Pavloviano Training Approach condizionati in Rats
4 febbraio 2016
Qui, presentiamo un protocollo per suscitare un comportamento di approccio condizionato pavloviano nei ratti. Questa procedura può essere utilizzata per misurare le differenze individuali nella tendenza ad avvicinarsi e attribuire la salienza dell'incentivo a segnali legati alla ricompensa e indagare la vulnerabilità alla dipendenza.
L'obiettivo generale di questa procedura è quello di suscitare un comportamento di approccio condizionato pavloviano nei ratti. Questa procedura può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo delle neuroscienze comportamentali, come ad esempio perché alcuni individui possono resistere alla tentazione di perseguire segnali di ricompensa mentre altri no. Il vantaggio principale di questa procedura è che ci permette di misurare il valore motivazionale incentivante dei segnali separatamente dal loro valore predittivo.
A dimostrare questa procedura sarà Christopher Fitzpatrick, uno studente laureato in neuroscienze del mio laboratorio. Questo protocollo utilizza camere di condizionamento operanti commerciali in armadi fonoassorbenti con ventole di ventilazione per fornire rumore ambientale. All'interno di ogni camera, dotare un magazzino di pallini con un sensore a infrarossi per gli ingressi della testa.
Posizionalo nella parete anteriore di ogni camera, a tre centimetri dal pavimento, e attacca un dispenser per erogare pellet di cibo al gusto di banana da 45 milligrammi. Successivamente, in modo controbilanciato, posizionare una leva retrattile a circa 2,5 centimetri su entrambi i lati della presa e a circa 3 centimetri dal pavimento. La leva dovrebbe avere una luce di stecca a LED per renderla più attraente.
Per calibrare la leva, posizionare un peso di 10 grammi su di essa e regolare la vite di calibrazione finché il peso non spinge la leva verso il basso. Quindi, collegare una luce rossa al tetto della camera sopra la presa. Ciò aumenterà la visibilità della leva illuminata.
Questo completa la preparazione della camera. Ordina ratti Sprague Dawley maschi adulti di peso compreso tra 250 e 300 grammi e ospitali in coppia all'arrivo. Lasciate i ratti indisturbati per almeno due giorni nella colonia di stabulazione per acclimatarsi.
La colonia dovrebbe essere mantenuta su un ciclo luce-buio di 12 ore e i ratti dovrebbero avere accesso ad libitum a cibo e acqua. Dopo un periodo di acclimatazione iniziale, maneggiare ogni ratto per almeno un minuto al giorno, per un paio di giorni. Nei due giorni prima del pre-allenamento, somministra a ciascun ratto 15 pellet al gusto di banana al giorno.
Dividi questi pellet in modo uniforme sui lati separati della gabbia domestica. Per questo protocollo, crea un programma di pre-allenamento. La programmazione avviene in notazione MEDState.
Il manuale è disponibile online. Scrivi un programma per erogare 50 pellet di cibo con un programma a tempo variabile di 30 secondi cinque minuti dopo l'inizio del programma. L'intervallo è in media di 30 secondi ma varia in modo casuale tra zero e 60 secondi.
Durante questo periodo, la luce rossa della casa dovrebbe essere accesa, ma la leva retrattile dovrebbe rimanere retratta per tutta la durata del programma. Fai il pre-allenamento durante il ciclo di luce il giorno prima dell'allenamento PCA. Metti ogni ratto in una camera operativa.
Chiudere e bloccare lo sportello della camera. Chiudere la porta dell'armadio insonorizzante ed eseguire immediatamente il programma. Non appena il programma è completato, rimuovere i ratti dalle camere.
Registrare il numero di pellet consumati. Tutti i ratti che non consumano tutti i pellet dovrebbero essere esclusi da ulteriori test. Nel software, scrivi un programma di allenamento per eseguire 25 prove in circa 40 minuti, iniziando un minuto dopo l'inizio del programma.
Durante ogni prova, fai in modo che la leva si illumini e si estenda nella camera per otto secondi. La luce rossa interna è sempre accesa. Quando la leva si ritrae, fai erogare un pellet di cibo indipendentemente dalla risposta del ratto.
Separa ogni prova su un programma a tempo variabile di 90 secondi. L'intervallo è in media di 90 secondi, ma varia in modo casuale tra 30 e 150 secondi. Esegui il programma PCA proprio come è stato eseguito il pre-allenamento.
Dopo aver rimosso i ratti, registrare il numero di pellet consumati ed escludere i ratti che non consumano tutti i pellet. Ora, utilizzando i dati raccolti dal programma, calcola i punteggi dell'indice PCA. I ratti maschi sono stati sottoposti a cinque sessioni di addestramento PCA, durante le quali sono stati registrati il numero, la latenza e la probabilità di entrate nel caricatore e nelle pressioni a leva.
Per ogni sessione di allenamento PCA giornaliera, i punteggi dell'indice PCA sono stati calcolati da queste variabili. I punteggi dell'indice PCA delle ultime due sessioni di allenamento sono stati utilizzati per classificare i ratti come tracker di segni, tracker di gol o come aventi un fenotipo intermedio. I tracciatori di segni si sono avvicinati e hanno indirizzato il loro comportamento principalmente verso il segnale della leva relativo alla ricompensa.
Nell'indice PCA, i loro punteggi variavano da 5 a 1. Al contrario, i tracker degli obiettivi si sono avvicinati e hanno indirizzato il loro comportamento principalmente verso la fonte di consegna della ricompensa, il caricatore di pellet. Nell'indice PCA, i loro punteggi variavano da 5 a 1.
Il fenotipo intermedio non distorce nessuno dei due comportamenti. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come suscitare l'approccio condizionato pavloviano nei ratti.
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Panoramica
Questo protocollo induce un comportamento di avvicinamento condizionato di tipo pavloviano nei ratti, consentendo ai ricercatori di misurare le differenze individuali nella tendenza ad avvicinarsi a stimoli associati alla ricompensa. Fornisce informazioni sulla vulnerabilità all'assuefazione e sul valore motivazionale degli stimoli.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze comportamentali
- Ricerca sulle dipendenze
- Comportamento condizionato
Sfondo
- Il condizionamento pavloviano è un concetto fondamentale nelle neuroscienze comportamentali.
- Comprendere le differenze individuali nell'elaborazione della ricompensa è fondamentale per gli studi sull'addiction.
- Questa procedura separa il valore motivazionale incentivante dal valore predittivo dei segnali.
- Camere di condizionamento operante commerciali sono utilizzate per questo protocollo.
Scopo dello studio
- Studiare perché alcune persone resistono ai segnali di ricompensa mentre altre no.
- Misurare la rilevanza motivazionale attribuita ai segnali associati alla ricompensa.
- Esplorare la vulnerabilità alla dipendenza attraverso le risposte comportamentali.
Metodi Utilizzati
- Utilizzo di camere per condizionamento operante dotate di caratteristiche di attenuazione acustica.
- Incorporazione di un sensore a infrarossi nel magazzino dei pellet per misurare l'ingresso della testa.
- Dimostrazione della procedura da parte di uno studente laureato in neuroscienze.
- Valutazione del comportamento di avvicinamento condizionato nei ratti.
Risultati principali
- Induzione riuscita di comportamenti condizionati di avvicinamento di tipo pavloviano.
- Misurazione delle differenze individuali nella risposta a stimoli legati alla ricompensa.
- Comprensione degli aspetti motivazionali dell'elaborazione della ricompensa.
- Ripercussioni potenziali per la comprensione dei meccanismi dell'addiction.
Conclusioni
- Questo protocollo è efficace per lo studio del comportamento condizionato nei ratti.
- Fornisce un quadro per esplorare la vulnerabilità alla dipendenza.
- La ricerca futura potrà basarsi su questi risultati per approfondire la comprensione dell'elaborazione della ricompensa.
Domande Frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
L'addestramento con approccio condizionato di tipo pavloviano (PCA) nei ratti consente ai team biofarmaceutici di analizzare le proprietà motivazionali dei segnali associati alla ricompensa, supportando la riduzione del rischio meccanicistica nella ricerca su disturbi neuropsichiatrici e dipendenze. Quantificando le differenze individuali nel comportamento guidato dai segnali, il PCA fornisce un'elevata affidabilità predittiva per la validazione degli obiettivi e la selezione di modelli traslazionali. Questo approccio orienta le decisioni iniziali di scoperta e la selezione del portafoglio per programmi su disturbi del sistema nervoso centrale e comportamentali.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Bersaglio
- Permette l'analisi dell'attribuzione di salienza incentivante ai segnali di ricompensa, chiarificando i percorsi comportamentali rilevanti per la vulnerabilità all'assuefazione.
- Supporta la riduzione del rischio biologico distinguendo le proprietà predittive da quelle motivazionali dei segnali nei modelli preclinici.
- Facilita la validazione funzionale delle target collegando i fenotipi comportamentali ai meccanismi neurobiologici sottostanti.
- Fornisce indici quantitativi per il triage di target candidate nei percorsi neurocomportamentali.
Sviluppo di screening e saggi
- Prepara sistemi comportamentali validati per lo screening di composti successivi in studi sull'addiction e sulla motivazione.
- Standardizza la misurazione dei comportamenti di sign-tracking e goal-tracking per ottenere risultati di saggio riproducibili.
- Consente una raccolta scalabile e automatizzata dei dati relativi alle pressioni della leva e agli ingressi nel magazine per fenotipizzazione comportamentale ad alto rendimento.
- Permette una valutazione affidabile di interventi farmacologici o genetici sulla salienza incentivante.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea fenotipi comportamentali preclinici a marcatori della vulnerabilità alla dipendenza umana per garantire continuità traslazionale.
- Permette l'avanzamento di programmi sul sistema nervoso centrale aggiustato per il rischio, fornendo letture meccanicistiche del comportamento indotto da stimoli condizionati.
- Supporta la riduzione predittiva del rischio per l'identificazione di composti promettenti nella scoperta di farmaci neuropsichiatrici.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
La formazione PCA si colloca all'interfaccia tra la fase iniziale di scoperta e la validazione preclinica, fungendo da ponte tra la ricerca comportamentale basata su ipotesi e lo sviluppo di modelli traslazionali.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica di ipotesi sul valore motivazionale dei segnali e chiarisce i meccanismi comportamentali alla base del rischio di dipendenza.
- Screening: Fornisce risultati quantitativi riproducibili (punteggi indice PCA) per confrontare gli effetti di interventi tra diverse coorti.
- Analisi: Offre misurazioni standardizzate di pressioni sulla leva, ingressi nel magazine e latenza, per un'analisi statistica solida.
- Ricerca traslazionale: Collega i fenotipi comportamentali nei roditori a parametri rilevanti per l'uomo nelle patologie da dipendenza e nei disturbi motivazionali.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma di saggio comportamentale riutilizzabile per svariati programmi di ricerca neurocomportamentale.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva nella validazione degli obiettivi e riduce l'ambiguità meccanicistica nei modelli comportamentali.
- Valore operativo: Permette una fenotipizzazione comportamentale standardizzata, scalabile e riproducibile tra diversi studi.
- Valore strategico: Migliora il processo decisionale di tipo go/no-go e l'allocazione del capitale nei portafogli dedicati al sistema nervoso centrale e alle dipendenze.
- Impatto sul portafoglio: Favorisce la priorizzazione e lo sviluppo di candidati farmacologici per disturbi neuropsichiatrici, adeguati al livello di rischio.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche in neuroscienze comportamentali e protocolli di condizionamento operante.
- Necessita dell'accesso a camere operanti commerciali dotate di software programmabile e strumentazione sensoriale.
- Richiede una standardizzazione intersettoriale della valutazione comportamentale e delle procedure di analisi dei dati.
- Potrebbe essere necessaria un'adattamento per diverse ceppi di roditori o per diversi parametri comportamentali.
- I criteri di esclusione per i non risponditori devono essere applicati in modo coerente per garantire l'integrità dei dati.
