Methodenartikel

Pavlov geconditioneerde Aanpak Training in Ratten

10.9K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/53580

⸱

4 februari 2016

 , 
1Neuroscience Graduate Program, University of Michigan, 2Department of Psychiatry, University of Michigan

In dit artikel

Samenvatting

Hier presenteren we een protocol om geconditioneerd benaderingsgedrag naar Pavlov te eliciteren bij ratten. Deze procedure kan worden gebruikt om individuele verschillen te meten in de neiging om beloningsgerelateerde signalen te benaderen en incentive-salientie toe te schrijven en de kwetsbaarheid voor verslaving te onderzoeken.

Samenvatting

Cues die voorwaardelijk zijn gekoppeld aan ongeconditioneerde, belonende stimuli zichzelf belonen eigenschappen kunnen verwerven door middel van een proces dat bekend staat als de toekenning van incentive opvallendheid, of de transformatie van neutrale stimuli tot aantrekkelijke, 'wilde' stimuli in staat zijn te motiveren gedrag. Pavlov geconditioneerde benadering (PCA) ontwikkelt na de reactie-onafhankelijke presentatie van een geconditioneerde stimulus (CS, bijvoorbeeld een hefboom) de levering van een ongeconditioneerde stimulus voorspelt (VS, bijvoorbeeld, een voedingsmiddel pellet) en kan worden gebruikt om incentive opvallendheid Tijdens de training drie patronen meten. reacties van geconditioneerde (CRS) kan ontwikkelen. teken bijhouden gedrag (CS-directed CR), doelgericht volgen gedrag (US-gerichte CR), en een tussengelegen respons (CRS) Log-trackers toeschrijven incentive opvallendheid te belonen-gerelateerde signalen en zijn kwetsbaarder voor-cue geïnduceerde herstel van de drug-op zoek naar evenals andere verslaving gerelateerd gedrag, het maken van PCA een potentially waardevolle procedure voor het bestuderen van de kwetsbaarheid van verslaving. We beschrijven materialen en methoden voor PCA gedrag ontlokken ratten en analyseren en interpreteren PCA gedrag in afzonderlijke experimenten.

Inleiding

De overgang van het drugsgebruik tot verslaving brengt complexe interacties tussen Pavlov en instrumentele leren 1,2. Tijdens druggebruik en drug-seeking gedrag, zijn acties en resultaten geleerd door instrumentale processen; Echter, de relaties tussen stimuli (bv drugsgerelateerde signalen) en beloningen worden ook geleerd door Pavlov-processen. Pavlov signalen verwerven voorspellende waarde, maar ze kunnen ook het verwerven van incentive motiverende waarde 3, waardoor zij aantrekkelijk, wenselijk, en in staat is het bevorderen en onderhouden van belonen-zoekend gedrag 4 geworden.

Veel procedures onderzoeken beloning leren bij dieren, echter niet de ontvlechting van voorspellende versus incentive motivatie leren mogelijk te maken. In drug zelftoediening procedures, bijvoorbeeld, zowel instrumentaal als Pavlov eventualiteiten worden meestal gebruikt, zoals dat ratten leren om een actie uit te voeren (bijvoorbeeld neus-Poking hendel persen, etc.) om een resultaat (dat wil zeggen intraveneuze infusie drug) te ontvangen. Het belonen van resultaten wordt ook gekoppeld aan Pavlov stimuli (bijvoorbeeld verlichting van een neus-poke-poort, cue licht presentatie, geluid van de infuuspomp, interoceptieve gevoel van vocht levering in de bloedbaan, etc.). Het is vaak onduidelijk in deze procedures of signalen ondersteunen doelgerichte acties simpelweg omdat hun voorspellende relatie met de beloning, of signalen incentive motiverende eigenschappen van hun eigen hebben verworven.

Om de prikkel motiverende waarde van de voorspellende waarde van Pavlov stimuli experimenteel isoleren, ons laboratorium maakt gebruik van een Pavlov-geconditioneerde benadering (PCA) procedure om ratten die toeschrijven stimulans opvallendheid te belonen-gerelateerde signalen te identificeren. Tijdens een training, een geconditioneerde stimulus (CS, bijvoorbeeld, een hefboom) response-onafhankelijk voorspelt de Delivery van een ongeconditioneerde stimulus (US, bijvoorbeeld, een levensmiddel pellet). In de loop van meerdere trainingen, drie fenotypes ontwikkelen: sign-tracking (CS-directed geconditioneerde respons [CR]), goal-tracking (US-gerichte CR), en een tussengelegen respons (beide CR). Voor doel-trackers (GT), zal de CS gebruikt als een voorspeller van beloning levering; Echter, voor sign-trackers (STS), de CS wordt toegeschreven met incentive opvallendheid, steeds aantrekkelijk en wenselijk is. In deze review, schetsen we de apparatuur, setup, en verwerking van gegevens die nodig zijn om een ​​PCA procedure uit te voeren. Daarnaast bieden we representatieve resultaten van de PCA training, schetsen belangrijke experimentele overwegingen, en discussiëren over de vermeende nut van PCA procedures bij het onderzoek naar verslaving en andere neuropsychiatrische aandoeningen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

Alle procedures zijn goedgekeurd door de Universiteit Comité voor het gebruik en onderhoud van de dieren (UCUCA, Universiteit van Michigan, Ann Arbor, MI).

1. apparatuur en software

  1. Het verkrijgen van commerciële operante kamers en apparaten. Zie Materials tabel.
  2. Conduct training in rat operante conditionering kamers (24,1 cm breedte x 20,5 cm diepte x 29,2 cm hoogte), gelegen in-geluiddempende kasten met ventilatoren om omgevingsgeluid te bieden.
  3. Voorzie elke kamer met een pellet tijdschrift (vergaarbak), centraal gelegen in het 21,6 cm brede voorwand van de operante kamer 3 cm boven de roestvrijstalen roostervloer. Zorg ervoor dat het tijdschrift pellet bevat een infrarood sensor die voor het opsporen van hoofd vermeldingen in het apparaat is.
  4. Sluit het tijdschrift pellet een pellet dispenser, die bananen flavoured pellets (45 mg) levert.
  5. In een-counter evenwichtige wijze positie een intrekbare lever (CS) ongeveer 2,5 cm aan beide zijden van de pellet houder (links of rechts) 3 cm boven de roestvrijstalen roostervloer.
  6. Zorg ervoor dat de hendel bevat een LED-cue licht in het aan de verlengde hendel meer visueel zichtbaar te maken.
  7. Bij gebruik van een uitschuifbare hendel, kalibreren de hefboom door het plaatsen van een 10 g kalibratie gewicht op de top van de hendel en het aanpassen van de kalibratie schroef (gelegen op de top van het apparaat) met een moer sleutel totdat het gewicht op zichzelf in staat is om te drukken de hefboom.
  8. Rust een rood huis-licht aan de bovenzijde van de kamer op de wand tegenover het blad houder.
    Opmerking: Een rode huis licht wordt gebruikt om de opvallendheid van de verlichte hefboom te verhogen.

2. PCA Training

  1. Pair-house volwassen mannelijke Sprague Dawley ratten (250-300 g) bij aankomst en laat ze rusten gedurende tenminste twee dagen in het huis kolonie, die wordt gehouden op een 12 uur licht / donker cyclus.
  2. Voorzichtig omgaan each ratten gedurende ten minste 1 min per dag gedurende twee dagen om de ratten wennen aan menselijk contact. Zorg voor ratten ad libitum toegang tot voedsel en water in de behuizing kolonie.
  3. Ratten vertrouwd met de banaan flavored pellets door het plaatsen van voedsel pellets in hun kooien (ongeveer 15 korrels per rat) gedurende twee dagen, te beginnen drie dagen voor PCA training.
    Opmerking: Als ratten paarsgewijze huisvesting, is het nuttig om de korrels gelijkmatig verdeeld over beide zijden van de kooi.
  4. vooropleiding Programma
    Let op: Al onze programmering wordt uitgevoerd met behulp MEDState Notation (voor Med Associates, software), en de handleiding is online beschikbaar (mednr.com/pdf/doc003_MedPCProgramr.pdf). Programma's worden geschreven als niet-opgemaakte tekstdocumenten (bijvoorbeeld ASCII of DOS tekst) met behulp van MedState Notation, opgeslagen met de juiste extensie (dat wil zeggen, [bestandsnaam] .mpc), vervolgens omgerekend tegen de MED-PC-programma, Trans IV. Al deze stappen worden voorzien in meer detail in de bovengenoemde proprogrammeren handleiding.
    1. Maak een vooropleiding programma dat vijftig voedsel pellets op een variabele tijd (VT) 30 sec schema levert 5 minuten na de start van het programma (dat wil zeggen, is een voedsel pellet uitgebracht op gemiddeld elke 30 seconden, maar de feitelijke levering varieert willekeurig tussen 0- 60 sec).
    2. Schrijf de vooropleiding programma zodanig dat de rode huis brandt, maar de hendel blijft ingetrokken voor de duur van de (ongeveer 25 min) programma.
    3. Voer vooropleiding en alle latere experimenten tijdens de lichtcyclus.
    4. Een dag voorafgaand aan PCA training, plaatst elke rat in een operante kamer, sluit en vergrendelt de kamerdeur, en sluit de geluiddempende kastdeur.
    5. Start de vooropleiding programma zo spoedig mogelijk na het plaatsen van elke rat in zijn kamer.
    6. Verwijder elke rat uit de kamer zo snel mogelijk na beëindiging van het programma.
    7. Noteer het aantal verbruikte pellets en zijn ratten die niet alle verbruikenpellets van verdere tests.
  5. Maak een PCA trainingsprogramma dat 25 studies levert in ongeveer 40 minuten, dat begint op 1 min na de start van het programma.
    1. Schrijf het programma, zodat tijdens elke proef de hendel in de kamer wordt uitgebreid en verlicht voor 8 sec.
    2. Programma hendel terugtrekken onmiddellijk gevolgd door de reactie-onafhankelijke afgifte van een voedsel pellet in het staafjesmagazijn.
    3. Afzonderlijke elke proef op een VT 90 sec schema (dat wil zeggen, hefboom uitbreiding en de daaropvolgende toelevering voedsel pellet treedt gemiddeld elke 90 seconden, maar de feitelijke levering varieert willekeurig tussen 30-150 sec).
    4. Plaats elke rat in een conditioning kamer, sluit en vergrendelt de kamerdeur, en sluit de geluiddempende kastdeur.
    5. Start het PCA trainingsprogramma zo spoedig mogelijk na het plaatsen van elke rat in zijn kamer.
    6. Verwijder elke rat uit de kamer zo snel mogelijk na beëindiging van het programma.
    7. Exclude ratten die niet alle pellets verbruiken van verdere tests.

3. Data Processing

  1. Transfer uitgang informatie naar een spreadsheet (bijvoorbeeld een spreadsheet document).
  2. Maak een profiel dat extracten identificerende informatie (onder nummer, begindatum, begintijd, en doos nummer) alsook productie-informatie (aantal en de latency van de hefboom persen en entries tijdschrift).
    Let op: In de experimenten worden niet-CS inzendingen tijdschrift ook gewonnen door het profiel. Definieer non-CS tijdschrift entries als items in het magazijn die plaatsvinden buiten de 8 sec CS periode en tijdens de VT 90 seconden (dat wil zeggen, 60-120 sec) periode waarin de hefboom niet wordt verlengd.
  3. Verder is de gegevens te verwerken door de aftopping van de hendel pers en tijdschriften ingang latencies 8 sec (dat wil zeggen, de duur van CS presentatie). Dit kan worden bereikt door de spreadsheet functie IF: IF (X> 8,8, X).
  4. Bereken scoresvoor responsbias (dat wil zeggen, het totale aantal hefboom persen en vermeldingen magazine voor een sessie; [hefboompersen - inzendingen tijdschrift] / [hefboompersen + entries tijdschrift]), latency score (dat wil zeggen, de gemiddelde latency met een hefboom pers of tijdschrift binnenkomst voeren tijdens een sessie; [tijdschrift ingang latency - hendel druk latency] / 8), en de waarschijnlijkheid verschil (dat wil zeggen, deel van de hefboom persen of vermeldingen tijdschrift; [druk op de hefboom waarschijnlijkheid - tijdschrift ingang waarschijnlijkheid]) 5.
    Opmerking: Bij deze formules, moeten alle scores variëren tussen 1,0 en -1,0.
  5. Bereken een PCA index score voor elke rat door het gemiddelde van de respons bias, latency score, en de waarschijnlijkheid verschil binnen elke individuele sessie.
    Opmerking: De PSO index score moet liggen tussen 1,0 en -1,0.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Wij hebben gevonden dat 5-7 dagelijkse sessies van training PCA volstaat om phenotype ratten ST's, GT, en tussengelegen responders (IR), maar verder ratten getraind kunnen worden gebaseerd op de behoeften van een bepaalde laboratorium of experiment. Fenotypering is gebaseerd op de PCA-index scores, die worden berekend door het gemiddelde van de response bias, latency score, en de waarschijnlijkheid verschil in individuele sessies, zoals eerder beschreven in het protocol. Fenotypes wo...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

PCA training kan worden gebruikt om individuele variatie bepalen de neiging prikkel opvallendheid toekennen geconditioneerde signalen, die is gesteld om een ​​belangrijke component van kwetsbaarheid verslaving. Zo heeft eerder aangetoond dat STs toeschrijven stimulans opvallendheid voor zowel voedsel en medicijnen signalen 6, en zowel food- en drugsgerelateerde signalen activeren vergelijkbare hersengebieden binnen een amygdalo-striatale-thalamische circuit in STs 7. Bovendien STs zijn meer impulsi...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

Dit werk werd gefinancierd door de afdeling psychiatrie van de Universiteit van Michigan (U032826; JDM), het National Institute on Drug Abuse (NIDA; K08 DA037912-01; JDM) en de National Defense Science and Engineering Graduate (NDSEG) Fellowship van het Department of Defense (DoD) (CJF).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Standard Modular Operant Test Chamber with Modified Top for RatMed Associates, Inc.ENV-008CTTop heeft toegangssleuf voor drugsleveringslijnen of andere harnassystemen; wordt geleverd met ENV-008CTC (Cover Insert) voor toegangssleuf
Expanded PVC Sound Attenuating CubicleMed Associates, Inc.ENV-022V
PCI Operating Package for up to Sixteen ChambersMed Associates, Inc.MED-SYST-16Op basis van het aantal operante kamers, is MED-SYST-8 (PCI Operating Package for up to Eight Chambers) ook beschikbaar
SmartCtrlMed Associates, Inc.DIG-716P2
Universal Cable, 25′ (7.6 m)Med Associates, Inc.SG-210CBOp basis van individuele behoeften, is SG-210CB-50 (Universal Cable, 50′ [15.2 m]) ook beschikbaar
18″ (45.7 cm) 3-Pin Mini-MolexMed Associates, Inc.SG-216AOp basis van individuele behoeften, is SG-216A-2 (2′ [61.0 cm] 3-Pin Mini-Molex) ook beschikbaar
Power Cable, 25′ (7.6 m) Med Associates, Inc.SG-210CP-25
Stainless Steel Grid Floor for RatMed Associates, Inc.ENV-005Op basis van voorkeur, is ENV-005A (Stainless Steel Grid Floor for Mouse) ook beschikbaar 
Reusable Waste PanMed Associates, Inc.ENV-007-P3
Filler Panel Package for Standard Modular Test ChamberMed Associates, Inc.ENV-008-FP
Modular Pellet Dispenser for Rat, 45 mgMed Associates, Inc.ENV-203M-45
Pellet Receptacle, Trough TypeMed Associates, Inc.ENV-200R2MOp basis van voorkeur, is ENV-200R1M (Pellet Receptable, Cup Type) ook beschikbaar 
Retractable LeverMed Associates, Inc.ENV-112CMGekalibreerd naar 25 g; moet worden aangepast naar 10 g voorafgaand aan Pavloviaanse geconditioneerde naderingsopleiding
Retractable Lever Cue LightMed Associates, Inc.ENV-112CML
House Light for RatMed Associates, Inc.ENV-215M
100 mA Replacement Bulbs, Pack of 10Med Associates, Inc.SG-800RRoodkleurige; voor gebruik met ENV-215M (House Light for Rat)
Pellets, 45 mg, Primate Purified Diet, Banana FlavorBio-ServF005950.000/doos 

Referenties

  1. Everitt, B. J., Robbins, T. W. Neural systems of reinforcement for drug addiction: from actions to habits to compulsion. Nature Neurosci. 8 (11), 1481-1489 (2005).
  2. Everitt, B. J. Neural and psychological mechanisms underlying compulsive drug seeking habits and drug memories--indications for novel treatments of addiction. Eur J Neurosci. 40 (1), 2163-2182 (2014).
  3. Robinson, T. E., Berridge, K. C. The neural basis of drug craving: an incentive-sensitization theory of addiction. Brain Res Brain Res Rev. 18 (3), 247-291 (1993).
  4. Milton, A. L., Everitt, B. J. The psychological and neurochemical mechanisms of drug memory reconsolidation: implications for the treatment of addiction. Eur J Neurosci. 31 (12), 2308-2319 (2010).
  5. Meyer, P. J., et al. Quantifying individual variation in the propensity to attribute incentive salience to reward cues. PloS One. 7 (6), e38987(2012).
  6. Yager, L. M., Robinson, T. E. A classically conditioned cocaine cue acquires greater control over motivated behavior in rats prone to attribute incentive salience to a food cue. Psychopharmacology (Berl). 226 (2), 217-228 (2013).
  7. Yager, L. M., Pitchers, K. K., Flagel, S. B., Robinson, T. E. Individual variation in the motivational and neurobiological effects of an opioid cue. Neuropsychopharmacology. 40 (5), (2015).
  8. Lovic, V., Saunders, B. T., Yager, L. M., Robinson, T. E. Rats prone to attribute incentive salience to reward cues are also prone to impulsive action. Behav Brain Res. 223 (2), 255-261 (2011).
  9. Saunders, B. T., Robinson, T. E. Individual variation in the motivational properties of cocaine. Neuropsychopharmacology. 36 (8), 1668-1676 (2011).
  10. Saunders, B. T., Yager, L. M., Robinson, T. E. Cue-evoked cocaine 'craving': role of dopamine in the accumbens core. J Neurosci. 33 (35), 13989-14000 (2013).
  11. Kearns, D. N., Gomez-Serrano, M. A., Weiss, S. J., Riley, A. L. A comparison of Lewis and Fischer rat strains on autoshaping (sign-tracking), discrimination reversal learning and negative auto-maintenance. Behav Brain Res. 169 (2), 193-200 (2006).
  12. Fitzpatrick, C. J., et al. Variation in the form of Pavlovian conditioned approach behavior among outbred male Sprague-Dawley rats from different vendors and colonies: sign-tracking vs. goal-tracking. PloS One. 8 (10), e75042(2013).
  13. Anderson, R. I., Spear, L. P. Autoshaping in adolescence enhances sign-tracking behavior in adulthood: impact on ethanol consumption. Pharmacol Biochem Behav. 98 (2), 250-260 (2011).
  14. Pitchers, K. K., et al. Individual variation in the propensity to attribute incentive salience to a food cue: Influence of sex. Behav Brain Res. 278, 462-469 (2015).
  15. Anderson, R. I., Bush, P. C., Spear, L. P. Environmental manipulations alter age differences in attribution of incentive salience to reward-paired cues. Behav Brain Res. 257, 83-89 (2013).
  16. Beckmann, J. S., Bardo, M. T. Environmental enrichment reduces attribution of incentive salience to a food-associated stimulus. Behav Brain Res. 226 (1), 331-334 (2012).
  17. Burns, M., Domjan, M. Topography of spatially directed conditioned responding: effects of context and trial duration. J Exp Psychol Anim Behav Process. 27 (3), 269-278 (2001).
  18. Christie, J. Spatial contiguity facilitates Pavlovian conditioning. Psychon Bull Rev. 3 (3), 357-359 (1996).
  19. Meyer, P. J., Cogan, E. S., Robinson, T. E. The form of a conditioned stimulus can influence the degree to which it acquires incentive motivational properties. PloS One. 9 (6), e98163(2014).
  20. Beckmann, J. S., Chow, J. J. Isolating the incentive salience of reward-associated stimuli: value, choice, and persistence. Learn Mem. 22 (2), 116-127 (2015).
  21. Flagel, S. B., et al. A selective role for dopamine in stimulus-reward learning. Nature. 469 (7328), 53-57 (2011).
  22. Saunders, B. T., Robinson, T. E. The role of dopamine in the accumbens core in the expression of Pavlovian-conditioned responses. Eur J Neurosci. 36 (4), 2521-2532 (2012).
  23. Clark, J. J., Collins, A. L., Sanford, C. A., Phillips, P. E. Dopamine encoding of Pavlovian incentive stimuli diminishes with extended training. J Neurosci. 33 (8), 3526-3532 (2013).
  24. Anselme, P., Robinson, M. J., Berridge, K. C. Reward uncertainty enhances incentive salience attribution as sign-tracking. Behav Brain Res. 238, 53-61 (2013).
  25. Robinson, M. J., Anselme, P., Fischer, A. M., Berridge, K. C. Initial uncertainty in Pavlovian reward prediction persistently elevates incentive salience and extends sign-tracking to normally unattractive cues. Behav Brain Res. 266, 119-130 (2014).
  26. Gallistel, C. R., Gibbon, J. Time, rate, and conditioning. Psychol Rev. 107 (2), 289-344 (2000).
  27. Morrow, J. D., Maren, S., Robinson, T. E. Individual variation in the propensity to attribute incentive salience to an appetitive cue predicts the propensity to attribute motivational salience to an aversive cue. Behav Brain Res. 220 (1), 238-243 (2011).
  28. Morrow, J. D., Saunders, B. T., Maren, S., Robinson, T. E. Sign-tracking to an appetitive cue predicts incubation of conditioned fear in rats. Behav Brain Res. 276, 59-66 (2015).
  29. Saunders, B. T., O'Donnell, E. G., Aurbach, E. L., Robinson, T. E. A cocaine context renews drug seeking preferentially in a subset of individuals. Neuropsychopharmacology. 39 (12), 2816-2823 (2014).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Operante conditioneringskamerssign trackinggedraggoal trackinggedragvoedingspellet afgifteregistratie van hendelindrukkingenanalyse van magazine ingangenPCA indexscoresgedragstypologie n bij rattenmeting van incentive salience

Gerelateerde artikelen