プログレッシブ比マウスの嗜好性は高脂肪·高砂糖食の応答

Sharma, S., Hryhorczuk, C., Fulton, S. Progressive-ratio Responding for Palatable High-fat and High-sugar Food in Mice . J. Vis. Exp. (63), e3754, doi:10.3791/3754 (2012).

脂肪と砂糖の豊富な食品が大幅に肥満の過剰な食事とエスカレート率に貢献しています。おいしい食品の消費量は、アクション結果の関連付けを強化し、これらの食品を得ることに向け将来の行動を強化する報酬効果を生成することができます。エネルギー密度の高い食品の報酬効果は過食と肥満の発展に深遠な役割を果たしていることが増加する証拠は、食品の報酬^1,2を調節^する遺伝子は、分子と神経回路を研究するの関心が高まっています。異なる刺激のやりがい影響はこのようなオペラント条件付けタスク³のように、それらを得るために働く意欲を測定することによって調べることができます。食品の報酬を取得尺度と食品を得ることに向けられている自発的な行動反応のオペラントモデル。報酬の強さの一般的に使用される尺度は、プログレッシブ比（PR）補強のスケジュールとして知られているオペラントの手順です。PR tの^4,5頼む、被験者はそれぞれの連続した​​報酬をオペラント反応の増加を作成する必要があります。 Hodos（1961）の先駆的な研究では、最後の報酬を得るために行われた応答の数は、報酬の強度⁴のインデックスとして機能し、ブレークポイントと呼ばれることを実証した。一人で回答率変化を測定するパフォーマンス上の容量の変化から、報酬の強度の変化を分離することはできませんオペラント手続ながら、PRのスケジュールから派生したブレークポイントは、食品の報酬効果の十分検証さの尺度である。 PRタスク（例えば^、6-8）ラットにおける虐待や食品の薬物の報酬の影響を評価するために広く使用されますが、マウス⁹のより少ない程度にしています。遺伝子組み換えマウスと食事誘発性肥満マウスモデルの使用の増加は、マウスの食物報酬の行動措置の要求を高めています。本論文で我々は詳細高脂肪のために（レバー押し）に対応するためにマウスを訓練するために使用される材料と手順を補強のPRスケジュールの高砂糖食のペレット。我々は、ブレークポイントの応答しきい値は、マウスでこの食品オペラントパラダイムの使用を検証することにより、レプチンと食欲抑制ホルモンの末梢投与による急性絶食と減少後に増加を示しています。

*ほとんどの重要なステップ。

1。機器とソフトウェア

1. トレーニングとテストは、（ 表1参照）、食品容器の両側に位置する2つの超軽量、引き込みレバー¹を搭載したマウスのオペラントチャンバーで行われる。刺激光は各レバーの上にあり、ケージの上部にある家の光があります。ペレットディスペンサは、チャンバの外側に位置しています。各チャンバは、換気扇の音が減衰キュービクル内に収納されています。チェンバースは、 "スマート·コントロール"インターフェイスを経由して内閣MedPC IVソフトウェアを搭載したPCのコンピュータに接続されています。

注：超軽量レバーが利用できない場合、それが鼻突く、マウス研究のためのオペラント応答として使用することをお勧めします。ただし、利用可能な両方のオプションで我々は、鼻突く応答ができるB与えられた動機の方が信頼性の尺度としての超軽量レバーの選択を示唆しているeは、探索スニッフィングによって引き起こされる。

2. オペラントのタスクを実行するために使用されるMedPCプログラムは、ユーザーが提供するプログラミングマニュアルの助けを借りて学ぶことができますMedstate表記のコードで書かれています。プログラミングは、既存のコードを変更したり、ユニークな実験パラメータを生成するユーザのための柔軟性を提供します。特定のコードは、地中海アソシエイツ"Medstate表記リポジトリ"から無料で入手できますhttp://www.mednr.com 。追加のコードは、地中海Associatesから購入することができます。

2。マウスの馴化と食事制限

1. 到着マウスがある時には逆に12時間の明/暗サイクルに慣れるために、少なくとも10日間グループに収容し、標準餌と水を自由に摂取へのアクセスを備えている。我々の場合には、チャールズ·リバー（セント定数、QC）から購入した大人のC57BL / 6マウスを使用しています。すべてのマウス操作や行動実験は明暗サイクルの間に実行されています。すべてのプロ動物の使用を含むceduresはCRCHUMアニマル·ケア委員会によって承認された。
2. 彼らはレバーを押して応答するの買収を容易にするために、90から95パーセントの自由摂食、体重に到達するまで、マウスは、その後単独で、収容されていると食べ物が制限さ（日常の食物摂取量の70％）。マウスは、セッションの終了後、ホームケージ内の食品の日常クォータを提供されていました。 5〜10％の重量損失に達すると、割り当てられた毎日の食事は、訓練期間の残りのためのより低い体重を安定させるために調整されます。一度マウス（下記参照）彼らは不断給餌スケジュールに戻され、取得基準を達成している。マウスは約3-4日で失われた体重を取り戻す。
3. マウスは、最初のトレーニングセッションに先立って3日間連続して試験室で処理されます。 10-15（HFHS）高脂肪、高糖ペレットはオペラントperformanで食品新しいもの嫌いの潜在的な影響を防ぐために、ホームケージに配置されているトレーニングの開始前に日CE。我々は、20 mgのHFHS、（バイオServの、フレンチ、NJ）脂肪として48.9％キロカロリーを含む埃、精密食品ペレットを（も可能14 mg）を使用しています。

3。オペラントトレーニング

1. マウスは、最初に単一のレバーを押してコンセントに食料ペレットの配信を引き出すことにより固定比率（FR）-1強化スケジュールでレバーを押すように訓練されています。唯一のレバーが "アクティブ"として指定されている（食品の報酬の配信をトリガ）および右と左レバーの割り当ては、マウスの間で相殺されています。追加のレバー押しは食べ物ペレットの配信にはなりませんその間、それは、FR1スケジュール（FR1/TO-5）に少なくとも5秒のタイムアウト（TO）を追加することが重要です。これまでの期間は、実験者はそれが彼らのマウスモデルのために必要であると感じる場合は、食品ペレットを消費するためにマウスのための時間は、しかしより長いタイムアウトを使用することができます。各FRのトレーニングセッションは1時間以上が50ペレットが配信されています続きます。
2. *習得条件：</ strong>の応答食品維持オペラントの買収を決定するために使用される基準が含まれています：（1）アクティブな応答と報酬の最小数を獲得し、（2）アクティブおよび非アクティブレバーの間に差別の測定、（3）の間でセッションパフォーマンスの安定性。マウスアクティブ対アクティブでないレバーのために≥3:1の差別を展示し、3つの連続したセッションで、セッションごと≥20の報酬を得ることは、取得基準^10を達成するために考えられている。我々は、C57BL6マウスの大半（〜75％）は研修の約7〜10日、買収基準を達成するために必要なことを観察した。この時点で買収の基準に達していないマウスは、追加の5〜7日のためにさらなる訓練を受ける。余分な第五研修日までには進展がない場合我々はテスト（例〜5％）からマウスを除外します。それは障害オペラント買収は、特定の薬理学的および遺伝的介入の結果かもしれないので、文書化されるべきであることに留意することが重要です。</ LI>
3. ≥20ペレットを得るための3つの連続した​​セッションに続いて、スケジュールは5つのアクティブなレバーを押すとは、食品ペレットの配信をトリガーするFR5/TO-5秒に増加されています。 FR5スケジュ​​ールの訓練は3日間続きます。
4. *マウスは、補強の進行比（PR）スケジュールで訓練を受けています。 PRのテスト中に応答比のスケジュールは以下の式を（最も近い整数に丸め）を使用して、リチャードソンとロバーツ^{（1996）11％}として計算することができます。
   = ^{[5、E（R * 0.2）]} - 5
   Rは、食品がすでに獲得した報酬プラス1の数（すなわち、次の補強）に等しいです。 1、2、4、6、9、12、15、20、25、32、40、50、62、77、95のように：このように、食品の報酬を得るために必要な応答の数の順序に従ってください。完了し、最終的な比率は、ブレークポイントです。
5. PRセッションは1時間の最大値を持続します。セッションの終了の任意の10分の期間の結果でレバーを押しに失敗しました。性能報酬の数は少なくとも3日間連続して≤10％で1時間のセッションの逸脱で稼いだ時に補強のPRスケジュールの性能が安定したと見なされます。

4。プログレッシブ比のテストと検証

1. PRタスクの応答食品維持オペラントを検証するためには、食品の報酬を調節することが知られている、次の操作を応答するブレークポイントを評価することができます。遂行するため、比較的簡単にテストするには、食糧のためのマウスの動機状態を向上させ、それによってブレークポイントを増加させる食品の剥奪である。安定した、ベースラインパフォーマンスが達成されるまで、マウスは、最初の不断給餌期間中のPRタスクでテストする必要があります。最後の "ベースライン"の日食品の翌日は、ホームケージから削除され、マウスは、24時間高速の開始後にPRタスクでテストされています。
2. また、レプチン食欲抑制ホルモンの末梢投与がブレークポイントに逆効果を持っているかどうかを調べしきい値。 （AFパーロー、ナショナルホルモンおよびペプチドプログラム、NIDDK）レプチンは、滅菌したPBSに溶解した。 PRテストは一日にPBSのIP注入後、その後レプチン（5 mg / kg）を次の日の注射後に実施した。レプチンは、PRのテストに1時間前に注入した。ブレークポイントは、対応のあるt-検定（グラフパッドプリズム）を使用して比較した。

5。代表的な結果

補強のPRスケジュールに基づいて応答ブレークポイントを調節する食品の欠乏の能力をテストするとき、我々は図1に示すように大幅にブレークポイントを増やすことを期待しています。この実験では絶食の24時間期間は、それによって食料の欠乏は、食品の報酬効果を増大させることを示唆している自由摂食のベースラインの状態で得られたものと比較して、ブレークポイントで〜3.6倍の増加を生じた。 tに食欲抑制ホルモンのコントラストが、末梢投与レプチン（5 mg / kgで、IP）1時間前estingは、 図2に示すように応答してブレークポイントを減らすようにしてください。

図1。断食は、食品の報酬効果を向上させます。 24時間は、高速大幅マウス（n = 4）の補強の進行比（PR）のスケジュールでブレークポイントを増加した。平均値±SEM、* P <0.05。

図2。レプチンは、マウスの食品の報酬を減少させます。末梢レプチン投与（5 mg / kg）をマウス（n = 4）でPRブレークポイントの応答しきい値を減少させた。平均値±SEM、* P <0.05。

オペラント条件付けの作業は、食品の動機づけ特性の変化を評価するための効果的な手段を提供しています。食品の報酬のためにレバーを押すと現在の記事許可のトレーニングマウスでは、安定的に詳細な実験手順は、補強のPRスケジュールに対応しています。

消費食料の量を測定することは、食物摂取に影響を与えるすべての要因は、食品の報酬効果を調節していないので、努力ベースの応答対策と同じ読み出しを提供していません。たとえば、ラットの周辺2 -デオキシグルコースを投与することにより利用可能なグルコースを枯渇させると、消費自由に利用できる食物の量を増加させるが、食品¹²のPRタスクでブレークポイントを変更するには失敗します。応答PRブレークポイントは、食品の報酬の質の変化を反映することができます。たとえば、ブレークポイントは、積極的に甘味^8を以下の方法で、ショ糖の増加のためにその動機を示すショ糖濃度と相関している12月14日の食物剥奪と報酬のしきい値のレプチンの以前に報告されたアクションと一致している。

このプロトコルを使用するときには、応答オペラント食糧維持の取得が大幅に定期的なトレーニング（各1〜2日）でと食事制限療法を実装することによって、マウスの動機状態を増加させることにより強化されている。心に留めておくことが重要であるさらに、マウス（例えば、FR1にFR5）より複雑なスケジュールに移る前に1つの強化スケジュールで応答比較的安定して示すことを確認するには、テスト中に変数のパフォーマンスを最小限に抑えるための鍵となります。これらのステップのアプリケーションにもかかわらず、それはいくつかの変動を得ることが珍しいことではありません特に異なるマウス間で。このような理由から、それは非常に可能であれば対象の変動を越えて削除するには、被験者内（反復測定）の設計を使用することをお勧めします。被験者内のテストは安定した遺伝子改変（すなわち、ノックアウト対対照マウス）を調べることは不可能ですが、これは薬物、病変または急性（例えば、optogenetic）遺伝子操作の影響を調べるために使用することができます。

肥満と肥満関連の病気が関与する分子と神経経路を識別するために緊急性を増加している成長している問題である。証拠を蓄積すると、食物への渇望、増加したカロリー摂取量と体重増加で脳の報酬回路の重要な役割を強調しています。 PRタスクは、食品の報酬効果について、神経生物学的遺伝的または薬理学的操作の影響を測定するための貴重なツールです。

生産とこのビデオの記事のフリーアクセスが医学アソシエイツ株式会社が主催している

このプロジェクトは、 自然科学と工学研究カナダの評議会（355881）、およびイノベーションのためのカナダの財団からの補助金によって支えられている。

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