Operante Sensation Seeking in de muis

Samenvatting

In dit protocol beschrijven we een methode voor het operant leren met behulp van zintuiglijke prikkels als een reinforcer in de muis. Het vereist geen voorafgaande opleiding of voedsel beperking, en het laat de studie van gemotiveerd gedrag zonder het gebruik van een farmacologische of natuurlijke bekrachtiger zoals voedsel.

Samenvatting

Operante methoden zijn krachtige gedragstools voor de studie van gemotiveerd gedrag. Deze 'zelfadministratie'-methoden worden uitgebreid gebruikt in onderzoek naar drugverslaving vanwege hun hoge constructvaliditeit. Operante studies bieden onderzoekers een instrument voor preklinisch onderzoek naar diverse aspecten van het verslavingsproces. Zo kunnen mechanismen van acute bekrachtiging (zowel door drugs als niet-drugs) worden getest met farmacologische of genetische tools om te bepalen in hoeverre een moleculair target het zelfadministratiegedrag kan beïnvloeden^1-6. Daarnaast kan zoekgedrag naar drugs of voedsel worden bestudeerd in afwezigheid van de primaire bekrachtiger, en het vermogen van farmacologische verbindingen om dit proces te verstoren is een preklinisch model voor de ontdekking van moleculaire targets en verbindingen die nuttig kunnen zijn voor de behandeling van verslaving^3,7-9. Een probleem bij het uitvoeren van intraveneuze drug-zelfadministratiestudies bij muizen is de technische moeilijkheid om de doorgankelijkheid van de katheter te behouden. De uitvalpercentages in deze experimenten zijn hoog en kunnen 40% of meer bedragen^10-15. Een ander algemeen probleem bij drug-zelfadministratie is het onderscheiden van welke farmacologisch geïnduceerde effecten van de bekrachtiger specifieke gedragingen veroorzaken. Zo kan de meting van de bekrachtigende en neurologische effecten van psychostimulantia worden vertroebeld door hun psychomotorische effecten. Operante methoden met voedselbekrachtiging kunnen deze valkuilen vermijden, hoewel hun bruikbaarheid bij het bestuderen van drugverslaving beperkt wordt door het feit dat sommige manipulaties die drug-zelfadministratie veranderen, een minimaal effect hebben op voedsel-zelfadministratie. Zo verminderen mesolimbische dopamine-laesies of knockout van de D1-dopaminereceptor de cocaïne-zelfadministratie zonder een significant effect te hebben op voedsel-zelfadministratie ^12,16.

Sensorische stimuli zijn beschreven vanwege hun vermogen om operante responsen te ondersteunen als primaire bekrachtigers (d.w.z. geen geconditioneerde bekrachtigers)^17-22. Auditieve en visuele stimuli worden door verschillende soorten zelf toegediend^18,21,23, hoewel er verrassend weinig bekend is over de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan deze bekrachtiging. Het model van operant sensatiezoeken (OSS) is een robuust model voor het verkrijgen van sensorische zelftoediening bij de muis, waardoor de studie van neurale mechanismen die belangrijk zijn bij sensorische bekrachtiging mogelijk wordt²⁴. Een aanvullend voordeel van OSS is de mogelijkheid om mutante muizen te screenen op verschillen in operant gedrag die relevant kunnen zijn voor verslaving. We hebben gerapporteerd dat dopamine D1-receptor knockout-muizen, waarvan eerder was aangetoond dat ze een tekort hebben bij psychostimulant zelftoediening, ook geen OSS verwerven²⁴. Dit is een unieke bevinding, aangezien deze muizen wel in staat zijn een operante taak te leren wanneer voedsel als bekrachtiger wordt gebruikt. Hoewel operante studies met voedselbekrachtiging nuttig kunnen zijn bij de studie van algemeen gemotiveerd gedrag en de mechanismen achter voedselbekrachtiging, zijn deze studies, zoals hierboven vermeld, beperkt in hun toepassing voor het bestuderen van moleculaire mechanismen van drugverslaving. Er kunnen dus vergelijkbare neurale substraten zijn die sensorische en psychostimulant bekrachtiging mediëren en die verschillen van voedselbekrachtiging, wat OSS een bijzonder attractief model zou maken voor de studie van verslavingsprocessen. De mate van overlap tussen andere moleculaire targets van OSS en drugbekrachtigers is onduidelijk, maar is een onderwerp dat we momenteel onderzoeken. Hoewel sommige aspecten van verslaving, zoals resistentie tegen uitdoving, kunnen worden waargenomen bij OSS, hebben we vastgesteld dat escalatie ²⁵ niet wordt waargenomen in dit model²⁴. Interessant genoeg worden escalatie van inname en enkele andere aspecten van verslaving wel waargenomen bij zelftoediening van sucrose²⁶. Wanneer er dus niet-druggerelateerde operante procedures gewenst zijn om verslavingsgerelateerde processen te bestuderen, kunnen voedsel- of sensorische bekrachtigers worden gekozen om het beste aan te sluiten bij de specifieke vraag die wordt gesteld.

Concluderend hebben zowel voedselzelftoediening als OSS bij de muis het voordeel dat er geen intraveneuze katheter nodig is, wat een methode met een hogere doorvoersnelheid mogelijk maakt om de effecten van farmacologische of genetische manipulatie van neurale targets die betrokken zijn bij motivatie te bestuderen. Hoewel operante tests waarbij voedsel als bekrachtiger wordt gebruikt vooral nuttig zijn bij het bestuderen van de regulatie van de voedselinname, is OSS bijzonder geschikt voor het bestuderen van bekrachtigingsmechanismen van sensorische stimuli en kan het een brede toepasbaarheid hebben bij nieuwzucht en verslaving.

Protocol

1. Schrijf programma om operante testsessies uitgevoerd met gebruikmaking van gevarieerde visuele en auditieve stimuli als een reinforcer

1. Voor vaste ratio (FR) sessies: maak sessies een uur lang met een huis licht en de ventilator ingeschakeld tijdens de sessie. Voor progressieve verhouding sessies maken sessies twee uur in de lengte. Hebben beide hendels verlengd voor de duur van de sessie en tegenwicht die hefboom is "actief" versus "inactief" aangewezen over dieren (hefboom opdracht voor elk dier nooit verandert).
2. Code van het programma op een zodanige wijze dat iedere bekrachtiger wordt gevarieerd op basis van de volgende parameters:
   • elk bekrachtiger is een van de volgende duur willekeurig gekozen: 2, 4, 6 of 8 sec.
   • elk bekrachtiger is een van de volgende stimulus lamp flash tarieven willekeurig gekozen: 0,625, 1,25, 2,5, of 5 Hz, elk met een 50% duty cycle.
   • elke stimulus lampje knipperen wordt willekeurig op zowel de linker-of de rechterkant van de kamer.
   • een auditieve stimulans voor de duur van de bekrachtiger, in ons laboratorium, wij leiden tot een infusiepomp die geluid ongeveer 3 dB biedt boven het achtergrond geluid in de kamer.
3. Code van het programma op de volgende waarden in real-time weergave: 1. Aantal actieve hefboom persen, 2. Aantal inactieve hefboom persen, 3. Aantal bekrachtigers, 4. Tijd (in stappen van 0,1 seconde).

2. Handvat dieren (3 dagen procedure)

1. Na acclimatisatie het dier faciliteit, beginnen de behandeling van de dieren. Dit zal wennen de dieren worden opgehaald en vervoerd.
2. Begin met het plaatsen van gehandschoende handen in de kooi en hen te laten zitten voor 90 sec. Als elke muis heeft niet onderzocht je handen in die tijd, beweeg de handen in de richting van muizen en wacht voor ieder een te snuiven en / of contact opnemen met uw handen voordat u verdergaat.
3. Voorzichtig pick-up elke muis een voor een door de basis van de staart en plaats het op je hand, snel te tillen en brengt het terug naar beneden om de muis om af terug te lopen van je hand in de kooi.
4. Herhaal dit voor elke muis 5-10 keer, afhankelijk van de houding van de muis. De laatste keer dat dit is gedaan, houdt u de muis hoog (met het staan ​​op je hand) voor een periode van tijd, afhankelijk van de dag. Dag 1: 5 sec, Dag 2: 10 sec, Dag 3: 15 sec. Zorg ervoor dat elke muis aan dit criterium voldoet voor de dag. Op dag 1, te wijzigen handschoenen tussen de kooien.
5. Beginnend op dag 2, beroertes van het dier terug, terwijl de muis op je hand. Ook op dag twee, begint het wegen van de dieren dagelijks. Markeer elke dier staart met een Sharpie naar onderwerp aan te geven.
6. Als injecties worden gegeven tijdens het experiment, begin habituating muizen injecties op dag 2. Dit dient te gebeuren nadat alle muizen in de kooi zijn behandeld en voldeed aan het criterium voor de dag.

3. Schoon en testapparatuur

1. Was de bodem pan met heet water.
2. Schoon operante wanden en vloeren met 30% ethanol.
3. Voer een testprogramma die draait op het huis van licht, ventilator, en de stimulus lichten, breidt hendels en records hefboom persen.
4. Zorg ervoor dat alle lichten uit en ventilatoren goed werken en test het programma om ervoor te zorgen dat alle hefboom persen worden opgenomen.
5. Schoon hendels met 30% ethanol.

4. Voer operante sessie (sessies moeten 5-6 dagen / week op hetzelfde tijdstip van de dag)

1. Weeg elke muis.
2. Laad het programma in iedere kamer en op gepaste wijze te annoteren het experiment. De actieve hendel moet worden gecompenseerd tussen de dieren (dat wil zeggen, de actieve hefboom is toegewezen aan de linker hendel voor de helft van de muizen, de rechter hendel is actief voor de andere helft), maar de actieve hendel kant nooit verandert zodra de muis een muis is toegewezen.
3. Transport elke muis naar de aangewezen kamer, sluit de kamer, en start de sessie.
4. Na de sessie wordt beëindigd, direct verwijdert u de muis en het re-mark de staart.
5. Schone kamers, zoals beschreven in hoofdstuk 3.
6. Analyseren van gegevens voor het aantal actieve en inactieve hefboom persen. Aantal bekrachtigers en / of hendel nauwkeurigheid (% actief hendel persen) kunnen ook worden gemeld. Als muizen zullen worden getest op het effect van een behandeling op OSS, ervoor te zorgen dat alle muizen te testen hebben overname criteria voldaan (bijvoorbeeld> 20 actieve hendel persen en> 65% actief hefboom persen voor laatste drie FR-1 sessies ) vóór aanvang van de behandeling.
7. Na de overname van FR-1 reageert, het schema van de wapening kan worden gewijzigd (bijvoorbeeld een hogere vaste verhouding, progressive ratio, willekeurige verhouding, etc.).

5. Representatieve resultaten

Een voorbeeld van OSS overname door mannelijke C57BL/6J muizen wordt getoond in Figuur 1 (overgenomen uit ^23). Controle muizen onderging identieke omstandigheden, behalve dan dat de hendel drukt op een hefboom had geen gevolgenquence. Nog een cohort van muizen is weergegeven in figuur 2. In dit experiment, een groep muizen kreeg OSS versterking, terwijl een andere groep kreeg voedsel versterking. We hebben ontdekt dat onder omstandigheden van ad libitum toegang tot voedsel, zowel vaste en progressieve verhouding reageren is vergelijkbaar tussen OSS en reageren voor 10% Zorg (figuur 2, A en B). Dit maakt voor een effectieve vergelijkingen van een manipulatie op twee verschillende soorten wapening (zintuiglijke en voeding) dat potentiële verwart het gevolg zijn van de honger staat of verschillen in respons voorkomt.

Figuur 1:. Lever persen door OSS muizen en controles OSS muizen gevarieerde visuele en auditieve stimuli ontvangen na elk actief hendel drukt u op (FR-een schema van versterking), terwijl de niet-actieve hefboom persen had geen gevolgen. Controle muizen onderging dezelfde omstandigheden, maar er was geen gevolg van het drukken op een hefboom (hefbomen worden aangeduid 1 en 2 en worden gecompenseerd over dieren op dezelfde manier dat de actieve en inactieve hefbomen worden gecompenseerd voor OSS muizen). Actieve hendel te drukken door OSS muizen was ten opzichte van verhoogd tot inactieve hendel te drukken (* p <0,05, ** p <0,01) en op niet-versterkte hendel te drukken door de controlegroep (n = 7 8, $ p <0,05, $ $ p <0,01 ). Figuur overgenomen uit ^23.

Figuur 2:. Lever persen door OSS muizen en muizen te reageren voor voedsel A.) Muizen gereageerd op een FR-een schema van wapening voor OSS stimuli of voedsel bekrachtiger (10% Zorg). Alle muizen hadden advertentie libidum toegang tot voedsel voor de duur van de experimenten. B.) Na de FR-1 sessies, werden muizen gevorderd tot een progressieve ratio (PR) schema van wapening voor vijf dagen. Gegevens vormen de middelen van de waarden van de dag vier en vijf voor elk dier. Het ingevulde laatste ratio wordt maandelijks gerapporteerd aan de rechter Y-as en verwijst naar het aantal reacties nodig is om de betreffende bekrachtiger (dat wil zeggen 30 antwoorden zijn nodig om de 10 ^e bekrachtiger te krijgen na eerdere verdienen negen versterkers) te verkrijgen.

Discussie

Operante sensatie zoeken is een bruikbaar alternatief voor de intraveneuze drugs zelfbestuur als de muis is het dier van uw keuze. Het feit dat noch de operatie, noch katheter onderhoud nodig is, is voordelig, omdat deze van belang zijn technische obstakels in de muis. OSS is ook aantrekkelijk, omdat het kan zijn het meten van aspecten van de wapening onderscheidt zich van andere natuurlijke bekrachtigers zoals voedsel.

Het is nuttig op te merken dat gedragsmatige maatregelen in de muis kan ...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Zelfadministratietestpakket voor geneesmiddelen voor muizen: extra brede kamer en intrekbare hendels	Med Associates, Inc.	MED-307W-CT-D1	De hendels zijn ultrasensitief (vereisen ~2 grams kracht) en zijn 2,2 cm boven de vloer gemonteerd. Gele stimuluslampen zijn 2 cm boven elke hendel gemonteerd.
Interface- en softwarepakket	Med Associates, Inc.	MED-SYST-16	Dit is het pakket voor maximaal 16 kamers.