket gör att studier av neurala mekanismer viktiga i sensoriska förstärkning ^24. En ytterligare fördel med öppen källkod är förmågan att skärmen muterade möss för skillnader i operant beteende som kan vara relevanta för beroende. Vi har rapporterat att dopamin D1 receptorn knockoutmöss, som tidigare visat sig vara bristfällig i psykostimulantia egen administration, också misslyckas med att skaffa OSS ^24. Detta är ett unikt fynd i att dessa möss kan lära sig ett operant uppgift när mat används som en förstärkare. Medan operant studier med mat förstärkning kan vara användbara vid studiet av allmänna motiverade beteenden och mekanismerna bakom maten förstärkning, som nämnts ovan, är dessa studier begränsade i sin ansökan till att studera molekylära mekanismer för drogberoende. Således kan det vara liknande neurala substrat förmedla sensorisk och psykostimulantia förstärkning som skiljer sig från mat förstärkning, vilket skulle göra OSS en särskilt attraktiv modell för att studera processer narkotikamissbruk. Graden av överlappning mellan andra molekylära mål av OSS och drog förstärkare är oklart, men är ett ämne som vi för närvarande bedriver. Medan vissa aspekter av missbruk, såsom motstånd mot utrotning kan ses med OSS, har vi funnit att eskalering ²⁵ inte observerats i denna modell ^24. Intressant är upptrappning av intag och vissa andra aspekter av missbruk observerats med egen administration av sackaros ^26. Så när icke-medicinska operant förfaranden för undersökning missbruksrelaterade processer kan mat eller sensorisk förstärkare väljas för att bäst passa den specifika fråga som ställs.

Sammanfattningsvis både mat själv administration och OSS i musen har den fördelen att inte kräva en intravenös kateter som tillåter en högre genomströmning sätt att studera effekterna av farmakologisk eller genetisk manipulering av neurala mål involverade i motivation. Medan operant tester med mat som en förstärkare är särskilt användbart i studiet av regleringen av födointag, är OSS särskilt villiga att studera förstärkning mekanismer av sensoriska stimuli och kan få bred tillämpning på nyhet söka och missbruk.

Protocol

1. Skriv program för att köra operant testa sessioner med hjälp av olika visuella och auditiva stimuli som en förstärkning

1. För fasta förhållande (FR) sessioner: gör sessioner en timme i längd med huset ljus och kopplas på under sessionen. För progressiv kvot sessioner, göra sessioner två timmar i längd. Har båda spakarna förlängs under hela sessionen och motvikt som hävstång betecknas "aktiv" kontra "inaktiv" över djur (spaken uppgift för varje djur som aldrig förändras).
2. Koda programmet på ett sådant sätt att varje förstärkare varieras enligt följande parametrar:
   • varje förstärkare har en av följande löptider väljs slumpmässigt: 2, 4, 6 eller 8 sek.
   • varje förstärkare har en av följande flash stimulans lampa priser väljs slumpmässigt: 0,625, 1,25, 2,5 eller 5 Hz, vardera med en 50% duty cycle.
   • varje stimulus lampa blinkar är slumpmässigt på antingen vänster eller höger sida av kammaren.
   • ge en auditiv stimulans för den tid de förstärkare, i vårt laboratorium, vi utlösa en infusionspump som ger ljud cirka 3 dB över bakgrundsljudet i kammaren.
3. Kod programmet för att visa följande värden i realtid: 1. Antal aktiva spaken pressar, 2. Antal inaktiva spaken pressar, 3. Antal förstärkare, 4. Tid (i 0,1 sekund steg).

2. Handtag djur (3 dag förfarande)

1. Efter acklimatisering till djuret anläggningen börjar hantering av djuren. Detta kommer att vänja djuren för att plockas upp och transporteras.
2. Börja med att placera handskar på händerna in i buren och låta dem sitta i 90 sek. Om varje musen inte har undersökt dina händer under den tiden, rör försiktigt händerna mot möss och vänta på att var och en att sniffa och / eller kontakta dina händer innan du fortsätter.
3. Försiktigt plocka upp varje mus en efter en av svansroten och placera den på din hand, snabbt lyfta upp den och föra den tillbaka ner för att musen för att gå bort av handen tillbaka in i buren.
4. Upprepa för varje mus 5-10 gånger, beroende på uppträdande av musen. Den sista gången detta görs, håll musen höga (med det stå på din hand) för en tid, beroende på dag. Dag 1: 5 sek, Dag 2: 10 sek, Dag 3: 15 sek. Se till att varje mus uppfyller detta kriterium för dagen. Dag 1, byt handskar mellan burar.
5. Början på dag 2, stroke djurets rygg när musen är på handen. Också på Dag 2, börja väga djuren dagligen. Markera varje djurets svans med en Sharpie att beteckna föremål nummer.
6. Om injektioner kommer att ges under försöket, börjar habituerade möss injektioner på dag 2. Detta bör göras efter att alla möss i buren har hanterats och mötte kriteriet för dagen.

3. Ren och testutrustning

1. Tvätta botten kastrull med hett vatten.
2. Rengör operant kammarens väggar och golv med 30% etanol.
3. Kör ett testprogram som vänder på huset ljus, fläkt och ljus stimulans, sträcker spakar, och register spak pressar.
4. Se till att alla lampor och fläktar fungerar på rätt sätt och testar programmet för att se till att alla spaken pressar registreras.
5. Rengör spakar med 30% etanol.

4. Utför operant session (session ska vara 5-6 dagar / vecka vid samma tid på dagen)

1. Väg varje mus.
2. Ladda programmet i varje kammare och kommentera experimentet på rätt sätt. Den aktiva spaken ska uppvägas mellan djur (dvs. den aktiva spaken för vänster spak för hälften av de möss, den högra spaken är aktiv under den andra halvan), men den aktiva spaken sidan aldrig ändras när musen en mus har tilldelats.
3. Transport varje mus till sin utsedda avdelningen, Stäng kammaren, och starta sessionen.
4. Efter sessionen avslutas, omedelbart ta bort musen och åter markera svansen.
5. Rengör kammare som beskrivs i avsnitt 3.
6. Analysera data för antal aktiva och inaktiva spaken pressar. Antal förstärkare och / eller spaken noggrannhet (% aktiv spak pressar) kan också rapporteras. Om möss ska testas för effekten av en behandling på OSS, se till att alla möss som ska testas har träffat förvärv kriterier (till exempel> 20 aktiva spaken pressar och> 65% aktiv pressar hävstång för tre sista FR-1-sessioner ) innan behandlingens början.
7. Efter förvärvet av FR-1 svarar, tidsplan för armeringen kan ändras (till exempel en högre fast förhållande, progressiv förhållande, slumpmässiga tal, etc.).

5. Representativa resultat

Ett exempel på OSS förvärv av manliga C57Bl/6J möss visas i figur 1 (reproduceras från ^23). Kontroll möss genomgick identiska förhållanden, förutom att spaken pressar på antingen spaken hade inga konsekvensersekvens. En annan kohort av möss visas i Figur 2. I detta experiment fick en grupp möss OSS förstärkning, medan en annan grupp fick mat förstärkning. Vi har funnit att under förhållanden med ad libitum tillgång till mat, både fasta och progressiva förhållandet att svara är likartade mellan OSS och svarar för 10% Se till (figur 2, A och B). Detta möjliggör effektiva jämförelser av en manipulation på två olika förstärkning typer (sensoriska och livsmedel) som undviker potentiella blandar ihop till följd av hunger stat eller skillnader i svarsfrekvens.

Figur 1:. Spak pressar med OSS-möss och kontroller OSS möss fick varierande visuella och auditiva stimuli efter varje aktiv spak tryck (FR-1 schema för förstärkning), medan inaktiva spaken pressar hade ingen konsekvens. Kontroll möss genomgick samma förhållanden men det fanns ingen konsekvens av att trycka antingen spaken (spakar betecknas 1 och 2 och balanseras över djuren på samma sätt som aktiva och inaktiva spakar uppvägs för OSS-möss). Aktiv spak trycka av OSS-möss har ökat i förhållande till inaktiva spaken trycka (* p <0,05, ** p <0,01) och icke-förstärkta spaken trycka med kontroller (n = 7 8, $ p <0,05, $ $ p <0,01 ). Figur reproduceras från ^23.

Figur 2:. Spak pressar med OSS-möss och möss som svarar för mat A.) Möss svarade på ett FR-1 schema för förstärkning för OSS stimuli eller mat förstärkare (10% Säkerställ). Alla möss hade tillgång annons libidum till mat under hela försöken. B.) Efter FR-1 sessioner, möss avancerade till en progressiv ratio (PR) Förfalloplan för förstärkning i fem dagar. Data representerar hjälp av värden från dag fyra och fem för varje djur. Det slutliga förhållandet avslutade redovisas på den högra Y-axeln och avser antalet svar krävs för att få motsvarande förstärkare (dvs. 30 svar krävs för att få den ^{10: e} förstärkare efter tidigare tjänade nio förstärkare).

Discussion

Operant känsla söker är ett användbart alternativ till injektionsmissbruk självstyre när musen är djuret val. Det faktum att varken operation eller kateter underhåll krävs är en fördel, eftersom dessa är betydande tekniska hinder i musen. OSS är också intressant eftersom det kan vara att mäta aspekter av förstärkning skiljer sig från andra naturliga förstärkare såsom mat.

Det är nyttigt att notera att beteendemässiga åtgärder i musen kan vara mycket varierande mellan olika miljöförhållanden ^24. Denna fråga har uppkommit i vårt eget laboratorium med OSS. När förfarandet första kännetecknades var djur som förvaras i en anläggning som hade hög trafik och ett stort antal personer som arbetar i det hela dagen. Under denna tid var möss inrymt på ett "normalt" ljus cykel (lampor på: 0600-1800 h, försök köra ~ 0800-1400). Efter att ha flyttat till ett särskilt boende anläggning inom Vanderbilt neurobeteende Laboratory, fann vi att progressiva förhållandet prestanda OSS var mycket lägre än vi tidigare konstaterats, svarar minskat under fem dagar istället för förblev stabilt. Denna anläggning har mycket mindre trafik och personal är utbildade för att arbeta tyst och vara medveten om den känsliga karaktären av experiment som utförs i anläggningen. Vi har sedan justerat möss att en lätt cykel som främjar vakenhet under tiden för experiment (lampor på: 1500-0300 h, försök köra ~ 0800-1400 h) och OSS-prestanda har återvänt till vad vi tidigare har noterat.

Nedan följer en beskrivning av våra standardvillkor för OSS-experiment. Man C57Bl/6J möss beställs vid 3 veckors ålder från Jackson Laboratories (Bar Harbor, ME) och inrymt i den modifierade ljus cykeln i minst en vecka före experiment. Djuren hålls i grupper om 2-5 i majs Cobb sängkläder kompletteras med en liten mängd cellulosa (Care Fresh). Experiment utförs 5-6 dagar per vecka och bur förändringar är enbart utföras före en dag utan experiment. Även om dessa är våra normala förhållanden, har vi funnit att kvinnor och äldre möss (upp till 20 veckor) är också i stånd att förvärva OSS. Vi undersöker för närvarande andra variabler som kan påverka OSS prestanda. Även om det är känt att statiska visuella stimuli kan fungera som förstärkare i möss ^17, är det okänt om det tillvägagångssätt att öka dynamiken i de stimuli som vi och andra har anställt ^20,22,23 leda till ökad förstärkning i de nuvarande villkoren . En annan variabel som kan påverka OSS är musstam. Sila skillnader har beskrivits hos möss för olika beteendemässiga och neurologiska åtgärder ^25-29, och differentierad prestanda på OSS och operant svarar för mat kan ge insikt i genetiska grunderna för detta beteende.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Drug self-administration test package for mouse: extra-wide chamber and retractable levers	Med Associates, Inc.	MED-307W-CT-D1	Levers are ultra-sensitive (require ~2 grams force) and are mounted 2.2 cm above the floor. Yellow stimulus lamps are mounted 2 cm above each lever.
Interface and software package	Med Associates, Inc.	MED-SYST-16	This is the package for up to 16 chambers.