Reagowanie na sygnały powiązane z pokarmem lub lekiem nasila się w czasie okresu abstynencji, co może wiązać się ze zwiększoną podatnością na zachowania nawrotowe. W niniejszym materiale szczegółowo opisujemy procedurę oceny tej „inkubacji głodu” (ang. incubation of craving) u szczurów, które podawały sobie samodzielnie sacharozę.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ogólna metoda oceny inkubacji głodu sacharozy u szczurów
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
W przypadku osób stosujących dietę z ograniczeniem spożycia pokarmów, głód pokarmowy w odpowiedzi na bodźce skojarzone z jedzeniem może stanowić kluczowy punkt przejścia behawioralnego między abstynencją a nawrotem spożywania pokarmów 1. Głód pokarmowy konceptualizowany w ten sposób jest analogiczny do głodu narkotykowego w odpowiedzi na bodźce skojarzone z narkotykami. Powstała obszerna literatura dotycząca determinant behawioralnych i neurobiologicznych głodu narkotykowego; my oraz inni badacze skupiamy się ostatnio na przeniesieniu technik z podstawowych badań nad uzależnieniami, aby lepiej zrozumieć zachowania podobne do uzależnień związane z jedzeniem 2-4.
Podobnie jak w poprzednich badaniach nad głodem narkotykowym, badamy zachowanie związane z głodem sacharozy, wykorzystując szczurzy model nawrotu. W modelu tym szczury w ramach sesji trwających kilka dni samodzielnie podają sobie lek lub pokarm. Podczas sesji naciskanie dźwigni powoduje dostarczenie nagrody wraz z bodźcem dźwiękowym i świetlnym. Zachowanie głodowe jest następnie definiowane operacyjnie jako reagowanie w kolejnej sesji, w której nagroda jest niedostępna. Szczury będą wiarygodnie reagować na bodziec dźwiękowy i świetlny, prawdopodobnie ze względu na jego nabyte uwarunkowane właściwości wzmacniające 5. Zachowanie to jest czasami określane jako poszukiwanie sacharozy lub reaktywność na sygnały. W niniejszej dyskusji będziemy używać terminu „głód sacharozy”, aby objąć oba te konstrukty.
W ciągu ostatniej dekady skupialiśmy się na tym, jak długość czasu następującego po samodzielnej administracji nagrody wpływa na głód nagrody. Co ciekawe, szczury zwiększają reakcję na sygnał powiązany z nagrodą w ciągu kilku tygodni okresu wymuszonej abstynencji. To „inkubowanie głodu” obserwuje się u szczurów, które samodzielnie przyjmowały albo pokarm, albo substancje nadużywane 4,6. Ten zależny od czasu wzrost głodu, który zidentyfikowaliśmy w modelu zwierzęcym, może mieć ogromne znaczenie w kontekście ludzkich zachowań związanych z uzależnieniem od narkotyków i jedzenia. Przedstawiamy tutaj protokół oceny inkubowania głodu sacharozy u szczurów. Wskazane zostaną warianty procedury, w których głód oceniany jest jako reakcja na pojedynczy sygnał powiązany z sacharozą po wygaszeniu naciskania dźwigni w kontekście samodzielnej administracji sacharozy (Wygaszanie bez sygnałów) lub jako reakcja na sygnały powiązane z sacharozą w ogólnym kontekście wygaszania (Wygaszanie z sygnałami).
Protokół
1. Zwierzęta doświadczalne
- Samce szczurów Long-Evans mają 3 miesiące w momencie rozpoczęcia badania. Szczury pochodzą z linii Simonsen (Gilroy, Kalifornia, USA), są hodowane w wiriarium Western Washington University i utrzymywane indywidualnie w 12-godzinnym odwróconym cyklu dobowym (światło wygaszone o 07:00), z dostępem do wody i pelletu Mazuri Rodent Pellets od Purina Mills Inc. (Gray Summit, MO, USA) ad libitum.
- Wszystkie treningi i testy odbywają się w godzinach 09:00-13:00, a kohorty szczurów są zawsze trenowane i testowane codziennie o tej samej porze.
- W czasie trwania badania szczury są ważone w każdy poniedziałek, środę i piątek.
- Bezpośrednio przed fazą treningową szczury są pozbawiane wody przez około 20 h, aby zachęcić je do samopodawania sacharozy w pierwszym dniu treningu.
2. Procedury behawioralne
Wszystkie procedury behawioralne oparte na warunkowaniu instrumentalnym wykorzystują standardowe komory do warunkowania instrumentalnego (Med Associates Inc., St. Albans, VT, USA) z pompą infuzyjną (Razel Scientific Instruments, St. Albans, VT, USA) umieszczoną na górze każdej komory. Komory do warunkowania instrumentalnego są zamknięte w wygłuszonych szafach z wentylatorami (Western Washington University, USA). Wszystkie warunki eksperymentalne i gromadzenie danych są kontrolowane przez oprogramowanie Med PC IV (Med Associates Inc., St. Albans, VT, USA).
Komory warunkowania operacyjnego (30 x 20 x 24 cm) zawierają dwie dźwignie (jedną stacjonarną i jedną chowaną), generator tonów, białą lampkę bodźca nad chowaną dźwignią oraz czerwoną lampkę pokojową na przeciwległej ścianie. Pompa infuzyjna podaje sacharozę do pojemnika z nagrodą po prawej stronie aktywnej dźwigni. Dźwignie znajdują się 10 cm nad kratownicową podłogą. Cztery podczerwone wiązki fotokomórek przecinają każdą komorę. Przednie wiązki znajdują się w odległości 10,5 cm od ścian bocznych, a boczne wiązki w odległości 6 cm od ścian bocznych. Każda wiązka znajduje się 4,5 cm nad podłogą z prętów ze stali nierdzewnej. Wiązki są ustawione tak, aby zliczać liczbę całkowitych przerwań. Całkowita liczba przerwań wiązek jest rejestrowana podczas Treningu oraz Testów głodu.
Z wyjątkiem ograniczenia dostępu do wody przed pierwszą sesją treningową, szczury mają dostęp do pokarmu i wody ad libitum zarówno w klatkach domowych, jak i w komorach warunkowania operacyjnego. Komory znajdują się w dedykowanym pomieszczeniu testowym, które, podobnie jak w wiwarium, funkcjonuje w odwróconym cyklu światła. Szczury są transportowane w klatkach domowych między pomieszczeniami na wózku przykrytym tkaniną blokującą światło. Po zakończeniu każdej sesji szczury są wracane do klatek domowych.
Typowy eksperyment składa się z trzech faz: treningu, wymuszonej abstynencji oraz testowania. Testowanie jest sesją, podczas której ocenia się głód narkotykowy. W zależności od badania, ocenę tę przeprowadzamy w ramach dwóch ogólnych procedur testowych. Obie procedury zostały opisane w rozdziałach 2.3.1 i 2.3.2.
- Trening
- W typowym eksperymencie szczury spędzają 2 h/dobę przez 10 kolejnych dni w komorach warunkowania operacyjnego, gdzie mogą naciskać chowaną (aktywną) dźwignię w celu otrzymania 0,2 ml 10% roztworu sacharozy do zbiornika znajdującego się po prawej stronie dźwigni.
- Reakcja ta aktywuje również bodziec złożony składający się z sygnału dźwiękowego (2 kHz, 15 dB powyżej hałasu otoczenia) i białego światła. Bodziec złożony trwa 5 s, po czym następuje 40-s przerwa (time out), podczas której nacisnięcia aktywnej dźwigni są rejestrowane, ale nie wywołują zaprogramowanych skutków.
- Reakcja na nieaktywnej (stacjonarnej) dźwigni nie ma zaprogramowanych skutków, jednak nacisnięcia są rejestrowane. Liczba przerw w wiązce światła jest rejestrowana podczas treningu i testów. Wszystkie miary reakcji i lokomocji są zapisywane jako przebiegi czasowe (interwały 2-minutowe), lecz zazwyczaj raportowane są jako wartości całkowite na sesję.
- Wymuszona abstynencja. Szczury pozostają w klatkach domowych przez cały czas trwania wymuszonej abstynencji. Typowe stosowane przez nas okresy wymuszonej abstynencji polegają na testowaniu szczurów w dniu bezpośrednio następującym po ostatnim dniu treningu (dzień 1 wymuszonej abstynencji) lub 30 dni po ostatnim dniu treningu (dzień 30 wymuszonej abstynencji).
- Testowanie
- Wygaszanie bez sygnałów. W tej procedurze testowej szczury mogą najpierw naciskać aktywną dźwignię w warunkach identycznych z treningiem, z wyjątkiem tego, że reakcja nie wywołuje skutków, a czas trwania sesji wynosi 1 h. W dniu testu szczury przechodzą co najmniej sześć takich sesji wygaszania. Każda sesja wygaszania jest oddzielona 5-minutowym okresem, podczas którego aktywna dźwignia jest chowana, a światło w pomieszczeniu zostaje wyłączone. „Wygaszanie” uznaje się za osiągnięte, jeśli liczba reakcji na aktywną dźwignię spadła poniżej 20 nacisnięć/h. Niektóre szczury wymagają siódmej sesji. Kolejna sesja (po kolejnej 5-minutowej przerwie) jest sesją testową, w której szczury mogą naciskać dźwignię w celu uzyskania sygnału dźwiękowego i świetlnego, który był początkowo parowany z każdym podaniem sacharozy podczas treningu.
- Wygaszanie z sygnałami. W tej skróconej procedurze testowej szczury mogą naciskać aktywną dźwignię w warunkach identycznych z treningiem, z wyjątkiem tego, że sacharoza nie jest podawana.
- Naciskanie nieaktywnej dźwigni służy jako miara dyskryminacji dźwigni. Jest ono również, wraz z przerwami w wiązce światła, wykorzystywane jako miara nieswoistej aktywacji motorycznej. Zmiany motoryczne w kontraście do motywacyjnych komplikują interpretację zachowań związanych z głodem (craving). Dane dotyczące reakcji na nieaktywną dźwignię oraz przerw w wiązce światła są przydatne w wyjaśnieniu wkładu motoryki i motywacji w głód, podobnie jak grupy porównawcze w badaniach farmakologicznych, w których szczury reagujące z wysoką częstotliwością na sacharozę lub inny pokarm są poddawane działaniu związku potencjalnie wpływającego na głód (np. 7,8).
3. Reprezentatywne manipulacje w celu wpłynięcia na głód sacharozy po zmiennych okresach wymuszonej abstynencji
Ogólna metoda opisana w niniejszym materiale umożliwia badanie behawioralnych i neurobiologicznych uwarunkowań głodu po zmiennych okresach wymuszonej abstynencji. Przedstawione tutaj metody odnoszą się do Reprezentatywnych Wyników opisanych w sekcji 4.
- Sycenie. Niektóre szczury otrzymały butelki z 10 % sacharozą w swoich klatkach domowych przez 17 h bezpośrednio przed Testowaniem 8. Szczury w tej badaniu były testowane przy użyciu procedury wygaszania bez sygnałów.
- Wzbogacenie środowiskowe. Podczas okresu wymuszonej abstynencji część szczurów pozostała w klatkach indywidualnych (Kontrola), podczas gdy pozostałe przeniesiono do dużej klatki (36 " szerokości x 20 " głębokości x 40 " wysokości; Quality Cage Products, Portland, OR, USA) z trzema kohortami (Wzbogacone). Zwierzęta ze grupy Wzbogaconej miały w swoim środowisku kilka zabawek, w tym rurki PVC, a dodatkowo w każdy poniedziałek, środę i piątek otrzymywały nowe zabawki 10. Szczury w tej badaniu były testowane przy użyciu procedury wygaszania bez sygnałów.
- Wyzwanie farmakologiczne. W dniu testowania szczury zostały poddane wstępnemu traktowaniu dawką antagonisty dopaminowych receptorów D1 SCH 23390. Szczury w tej badaniu były testowane przy użyciu procedury wygaszania z sygnałami.
4. Reprezentatywne wyniki:
Rysunek 1 Reprezentatywne dane z treningu i testów dla eksperymentu inkubacji głodu sacharozy.
Punkty danych wskazują średnie ± SEM. Liczebność grupy dla Ryc. 1a wynosi 77 szczurów, a dla Ryc. 1b liczebność grup wynosiła od 11 do 12 osobników na grupę. * istotna różnica w stosunku do grupy z Dnia 1, p < 0.05. Rycina została opracowana na podstawie danych z 8 za zgodą wydawnictwa Springer.
Rycina 2 Wpływ nasycenia sacharozą na głód sacharozy po 1 lub 30 dniach wymuszonej abstynencji. Wielkość grup wynosi 8-9 osobników na grupę. * istotna różnica w stosunku do grupy z dnia 1, † istotna różnica w stosunku do grupy kontrolnej, p < 0.05. Rycina została zaadaptowana z 9 za zgodą wydawnictwa Elsevier.
Rysunek 3 Miesiąc wzbogacenia środowiskowego zmniejszył głód sacharozy. Liczebność grup wynosi 8 szczurów dla każdej z nich. * istotna różnica względem dnia 1, † istotna różnica względem grupy kontrolnej, p < 0.05. Rysunek adapted z 10 za zgodą Wolters Kluwer Health.
Rycina 4 Systemiczne podanie SCH 23390 skuteczniej zmniejszyło głód sacharozy po jednym dniu wymuszonej abstynencji. Liczebność grup wynosi 8-12 osobników na grupę. * istotna różnica w stosunku do grupy z Dnia 1, † istotna różnica w stosunku do grupy z dawką 0, p < 0.05. Rycina opracowana na podstawie 8 za zgodą wydawnictwa Springer.
- Rysunek 1 przedstawia reprezentatywne dane z treningu i testów u szczurów samopodających sacharozę (Rysunek 1 GÓRA), a następnie reagujących w fazie wygaszania przy dostępnym sygnale powiązanym z sacharozą (Rysunek 1 DÓŁ). Jak widać, szczury reagują selektywnie na dźwignię aktywną podczas treningu oraz podczas testów. Co ciekawe, reakcje na dźwignię nieaktywną oraz aktywność lokomotoryczna wykazują pewną inkubację, choć efekt ten jest najsilniejszy w przypadku reakcji na dźwignię aktywną.
- Rysunek 2 przedstawia wpływ sytości sacharozą na głód sacharozy po 1 lub 30 dniach wymuszonej abstynencji. Sytość zmniejszyła reakcje w fazie wygaszania bez sygnałów po obu okresach wymuszonej abstynencji, ale zmniejszyła reakcje na sam sygnał sacharozy tylko u szczurów, które przeszły jedynie jeden dzień wymuszonej abstynencji.
- Jak pokazano na Rysunku 3, wzbogacenie środowiskowe zredukowało inkubowane reakcje w fazie wygaszania bez sygnału oraz reakcje na sam sygnał sacharozy do poziomów obserwowanych po zaledwie jednym dniu wymuszonej abstynencji.
- Rysunek 4 obrazuje zależny od czasu abstynencji efekt SCH 23390 na reakcje w fazie wygaszania z sygnałami. SCH 23390 był najskuteczniejszy w redukowaniu głodu sacharozy po 1, a nie po 30 dniach wymuszonej abstynencji.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Procedury opisane w niniejszej pracy można by uznać za procedury przywracania (reinstatement), choć technicznie jest to nieścisłe, ponieważ naciskanie dźwigni w odpowiedzi na sygnał nie zostaje wygaszone przed sesją testową badania głodu (craving). W typowej procedurze przywracania reakcje na sygnały powiązane z nagrodą są wygaszane, a następnie „przywracane” poprzez niekontyngentne podanie nagrody (przywracanie indukowane torowaniem) lub zastosowanie stresora, takiego jak wstrząs stopy (przywracanie indukowane stresem) ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Wszystkie procedury zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi określonymi w „Principles of Laboratory Animal Care” (publikacja NIH nr 86-23) i zostały zatwierdzone przez Institutional Animal Care and Use Committee Uniwersytetu Western Washington.
Podziękowania
Przygotowanie niniejszego manuskryptu i filmu zostało sfinansowane z grantu R15 DA016285-02 National Institute on Drug Abuse/National Institutes of Health, Western Washington University Biomedical Research Activities in Neuroscience Initiative oraz Western Washington University.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Klatka do wzbogacania środowiska | Quality Cage Company | FH-36½T-N | |
| Komora operantowa | Med Associates, Inc. | MED-008-CT-B3 | |
| SCH 23390 | Sigma-Aldrich | D054 |
Bibliografia
- Sobik, L., Hutchison, K., Craighead, L. Cue-elicited craving for food: a fresh approach to the study of binge eating. Appetite. 44, 253-2561 (2005).
- Geiger, B. M. Deficits of mesolimbic dopamine neurotransmission in rat dietary obesity. Neuroscience. 159, 1193-1199 (2009).
- Grimm, J. W. Craving In Animal Models of Drug Addiction. Olmstead, C. , Humana Press. New York. 311-336 (2011).
- Grimm, J. W., Kruzich, P. J., See, R. E. Contingent access to stimuli associated with cocaine self-administration is required for reinstatement of drug-seeking behavior. Psychobiology. 28, 383-386 (2000).
- Bossert, J. M., Ghitza, U. E., Lu, L., Epstein, D. H., Shaham, Y. Neurobiology of relapse to heroin and cocaine seeking: an update and clinical implications. Eur. J. Pharmacol. 526, 36-50 (2005).
- Bossert, J. M., Poles, G. C., Wihbey, K. A., Koya, E., Shaham, Y. Differential effects of blockade of dopamine D1-family receptors in nucleus accumbens core or shell on reinstatement of heroin seeking induced by contextual and discrete cues. J. Neurosci. 27, 12655-12663 (2007).
- Grimm, J. W. Effects of systemic or nucleus accumbens-directed dopamine D1 receptor antagonism on sucrose seeking in rats. Psychopharmacology (Berl). , (2011).
- Grimm, J. W., Fyall, A. M., Osincup, D. P. Incubation of sucrose craving: effects of reduced training and sucrose pre-loading. Physiol Behav. 84, 73-79 (2005).
- Grimm, J. W. Environmental enrichment attenuates cue-induced reinstatement of sucrose seeking in rats. Behav Pharmacol. 19, 777-785 (2008).
- Shaham, Y., Shalev, U., Lu, L., De Wit, H., Stewart, J. The reinstatement model of drug relapse: history, methodology and major findings. Psychopharmacology (Berl). 168, 3-20 (2003).
- Childress, A. R. Limbic activation during cue-induced cocaine craving. Am J Psychiatry. 156, 11-18 (1999).
- Gearhardt, A. N. Neural Correlates of Food Addiction. Arch. Gen. Psychiatry. , (2011).
- Markou, A. Animal models of drug craving. Psychopharmacology (Berl). 112, 163-182 (1993).
- Phillips, R. G., LeDoux, J. E. Differential contribution of amygdala and hippocampus to cued and contextual fear conditioning. Behav. Neurosci. 106, 274-285 (1992).
- Holland, P. C., Bouton, M. E. Hippocampus and context in classical conditioning. Curr. Opin. Neurobiol. 9, 195-202 (1999).
- Epstein, D. H., Preston, K. L., Stewart, J., Shaham, Y. Toward a model of drug relapse: an assessment of the validity of the reinstatement procedure. Psychopharmacology (Berl). 189, 1-16 (2006).
- Kupferschmidt, D. A., Brown, Z. J., Erb, S. A Procedure for Studying the Footshock-Induced Reinstatement of Cocaine Seeking in Laboratory Rats. J. Vis. Exp. (47), (2011).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
