操作性药物自我给药和条件性位置偏爱（CPP）程序在研究中被广泛用于模拟人类药物强化、摄取和成瘾的各个组成部分。在本报告中，我们结合了传统的CPP和自我给药方法，作为一种新颖的途径来研究大鼠的药物强化和成瘾行为。
本文内容
摘要
摘要
强化作用的动物模型已被证明有助于理解药物成瘾背后的神经生物学机制。在动物研究中，操作性药物自我给药和条件性位置偏爱（CPP）程序被广泛用于模拟人类药物强化、摄取及成瘾的各个方面。在本研究中，我们采用了一种新颖的方法，通过结合传统的CPP和自我给药技术来研究大鼠的药物强化行为。我们组装了一套装置，包含两个Med Associate操作箱、感觉刺激设备以及一个由聚甲基丙烯酸甲酯（Plexiglas）构建的中性区域。这些改进使我们的实验能够通过自我给药评估药物摄入的动机成分，并利用CPP测试在无药物状态下评估药物/线索条件作用的强度。在实验中，大鼠在操作环境中交替日接受可卡因自我给药（0.75 mg/kg/次，静脉注射），持续四天（例如“短期”）或八天（例如“长期”），该环境包含独特的感官线索（如嗅觉和视觉刺激）。在交替日，大鼠进入另一个具有不同线索的操作环境，可进行生理盐水自我输注（0.1 ml，静脉注射）。在最后一次自我给药/线索配对会话后的24小时，进行CPP测试。结果与典型的CPP发现一致，大鼠显著偏好与可卡因自我给药相关联的箱室。此外，在接受长期实验的动物中，CPP强度与可卡因强化的压杆反应次数之间存在显著正相关。综上所述，该装置和方法节省时间和成本，可用于探究与药物滥用相关的广泛课题，并在实验设计上比单独使用CPP或自我给药方法更具灵活性。
方案
*=最重要的步骤
- 经过良好驯化的雄性Sprague-Dawley大鼠通过食物奖励（45 mg蔗糖颗粒；Bio-Serv，Frenchtown，NJ）训练其按压杠杆。
- *静脉导管由不锈钢套管（Plastics One，VA）和硅胶管制成。大鼠接受颈静脉导管植入手术，以实现药物自我给药。麻醉采用氧气（0.8 L/min；Airgas Southwest，Corpus Christi，TX）与异氟烷（2.5–4%；AErrane，Baxter Healthcare，Deerfield，IL）混合气体，通过气体输送系统（VetEquip, Inc，Pleasanton，CA）进行。术后每日用0.1 mL含0.9%生理盐水、肝素和替门汀（抗生素）的溶液冲洗导管，以维持导管通畅。局部抗生素庆大霉素涂抹于颅盖及胸部切口处，以预防感染。所有外科手术均遵循无菌动物手术指南。手术器械经高压灭菌，其他器械使用化学溶液及热珠灭菌器进行消毒。植入式导管在制备过程中依次用甲醇、水和空气冲洗，术前当日浸泡于70%乙醇溶液中。术前对大鼠头部和胸部区域进行剃毛，并涂抹聚维酮碘溶液。术后对大鼠进行数小时监测，随后送回动物饲养群。
- 本实验所用可卡因（NIDA药物库存与供应控制项目；RTI International，Research Triangle Park，NC）根据动物体重，溶解于等渗生理盐水（0.9%）中配制成相应剂量浓度的溶液。可卡因溶液在每日使用前经0.2 µm无菌注射器滤器过滤。
- *实验装置由两个单杠杆操作箱（28 × 22 × 21 cm）组成，配备有笼内灯和刺激灯，以及三组光束传感器（Med Associates，St. Albans，VT）。两个操作箱通过一段定制的聚甲基丙烯酸甲酯（Plexiglas）通道（21 × 25 × 25 cm）连接。通道两侧为带白色条纹的黑色壁面，另两侧为金属壁，顶部为透明Plexiglas，底部为白色Plexiglas地板。两个操作箱底部安装有钢丝网格（4.8 mm）地板，置于可拆卸的金属笼底之上。在操作箱内设置感觉线索，以创建独特且可区分的环境。视觉线索包括附着于箱体前、后壁及顶部的白色或黑色毛毡材料；嗅觉线索为油基气味（玫瑰或肉桂），通过置于网格地板下方的棉球释放。
- 实验程序持续多天，包括基线偏好测试（2天）、药物自我给药阶段（8或16天），最后进行条件性位置偏好（CPP）测试（1天）。
- *在基线偏好测试和CPP测试期间，动物可自由进入两个操作箱。装置上方安装的摄像机记录大鼠进出每个箱体的行为。箱内的光束传感器检测光束中断次数，作为运动活性的指标。在药物自我给药阶段，动物被限制于单个操作箱内，杠杆反应和运动活性（如光束中断）数据由配备Med-PC软件的Med Pentium 100 MHz计算机（Med Associates, Inc.，St. Albans，Vermont）记录。
- 基线偏好数据在连续两天内采集。实验开始时，将大鼠置于中央通道，使其在20分钟内可自由进入两个操作箱。大鼠放入箱体后立即同时启动摄像机、Med-PC软件程序和计时器。基线偏好数据通过回放视频记录进行评估。
- *药物自我给药阶段在最后一次基线测试的次日开始。在动物进入前，将感觉线索（如白色或黑色壁面覆盖物及玫瑰或肉桂气味）以及阻断中央Plexiglas通道的挡板安装至操作箱内。实验开始时，将动物放入箱体，并将固定注射器的导管连接至其导管入口。关闭操作箱门后，启动Med-PC程序和计时器，可卡因给药持续1小时。每次按压杠杆将注入0.1 mL可卡因（0.75 mg/kg/次）或生理盐水溶液。每次自我给药阶段结束后，断开大鼠与药物导管的连接，将其从箱体中取出并放回饲养笼。
- 最后一次自我给药阶段的次日，动物接受条件性位置偏好（CPP）测试。该程序与基线测量所述方法相同（见第7条）。
- *数据分析：由对分组情况设盲的实验人员通过回放录像，评估动物在15分钟内（从放入装置后5分钟开始计时）在各箱室的停留时间，统计其进出各箱室的次数。该方法同样用于确定基线偏好和CPP测试得分。
- *数据统计分析：通过比较基线测量值与条件化后的CPP得分差异，评估药物条件化效应。差异得分计算方式为：CPP测试期间在药物配对箱室的停留时间减去在生理盐水配对箱室的停留时间（药物配对箱室的秒数）－（生理盐水配对箱室的秒数）。可对从基线到测试阶段的差异得分变化进行统计分析，以确定药物条件化效应。
CPP 评分也可以以 CPP 差值评分百分比（%）表示。在本研究中，首先通过以下公式计算动物在每个操作箱中停留时间的百分比：（药物（或生理盐水）箱中的时间 / 每个箱中的总时间）× 100 = 条件性位置偏爱百分比（CPP %）。差值评分百分比通过以下公式确定：（配对药物的百分比）－（配对生理盐水的百分比）= CPP 差值评分%。
图1. 可卡因摄入量与条件性位置偏爱之间的关系。 Pearson相关性分析显示，在接受八次可卡因自我给药的动物（即长期组）中，总的可卡因强化压杆反应次数与CPP差异评分%之间存在显著正相关（p < 0.05），但在短期组（即4次可卡因给药）动物中未观察到该相关性。空心菱形代表可卡因长期组（n=9）的单个数据点，实心圆代表可卡因短期组（n=8）的数据点。最佳拟合线在长期组中以虚线表示，在短期组中以实线表示。
讨论
操作性静脉药物自我给药和位置偏好实验是研究药物依赖与成瘾神经生物学基础的可靠且有效的模型1 2 3。这两种方法在临床前药物滥用研究中被广泛应用，能够测量滥用药物的强化效应4。然而，这两种方法均存在局限性，而本文介绍的新装置和新方法对此进行了改进5。
传统条件性位置偏爱（CPP）实验程序的一个主要缺点是药物给予方式为非偶联模式。这种药物摄入模式在行为学和神经化学结果上与自我给药存在差异6 7 8 9 10 11，且与人类实际的药物使用体验不一致。此外，与药物自我给药实验不同，CPP范式无法测量由药物摄入量增加所反映的药物动机的渐进性变化；而这种变化被认为是从娱乐性用药转变为不可控药物成瘾的潜在转折点。然而，药物自我给药行为本身也存在解释上的局限性。例如，通常使用反应速率来推断奖赏价值，但这些速率可能直接受到自我给予药物的运动效应影响，而与药物的动机效应无关。此外，药物强化反应的次数也可能受到与药物输注相关刺激是否存在12的影响。
已知大鼠会 readily 自我给药可卡因，并在多种剂量和给药途径下产生强烈的条件性位置偏爱2 13 14。本研究的结果支持既往关于药物强化模型的报道。此外，在长期可卡因组中，确定了可卡因强化的杠杆反应与CPP评分之间存在显著正相关关系，但在短期可卡因组中则未发现此关系。这些结果表明，位置条件反射和自我给药并不一定是奖励效应的同构测量指标。例如，短期可卡因暴露后的CPP可能反映了通常在初始娱乐性药物使用中观察到的急性强化特性。另一方面，在具有更多可卡因使用经验的大鼠中，随着条件性强化水平的增加，可卡因摄入量的上升可能提示某些群体中对药物敏感性的进行性改变或药物奖赏效应的增强。
该特色方法的应用不仅限于评估药物的正向强化效应。例如，某些在初次用药时并不存在的药物厌恶效应，可能在长期用药暴露后出现（如条件性位置厌恶，CPA），而本技术能够检测到此类效应。其他应用还包括：筛选对可卡因-线索关联学习最为敏感的亚群体，评估经验介导的可卡因动机行为变化，以及检测在药物戒断期间和/或线索诱发复吸过程中持续存在的药物条件化效应。总之，该装置和方法具有时间和成本效益，可用于研究与药物滥用相关的广泛课题，并在实验设计上比条件性位置偏好（CPP）或自我给药方法单独使用时更具灵活性。
披露
本文视频制作由 Med Associate 赞助，该公司生产本文所用的仪器。
致谢
我们感谢Leah McAleer在开展本实验、2009年神经科学学会会议的海报展示以及本视频制作过程中提供的支持与帮助，同时感谢Mohamed Abdalla和Allison Ahrens的协助。我们还感谢Rosie Maddox、Rachel Chavana和Linda Ju在本实验数据收集与分析方面的帮助。本项目得到了美国国立卫生研究院药物滥用研究所（NIH/NIDA）资助项目3R01DA014640-05S1（C.L.D.）、Waggoner酒精与成瘾研究中心Jones奖学金以及美国国立卫生研究院酒精滥用与酒精中毒研究所培训基金AA07471（A.A.F.）的支持。氯化可卡因由国家药物滥用研究所（NIDA）药品库存与供应控制项目慷慨提供。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 大鼠操作性条件行为（药物自我给药）测试套装 |  Med Associates, Inc. | MED-008-CT-B1 | |
| 红外光源与探测器（光束） | Med Associates, Inc. | ENV-253SD ENV-253 | |
| Med PC 软件 | Med Associates, Inc. | SOF-735 | |
| 单速注射泵 | Razel Scientific Instruments | Model R-E | |
| 45 mg 蔗糖颗粒 | Bio-Serv | F0042 | |
| 导管套管 | Plastics One | C313G-5UP | |
| 可卡因 | RTI International |
参考文献
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