Summary
В этом протоколе описывается метод оперантного обучения с использованием сенсорных стимулов в качестве подкрепления в мышь. Она не требует предварительного обучения или пищевых ограничений, и это позволяет изучению мотивированного поведения без использования фармакологических или физическое подкрепление таких как продукты питания.
Protocol
1. Написать программу для запуска оперантного сессий тестирования с использованием разнообразных визуальных и слуховых раздражителей в качестве подкрепления
- Для фиксированного соотношения (FR) сессий: сделайте сессий один час в длину при свете дом и вентилятор, во время сессии. Для прогрессивных сессий отношения, сделать сессий, за два часа в длину. У обоих рычагов продлен на продолжительность сессии и противовесов которые рычаг обозначен "активных" против "неактивных" через животных (рычаг назначения для каждого животного никогда не меняется).
- Кодекс программу таким образом, что каждый подкрепление изменяется в соответствии со следующими параметрами:
- каждого подкрепления имеет один из следующих длительности выбирается случайным образом: 2, 4, 6 или 8 сек.
- каждого подкрепления имеет один из следующих стимул лампы-вспышки ставки выбирается случайным образом: 0,625, 1,25, 2,5 или 5 Гц, каждый из которых 50% рабочего цикла.
- каждый стимул лампы-вспышки случайно на левой или правой стороны камеры.
- обеспечивают звуковой раздражитель в течение всего срока подкрепления; в нашей лаборатории, мы триггером инфузионный насос, который обеспечивает звук примерно на 3 дБ выше фонового шума в камере.
- Кодекс программа для отображения следующих значений в реальном времени: 1. Количество активных прессы рычаг, 2. Количество неактивного прессы рычаг, 3. Количество подкреплений, 4. Время (в 0,1 секунде).
2. Ручка животных (3 день процедура)
- После акклиматизации к животному объекта, начинают обработку животных. Это будет приучать животных к их подобрали и транспортировать.
- Начало, помещая руки в перчатках в клетку и позволяя им сидеть в течение 90 сек. Если бы каждая мышь не исследовали руки в то время, мягко двигаться руки к мышам и ждать каждый нюхать и / или свяжитесь с вашим руки перед началом работы.
- Тщательно подобрать каждой мыши по одному от основания хвоста и разместить его на руки, быстро подняв его вверх и вернуть его вниз, чтобы мыши уходят вашей руки обратно в клетку.
- Повторите эти действия для каждой мыши в 5-10 раз, в зависимости от манеры мыши. Последний раз это будет сделано, держать мышь высокой (с ним стоя на руки) за период времени, в зависимости от дня. День 1: 5 сек, 2-й день: 10 сек, день 3: 15 сек. Убедитесь, что каждый мыши отвечает этому критерию в течение дня. На День 1, меняйте перчатки между клетками.
- Начиная с 2-й день, инсульт спину животного в то время как мыши на вашей руке. Также на 2-й день, начинают взвешивание животных в день. Марк хвост каждого животного с Шарпи для обозначения субъекта номер.
- Если инъекции будут даны в ходе эксперимента, начинают приучая мышей инъекциями в День 2. Это должно быть сделано после всех мышей в клетки были обработаны и встретился критерием день.
3. Чистота и испытательное оборудование
- Вымойте нижнюю кастрюлю с горячей водой.
- Чистая оперантного стенки камеры и полы с 30% этанола.
- Выполните тестовую программу, которая включает доме свет, вентилятор, и стимулом фары, расширяет рычаги, и записи рычаг прессов.
- Убедитесь, что все огни и вентиляторы работают правильно и протестировать программу, чтобы все рычагом пресса записываются.
- Чистая рычагов с 30% этанола.
4. Выполните оперантного сессии (сессии должны быть 5-6 дня / неделю, в то же время дня)
- Взвешивание каждой мыши.
- Загрузите программу в каждой камере и аннотировать эксперимент соответствующим образом. Активный рычаг должен быть уравновешен между животными (например, активный рычаг назначен левый рычаг для половины мышей; правый рычаг будет активна в течение другой половины), но активной стороной рычага никогда не меняется один раз мышь мышь была назначены.
- Транспорт каждой мыши назначенного камеру, закройте камеру и начать сессию.
- После завершения сеанса, немедленно удалите мышь и перемаркировать хвост.
- Чистая камеры, как описано в разделе 3.
- Анализ данных по числу активных и неактивных прессы рычаг. Количество подкреплений и / или рычага точность (% активного прессы рычага) может быть также сообщается. Если мышей будут проверены на эффект лечения на OSS, убедитесь, что все мыши для тестирования встретились приобретение критериев (например,> 20 активных прессы рычаг и> 65% активного прессы рычаг последние три FR-1 сессий ) до начала лечения.
- После приобретения FR-1 отвечает, график подкрепление может быть изменен (например, более высокий фиксированный коэффициент, прогрессивные отношения, случайные отношения и т.д.).
5. Представитель Результаты
Например приобретения OSS от самцов мышей C57BL/6J показан на рисунке 1 (воспроизводится из 23). Контрольные мыши подверглись одинаковых условиях, кроме того, что рычаг нажимает на рычаг либо не имели следствиемпоследовательности. Другая когорта мышей показано на рисунке 2. В этом эксперименте одна группа мышей получили OSS подкрепление, в то время как другая группа получала пищевое подкрепление. Мы обнаружили, что в условиях вволю доступ к продовольствию, фиксированной и прогрессивное соотношение ответ похожи между OSS и реагировании на 10% обеспечить (рис. 2, А и В). Это дает возможность эффективно сравнения манипуляции на двух различных типов арматуры (сенсорные и питание), что позволяет избежать потенциальных смешивает в результате состояние голода или различия в реакции ставки.
Рисунок 1:. Рычаг прессы мышами OSS и управления OSS мыши получали разнообразные зрительные и слуховые раздражители после каждого активного нажмите рычаг (FR-1 график подкрепление), а неактивные прессы рычаг не имел последствий. Контрольные мыши подверглись же условиях, но не было следствием либо нажав рычаг (рычаги обозначены 1 и 2 и уравновешены между животными в том же порядке, что активные и неактивные рычаги уравновешены для мышей OSS). Активная рычаг нажать мышами OSS был увеличен по сравнению с неактивными рычаг нажать (* р <0,05, ** р <0,01) и неармированного рычаг нажать с помощью элементов управления (п = 7 8, $ р <0,05, $ $ р <0,01 ). Рис воспроизведен из 23.
Рисунок 2:. Рычаг прессы мышами OSS и мышей ответ на продовольствие А.) Мыши ответил на FR-1 график подкрепление стимулов OSS или пищевой подкрепления (10% Обеспечить). Все мыши имели объявление libidum доступ к пище в течение всего эксперимента. Б) После FR-1 сессий, мыши были выдвинуты на прогрессивные отношения (PR) график подкрепления в течение пяти дней. Данные представляют собой средство значения из четвертый и пятый день для каждого животного. Окончательное соотношение завершена сообщается на правой оси ординат, и ссылается на количество ответов, необходимых для получения соответствующего подкрепления (то есть 30 ответов, необходимых для получения 10-го подкрепление после ранее зарабатывать девять подкреплений).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Оперантное ощущение ищет является полезной альтернативой внутривенных наркотиков самоуправления, когда мышь животного выбора. Факт, что ни операции, ни катетер обслуживание не требуется выгодно, так как эти значительные технические трудности в мышь. OSS является также привлекательным, поскольку он может быть измерения аспекты укрепления отличие от других природных подкрепления таких как продукты питания.
Полезно отметить, что поведенческие меры мыши может быть сильно варьирует в различных условиях окружающей среды 24. Этот вопрос был поднят в нашей собственной лаборатории с OSS. Когда процедура была характерна, животные были размещены в установке, которая была высокой интенсивностью движения и большое количество людей, работающих в ней в течение дня. За это время, мыши были размещены на "нормальный" свет цикла (горят: 0600-1800 ч; эксперименты запустить ~ 0800-1400). После переезда в выделенный центр жилья в пределах Вандербильта нейробихевиоральная лаборатории, мы обнаружили, что прогрессивные соотношением ОСС была намного ниже, чем мы ранее наблюдали, ответ снизилась за пять дней, вместо того чтобы оставаться стабильными. Этот объект имеет гораздо меньше трафика и кадры готовят спокойно работать и быть в курсе деликатный характер экспериментов, выполненных на объекте. С тех пор мы скорректировали мышей свет цикла, что способствует бодрствования во время экспериментов (горят: 1500-0300 ч; эксперименты запустить ~ 0800-1400 ч) и OSS производительность вернулась к тому, что мы уже отметили.
Ниже приводится описание наших стандартных условий для проведения экспериментов OSS. Мужской мышей C57BL/6J упорядочены в 3-недельном возрасте от Джексона Laboratories (Bar Harbor, ME) и размещены в свете изменения цикла, по крайней мере за неделю до экспериментов. Животные размещаются в группах по 2-5 в кукурузном Кобб постельные принадлежности дополнить небольшое количество целлюлозы (Care Fresh). Эксперименты проводят 5-6 раза в неделю и клетка изменения выполняются только до дня без экспериментов. Хотя они являются нашим стандартным условиям, мы обнаружили, что женщины и старых мышей (до 20 недель) также способны приобретения OSS. Мы в настоящее время изучают другие переменные, которые могут повлиять OSS производительности. Пока известно, что статические визуальные раздражители способны выступать в качестве подкрепления у мышей 17, неизвестно, будет ли подход повышения динамики стимулов, которые мы и другие использовали 20,22,23 привести к увеличению подкрепление в нынешних условиях . Другая переменная, которая может повлиять на ПСОК мыши штамма. Штамм различия были описаны у мышей для различных поведенческих и нервных меры 25-29, и дифференциальная производительность на OSS и оперантного отвечать на пищевые продукты могут обеспечить понимание генетической основы этого поведения.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Нет конфликта интересов объявлены.
Acknowledgments
Этот проект был поддержан грантами NIH DA19112 (DGW) и DA026994 (CMO). Иллюстрации были предоставлены Кэтрин Louderback. Эксперименты проводились в Вандербильта мышей нейробихевиоральная лаборатории.
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. |
References
- Thomsen, M., Caine, S. B. Intravenous drug self-administration in mice: practical considerations. Behav Genet. 37, 101-118 (2006).
- Koob, G. F. Animal models of motivation for drinking in rodents with a focus on opioid receptor neuropharmacology. Recent Dev Alcohol. 16, 263-281 (2003).
- Koob, G. F., Kenneth Lloyd, G., Mason, B. J. Development of pharmacotherapies for drug addiction: a Rosetta stone approach. Nat Rev Drug Discov. 8, 500-515 (2009).
- Arnold, J. M., Roberts, D. C. A critique of fixed and progressive ratio schedules used to examine the neural substrates of drug reinforcement. Pharmacol Biochem Behav. 57, 441-447 (1997).
- O'Brien, C. P., Gardner, E. L. Critical assessment of how to study addiction and its treatment: human and non-human animal models. Pharmacology & Therapeutics. 108, 18-58 (2005).
- Olsen, C. M., Duvauchelle, C. L. Prefrontal cortex D1 modulation of the reinforcing properties of cocaine. Brain Research. 1075, 229-235 (2006).
- Epstein, D. H., Preston, K. L., Stewart, J., Shaham, Y. Toward a model of drug relapse: an assessment of the validity of the reinstatement procedure. Psychopharmacology (Berl). 189, 1-16 (2006).
- Kalivas, P. W., McFarland, K. Brain circuitry and the reinstatement of cocaine-seeking behavior. Psychopharmacology (Berl). 168, 44-56 (2003).
- Stewart, J. Pathways to relapse: the neurobiology of drug- and stress-induced relapse to drug-taking. J Psychiatry Neurosci. 25, 125-136 (2000).
- Olsen, C. M., Winder, D. G. A method for single-session cocaine self-administration in the mouse. Psychopharmacology (Berl). 187, 13-21 (2006).
- Rocha, B. A. Differential responsiveness to cocaine in C57BL/6J and DBA/2J mice. Psychopharmacology (Berl). 138, 82-88 (1998).
- Caine, S. B., Negus, S. S., Mello, N. K. Method for training operant responding and evaluating cocaine self-administration behavior in mutant mice. Psychopharmacology (Berl). 147, 22-24 (1999).
- Colby, C. R., Whisler, K., Steffen, C., Nestler, E. J., Self, D. W. Striatal cell type-specific overexpression of DeltaFosB enhances incentive for cocaine. J Neurosci. 23, 2488-2493 (2003).
- Schramm-Sapyta, N. L., Olsen, C. M., Winder, D. G. Cocaine self-administration reduces excitatory responses in the mouse nucleus accumbens shell. Neuropsychopharmacology. 31, 1444-1451 (2006).
- Steiner, R. C., Hsiung, H. M., Picciotto, M. R. Cocaine self-administration and locomotor sensitization are not altered in CART knockout mice. Behav Brain Res. 171, 56-62 (2006).
- Marx, M. H., Henderson, R. L., Roberts, C. L. Positive reinforcement of the bar-pressing response by a light stimulus following dark operant pretests with no after effect. J Comp Physiol Psychol. 48, 73-76 (1955).
- Baron, A., Kish, G. B. Low-intensity auditory and visual stimuli as reinforcers for the mouse. J Comp Physiol Psychol. 55, 1011-1013 (1962).
- Stewart, J. Reinforcing effects of light as a function of intensity and reinforcement schedule. Journal of comparative and physiological psychology. 53, 187-193 (1960).
- Caggiula, A. R. Cue dependency of nicotine self-administration and smoking. Pharmacol Biochem Behav. 70, 515-530 (2001).
- Cain, M. E., Green, T. A., Bardo, M. T. Environmental enrichment decreases responding for visual novelty. Behavioural Processes. 73, 360-366 (2006).
- Thompson, T. I. Visual Reinforcement in Siamese Fighting Fish. Science. 141, 55-57 (1963).
- Blatter, K., Schultz, W.
- Olsen, C. M., Winder, D. G. Operant sensation seeking engages similar neural substrates to operant drug seeking in C57 mice. Neuropsychopharmacology. 34, 1685-1694 (2009).
- Crabbe, J. C., Wahlsten, D., Dudek, B. C. Genetics of mouse behavior: interactions with laboratory environment. Science. 284, 1670-1672 (1999).
- Crawley, J. N. Behavioral phenotypes of inbred mouse strains: implications and recommendations for molecular studies. Psychopharmacology (Berl). 132, 107-124 (1997).
- Belknap, J. K., Metten, P., Beckley, E. H., Crabbe, J. C. Multivariate analyses reveal common and drug-specific genetic influences on responses to four drugs of abuse. Trends Pharmacol Sci. 29, 537-543 (2008).
- Mozhui, K. Strain differences in stress responsivity are associated with divergent amygdala gene expression and glutamate-mediated neuronal excitability. J Neurosci. 30, 5357-5367 (2010).
- Hefner, K. Impaired fear extinction learning and cortico-amygdala circuit abnormalities in a common genetic mouse strain. J Neurosci. 28, 8074-8085 (2008).
- Elmer, G. I., Pieper, J. O., Hamilton, L. R., Wise, R. A. Qualitative differences between C57BL/6J and DBA/2J mice in morphine potentiation of brain stimulation reward and intravenous self-administration. Psychopharmacology (Berl). 208, 309-321 (2010).
