一种评估实验大鼠味觉物质强化特性的新方法：操作性经口内自我给药

摘要

本研究评估了一种用于检测可口溶液对实验大鼠强化效应的新方法：口腔内自我给药。为此，在连续比率和递增比率强化程序下，测量了大鼠对不同浓度甜溶液进行口腔内输注的操作式反应（即 按压杠杆）行为。

摘要

本文介绍了一种研究食物成瘾生物行为基础的新方法。该方法结合了味觉反应性的手术组分与药物操作式自我给药的行为学特征。在短暂的全身麻醉下，大鼠被植入一口内（IO）导管，使测试溶液可直接递送至口腔内。随后，动物被置于操作式自我给药装置中，通过按压杠杆以获得经口内导管输注的测试溶液。相较于通过饮水嘴摄取溶液的实验程序，口内自我给药具有多项优势。 或通过操作反应获取递送至 receptacle 中的固体颗粒或溶液。本文中，我们展示了尾侧孤束核（IO）自我给药模型可用于研究高果糖玉米糖浆（HFCS）的自我摄取行为。大鼠首先在递增比率（PR）程序下进行自我给药测试，该程序用于评估动物为获取不同浓度 HFCS 所能付出的最大操作行为量（即 8%、25% 和 50%）。在此测试之后，大鼠在持续性强化程序下自行给予这些浓度的物质即 每次压杆给予一次灌注），连续10天（每天1次，每次持续3小时），随后在PR程序下重新测试。在连续强化程序中，大鼠对较高浓度的溶液摄入次数较少，但最低浓度的高果糖玉米糖浆（8%）维持了更为多变的自我给药行为。此外，PR测试显示，8%浓度的强化价值低于25%和50%浓度。这些结果表明，颅内自我给药可用于研究对甜味溶液摄取行为的获得与维持。操作式反应对浓度差异及强化程序变化的敏感性，使颅内自我给药成为研究甜食自主摄入神经生物学机制的理想方法。

引言

对食物成瘾的神经生物学和行为基础的研究依赖于以下观察结果：与滥用药物类似，过度摄入美味食物在人类^5-6和实验动物^7-8中均可促进行为依赖^1-4，并引起大脑奖赏回路的改变。然而，尽管已有多种用于研究实验大鼠对滥用药物成瘾特性的方案和操作程序，将这些方法应用于评估食物所诱导的"成瘾性"行为时仍面临独特的挑战。本研究的目的是将操作性静脉（IV）药物自我给药的原理应用于通过口腔内（IO）输注递送甜溶液的操作性自我给药研究。所使用的甜味剂为高果糖玉米糖浆（HFCS），因为尽管存在争议，已有证据表明HFCS可能与现代肥胖流行病相关^9-12。

传统上，通过颅内静脉（IO）输注来研究味觉反应实验中呈味物质的适口性¹³。简而言之，将一根IO导管外科植入大鼠的面颊部位，并被动地输注各种溶液¹⁴。其目的是研究动物对这些呈味物质所产生的口面部反应。然而，IO导管也已被长期植入大鼠的腭部，以确定它们是否能够学会按压杠杆以实现将溶液自行注入口腔内的自我输注，因此被称为IO自我注射^15-17。在本研究中，我们描述了一种利用微创手术 并允许进行长期操作式自我给药测试的技术方法。该方法相较于传统的实验方式具有多项显著优势，传统方法包括：从饮水口舔食溶液（a）、对固体颗粒进行操作式反应（b），或对容器中滴加的液体进行操作式反应（c）。....

方案

1. 动物护理与饲养

所有实验均经圭尔夫大学动物护理委员会批准，并遵循加拿大动物护理委员会的建议进行。本研究共纳入22只成年雄性Sprague-Dawley大鼠（Charles River，魁北克省），实验开始时体重为200-225 g。

1. 单笼饲养大鼠，并将其置于逆转的明暗循环环境中（上午7:00关灯 - 晚上7:00开灯），自由获取食物和水，除非另有说明，或在活跃周期内进行行为学测试时除外。
2. 在手术前一周，通过每天称重使大鼠适应动物房环境及人为操作。

2. 口内插管手术：材料与操作步骤

口内（IO）手术及所用材料详见于Limebeer 等¹⁴

1. 制备骨内输液导管时，将一段聚乙烯塑料管剪切成约130 mm长（内径0.86 mm，外径1.27 mm）。
2. 需固定在口腔内的导管末端应具有一个带法兰的端部（直径约5 mm）。通过电烙铁加热导管末端2-5秒，随后立即将加热的管端在平整表面上压平，以形成该法兰端。剪取一片外科网状膜圆片（直径约6-7 mm，以适配导管法兰端的直径），将其穿入导管并沿管身滑动，直至圆片紧贴骨内输液导管法兰端的背面。
3. 为每根骨内输液导管另准备一片直径为8 mm的外科网状膜圆片，以及三块6 mm....

结果

获得IO自我给药

图3展示了大鼠在连续10个会话中自我给药8%、25%或50%高果糖玉米糖浆（HFCS）期间对主动杠杆和非主动杠杆的操作式反应。大鼠在前三个会话内即学会IO自我给药HFCS，并在后续的获得阶段维持稳定的主动杠杆反应（如上所述）。主动杠杆反应中还表现出浓度依赖性差异：与25% HFCS组相比，自我给药50% HFCS的大鼠反应显著降低。所测试的最低浓度（8%）维持中等水平的操作式反应，其特征是摄入量的个体间变异性较高。

渐进比率测试

PR 测试中的主动压杆反应和 BP 分别如图 4和图 5所示。在测试 I 中，所有浓度的 HFCS 均仅引起适度的反应。然而，在测试 II 中，组间差异显现，较高浓度导致更多的反应和更高的 BP。

讨论

本研究展示了一种评估甜味溶液强化特性的新方法，该方法结合了传统上用于研究由滥用药物驱动行为的方法（静脉内操作性自我给药）和评估呈味物质可口性的方法（通过口腔内输注进行味觉反应测试）。为此，在短暂的异氟烷诱导麻醉下，对大鼠植入口腔内导管（IO导管），从而将待测溶液直接递送至其口腔内。手术后恢复期间，将动物置于操作性自我给药实验箱中进行测试，使其可通过按压杠杆以获得待测溶液的口腔内输注。

通过我们建立的颅内给药自我摄取实验方法，我们发现：1）大鼠能够习得并维持对不同浓度高果糖玉米糖浆（HFCS）的颅内自我摄取行为；2）大鼠会根据HFCS的不同浓度调整其自我摄取行为；3）在渐进比率（PR）强化程序下，较高浓度的HFCS会引发更高的反应率。

这些结果明确表明，大鼠的经口操作性自我给药行为受到高果糖玉米糖浆（HFCS）摄入后效应的调控。事实上，在连续强化程序下，当HFCS浓度较高时，大鼠接受的灌注次数更少（比较图3中的25%和50%）。此外，低浓度HFCS（8%）在连续强化程序下仍能维持不同程度的自我给.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
试剂
美洛昔康	Boehringer Ingelheim Canada Ltd.		来自安大略兽医学院药房
普鲁卡因青霉素 G	Pen Aqueous, Wyeth Animal Health		来自安大略兽医学院药房
2% 盐酸利多卡因			来自安大略兽医学院药房
0.5% 马比佛因			来自安大略兽医学院药房
润滑眼膏			可在任意药店购买
2% 黏稠利多卡因口服液（局部麻醉剂）	Pharmascience Inc.	CDMV # 14705	100 ml 瓶装
异氟烷 USP	Pharmaceutical Partners of Canada	CDMV # 108737	250 ml 瓶装
Bacti-Stat	Merck Sante Animale	CDMV # 6449	3.785 L 瓶装
异丙醇（70%）	Perdu Pharma	Fisher # MPX18404	4 L 瓶装
聚维酮碘 10%	McKesson Canada	CDMV # 104826	500 ml 瓶装
Super Germiphene	Ceva Animal Health	CDMV # 103629	454 ml 瓶装
氯己定（Novadent）	Zoetis	CDMV # 8908	236 ml 瓶装
高果糖玉米糖浆	Natures Flavours	HFCS-55	1 加仑瓶装
材料
PE90 管	Becton Dickinson and Company	VWR # CA-63019-080A	100 英尺/卷
PE160 管	Becton Dickinson and Company	VWR # CA-63018-747	100 英尺/卷
聚丙烯网片	Small Parts Inc.	CMP-0297-D
电烙铁			可在任意五金店购买
#64 弹性橡皮筋	Staples 办公用品	商品编号 # 13556	可在任意办公用品商店购买
15 G 薄壁 3.5 英寸针头		VWR # CABD1108	12 根/包
电动剃毛器（1/2 英寸宽刀头）			可在任意宠物用品商店购买
Precision Glide 针头 20 G（1½ 英寸）	Becton Dickinson and Company	Fisher # 14-826D
Precision Glide 针头 16 G（1½ 英寸）	Becton Dickinson and Company	Fisher # 14-826-5D
操作条件反射舱	Med Associates Inc.	ENV-008-CTC
隔音舱	Med Associates Inc.	ENV-018M
MED PC IV 软件	Med Associates Inc.	SOF-735
注射泵	Razel Scientific Instruments
一次性塑料旋转连接装置	Med Associates Inc.	PHM-115I
Tygone 微孔管	Saint Gobain Performance Plastics	Fisher # 1417015B	500 英尺/卷