本研究旨在表明，渐进比率计算机辅助酒精输注系统（CAIS）范式是一种可靠且敏感的方法，可用于研究人类酒精自我给药行为相关的动机特性。
本文内容
摘要
摘要
渐进比率（PR）自我给药范式是一种常用的临床前方法，用于评估由渴求、奖赏或负面情绪缓解所驱动的药物动机。计算机辅助酒精输注系统（CAIS）能够在人类中实现静脉酒精自我给药行为。该系统使研究者能够控制每次递增呼出气酒精浓度（BrAC）奖励的轨迹以及单次实验中允许达到的最大BrAC水平。在此范式下，参与者通过按压按钮的次数序列来获取酒精奖励，具体序列由研究者设定。该系统采用基于生理药代动力学模型的算法，确保每位参与者获得相同的递增BrAC暴露水平。共有11名参与者完成了两次相同的实验会话，以评估测试-重测信度，另有额外一组73名参与者完成了一次实验会话。每次会话开始时为25分钟的启动阶段：参与者被要求为每次奖励逐步增加按钮按压次数，共累积四次标准化的递增BrAC暴露轨迹。第二阶段为持续125分钟的自由选择式渐进比率（PR）范式，每次获得奖励所需的按钮按压次数逐渐增加。自我给药的测量指标包括：平均和峰值BrAC、获得的总奖励次数、每单位总体水所消耗的乙醇总克数、总的按钮按压次数以及平均按钮按压速率。自我给药的各项测量指标在会话之间和会话内部均表现出高度相关性，显示出良好的测试-重测信度和内部一致性。近期饮酒史与自我给药测量指标密切相关；饮酒量较大的个体倾向于选择更多的酒精自我给药。这些结果表明，该渐进比率静脉酒精自我给药方法在评估酒精动机特性方面具有良好的信度和敏感性，有望更有效地测试被认为可减少酒精摄入的新药物的疗效。该方法可用于研究人类酒精自我给药行为的遗传和环境决定因素。
引言
可以使用自我给药范式来评估药物的成瘾特性。自我给药范式已被用于研究动物模型中酒精依赖的形成1,2,3，以及评估用于治疗酒精依赖的药物在减少个体饮酒行为方面的有效性4,5,6。为了评估酒精的动机属性，研究人员建立了采用静脉注射酒精的递增比率（PR）程序范式。PR程序要求动物完成预先定义的、逐级增加的工作量以获得下一次奖励。成功完成奖励所需的最后一个工作量水平（即获得的总奖励次数）被称为断点（BP）。因此，BP是衡量对该强化物动机强度的指标。
临床前研究已采用渐进比率（PR）时间表范式来评估多种与获取乙醇动机相关的因素，例如σ受体7,8、糖皮质激素受体9、遗传决定因素10，以及用于药物开发的分子靶点筛选11。尽管PR范式已被用于研究其他滥用药物（如海洛因和可卡因）的寻求动机12,13，但在人类研究中，利用该范式刻画饮酒动机的应用相对较少。
采用固定比率（PR）时间表的人类酒精研究主要使用口服酒精自我给药方法，考察纳洛酮14的作用，以及多巴胺15和尼古丁16在酒精自我给药中的作用。在这些研究中，通常通过摄入不同浓度的酒精混合液来给予酒精，常在“实验室酒吧环境”中进行。研究中提供的酒精剂量，要么是每杯含有固定酒精量的"标准化饮品"，要么是根据体重调整每杯酒精剂量4,5,6,17,18，通常设定最大暴露水平。口服PR范式在给药方面面临若干困难。受试者之间酒精的吸收存在显著差异，且分布与代谢量相对较少，这意味着每次获得奖励后呼气酒精浓度（BrAC）的递增轨迹无法被控制或标准化。所提供的酒精剂量必须受到限制，以确保吸收速度最快的受试者的累积BrAC不超过安全限值19。此外，受试者寻求酒精的动机也受到其对所用饮料特性的预期和经验差异的影响。
另一种方法包括静脉（IV）给予酒精。此处描述的静脉酒精自我给药系统方法采用基于生理的药代动力学（PBPK）模型，实时计算为达到特定呼气酒精浓度（BrAC）所需的精确输注速率。该PBPK模型的参数根据已知的年龄、性别、身高和体重进行个体化设定。通过补偿个体间酒精药代动力学的差异，并避免吸收过程中的变异性，该方法可直接控制酒精的递增暴露，而非通过给药剂量间接实现。这种实时调整使实验者能够精确控制个体BrAC随时间变化的上升速率、水平及暴露持续时间20，21。每位受试者的递增暴露过程完全一致，从而建立一种实验范式：整体暴露轨迹的差异反映的是受试者动机的差异，而非药代动力学的变异。由于该静脉酒精自我给药系统能够实时计算未来BrAC的时间进程，因此可预先阻止可能超过预设安全限值的奖励行为22。因此，每位受试者均可在实验设计范围内安全地获得完整的酒精暴露体验。采用静脉给药方式，受试者无法根据以往饮酒后果的经验形成预期，其唯一可感知的体验仅来自酒精本身的作用。
先前采用自由获取范式的静脉内酒精自我给药研究显示，个体在自我给药行为上存在高度变异性23 在健康的非依赖性饮酒者中，多次测试具有高重测信度24静脉酒精自我给药在一项采用注意力任务作为所需工作形式的初步研究中被使用。该研究得出结论：该范式在检测基因型与劳拉西泮治疗对寻求酒精动机的交互作用方面是有效的。25随后的研究发现了在戒断反应方面存在的性别差异26该模型已被证明是临床前研究中一种可转化为人类研究的平行模型。 "渴望" 行为27另一项使用该系统的研究表明，在负面情绪条件下，负性紧迫性评分较高的个体表现出更高的断点值和更高的累积工作量，且存在性别特异性效应28,29.
在本研究中，通过肘前窝静脉输注6% V/V乙醇溶液来提供呼气酒精浓度（BrAC）奖励。30所做的功定义为获得呼气酒精浓度（BrAC）逐次增量提升所需按压按钮的次数。每次后续奖励所需的按钮按压次数均递增。当参与者争取第10次奖励时th 奖励，他/她需要按压按钮1,600次，而对于15th，近10,000次。每次奖励包含呼气酒精浓度（BrAC）升高7.5 mg/dL，以每分钟3.0 mg/dL的速率上升持续2.5分钟，随后以每分钟-1.0 mg/dL的速率下降，直至下一次奖励启动。前25分钟包括四次间隔2.5分钟的启动暴露，即在最初10分钟内完成全部四次启动暴露，使BrAC峰值接近30 mg/dL。该程序使参与者能够体验酒精奖励效应，同时练习使用按钮。随后参与者休息15分钟。在此25分钟启动阶段之后，一个 随意 持续2小时的PR阶段开始。自我给药的测量指标包括：平均和峰值呼气酒精浓度（BrAC）、获得的总奖励次数、每单位总体液消耗的乙醇总克数、按钮按压总次数以及平均按钮按压速率。
迄今为止，关于人类使用酒精的固定比率（PR）强化程序的研究较少，而采用静脉注射酒精的研究则更为罕见。因此，本研究旨在建立一种使用计算机辅助自我给药系统的PR强化程序模型，以观察人类对此模型的反应。第二个目标是评估PR程序下酒精相关测量指标的重测信度，例如由酒精自我给药行为引起的呼气酒精浓度（BrAC）暴露水平以及非依赖性健康参与者的行为反应。第三个目标是探讨近期饮酒史和性别对酒精自我给药行为的影响。由于各参与者所经历的BrAC递增量相同，因此可以评估这些因素的影响以及个体对酒精的反应差异。其他关注的因素包括人格特征和预期效应测量。
通过展示个体对PR程序的反应可重复性及其对各种决定因素（如近期饮酒史）的敏感性，该范式可用于评估药物对酒精使用障碍动机的疗效，以及遗传因素在酒精使用障碍中的作用。这种实验室方法将有助于加深对酒精自我给药行为及其饮酒动机的遗传和环境决定因素的理解。
方案
本方案遵循美国国立卫生研究院人类研究伦理委员会的指导方针。
1. 初始护理措施与准备
- 进行呼气酒精测试，确保呼气酒精浓度（BrAC）为零。
- 测量受试者相关生命体征，如体温、呼吸频率、血压和心率。确认年龄和性别。测量身高（cm）和体重（kg）。
- 采集所有受试者的尿液样本，进行尿液药物筛查。对女性受试者进行尿液β-hCG妊娠试验。确保两项结果均为阴性后，方可继续研究。
- 为受试者提供一份标准化的350 kcal代谢餐。
- 完成简要的病史采集，以确定受试者自筛选访视以来是否有过近期住院、患病或新用药等情况，评估可能显著影响研究期间安全性和数据质量的变化。
- 实施近期饮酒史问卷调查，评估受试者自筛选访视以来饮酒情况的变化。
- 如发现任何具有临床意义的医学异常，立即通知护理人员和研究人员。
- 在非优势手臂的肘前窝静脉中插入一根20 G静脉导管，用于酒精输注。固定导管位置，用5 mL预充式生理盐水冲洗导管，并盖上导管帽。
- 确认酒精输注液的正确性，包括受试者姓名、年龄、性别及有效期。
- 从两个静脉输液袋中分别取样，使用折射仪检测溶液中的酒精浓度是否正确。
- 指导受试者排空膀胱。
- 采集基线时关注的各项测量指标。
2. 设置静脉输液泵
- 确保输液泵已插入电源插座。
- 将标准输液管路连接至输液袋。使用输液泵将输注液充满整个输液管路，以润湿管路内表面并排出任何较大的气泡。
- 根据受试者手臂与输液泵之间的距离，选择足够长度的管路套装，使其在保持连接输液泵的同时能够前往卫生间。
- 将计算机的以太网电缆连接至输液泵。
- 按下右上角的灰色Power ON按钮，开启输液泵。
- 按下左侧的Volume Infused按钮，确认显示数值为零。
- 若显示数值不为零，请按下Clear按钮清零。
- 按下Options/Edit按钮，然后按数字4以选择计算机控制选项。
- 使用输液泵顶部一行的箭头按钮选择Yes，然后按下Enter。
- 确保输液泵屏幕顶部闪烁显示Computer Control。
3. 设置笔记本电脑（图1）
注意：以下各步骤均使用 CAIS 系统配套的软件及相关附件完成。
- 将参与者用于点击获取饮料的Drink 按钮连接到距离参与者最近的USB端口。
- 在打开软件之前，请确保Drink 按钮已连接，否则软件将无法检测到该按钮。
- 插入加密狗（dongle）。
- 选择驱动器并输入密码。
- 密码被接受后，打开名为SecuDrive 的驱动器以访问软件。
- 双击软件图标。
- 点击File > New Session。
- 使用所需的参与者编号创建文件名。
- 将数据保存到桌面，而非加密狗，因为软件可能会使加密狗过载而导致程序崩溃。
- 从标有Select Experiment的下拉菜单中选择PR实验。
- 当设置界面弹出并要求输入参与者的进一步信息时，请填写参与者识别编号，将研究类型选择为"Standard"，然后在相应字段中输入性别和年龄。
- 根据本次访问中先前收集的数据，在相应字段中输入身高（cm）和体重（kg）。
- 点击Submit 按钮。
注意：此时图表面板和面向参与者的"welcome"窗口将出现在屏幕上。 - 通过点击并拖动窗口将其移至参与者的显示器上，并将其最大化至全屏，以便参与者能够清晰查看。
4. 递增比率（PR）自我给药实验（图2）
- 在开始前为参与者提供上厕所的休息时间。之后，将输液袋的输液管连接到参与者身上。向参与者宣读指导语。
注意：指导语应包括参与者不允许进行的行为（例如阅读、工作、使用手机）、实验过程中将要发生的情况（如连续采集数据），以及有关获取饮料所需工作量逐步增加的任何信息。 - 在笔记本电脑上，点击屏幕顶部的 开始/运行 按钮。
注意：参与者的显示器上会出现提示，告知他们点击 饮料 按钮以获取初始奖励。 - 指导参与者在屏幕提示出现后立即按下 饮料 按钮，以获取四次个体化标准化的初始剂量。每次屏幕提示出现时，提醒参与者尽快开始按下 饮料 按钮，确保在10分钟内达到预期的呼气酒精浓度（BrAC）。
注意：整个初始阶段应持续10分钟。为达到约30 mg/dL（0.030 g/dL）的浓度，各剂量分别需要按2次、4次、7次和10次按钮。 - 在第10分钟时（即最后一次初始饮酒后立即），采集呼气酒精浓度（BrAC）和血压数据，并实施主观反应评估。
- 通过按下 Ctrl + B 并输入数值（例如0.030）将BrAC输入软件系统。如有需要，算法将据此进行调整。每次采集BrAC后均需重复此步骤。
- 让参与者休息10分钟。
注意：输注系统将继续以特定速率输送液体，使BrAC呈线性下降；在自由摄取阶段开始前，系统不会记录任何按钮按压行为。 - 在第20分钟时，采集BrAC和血压数据，并实施主观反应评估。
- 在第25分钟时，告知参与者“酒吧已开放”，并提供实验所需的其他进一步指示。在采集测量数据时，不要打断参与者的工作行为。
注意：该指令标志着从初始饮酒阶段转入自愿自我给药阶段；参与者现在可随时按自己希望的频率获取奖励，也可选择暂停或停止。每次获得饮料前需按下的按钮次数逐渐增加。 - 在第45分钟时，采集BrAC、血压和主观反应评估数据。
- 此后每15分钟继续采集一次主观反应评估、血压和BrAC，直至第165分钟。
- 立即将每次测得的BrAC数据输入系统，以校正可能出现的模型误差。
5. 结束实验
- 点击软件中的 数据 选项卡，然后选择 导出。
注意：系统将创建一个包含与实验相关的所有带时间戳数据的 .CAS 文件，包括受试者编号、日期、形态测量数据、PBPK 参数、BrAC 变化轨迹、输注速率曲线、BrAC 测量值、按钮按压记录、所用酒精类型、如厕中断情况以及实验过程中技术人员输入的任何备注。.CAS 文件为只读格式，但可在将来任意时间用于回放示验过程。 - 移除静脉导管。
- 按下泵左侧的 输注体积 按钮以查看数值。
- 在流程表上记录所用灌注液的总体积。
- 移除静脉导管。
- 继续每 15–30 分钟采集一次 BrAC，直至 BrAC 低于 20 mg/dL (0.02)，或达到特定研究规定的出院标准。
注意：至此实验方案结束。以下步骤用于可能的故障排查和数据分析。
6. 饮料按钮故障排除
- 如果Drink 按钮与软件失去连接且不再响应按压操作，请勿停止会话。
- 将Drink 按钮从当前端口拔出，并插入计算机上的另一个端口。
注意：软件已无法识别原始端口。 - 在软件界面上点击View，向下滚动至底部，然后选择Map Drink Buttons。
- 当屏幕上弹出窗口后，选择Drink 按钮（向软件提示其新位置），以便将按钮的新地址录入到Drink 按钮的设置中。
- 在计算机屏幕的弹出窗口中点击OK 。
- 再次按下Drink 按钮，并让受试者接受饮品。
结果
志愿者通过电话访谈进行初步筛选，随后被邀请参加初次筛选访视。访视期间进行体格检查和病史采集，并开展肝功能和常规血液生化指标的血液检测，以及尿液毒品筛查。近期饮酒史采用90天时间线回顾法（Timeline Followback, TLFB）31和酒精使用障碍识别测试（Alcohol Use Disorder Identification Test, AUDIT）32进行评估。
如果参与者存在任何临床显著的医学问题，或在过去2-4周内使用过已知与酒精相互作用的处方药或非处方药（OTC），或有终生或当前的物质或酒精依赖诊断；目前正在寻求酒精使用障碍治疗；存在临床显著的戒断症状（临床研究所戒断评估量表（CIWA）评分>8）33，或女性参与者处于妊娠期，则被排除。其他静脉酒精给药研究已纳入有终生酒精依赖诊断的参与者，以及当前未寻求治疗的酒精依赖者。
为了更好地理解酒精预期对酒精奖赏动机的影响，采用了酒精效应问卷（Alcohol Effects Questionnaire, AEFQ）34。此外，在基线期及实验过程中连续采集主观反应指标，以评估对酒精的渴求程度，所用工具包括CAIS体验问卷（CAIS Experience Questionnaire, CEQ）、酒精渴求问卷（Alcohol Urge Questionnaire, AUQ）35，以及使用药物效应问卷（Drug Effects Questionnaire, DEQ）36评估酒精的作用效果。递增比率任务的相关指标包括：所有奖赏条件下总的按钮按压次数、总的无效按钮按压次数（未完成的按压尝试或按压速度超过最大允许速率）、总奖赏时间（用于按压酒精相关按钮的时间）、平均按压速率以及无效按压比例。其他测量指标包括：最高呼气酒精浓度（peak BrAC）、平均呼气酒精浓度（average BrAC）、获得的总奖赏次数以及消耗的乙醇总量。上述指标均不包含实验会话中启动阶段的数据。
采用单变量一般线性模型对男性和女性的静脉酒精自我给药（IV-ASA）指标进行比较（表1），并对低反应者与高反应者的IV-ASA指标进行比较（表2）。采用皮尔逊相关分析比较第1次和第2次实验环节的IV-ASA指标（图3），以及IV-ASA指标与近期饮酒史指标之间的相关性（图4）。最后，采用单变量一般线性模型分析低反应者与高反应者在酒精预期指标（图5）、启动阶段的主观反应指标（图6）以及峰值主观反应评分（图7）上的差异。
115名健康、无酒精依赖的参与者被招募参与本研究。其中16名参与者因时间冲突被排除，8名因实验过程中系统崩溃被排除nd 输注访视期间，6人因医学原因（如低血压、晕厥等）退出，1人不符合纳入标准（如酒精依赖诊断）。因此，最终分析共纳入84名参与者。样本中男性占54.8%（n = 46），白人/高加索人种占67.9%（n = 57）。 表3 总结了分析样本的人口统计学特征。
在饮酒史指标和实验会话结果方面均评估了性别差异的影响（表1）。根据AUDIT和TLFB 90天报告，女性与男性在近期饮酒史指标上无显著差异。在会话相关指标中，唯一具有统计学意义的性别差异是乙醇（EtOH）的总摄入量。鉴于男性体内酒精分布的总体液量大于女性，该显著差异是可预期的；程序已针对此类药代动力学差异进行了调整。在所有后续分析中，性别被作为协变量纳入。
一部分参与者（N = 11）完成了两次相同的实验环节。采用皮尔逊相关系数（Pearson's r）对第1次和第2次实验环节中的自我给药指标进行比较，包括最高呼气酒精浓度（BrAC）、获得的总奖励次数、总按钮按压次数以及平均按钮按压速率。皮尔逊相关系数范围为0.81至0.96（P ≤ 0.002）。对于所有自我给药测量指标，递增比率法均表现出较高的重测信度（图3）。此外，还使用相关系数评估自我给药测量指标之间的内部一致性，皮尔逊相关系数范围为0.71至0.96（p < 0.01）。与预期一致，获得的总奖励次数与最高BrAC、平均BrAC以及输入的总乙醇量（EtOH）均呈强相关性（数据未显示）。
与预期一致，个体在自我给药行为上表现出显著差异（图8）。通过将实验阶段的数据与近期饮酒史进行比较，我们发现过去90天内的饮酒天数与实验室中的饮酒行为密切相关（图4）。这些关联包括一些常规指标，如最高呼气酒精浓度（BrAC）、平均BrAC（图中未显示）和总乙醇摄入量（EtOH）。系统特异性指标，如平均饮酒速率和错误按键比例，也与近期饮酒史指标存在关联。Pearson相关系数r值介于0.257至0.314之间（p ≤ 0.025）。
为了评估在实验过程中酒精寻求行为与主观反应之间的关系，根据获得奖励的总数进行中位数分割（中位数 = 5），将被试分为两组：低反应者和高反应者。高反应者在过去90天内的总饮酒量和重度饮酒天数均显著高于低反应者（表2）。与预期一致，高反应者在实验过程中按压获取输注的次数显著多于低反应者，并且花费更多时间努力获取这些奖励（所有 p 值均 < 0.001）。主观反应通过比较基线期、PR启动阶段以及PR自我给药阶段的组间平均值进行分析。低反应者在基线时报告了更强的整体酒精负面预期（p = 0.023），包括对认知和身体功能受损的预期（p = 0.022）（图5）。
在启动阶段，高反应者与低反应者在CEQ和DEQ评分上均存在显著差异（图6）。高反应者愿意为下一杯饮料支付更高的金额（p = 0.038）。低反应者在启动后对酒精的感受更强（p = 0.001），并在启动后感觉更加醉酒（p < 0.001）。
在自由饮酒的PR阶段，高反应者与低反应者在酒精“喜爱度”（p = 0.014）和“渴求度”（p = 0.001）的DEQ评分上存在显著差异图7）。高反应者对酒精的渴求程度更高，这体现在酒精渴求问卷（AUQ）的总分上（p = 0.003）。在开放式按需饮酒PR阶段结束时，他们仍愿意为下一次饮酒支付更高的费用（p < 0.001).
图 1：实验会话的材料设置。 静脉输注泵、工作按钮、笔记本电脑以及软件数据录入界面的设置示意图。请点击此处查看此图的放大版本。
图 2：事件时间线。 引导阶段、自由摄取阶段及所采集测量指标的时间安排。请点击此处查看此图的放大版本。
图 3：n = 11 名受试者完成两次相同会话的重测信度。 第1次会话数据位于x轴，第2次会话数据位于y轴。第1次与第2次会话的饮酒相关指标之间存在统计学显著相关性，包括：峰值 BrAC、获得的总奖励数、总按钮按压次数以及平均按钮按压速率。 请点击此处查看该图的放大版本。
图4：近期饮酒史与实验会话指标的关系。 使用90天时间线回顾法（TLFB）评估既往饮酒史，并与自我给药实验期间的饮酒指标之间具有统计学显著相关性的图示。 请点击此处查看该图的放大版本。
图 5：酒精预期效应。 在基线时，低反应者与高反应者之间的酒精预期效应存在显著差异。低反应者在基线时预期酒精会产生更多的总体负面效应，特别是更明显的认知和身体功能损害。*p < 0.05 请点击此处查看该图的放大版本。
图6：启动阶段后的主观反应。 在启动后20分钟时，低反应者与高反应者之间的主观反应存在显著差异。根据CEQ结果，高反应者在启动后愿意为下一杯饮料支付更高的金额；而根据DEQ结果，低反应者在启动后对酒精的感受更直接，且感觉更加醉酒。*p < 0.05；**p < 0.01；***p < 0.001 请点击此处查看此图的放大版本。
图7：渐进比率开放饮酒阶段的主观反应。 在开放饮酒阶段，低反应者与高反应者之间的主观反应存在显著差异。高反应者在药物效应问卷（DEQ）上报告的对酒精的喜爱感和渴望感峰值评分更高。他们在酒精渴求问卷（AUQ）上报告的酒精渴求或冲动峰值也更高。在开放饮酒阶段结束时，高反应者愿意为下一杯酒支付更高的金额，这一点在消费问卷（CEQ）中有所体现。*p < 0.05；**p < 0.01；***p < 0.001 请点击此处查看此图的放大版本。
图8：呼气酒精浓度（BrAC）变化轨迹。 图表记录了整个实验过程中（包括启动阶段）预测的呼气酒精浓度（BrAC）变化轨迹。在10分钟时间点，大多数受试者达到了30 mg/dL的BrAC，此为目标启动阶段所需的BrAC水平。自我给药阶段的变异性反映了该实验范式对个体间差异的敏感性。请点击此处查看该图的放大版本。
| 女性 (N = 38) | 男性 (N = 46) | |
| 饮酒史： | ||
| 总饮酒量 | 92.8 ± 120.7 | 93.9 ± 72.9 |
| 饮酒天数 | 25.1 ± 12.9 | 27.7 ± 14.3 |
| 每日饮酒量 | 3.3 ± 2.3 | 3.4 ± 1.6 |
| 重度饮酒天数 | 8.9 ± 11.5 | 6.4 ± 9.1 |
| 实验会话指标： | ||
| 呼出酒精浓度峰值（BrAC） | 34.6 ± 17.7 | 37.9 ± 21.0 |
| 平均呼出酒精浓度（BrAC） | 21.4 ± 15.6 | 23.3 ± 18.7 |
| 获得奖励总数 | 5.4 ± 3.3 | 5.5 ± 3.8 |
| 消耗的乙醇总量（克）** | 16.8 ± 7.6 | 25.6 ± 15.0 |
| 按钮按压次数 | 2035.2 ± 2657.1 | 2940.7 ± 5179.5 |
| 错误按钮按压次数 | 445.7 ± 828.2 | 585.0 ± 1112.4 |
| 总奖励时间 | 1146.9 ± 1277.3 | 1460.0 ± 1643.3 |
| 平均按钮按压速率 | 1.9 ± 1.1 | 2.3 ± 1.6 |
| 错误按钮按压比例 | 0.12 ± 0.12 | 0.16 ± 0.14 |
| 错误按钮按压比例 | 0.12 ± 0.12 | 0.16 ± 0.14 |
表1：饮酒指标中的性别差异。 第一个面板报告了90天时间线随访法（TLFB）的测量结果。男性和女性在任何饮酒史指标上均无显著差异（p > 0.05），表明他们在实验室外的饮酒行为相似。第二个面板显示了实验期间的饮酒量测量结果。男性和女性仅在乙醇总摄入量上存在显著差异（**p = 0.005）。该差异与总体水含量的性别差异相一致，可能反映了为达到相近的峰值呼出气酒精浓度（BrAC）所需的饮酒量不同。
| 低反应者 (N = 45) | 高反应者 (N = 39) | |
| 饮酒史： | ||
| 总饮酒量* | 73.5 ± 48.4 | 116.4 ± 129.4 |
| 饮酒天数 | 24.8 ± 13.6 | 28.7 ± 13.7 |
| 每日饮酒量 | 3.2 ± 1.6 | 3.7 ± 2.3 |
| 重度饮酒天数* | 5.7 ± 7.4 | 9.6 ± 12.6 |
| 实验会话指标： | ||
| 最高呼出酒精浓度（BrAC）** | 26.4 ± 12.4 | 47.9 ± 20.0 |
| 平均呼出酒精浓度（BrAC）** | 12.6 ± 9.5 | 33.8 ± 17.4 |
| 获得的总奖励次数** | 2.5 ± 1.6 | 8.7 ± 1.9 |
| 消耗的总乙醇量（g）** | 15.2 ± 6.6 | 29.1 ± 14.4 |
| 按钮按压总次数** | 225.1 ± 242.1 | 5191.8 ± 5046.0 |
| 错误按钮按压次数** | 37.9 ± 75.3 | 1080.5 ± 1240.9 |
| 总奖励时间（秒）** | 386.4 ± 961.3 | 2393.7 ± 1246.9 |
| 平均按钮按压速率** | 1.7 ± 1.4 | 2.6 ± 1.4 |
| 错误按钮按压占比** | 0.09 ± 0.11 | 0.20 ± 0.13 |
表2：低应答者与高应答者在饮酒史测量指标上的差异。 该表报告了90天时间线随访法（TLFB）测量结果和静脉自我给药测量结果（IV-ASA）。低应答者与高应答者在总饮酒量和重度饮酒天数上存在显著差异（所有 p 值均 < 0.05）。这些差异表明，这些参与者的饮酒史不同，且这种差异也反映在他们在实验室中的PR行为上。低应答者的IV-ASA测量值显著低于高应答者（所有 p 值均 < 0.001）。
| 变量 | 均值 ± 标准差（百分比） | |
| 性别 | 女性 | 38 (45.2%) |
| 男性 | 46 (54.8%) | |
| 种族 | 白人 | 57 (67.9%) |
| 非裔美国人/黑人 | 12 (14.3%) | |
| 亚裔 | 9 (10.7%) | |
| 多种族 | 5 (6.0%) | |
| 未知 | 1 (1.2%) | |
| 年龄 | 24.8 ± 3.0 | |
| 受教育年限 | 15.9 ± 3.0 | |
| 家庭收入 | 中位数 | $30,000–$39,999 |
表3：分析样本的人口统计学特征。 本表列出了我们样本特征的详细分布情况。
讨论
本方案提供了证据，表明递增比率静脉酒精自我给药程序能够成功测量人类对饮酒的动机。该方法将最初的临床前递增比率模型扩展应用于人类37。重测信度结果表明，该范式提供了一种可靠的方案，可用于在多次访视中重复检测寻求酒精的动机。该方案还能敏感地反映单次实验过程中饮酒行为的变异性，可测量可能影响饮酒动机的因素（如饮酒预期），并关联近期饮酒史的差异，还可能反映实验过程中对酒精的主观反应。该程序有效性的其他支持证据也已在别处发表，显示其可引起更强的主观反应，表现为对更多酒精的渴求感增强27,28,29,38，以及酒精摄入量的增加39。
由于静脉注射酒精与基于个体化PBPK的输注速率计算相结合，相较于口服酒精方法（其个体间差异可达3-4倍）具有显著改进19。CAIS通过绕过胃肠道吸收，显著减少了酒精在分布和消除过程中的个体间差异。利用上述基于PBPK模型的算法20，该系统可设定呼气酒精浓度（BrAC）的递增轨迹，并可根据研究者的具体实验方案进行调整22,23,27。
本方案提供了一个酒精摄入研究平台，可根据受试人群的特征进行简单修改，并可调整以反映具体的研究问题。例如，本研究中包含了一个启动阶段，但其他选择包括去除启动阶段，或设定特定的目标水平或暴露量。此类修改包括调整奖励属性、获得奖励所需付出的努力、酒精给予的时间、研究持续时长、安全终止标准，以及引入替代奖励（通常为安慰剂，如生理盐水）的可能性。
在使用酒精摄入的实验中，出于安全考虑，参与者在整个研究过程中可摄入的酒精量受到限制；因此达到的呼气酒精浓度（BrAC）峰值通常远低于参与者在实验室外自行饮酒时可能达到的水平。通过结合静脉输注与个体化的、实时的药代动力学（PBPK）模型对BrAC未来变化轨迹进行预测，该系统能够精确控制酒精暴露水平。可预先设定安全上限，所有参与者均可选择达到与暴饮相当的典型BrAC峰值。目前推荐的安全限值分别为：中度饮酒者120 mg/dL，重度饮酒者150 mg/dL，依赖性饮酒者180 mg/dL。在自由获取范式中，部分饮酒者仍会达到并维持这些限值。在渐进比率（PR）范式中，可通过设定工作量递增的要求序列，限制峰值BrAC暴露，具体取决于所选择的递增奖励暴露水平。采用渐进比率法时，衡量饮酒欲望的指标是为获得满足该欲望的酒精暴露所需完成的工作量。此外，错误按键次数这一指标可能存在局限性。其他因素也可能影响错误按键次数，例如疲劳、按键类型（实体按钮与鼠标点击）或酒精中毒状态。Plawecki等人已应用该方法的改进版本，通过一种称为恒定注意力任务（Constant Attention Task, CAT）的改良PR任务来克服这一局限性25,26。
最重要的局限性在于缺乏自然情境，因为该实验通常在医院或实验室环境中进行，并采用参与者日常经验之外的酒精给药方式。但更有利的是，通过消除与饮酒相关的环境线索，这些限制使实验者能够灵活地将这些因素重新引入实验中。例如，可以将计算机屏幕设置成包含酒吧场景的界面，改变实验进行的房间以使其更类似酒吧环境，也可以引入酒精的嗅觉线索或视觉线索。
该方法的重要意义在于，它能够直接控制呼气酒精浓度（BrAC）的逐步暴露，从而在酒精递送的范围和灵活性方面提供口服酒精方法无法实现的优势。尤为重要的是，这种渐进比率静脉注射酒精自我给药范式将工作努力转化为在个体内部及个体之间均保持一致的暴露水平，并产生易于测量的结果。定义工作序列和递增奖励暴露的设置文件易于修改，可根据实验需求进行定制。另一种采用静脉注射酒精和渐进比率来规定工作量的方法包含注意力成分25,26。该方法要求参与者通过完成一项需要持续集中注意力才能成功执行的任务来获得酒精。此方法能够适应酒精效应以及疲劳的双重影响。
该方法最重要的应用之一是在实验室环境中进行药物研发。将该系统应用于相关的临床人群，是评估药物对酒精奖赏动机作用效果的一个极具前景且重要的研究方向。本方案的重测信度支持其测量指标的可靠性，而递增比率程序则可缓解重度饮酒者因呼气酒精浓度（BrAC）达到上限而带来的测量局限，同时仍能直接反映个体寻求酒精的动机水平。此外，采用该方案可能为深入探究酒精寻求行为的遗传与环境决定因素提供更佳的研究机会。
披露
有意将该软件应用于自身研究的研究人员应联系通讯作者和 Martin Plawecki 博士。CAIS 不是免费软件。作者声明不存在竞争性财务利益。
致谢
本研究工作得到了酒精滥用与酒精中毒国家研究所临床与生物研究部（Z1A AA 000466）的支持。CAIS 软件的开发得到了印第安纳酒精研究中心（P60 AA 07611）的 Sean O'Connor、Martin Plawecki、James Hays 和 Victor Vitvitskiy 的支持。Martin Plawecki 还获得了 NIAAA R01 AA027236 项目的支持。CAIS-PR 实验范式的进一步开发得到了 Ulrich Zimmermann 和 Vijay Ramchandani 的支持。作者感谢 Mary Lee 博士、Nancy Diazgranados 博士、David T. George 博士以及执业护士 LaToya Sewell 在医疗支持及参与者安全监测方面提供的帮助，同时也感谢 Reza Momenan 博士提供的运行支持。作者还感谢美国国立卫生研究院临床中心 5-SW 日间医院和 1-HALC 酒精诊所的工作人员。作者感谢研究助理 Molly Zametkin、Jonathan Westman、Kristin Corey、Lauren Blau 和 Courtney Vaughan 为本研究提供的运行支持。最后，作者对已故的 Daniel Hommer 博士在临床监督和指导方面所做出的贡献表示由衷的感激。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 酒精输注液 | AKORN Pharmaceuticals | https://www.akorn.com/ | 95% 乙醇溶液可购买后稀释为 6% V/V 乙醇溶液。需联系公司获取报价 |
| 呼气酒精检测仪 Draeger 6820 或 5820 型号 | Draeger Safety Diagnostics | https://www.draeger.com/en-us_us/Applications/Products/Breath-Alcohol-and-Drug-Testing/Alcohol-Screening-Devices/Alcotest-6820；https://www.draeger.com/en-us_us/Applications/Products/Breath-Alcohol-and-Drug-Testing/Alcohol-Screening-Devices/Draeger-Alcotest-5820 | 采集呼气酒精浓度读数 |
| 计算机辅助酒精输注系统（CAIS） | 印第安纳大学 | 如需将CAIS用于自身的研究目的，请联系通讯作者Bethany Stangl博士和Martin Plawecki博士 | |
| 数字折射仪 | Atago | PR-32α (atago-usa.com) | 检测输注液中的酒精浓度 |
| Griffin Powermate 按钮 | CDW Government Inc. | 该项目已于2018年停产；目前正在研发替代产品 | |
| iMed Gemini PC-2TX 输注泵 | Soma Technology, Inc. 或 DiaMedical USA | http://www.somatechnology.com/ 或 https://diamedicalusa.com/medical-equipment/on-site-repairs-preventive-maintenance/infusion-pump-repair-service/alaris-infusion-pumps/alaris-imed-gemini-pc-2tx-infusion-pump-2/ | 输注泵。由于该产品未在网站展示，需联系公司获取报价。 |
| 笔记本电脑/计算机 | CDW Government Inc. | https://www.cdwg.com/search/computers/laptops-2-in-1s/laptops/?w=CB2&筛选=af_system_notebook _type_cb2_ss:("Notebook") | 操作系统：Windows 7 或更高版本（已安装更新）；需管理员权限；MS Office（包含 Excel）；计算机至少具备 3 个 USB 端口，以及根据实际实验需求配置的端口倍增器。 |
| 安全加密狗 | SecuTech | https://esecutech.com/store/unikey/unikey-drive/unikey-drive-2gb | 用于 CAIS 软件和数据存储 |
| StarTech.com 1端口USB转RS232 DB9串行适配器线缆 - 公对公 | CDW 政府有限公司 | StarTech.com 1端口USB转RS232 DB9串行适配器线缆 - 公/公 - ICUSB232V2 - - (cdwg.com) | 连接笔记本电脑至静脉输液泵 |
| StarTech.com 2端口USB转RS-232串行DB9适配器线缆 - 串行适配器 | CDW Government Inc. | StarTech.com 2端口USB至RS-232串行DB9适配器线缆 - 串行适配器 - ICUSB232C2 - - (cdwg.com) | 连接笔记本电脑至静脉输液泵 |
| StarTech.com DB9 转 RJ45 模块化适配器，F F 型串行适配器 | CDW Government Inc. | https://www.cdwg.com/shop/products/StarTech.com-DB9-to-RJ45-Modular-Serial-Adapter-Black/386543.aspx?pfm=srh | 连接笔记本电脑至静脉输液泵 |
| StarTech.com DB9 转 RJ45 模块化适配器 公对母 串行适配器 | CDW Government Inc. | https://www.cdwg.com/shop/products/StarTech.com-DB9-to-RJ45-Modular-Serial-Adapter-Black/386544.aspx?enkwrd=StarTech%20com%20DB9%20to%20RJ45%20Modular%20Adapter%20M%20F%20serial%20adapter&pfm=srh | 连接笔记本电脑至静脉输液泵 |
| USB 延长线 12英尺 | CDW 政府公司 | https://www.cdwg.com/shop/products/StarTech.com-10ft-USB-2.0-Extension-Cable-A-to-A-Cable-Black/2274398.aspx?pfm=srh | 用于连接并延长按钮，使其位于参与者可触及的范围内 |
| VGA 线缆 12英尺 | 最佳购买 | https://www.bestbuy.com/site/insignia-12-vga-cable-black/5884115.p?skuId=5884115 | 为了 将显示器连接至笔记本电脑 |
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