小鼠的操作性感觉寻求行为

摘要

在本实验方案中，我们描述了一种利用感觉刺激作为强化物的小鼠操作性学习方法。该方法无需预先训练或食物限制，可在不使用药物或食物等药理学或天然强化物的情况下研究动机行为。

摘要

操作性方法是研究动机行为的有力行为学工具。这些“自我给药”方法由于具有高度的结构效度，已在药物成瘾研究中得到广泛应用。操作性实验为研究人员提供了在临床前水平上探究成瘾过程多个方面的手段。例如，可通过药理学或遗传学工具来检测分子靶点对药物或非药物急性强化机制的影响能力^1-6。此外，还可以在不存在主要强化物的情况下研究药物或食物寻求行为，而药理学化合物干扰该过程的能力则构成了发现可用于成瘾治疗的分子靶点和化合物的临床前模型^3,7-9。在小鼠中进行静脉内药物自我给药研究的一个问题是维持导管通畅的技术难度。此类实验的动物损耗率较高，可达到40%甚至更高^10-15。药物自我给药研究的另一个普遍问题是难以区分强化物所引起的哪些药理学效应导致了特定行为。例如，精神兴奋剂的强化效应和神经生物学效应可能因其精神运动效应而受到干扰。使用食物强化的操作性方法可避免这些缺陷，但其在研究药物成瘾方面的应用受到一定限制，因为某些改变药物自我给药的行为干预对食物自我给药的影响甚微。例如，中脑边缘多巴胺系统损伤或D1多巴胺受体基因敲除会显著降低可卡因的自我给药行为，但对食物自我给药并无显著影响^12,16。

已有研究描述了感觉刺激作为初级强化物（即非条件性强化物）支持操作性反应的能力^17-22。多种物种会自我给予听觉和视觉刺激^18,21,23，然而目前对介导此类强化作用的神经机制仍知之甚少。操作性感觉寻求（OSS）模型是一种在小鼠中实现感觉自我给予的可靠模型，可用于研究感觉强化中重要的神经机制²⁴。OSS的另一个优势在于能够筛选突变小鼠在操作性行为上的差异，这些差异可能与成瘾相关。我们已报道，多巴胺D1受体敲除小鼠——此前已被证明在精神兴奋剂自我给予中存在缺陷——同样无法习得OSS²⁴。这一发现具有独特意义，因为当以食物作为强化物时，这些小鼠仍能学会操作性任务。尽管使用食物强化的操作性研究有助于探讨一般性的动机行为及食物强化的潜在机制，但如上所述，这类研究在用于研究药物成瘾的分子机制方面存在局限性。因此，可能存在介导感觉强化和精神兴奋剂强化的相似神经底物，而这些底物不同于食物强化所依赖的通路，这使得OSS成为研究药物成瘾过程的一个极具吸引力的模型。OSS与其他药物强化物在其他分子靶点上的重叠程度尚不明确，但这是我们目前正在深入研究的课题。虽然OSS模型中可观察到成瘾的某些特征，例如对消退的抵抗性，但我们发现该模型中并不出现摄入量的递增现象²⁵²⁴。有趣的是，在蔗糖自我给予过程中却可观察到摄入量递增及其他一些成瘾特征²⁶。因此，当需要采用非药物操作性程序来研究成瘾相关过程时，可根据具体科学问题选择食物或感觉强化物。

总之，小鼠的食物自我给药和感觉刺激自我给药（OSS）均具有无需植入静脉导管的优点，因而可更高效地研究药理学或遗传学手段干预与动机相关神经靶点所产生的效应。虽然以食物作为强化物的操作式行为测试在研究摄食调节方面特别有用，但OSS特别适用于研究感觉刺激的强化机制，并可能广泛应用于新奇寻求行为和成瘾机制的研究。

方案

1. 编写程序以使用不同的视觉和听觉刺激作为强化物来运行操作性测试实验

1. 固定比率（FR）实验：每次实验持续一小时，实验期间开启室内灯和风扇。渐进比率实验则每次持续两小时。实验全程保持两个杠杆均伸出，并在不同动物间交叉平衡指定“活动”杠杆与“非活动”杠杆（每只动物的杠杆分配始终保持不变）。
2. 编写程序，使每个强化刺激根据以下参数随机变化：
   • 每个强化刺激的持续时间随机选择以下之一：2、4、6 或 8 秒。
   • 每个强化刺激的刺激灯闪烁频率随机选择以下之一：0.625、1.25、2.5 或 5 Hz，占空比均为 50%。
   • 每次刺激灯闪烁随机出现在箱体左侧或右侧。
   • 在强化刺激期间提供听觉刺激；在本实验室中，我们触发输注泵，使其产生的声音强度比箱内背景噪音高约 3 dB。
3. 编写程序以实时显示以下数值：1. 活动杠杆按压次数，2. 非活动杠杆按压次数，3. 强化刺激次数，4. 时间（以 0.1 秒为增量）。

2. 动物处理（3天流程）

1. 在动物进入动物房适应环境后，开始对动物进行抓取操作。这将使动物习惯被拿起和移动的过程。
2. 首先将戴好手套的手放入笼内，静置90秒。如果在此期间并非所有小鼠都已接触或嗅探过手部，则应轻柔地将手移向小鼠，并等待每只小鼠嗅探和/....

讨论

操作性感觉寻求是当选择小鼠作为实验动物时，静脉药物自我给药的一种有效替代方法。由于该方法无需手术或导管维护，因而具有优势，因为这些在小鼠实验中是重大的技术难题。操作性感觉寻求同样具有吸引力，因为它可能测量的是与其他天然强化物（如食物）不同的强化特征。

值得注意的是，小鼠的行为学测量结果在不同环境条件下可能表现出高度变异性²⁴。我们实验室在开展OSS实验时也遇到了这一问题。在最初建立该实验流程时，动物饲养在一个人员流动频繁、白天始终有大量工作人员活动的设施中。在此期间，小鼠维持在“正常”光照周期下（开灯时间：0600–1800 h；实验时间约为0800–1400）。在迁移到范德堡神经行为学实验室专用的饲养设施后，我们发现OSS的递增比率任务表现明显低于此前观察到的水平；反应行为在五天内持续下降，而非保持稳定。新设施的人员流动较少，且工作人员经过培训，需保持安静并意识到实验对环境敏感性的要求。此后，我们将小鼠调整至一种促进实验时段内清醒状态的光照周期（开灯时间：1500–0300 h；实验时间仍为约0800–1400 h），OSS的表现也随之恢复至我们此前记录的.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
用于小鼠的药物自我给药测试套装：超宽实验箱和可伸缩杠杆	Med Associates, Inc.	MED-307W-CT-D1	杠杆极为灵敏（需约 2 克力），安装位置距箱底 2.2 cm。每个杠杆上方 2 cm 处装有黄色刺激灯。
接口与软件套装	Med Associates, Inc.	MED-SYST-16	此套装适用于最多 16 个实验箱。