Summary
このプロトコルでは、マウスでの強化子として感覚刺激を用いたオペラント学習の方法を説明します。それは事前のトレーニングや食事制限を必要とせず、そしてそれは、食品などの薬理学的または自然的強化子を使用せずに、やる気のある行動の研究が可能になります。
Protocol
1。強化子として様々な視覚と聴覚刺激を用いたオペラントテストセッションを実行するプログラムを書く
- 固定比率（FR）セッションの場合：家の光とファンセッション中にオンにして長さが1時間のセッションを行います。プログレッシブ比セッションでは、セッション二時間の長さにしてください。両方のレバーがレバーが動物（各動物のレバーの割り当てが変化しない）を介して"アクティブ"対"非アクティブ"に指定されているセッションと、カウンターの期間延長がある。
- 各補強剤は、以下のパラメータに応じて変化するような方法でプログラムをコーディングしてください。
- 2、4、6、または8秒：各補強剤は、ランダムに選択された以下の期間のいずれかを持っています。
- 0.625、1.25、2.5、または5 Hzの、50％デューティサイクルの各：各補強剤は、ランダムに選択された以下の刺激ランプのフラッシュ率を誇っています。
- 各刺激のランプの点滅は、左または室の右側のいずれかにランダムです。
- 補強剤の持続のための聴覚刺激を提供する、我々の研究室では、我々は、チャンバー内のバックグラウンドノイズより音が約3 dBを提供する輸液ポンプをトリガします。
- 1：リアルタイムで次の値を表示するプログラムをコーディングしてください。アクティブレバーを押すと、数2。非アクティブなレバーを押すと、数3。強化子の数、4。時間（0.1秒単位）。
2。動物を扱う（3日目の手順）
- 動物施設への順化の後、動物を取り扱う始める。これは、ピックアップと搬送されるために動物を慣らすになります。
- ケージの中に手袋をはめた手を置き、それらを90秒間座ってできるようにすることで起動します。すべてのマウスは、その時点であなたの手を調査していない場合は、ゆっくりマウスに向かって手を移動し、それぞれのにおいを嗅ぐと/または続行する前に、あなたの手に連絡するのを待ちます。
- 慎重に尾の付け根でいずれかによって、それぞれのマウスのものをピックアップし、すぐにそれを持ち上げ、マウスがケージに戻ってあなたの手のウォークオフにできるように戻すこと、それをもたらす、あなたの手の上に置きます。
- マウスの態度に応じて、それぞれのマウスの5〜10倍のために繰り返します。これが行われ、最終的な時間、日によっては、一定の期間（それはあなたの手に立って）、マウス高を保持。 1日目：5秒、2日目：10秒、3日目：15秒。各マウスは、毎日のためにこの基準を満たしていることを確認します。 1日目に、ケージの間に手袋を変更する。
- 動物の背中ストローク、2日目に始めてマウスがあなたの手にある間。また、2日目に、毎日の動物をひょう量を開始。被験者数を示すために、シャーピーと各動物の尾をマーク。
- 注射が実験中に与えられる場合、2日目に注射してマウスをhabituating始める。ケージ内のすべてのマウスの処理と日の基準を満たされている後にこの操作を実行する必要があります。
3。クリーンと試験装置
- お湯で底のフライパンを洗う。
- 30％エタノールでオペラントチャンバー壁と床を清掃してください。
- 家の光、ファン、および刺激のライトが点灯するテストプログラムを実行し、レバー、およびレコードのレバーを押すを拡張します。
- すべてのライトとファンが正常に動作していることを確認し、すべてのレバーを押すが記録されることを保証するプログラムをテストします。
- 30％エタノールでレバーを清掃してください。
4。オペラントセッション（セッションは、一日の同じ時間に5-6日/週でなければなりません）を実行
- 各マウスの重量を量る。
- 各チャンバーにプログラムをロードし、適切に実験に注釈を付ける。アクティブレバーは、動物（すなわち、アクティブレバーをマウスの半分を左レバーに割り当てられている、右レバーは、他の半分のためにアクティブになっている）との間で相殺されるはずですが、マウスマウスがされた後、アクティブレバーの側は決して変更されません割り当てられた。
- 、その指定されたチャンバーに各マウスの搬送室を閉じて、セッションを開始します。
- セッションの終了後、速やかにマウスを削除し、尾を再マーク。
- セクション3で説明したクリーンチャンバー。
- アクティブと非アクティブのレバーを押すの数のデータを分析する。的強化及び/またはレバーの精度（％アクティブレバーを押す）の数も報告することができます。マウスはOSSに対する治療の効果をテストすることを予定している場合、テストするすべてのマウスは、買収の基準を（例えば、> 20アクティブレバーを押すと、最後の3つのFR - 1のセッションのための> 65％の活性レバーを押す満たしていることを確認）は、前治療を開始する。
- FR - 1が応答の取得後に、強化スケジュールは、（例えば、より高い固定比率、プログレッシブ比、ランダム比、等）を変更することができます。
5。代表的な結果
雄のC57BL/6JマウスによるOSSの取得の例を図1（23から再生）に示されています。対照マウスは、どちらかのレバーのレバーを押したがないconseがなかったことを除いて、同一の条件を受けquence。マウスの別のコホートを図2に示されています。別のグループは、食品の強化を受信しながらこの実験では、マウスの一つのグループは、OSSの補強を受けた。我々は、食品への随意アクセスの条件の下で、応答の両方の固定と進歩的な比率はOSSと（図2、およびB）を確認して10％応答の間で類似していることを発見した。これは、飢餓状態や応答速度の違いから生じる潜在的な困惑を避ける二つの異なる補強タイプ（感覚と食べ物）で操作を効果的に比較することができます。
図1：OSSのマウスとコントロールでレバーを押すと非アクティブのレバーを押したときには結果を持っていないながら、OSSのマウスは、それぞれのアクティブなレバープレス（補強のFR - 1スケジュール）は、次の変化、視覚と聴覚刺激を受けた。対照マウスは、同じ条件を施行したが、どちらかレバーを（レバーがアクティブと非アクティブのレバーがOSSのマウスのために相殺されているのと同じ方法で、動物を介して1と2を表記していると相殺されている）を押すことのない結果はありませんでした。 OSSのマウスで押してアクティブレバーが押して非アクティブレバーに相対的に増加した（* P <0.05、** P <0.01）およびコントロールでキーを押す非強化レバーへ（N = 7 8、$ P <0.05、$ $ P <0.01 ）。 23日から再現図。
図2：食品の応答OSSのマウスとマウスでレバーを押す A.）マウスでは、OSSの刺激や食物の補強剤（10％を確認してください）のための補強のFR - 1のスケジュールで答えた。すべてのマウスは実験の間、食品への広告libidumのアクセスを持っていた。 B.）は、FR - 1セッションの後、マウスに5日間の強化のプログレッシブ比（PR）のスケジュールで進めていた。データは日4および各動物の5つの値の意味を表します。完成した最終的な比率は、Y軸の右側に報告し、対応する強化因子（つまり30の応答はまで9の強化子を獲得した後、10 番目の強化子を得るために必要とされる）を得るために必要な応答の数を参照します。
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Discussion
求めているオペラント感覚は、マウスが好きな動物である静脈内薬物自己投与する代わりに使用すると便利です。手術もカテーテルの維持管理のいずれも必要になる、ということは、これらのマウスにおいて重要な技術的なハードルであるため、有利である。それは、食品など他の自然な強化子とは別の補強の側面を測定することがありますので、OSSにも魅力的です。
それはマウスの行動措置が異なる環境条件24を介して高度に可変できることに注意することは有用である。この問題は、OSSの私達の自身の研究室で生じている。プロシージャが最初に特徴付けされたとき、動物は、高トラフィックと一日中それで働く人々の多数を持っていた施設に収容された。この時間の間に、マウスは"通常の"光周期（：;〜0800から1400を実行する実験を0600から1800時間点灯）に収容された。ヴァンダービルト神経行動学研究室内の専用住宅の施設に移動した後、我々は、OSSの進歩的な比率のパフォーマンスは、我々は以前に観察していたよりもはるかに低いことがわかった。応答は、代わりに安定した残りの5日間にわたって減少した。この施設は、はるかに少ないのトラフィックを持っており、人員は、静かに動作すると施設で行った実験の敏感な性質を認識する訓練を受けています。私たちは、以来、実験の時間中に覚醒を促進する光周期にマウスを調整している（点灯：1500から0300時間、実験の実行〜0800から1400時間）とOSSの性能は、我々が以前に注目したものに戻ってきた。
以下は、OSSの実験のための私達の標準的な条件の説明です。雄のC57BL/6Jマウスは、ジャクソン研究所から3週齢（バーハーバー、ME）で発注し、実験前少なくとも1週間、修正された光のサイクルに収容されています。動物は、セルロースの少量（フレッシュケア）を添加したコーンコブの寝具の2-5のグループに収容されています。実験は週5-6日で実行され、ケージの変更は、実験なしで前日に行われる。これらは私たちの標準的な条件であるが、我々は女性と高齢マウス（最大20週間）もOSSを取得することが可能であることを見出した。我々は現在、OSSの性能に影響を及ぼす可能性のある他の変数を検討している。それは、静的な視覚刺激は、マウス17での強化子としての能力がある、それは我々と他の人が現在の状況で増加補強に20,22,23リードを採用していることの刺激のダイナミクスを向上させるのアプローチかどうか不明であることが知られているが、 。 OSSに影響を与える可能性のある別の変数には、マウス系統です。系統差は、行動と神経学的措置を25から29までの様々なマウスに記載されており、食品の応答の差のOSSのパフォーマンスとオペラントはこの行動の遺伝的基盤への洞察を提供することがあります。
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Disclosures
利害の衝突は宣言されません。
Acknowledgments
このプロジェクトは、NIHの助成金DA19112（DGW）とDA026994（CMO）によってサポートされていました。イラストは、キャサリン心苦しくによって提供されていました。実験は、ヴァンダービルトマウス神経行動学研究室で行った。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Drug self-administration test package for mouse: extra-wide chamber and retractable levers |  Med Associates, Inc. |
MED-307W-CT-D1 | Levers are ultra-sensitive (require ~2 grams force) and are mounted 2.2 cm above the floor. Yellow stimulus lamps are mounted 2 cm above each lever. |
| Interface and software package | Med Associates, Inc. |
MED-SYST-16 | This is the package for up to 16 chambers. |
References
- Thomsen, M., Caine, S. B. Intravenous drug self-administration in mice: practical considerations. Behav Genet. 37, 101-118 (2006).
- Koob, G. F. Animal models of motivation for drinking in rodents with a focus on opioid receptor neuropharmacology. Recent Dev Alcohol. 16, 263-281 (2003).
- Koob, G. F., Kenneth Lloyd, G., Mason, B. J. Development of pharmacotherapies for drug addiction: a Rosetta stone approach. Nat Rev Drug Discov. 8, 500-515 (2009).
- Arnold, J. M., Roberts, D. C. A critique of fixed and progressive ratio schedules used to examine the neural substrates of drug reinforcement. Pharmacol Biochem Behav. 57, 441-447 (1997).
- O'Brien, C. P., Gardner, E. L. Critical assessment of how to study addiction and its treatment: human and non-human animal models. Pharmacology & Therapeutics. 108, 18-58 (2005).
- Olsen, C. M., Duvauchelle, C. L. Prefrontal cortex D1 modulation of the reinforcing properties of cocaine. Brain Research. 1075, 229-235 (2006).
- 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).
- Kalivas, P. W., McFarland, K. Brain circuitry and the reinstatement of cocaine-seeking behavior. Psychopharmacology (Berl). 168, 44-56 (2003).
- Stewart, J. Pathways to relapse: the neurobiology of drug- and stress-induced relapse to drug-taking. J Psychiatry Neurosci. 25, 125-136 (2000).
- Olsen, C. M., Winder, D. G. A method for single-session cocaine self-administration in the mouse. Psychopharmacology (Berl). 187, 13-21 (2006).
- Rocha, B. A. Differential responsiveness to cocaine in C57BL/6J and DBA/2J mice. Psychopharmacology (Berl). 138, 82-88 (1998).
- Caine, S. B., Negus, S. S., Mello, N. K. Method for training operant responding and evaluating cocaine self-administration behavior in mutant mice. Psychopharmacology (Berl). 147, 22-24 (1999).
- Colby, C. R., Whisler, K., Steffen, C., Nestler, E. J., Self, D. W. Striatal cell type-specific overexpression of DeltaFosB enhances incentive for cocaine. J Neurosci. 23, 2488-2493 (2003).
- Schramm-Sapyta, N. L., Olsen, C. M., Winder, D. G. Cocaine self-administration reduces excitatory responses in the mouse nucleus accumbens shell. Neuropsychopharmacology. 31, 1444-1451 (2006).
- Steiner, R. C., Hsiung, H. M., Picciotto, M. R. Cocaine self-administration and locomotor sensitization are not altered in CART knockout mice. Behav Brain Res. 171, 56-62 (2006).
- Marx, M. H., Henderson, R. L., Roberts, C. L. Positive reinforcement of the bar-pressing response by a light stimulus following dark operant pretests with no after effect. J Comp Physiol Psychol. 48, 73-76 (1955).
- Baron, A., Kish, G. B. Low-intensity auditory and visual stimuli as reinforcers for the mouse. J Comp Physiol Psychol. 55, 1011-1013 (1962).
- Stewart, J. Reinforcing effects of light as a function of intensity and reinforcement schedule. Journal of comparative and physiological psychology. 53, 187-193 (1960).
- Caggiula, A. R. Cue dependency of nicotine self-administration and smoking. Pharmacol Biochem Behav. 70, 515-530 (2001).
- Cain, M. E., Green, T. A., Bardo, M. T. Environmental enrichment decreases responding for visual novelty. Behavioural Processes. 73, 360-366 (2006).
- Thompson, T. I. Visual Reinforcement in Siamese Fighting Fish. Science. 141, 55-57 (1963).
- Blatter, K., Schultz, W. Rewarding properties of visual stimuli. Exp Brain Res. 168, 541-546 (2006).
- Olsen, C. M., Winder, D. G. Operant sensation seeking engages similar neural substrates to operant drug seeking in C57 mice. Neuropsychopharmacology. 34, 1685-1694 (2009).
- Crabbe, J. C., Wahlsten, D., Dudek, B. C. Genetics of mouse behavior: interactions with laboratory environment. Science. 284, 1670-1672 (1999).
- Crawley, J. N. Behavioral phenotypes of inbred mouse strains: implications and recommendations for molecular studies. Psychopharmacology (Berl). 132, 107-124 (1997).
- Belknap, J. K., Metten, P., Beckley, E. H., Crabbe, J. C. Multivariate analyses reveal common and drug-specific genetic influences on responses to four drugs of abuse. Trends Pharmacol Sci. 29, 537-543 (2008).
- Mozhui, K. Strain differences in stress responsivity are associated with divergent amygdala gene expression and glutamate-mediated neuronal excitability. J Neurosci. 30, 5357-5367 (2010).
- Hefner, K. Impaired fear extinction learning and cortico-amygdala circuit abnormalities in a common genetic mouse strain. J Neurosci. 28, 8074-8085 (2008).
- Elmer, G. I., Pieper, J. O., Hamilton, L. R., Wise, R. A. Qualitative differences between C57BL/6J and DBA/2J mice in morphine potentiation of brain stimulation reward and intravenous self-administration. Psychopharmacology (Berl). 208, 309-321 (2010).
