Zelftoedieningsstudies
Studies naar zelftoediening van drugs bij knaagdieren modelleren menselijk gedrag van beloningszoekend gedrag en verslaving. Dwangmatig drugsgebruik is een grote maatschappelijke zorg en daarom proberen wetenschappers de neurobiologie die ten grondslag ligt aan drugsverslaving en verslaving te decoderen. De reacties van knaagdieren op verslavende medicijnen zijn vergelijkbaar met die van mensen, en ze vertonen veel van de kenmerken van verslavend gedrag, zoals ontwenning en toegenomen zelftoediening.
Deze video behandelt enkele van de concepten die ten grondslag liggen aan zelftoedieningsstudies, bespreekt een basisexperimenteel protocol en bekijkt enkele experimenten die momenteel in verslavingslaboratoria worden uitgevoerd.
Laten we beginnen met te bespreken wat er momenteel bekend is over verslaving, en hoe zelftoediening bij knaagdieren kan worden gebruikt om dit gedragsfenomeen te bestuderen.
Drugsgebruik wordt vaak geïnitieerd en voortgezet vanwege de door de stof veroorzaakte gevoelens van plezier die worden gemedieerd door hersenbeloningsroutes. De belangrijkste beloningsroute is dopaminerg en loopt van de ventrale tegmentale zone naar de nucleus accumbens. Bovendien worden de amygdala, prefrontale cortex en hippocampus ook geactiveerd als reactie op een beloning. Men denkt dat ze betrokken zijn bij drugsgerelateerde emotionele verwerking, planning en geheugen.
De gedragsversterking die wordt veroorzaakt door deze belonende gevoelens leidt vaak tot verslaving, aangetoond door toegenomen zelftoediening. Knaagdieren kunnen worden getraind om zelf toe te dienen met behulp van de operante kamer, waar een druk op de hendel kan worden beloond met een drugsinfusie. Dieren leren vaak het gedrag te associëren met de beloning, en dit leren kan worden gebruikt om het verslavingspotentieel van verbindingen te testen.
Nu u over verslaving hebt geleerd, laten we een algemeen zelftoedieningsprotocol bekijken.
Zoals eerder vermeld, worden studies naar zelftoediening van drugs uitgevoerd in een operante conditioneringskast. Om externe stimuli te beperken, wordt de kast in een geluidsdempingskamer gehuisvest. Verschillende componenten, zoals signaallampjes, luidsprekers en een huislicht, kunnen worden gebruikt als onderdeel van de experimentele opstelling. Typisch zijn er twee hendels beschikbaar in de kast, een "actief" die de beloningsafgifte activeert, en de andere "inactief" die geen reactie geeft.
Het bepalen van de route van geneesmiddeltoediening is een kritisch eerste stap. Intraveneuze toediening is de meest gebruikelijke methode omdat deze route een snelle opname en bijna onmiddellijke inductie van beloning biedt. Het bootst ook de meest gebruikelijke manier na om verdovende middelen bij mensen toe te dienen. Een andere veelgebruikte route is intracraniaal, wat ook leidt tot snelle drugseffecten en kan worden gebruikt om specifieke hersengebieden te targeten. De inbrenging van de drugkatheter voor beide bovengenoemde routes moet zo worden uitgevoerd dat het dier zich nog steeds vrij kan bewegen. Voor geneesmiddelen zoals alcohol zijn ook orale toedieningsmethoden toegepast.
Studies naar zelftoediening omvatten doorgaans een verwervingsparadigma. Een voorbeeld van dit paradigma kan hongerdoding gedurende 20-24 uur gevolgd door trainingssessies omvatten. Tijdens deze sessies wordt het dier in de kast geplaatst, waar het voedselpellets ontvangt als reactie op het indrukken van de "actieve" hendel. Deze actie kan gepaard gaan met activering van een signaallampje, die een time-out periode signaleert waarin geen voedsel wordt afgeleverd, ongeacht het indrukken van de actieve hendel. Voedsel wordt doorgaans afgeleverd op een vast-ratio een of "FR1" schema, wat simpelweg betekent dat één hendel indrukken resulteert in beloningsafgifte. Tijdens de verwervingsfase zou het aantal actieve hendel drukken met elke sessie moeten stijgen voordat het stabiliseert, en de training wordt als voltooid beschouwd zodra dit evenwicht is bereikt.
Voor zelftoediening van drugs worden vaak operaties uitgevoerd die doorgaans intraveneuze infusie van een medicijn zoals cocaïne mogelijk maken. Nadat het dier is hersteld en is toegestaan om zich aan te passen aan de testomgeving, worden de totale actieve en inactieve hendelreacties geregistreerd tijdens een testsessie, waarin een 3 seconden durende infusie van cocaïne wordt afgegeven na een actieve hendel indruk. Een time-out periode vergelijkbaar met die beschreven in de verwervingssessie voor voedsel wordt hier gebruikt om te voorkomen dat het dier overdoseert. Net als eerder wordt de training als voltooid beschouwd wanneer actieve hendel drukken voor infusies worden gezien om te stabiliseren.
Nu we een algemeen zelftoedieningsprotocol hebben besproken, laten we eens kijken naar enkele aangepaste protocollen die worden gebruikt om complexere eigenschappen van verslaving te modelleren.
Bijvoorbeeld, in plaats van testen op een FR1 schema, testen wetenschappers dieren op een progressieve verhouding schema. Dit vereist steeds meer hendel drukken voor versterking, wat betekent dat de beloning eerst wordt afgegeven na één actieve hendel indruk, maar de tweede keer wordt de beloning afgegeven na twee hendel drukken. De derde keer vereist vier hendel drukken, enzovoort, totdat het dier een breekpunt bereikt, dat wordt gedefinieerd als het aantal actieve hendel drukken waarna het dier opgeeft en stopt met zelftoediening. Het breekpunt is bekend om te correleren met de versterkende kracht van een drug.
Een ander aangepast protocol omvat tweede orde schema's, die zijn gebaseerd op vaste of progressieve verhoudingen schema's. Deze experimentele paradigma's omvatten een koppeling van een tweede set signalen, zoals licht, geluid of beide met geneesmiddelafgifte, en bestuderen vervolgens de reactie van het dier na presentatie van het signaal. Dit type schema kan modelleren hoe omgevingssignalen drugszoekend gedrag beïnvloeden.
Ten slotte gebruiken wetenschappers
Gedragsversterking geïnduceerd door de belonende gevoelens na drugsgebruik leidt soms tot verslaving, wat wordt aangetoond door verhoogde zelftoedieni…
Studies naar zelftoediening van drugs bij knaagdieren modelleren menselijk gedrag van beloningszoekend gedrag en verslaving. Dwangmatig drugsgebruik is een grote maatschappelijke zorg en daarom proberen wetenschappers de neurobiologie die ten grondslag ligt aan drugsverslaving en verslaving te decoderen. De reacties van knaagdieren op verslavende medicijnen zijn vergelijkbaar met die van mensen, en ze vertonen veel van de kenmerken van verslavend gedrag, zoals ontwenning en toegenomen zelftoediening.
Deze video behandelt enkele van de concepten die ten grondslag liggen aan zelftoedieningsstudies, bespreekt een basisexperimenteel protocol en bekijkt enkele experimenten die momenteel in verslavingslaboratoria worden uitgevoerd.
Laten we beginnen met te bespreken wat er momenteel bekend is over verslaving, en hoe zelftoediening bij knaagdieren kan worden gebruikt om dit gedragsfenomeen te bestuderen.
Drugsgebruik wordt vaak geïnitieerd en voortgezet vanwege de door de stof veroorzaakte gevoelens van plezier die worden gemedieerd door hersenbeloningsroutes. De belangrijkste beloningsroute is dopaminerg en loopt van de ventrale tegmentale zone naar de nucleus accumbens. Bovendien worden de amygdala, prefrontale cortex en hippocampus ook geactiveerd als reactie op een beloning. Men denkt dat ze betrokken zijn bij drugsgerelateerde emotionele verwerking, planning en geheugen.
De gedragsversterking die wordt veroorzaakt door deze belonende gevoelens leidt vaak tot verslaving, aangetoond door toegenomen zelftoediening. Knaagdieren kunnen worden getraind om zelf toe te dienen met behulp van de operante kamer, waar een druk op de hendel kan worden beloond met een drugsinfusie. Dieren leren vaak het gedrag te associëren met de beloning, en dit leren kan worden gebruikt om het verslavingspotentieel van verbindingen te testen.
Nu u over verslaving hebt geleerd, laten we een algemeen zelftoedieningsprotocol bekijken.
Zoals eerder vermeld, worden studies naar zelftoediening van drugs uitgevoerd in een operante conditioneringskast. Om externe stimuli te beperken, wordt de kast in een geluidsdempingskamer gehuisvest. Verschillende componenten, zoals signaallampjes, luidsprekers en een huislicht, kunnen worden gebruikt als onderdeel van de experimentele opstelling. Typisch zijn er twee hendels beschikbaar in de kast, een "actief" die de beloningsafgifte activeert, en de andere "inactief" die geen reactie geeft.
Het bepalen van de route van geneesmiddeltoediening is een kritisch eerste stap. Intraveneuze toediening is de meest gebruikelijke methode omdat deze route een snelle opname en bijna onmiddellijke inductie van beloning biedt. Het bootst ook de meest gebruikelijke manier na om verdovende middelen bij mensen toe te dienen. Een andere veelgebruikte route is intracraniaal, wat ook leidt tot snelle drugseffecten en kan worden gebruikt om specifieke hersengebieden te targeten. De inbrenging van de drugkatheter voor beide bovengenoemde routes moet zo worden uitgevoerd dat het dier zich nog steeds vrij kan bewegen. Voor geneesmiddelen zoals alcohol zijn ook orale toedieningsmethoden toegepast.
Studies naar zelftoediening omvatten doorgaans een verwervingsparadigma. Een voorbeeld van dit paradigma kan hongerdoding gedurende 20-24 uur gevolgd door trainingssessies omvatten. Tijdens deze sessies wordt het dier in de kast geplaatst, waar het voedselpellets ontvangt als reactie op het indrukken van de "actieve" hendel. Deze actie kan gepaard gaan met activering van een signaallampje, die een time-out periode signaleert waarin geen voedsel wordt afgeleverd, ongeacht het indrukken van de actieve hendel. Voedsel wordt doorgaans afgeleverd op een vast-ratio een of "FR1" schema, wat simpelweg betekent dat één hendel indrukken resulteert in beloningsafgifte. Tijdens de verwervingsfase zou het aantal actieve hendel drukken met elke sessie moeten stijgen voordat het stabiliseert, en de training wordt als voltooid beschouwd zodra dit evenwicht is bereikt.
Voor zelftoediening van drugs worden vaak operaties uitgevoerd die doorgaans intraveneuze infusie van een medicijn zoals cocaïne mogelijk maken. Nadat het dier is hersteld en is toegestaan om zich aan te passen aan de testomgeving, worden de totale actieve en inactieve hendelreacties geregistreerd tijdens een testsessie, waarin een 3 seconden durende infusie van cocaïne wordt afgegeven na een actieve hendel indruk. Een time-out periode vergelijkbaar met die beschreven in de verwervingssessie voor voedsel wordt hier gebruikt om te voorkomen dat het dier overdoseert. Net als eerder wordt de training als voltooid beschouwd wanneer actieve hendel drukken voor infusies worden gezien om te stabiliseren.
Nu we een algemeen zelftoedieningsprotocol hebben besproken, laten we eens kijken naar enkele aangepaste protocollen die worden gebruikt om complexere eigenschappen van verslaving te modelleren.
Bijvoorbeeld, in plaats van testen op een FR1 schema, testen wetenschappers dieren op een progressieve verhouding schema. Dit vereist steeds meer hendel drukken voor versterking, wat betekent dat de beloning eerst wordt afgegeven na één actieve hendel indruk, maar de tweede keer wordt de beloning afgegeven na twee hendel drukken. De derde keer vereist vier hendel drukken, enzovoort, totdat het dier een breekpunt bereikt, dat wordt gedefinieerd als het aantal actieve hendel drukken waarna het dier opgeeft en stopt met zelftoediening. Het breekpunt is bekend om te correleren met de versterkende kracht van een drug.
Een ander aangepast protocol omvat tweede orde schema's, die zijn gebaseerd op vaste of progressieve verhoudingen schema's. Deze experimentele paradigma's omvatten een koppeling van een tweede set signalen, zoals licht, geluid of beide met geneesmiddelafgifte, en bestuderen vervolgens de reactie van het dier na presentatie van het signaal. Dit type schema kan modelleren hoe omgevingssignalen drugszoekend gedrag beïnvloeden.
Ten slotte gebruiken wetenschappers
Studies naar zelftoediening van drugs bij knaagdieren modelleren menselijk gedrag van beloningszoekend gedrag en verslaving. Dwangmatig drugsgebruik is een grote maatschappelijke zorg en daarom proberen wetenschappers de neurobiologie die ten grondslag ligt aan drugsverslaving en verslaving te decoderen. De reacties van knaagdieren op verslavende medicijnen zijn vergelijkbaar met die van mensen, en ze vertonen veel van de kenmerken van verslavend gedrag, zoals ontwenning en toegenomen zelftoediening.
Deze video behandelt enkele van de concepten die ten grondslag liggen aan zelftoedieningsstudies, bespreekt een basisexperimenteel protocol en bekijkt enkele experimenten die momenteel in verslavingslaboratoria worden uitgevoerd.
Laten we beginnen met te bespreken wat er momenteel bekend is over verslaving, en hoe zelftoediening bij knaagdieren kan worden gebruikt om dit gedragsfenomeen te bestuderen.
Drugsgebruik wordt vaak geïnitieerd en voortgezet vanwege de door de stof veroorzaakte gevoelens van plezier die worden gemedieerd door hersenbeloningsroutes. De belangrijkste beloningsroute is dopaminerg en loopt van de ventrale tegmentale zone naar de nucleus accumbens. Bovendien worden de amygdala, prefrontale cortex en hippocampus ook geactiveerd als reactie op een beloning. Men denkt dat ze betrokken zijn bij drugsgerelateerde emotionele verwerking, planning en geheugen.
De gedragsversterking die wordt veroorzaakt door deze belonende gevoelens leidt vaak tot verslaving, aangetoond door toegenomen zelftoediening. Knaagdieren kunnen worden getraind om zelf toe te dienen met behulp van de operante kamer, waar een druk op de hendel kan worden beloond met een drugsinfusie. Dieren leren vaak het gedrag te associëren met de beloning, en dit leren kan worden gebruikt om het verslavingspotentieel van verbindingen te testen.
Nu u over verslaving hebt geleerd, laten we een algemeen zelftoedieningsprotocol bekijken.
Zoals eerder vermeld, worden studies naar zelftoediening van drugs uitgevoerd in een operante conditioneringskast. Om externe stimuli te beperken, wordt de kast in een geluidsdempingskamer gehuisvest. Verschillende componenten, zoals signaallampjes, luidsprekers en een huislicht, kunnen worden gebruikt als onderdeel van de experimentele opstelling. Typisch zijn er twee hendels beschikbaar in de kast, een "actief" die de beloningsafgifte activeert, en de andere "inactief" die geen reactie geeft.
Het bepalen van de route van geneesmiddeltoediening is een kritisch eerste stap. Intraveneuze toediening is de meest gebruikelijke methode omdat deze route een snelle opname en bijna onmiddellijke inductie van beloning biedt. Het bootst ook de meest gebruikelijke manier na om verdovende middelen bij mensen toe te dienen. Een andere veelgebruikte route is intracraniaal, wat ook leidt tot snelle drugseffecten en kan worden gebruikt om specifieke hersengebieden te targeten. De inbrenging van de drugkatheter voor beide bovengenoemde routes moet zo worden uitgevoerd dat het dier zich nog steeds vrij kan bewegen. Voor geneesmiddelen zoals alcohol zijn ook orale toedieningsmethoden toegepast.
Studies naar zelftoediening omvatten doorgaans een verwervingsparadigma. Een voorbeeld van dit paradigma kan hongerdoding gedurende 20-24 uur gevolgd door trainingssessies omvatten. Tijdens deze sessies wordt het dier in de kast geplaatst, waar het voedselpellets ontvangt als reactie op het indrukken van de "actieve" hendel. Deze actie kan gepaard gaan met activering van een signaallampje, die een time-out periode signaleert waarin geen voedsel wordt afgeleverd, ongeacht het indrukken van de actieve hendel. Voedsel wordt doorgaans afgeleverd op een vast-ratio een of "FR1" schema, wat simpelweg betekent dat één hendel indrukken resulteert in beloningsafgifte. Tijdens de verwervingsfase zou het aantal actieve hendel drukken met elke sessie moeten stijgen voordat het stabiliseert, en de training wordt als voltooid beschouwd zodra dit evenwicht is bereikt.
Voor zelftoediening van drugs worden vaak operaties uitgevoerd die doorgaans intraveneuze infusie van een medicijn zoals cocaïne mogelijk maken. Nadat het dier is hersteld en is toegestaan om zich aan te passen aan de testomgeving, worden de totale actieve en inactieve hendelreacties geregistreerd tijdens een testsessie, waarin een 3 seconden durende infusie van cocaïne wordt afgegeven na een actieve hendel indruk. Een time-out periode vergelijkbaar met die beschreven in de verwervingssessie voor voedsel wordt hier gebruikt om te voorkomen dat het dier overdoseert. Net als eerder wordt de training als voltooid beschouwd wanneer actieve hendel drukken voor infusies worden gezien om te stabiliseren.
Nu we een algemeen zelftoedieningsprotocol hebben besproken, laten we eens kijken naar enkele aangepaste protocollen die worden gebruikt om complexere eigenschappen van verslaving te modelleren.
Bijvoorbeeld, in plaats van testen op een FR1 schema, testen wetenschappers dieren op een progressieve verhouding schema. Dit vereist steeds meer hendel drukken voor versterking, wat betekent dat de beloning eerst wordt afgegeven na één actieve hendel indruk, maar de tweede keer wordt de beloning afgegeven na twee hendel drukken. De derde keer vereist vier hendel drukken, enzovoort, totdat het dier een breekpunt bereikt, dat wordt gedefinieerd als het aantal actieve hendel drukken waarna het dier opgeeft en stopt met zelftoediening. Het breekpunt is bekend om te correleren met de versterkende kracht van een drug.
Een ander aangepast protocol omvat tweede orde schema's, die zijn gebaseerd op vaste of progressieve verhoudingen schema's. Deze experimentele paradigma's omvatten een koppeling van een tweede set signalen, zoals licht, geluid of beide met geneesmiddelafgifte, en bestuderen vervolgens de reactie van het dier na presentatie van het signaal. Dit type schema kan modelleren hoe omgevingssignalen drugszoekend gedrag beïnvloeden.
Ten slotte gebruiken wetenschappers
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: Why do scientists use rodents to study drug self-administration?
Rodents' responses to addictive drugs closely mirror human behavior, demonstrating key addiction hallmarks like withdrawal and increased self-administration. This similarity makes them valuable models for understanding the neurobiology of drug dependence and testing the addiction potential of compounds in controlled laboratory settings.
Q2: What brain pathways are involved in drug reward and addiction?
The major reward pathway is dopaminergic, running from the ventral tegmental area to the nucleus accumbens. The amygdala, prefrontal cortex, and hippocampus are also activated during reward, contributing to emotional processing, planning, and memory formation. These pathways mediate the pleasure-seeking behavior that drives addiction.
Q3: How does an operant chamber work in drug self-administration studies?
An operant chamber contains two levers: an active lever that triggers drug infusion and an inactive lever that produces no response. Animals learn to associate lever pressing with reward delivery. The chamber is housed in a sound-attenuating enclosure with cue lights, speakers, and a home light to control external stimuli and track behavioral responses accurately.
Q4: What are the most common routes of drug administration in self-administration studies?
Intravenous administration is most common because it provides rapid uptake and immediate reward induction, mimicking human narcotic use. Intracranial administration also produces rapid effects and targets specific brain regions. Oral methods are used for substances like alcohol. All routes must allow animals to move freely during testing.
Q5: What is a progressive ratio schedule in addiction research?
A progressive ratio schedule requires increasing numbers of lever presses for each reward: one press for the first reward, two for the second, four for the third, and so on. The breakpoint—where the animal stops responding—correlates with the drug's reinforcing strength, helping researchers quantify addiction potential and motivation.
Q6: How do extinction and reinstatement protocols model relapse behavior?
Extinction training follows initial drug self-administration by discontinuing drug delivery while keeping all other variables constant, eventually eliminating lever-pressing behavior. Relapse is then studied by administering a priming dose of the drug and measuring active lever responses during reinstatement. This models how environmental triggers and drug exposure can trigger relapse in humans.
Q7: What factors influence heroin-seeking behavior in rodents?
Research demonstrates that food restriction significantly increases heroin-seeking behavior compared to free-feeding conditions. After 14 days of food-restricted diet following heroin acquisition, rats showed greater heroin-seeking responses than rats with free food access, suggesting metabolic and nutritional factors modulate relapse vulnerability.
Hoofdstukken in deze video
0:00
Overview
0:52
Principles of Self-administration Studies
2:07
General Self-administration Protocol
5:10
Modified Protocols
7:14
Applications
9:01
Summary