Summary
Som svar til mad eller medicin-parret signaler stiger i løbet af en periode med afholdenhed, og dette kan være relateret til en øget følsomhed over for tilbagefald adfærd. Her har vi detaljeret en procedure for at vurdere denne "inkubation af begær" i rotter, der har selvadministrerede saccharose.
Abstract
For en person på en fødevare-diæt, mad trang som reaktion på fødevare-parret køer kan tjene som et centralt adfærdsmæssige overgang punkt mellem afholdenhed og tilbagefald til mad at tage 1. Mad begær begrebsliggjort på denne måde er beslægtet med narkotika trang som reaktion på narkotika-parret signaler. En rig litteratur har udviklet sig omkring forståelsen af adfærdsmæssige og neurobiologiske determinanter for narkotika trang, vi og andre har haft fokus for nylig med at oversætte teknikker fra grundlæggende afhængighed forskning til bedre at forstå Addiction-lignende adfærd i tilknytning til mad 2-4.
Som i de tidligere undersøgelser af narkotika trang, vi undersøger saccharose trang adfærd ved at anvende en rotte model af tilbagefald. I denne model, rotter selv administrere enten medicin eller mad i sessioner over flere dage. I en session, leverer løftestang reagerer belønningen sammen med en tone + lys stimulus. Trang adfærd er så operationelt defineret som reagerer på enefterfølgende session, hvor belønningen er ikke tilgængelig. Rotter vil sikkert reagere på tonen + lys stimulus, sandsynligvis på grund af sin erhvervede conditioned forstærkende egenskaber 5. Denne adfærd er undertiden benævnt saccharose søge eller cue reaktivitet. I denne diskussion vil vi bruge udtrykket "saccharose trang" til at underordne begge disse konstruktioner.
I det sidste årti, har vi fokuseret på, hvordan lang tid efter belønning selvadministration påvirkninger belønning trang. Interessant, rotter øger svarer til belønning-parret cue i løbet af flere uger efter en periode med tvungen afholdenhed. Denne "inkubation af begær" er observeret hos rotter, der har selv-administreret enten mad eller misbrugsstoffer 4,6. Denne gang-afhængig stigning i trang vi har identificeret i dyremodel kan have et stort potentiale relevans for human medicin og mad afhængighed adfærd. Her præsenterer vi en protokol til vurdering af inkubation af sucroSE begær hos rotter. Varianter af proceduren vil blive anfoert, hvis trangen vurderes at svare til et diskret saccharose-parret cue efter udryddelsen af håndtag at trykke inden for saccharose selv-administration kontekst (Extinction uden tidskoder) eller som svarer til saccharose-parret stikord i en generel udryddelse kontekst (Extinction med stikord).
Protocol
1. Animal Emner
- Mand Long-Evans rotter er 3 måneder gammel ved starten af en undersøgelse. Rotter er Simonsen-stammer (Gilroy, Californien, USA) opdrættet i den vestlige del af Washington University vivarium og er opstaldet individuelt på en 12-h omvendt dag / nat-cyklus (lys slukket ved 0700) med Purina Mills Inc. Mazuri Rodent Pellets (Gray Summit , MO, USA) og vand til rådighed ad libitum.
- Al uddannelse og afprøvning foregår mellem 0900-1300 med kohorter af rotter altid trænet og testet på samme tid hver dag.
- Rotter vejes hver mandag, onsdag og fredag for varigheden af undersøgelsen.
- Umiddelbart før uddannelsen fase, er rotter berøvet vand i ca 20 timer for at tilskynde saccharose selvforvaltning på den første dag af uddannelse.
2. Behavioral Procedurer
Alle operant adfærdsmæssige procedurer bruge standard operant betingning kamre (Med Associates Inc., St. Albans, VT, USA) med en infusionspumpe (Razel Scientific Instruments, St. Albans, VT, USA) er placeret på toppen af hver operant betingning kammer. Operant betingning kamre er omsluttet af lyd-formildende skabe med ventilation fans (Western Washington University, USA). Alle eksperimentelle betingelser og indsamling af data styres af Med PC-IV-software (Med Associates Inc., St. Albans, VT, USA).
Operant betingning kamre (30 x 20 x 24 cm) indeholder to håndtag (en stationær og en optrækkelig), en tone generator, en hvid stimulus lys over optrækkeligt håndtaget, og et rødt hus lys på den modsatte væg. Den infusionspumpe leverer saccharose i en belønning beholder til højre for den aktive håndtaget. Håndtagene er 10 cm fra nettet gulvet. Fire infrarøde photobeams på kryds og tværs hvert kammer. De forreste bjælker er hver 10,5 cm fra sidevæggene og den side bjælker hver 6 cm fra sidevæggene. Hver stråle er 4,5 cm over rustfrit stål bar gulvet. De bjælker enre indstillet til at tælle antallet af komplette pauser. Det samlede antal stråle pauser registreres under træning og trang Testing.
Med undtagelse af vand begrænsning før den første træning, er rotter forudsat mad og vand ad libitum både i hjemmet bure og i operant betingning kamre. Chambers er i en dedikeret test værelse, der, som med vivarium, er på en omvendt lys cyklus. Rotter transporteres i hjemmet bure mellem rum på en vogn, der er dækket med lys blokering stof. Ved afslutningen af hver session, er rotter tilbage til hjem bure.
Der er tre faser i typisk eksperiment: Uddannelse, Forced afholdenhed, og test. Test er den session, hvori trangen vurderes. Vi vurderer begær i to generelle testprocedurer, afhængigt af studiet. Disse to procedurer er beskrevet i afsnit 2.3.1 og 2.3.2.
- Træning
- I typisk eksperiment, tilbringer rotter 2 timer / dag for10 på hinanden følgende dage i operant betingning kamre, hvor de får lov til at trykke på optrækkeligt (aktiv) løftestang for en 0,2 ml levering af 10% rørsukkeropløsning ind i beholderen til højre for håndtaget.
- Dette svar også aktiverer en sammensat stimulus, der består af en tone (2 kHz, 15 dB i løbet af omgivende støj) og det hvide lys. Den sammensatte stimulus varer 5 s og efterfølges af en 40-s time out, hvor presser på aktiv håndtaget registreres, men har ikke programmeret konsekvens.
- En reaktion på den inaktive (stationær) håndtag har ingen programmeret konsekvens, men presser registreres. Antallet af stråle pauser registreres under træning og test. Alle svar og bevægeapparatet foranstaltninger registreres som tiden kurser (2 minutter bins), men er som regel rapporteres som totaler pr session.
- Tvungen afholdenhed. Rotter forblive i hjemmet bure for varigheden af tvungen afholdenhed. Den typiske tvunget afholdenhed perioder, vi anvender, er at have rotter testet the dagen umiddelbart efter den sidste dag i Training (Dag 1 af tvungen afholdenhed) eller 30 dage efter den sidste dag i Training (Dag 30 af tvungen afholdenhed).
- Test
- Extinction uden tidskoder. I denne testprocedure, der er rotter første tilladte at trykke den aktive håndtaget og på samme betingelser Træning med den undtagelse, at svaret ikke har nogen konsekvenser, og sessionen varighed er 1 time Rotter oplever mindst seks af disse udslettelse sessioner på Test dag. Hver udryddelse session er adskilt af en 5 minutters periode, hvor den aktive håndtaget er trukket tilbage og huset lyset er slukket. "Extinction" er indiceret, hvis aktive håndtag at reagere er blevet reduceret til mindre end 20 presser / h. Nogle rotter kræver en syvende samling. Det næste møde (efter yderligere 5 minutters forsinkelse) er den Testing session, hvor rotter kan derefter trykke på tonen + lys cue, der oprindeligt var parret med hver levering af saccharose under træning.
- Extinction med stikord. I denne forkorted testprocedure, rotter får lov til at trykke den aktive håndtaget og på samme betingelser til uddannelse bortset fra, at saccharose ikke er leveret.
- Inaktiv håndtag trykke bruges som et mål for håndtag diskrimination. Det er også, sammen med photobeam pauser, brugt som et mål for ikke-specifik motorisk aktivering. Motoriske vs motiverende ændringer komplicere fortolkningen af trangen adfærd. Den inaktive håndtag at reagere, og photobeam bryde data er nyttige i at afklare motor vs motivation bidrag til begær, som er sammenligning grupper i farmakologiske undersøgelser, hvor rotter reagerer på en høj sats for saccharose eller anden mad er udfordret med en potentiel trang påvirker forbindelser (fx 7 , 8).
3. Repræsentant manipulationer Affect Saccharose Savner efter Variabel Perioder med tvungen afholdenhed
Den generelle metode som beskrevet her, giver en måde at undersøge den adfærdsmæssige og neurobiologiske beslutsomhedNTS af begær efter varierende perioder med tvungen afholdenhed. Beskrevet her er metoder relateret til repræsentative resultater i afsnit 4.
- Mæthed. Nogle rotter modtog flasker på 10% saccharose i deres hjem bure for de 17 timer umiddelbart forud for Testing 8. Rotter i denne undersøgelse blev testet ved brug af Extinction uden tidskoder procedure.
- Miljøberigelse. I løbet af tvungen afholdenhed periode, forblev nogle rotter i enkelte boliger (kontroller), mens andre blev flyttet ind i en stor (36 "bredde x 20" dybde x 40 "højde; Kvalitet Cage Products, Portland, OR, USA) bur med tre kohorter (Beriget). den berigede dyr havde flere legetøj i deres miljø, herunder PVC-slanger og fik også nyt legetøj hver M, W, F 10. Rotter i denne undersøgelse blev testet ved brug af Extinction uden tidskoder procedure.
- Farmakologisk udfordring. På Test dag var rotter forbehandlet med en dosis af dopamin D1 antagonist SCH 23390. Rotter i denne undersøgelse were testet ved hjælp af Extinction med tidskoder procedure.
4. Repræsentative resultater:
Figur 1 repræsentant Undervisning og test data for en inkubation af saccharose trang eksperiment.
Datapunkter angiver betyder ± SEM'er. Gruppe størrelse til figur 1a er 77 rotter og figur 1b gruppe størrelser varierede fra 11 til 12 per gruppe. * Signifikant forskel fra dag 1, p <0,05. Dette tal er tilpasset fra data i 8 med tilladelse fra Springer.
Figur 2 Effekt af saccharose mæthed på saccharose trang efter 1 eller 30 dages tvungen afholdenhed. Gruppe størrelser er 8-9 per gruppe. * Signifikant forskel fra dag 1 gruppe, † signifikant forskel fra kontrolgruppen, p <0,05. Dette tal er tilpassetfra 9 med tilladelse fra Elsevier.
Figur 3 En måned af miljøberigelse reduceret saccharose trang. Gruppe størrelser er hver 8 rotter. * Signifikant forskel fra dag 1, † signifikant forskel fra kontrolgruppen, p <0,05. Dette tal er tilpasset fra 10 med tilladelse af Wolters Kluwer Health.
Figur 4 Systemisk SCH 23390 faldt saccharose trang mere effektivt efter en dag med tvungen afholdenhed. Gruppe størrelser er 8-12 per gruppe. * Signifikant forskel fra dag 1 gruppe, † signifikant forskel fra 0 dosisgruppe, p <0,05. Dette tal er tilpasset fra 8 med tilladelse fra Springer.
- Figur 1 viser repræsentative Undervisning og test af data for rotter selv-administration saccharose (Figur1 TOP) og derefter reagere i Extinction med saccharose-parret cue tilgængelig (figur 1 nederst). Som vist, rotter reagerer selektivt på det aktive greb under træning og under testen. Interessant, inaktive reagere, og motorisk aktivitet vise nogle inkubation, men effekten er mest robuste på aktive håndtag at reagere.
- Figur 2 viser effekten af mæthed med saccharose på saccharose trang efter 1 eller 30 dages tvungen afholdenhed. Mæthed reduceret Extinction uden tidskoder reagere efter hver periode med tvungen afholdenhed, men kun reduceret svarer til saccharose cue alene i rotter, der kun havde én dag i tvungen afholdenhed.
- Som vist i figur 3, miljøberigelse reduceret inkuberes Extinction uden cue reagere, og reagere for saccharose cue alene adfærd til et niveau fundet efter kun én dag af tvungen afholdenhed.
- Figur 4 viser en afholdenhed-afhængig effekt af SCH 23390 om Extinction med stikord at reagere. SCH 23390 var mest effektive mod at reducere saccharose begær efter 1, mod 30, dages tvungen afholdenhed.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De procedurer, vi beskriver her kunne identificeres som genindsættelse procedurer, selv om det er teknisk unøjagtigt som løftestang presser på for at cue er ikke slukket, inden trangen test session. I en typisk genindsættelse procedure, reagerer med belønning-parret køer slukket, og derefter "genindført" med administration af en ikke-kontingent præsentation af belønning (grunding-induceret genindtræden) eller en stressor som footshock (stress-induceret genindtrædelse) 11. Udryddelsen af håndtag at trykke alene efterfulgt af adgang til cue (punkt 2.3.1) er det nærmeste tilnærmelse til genansættelse. Ikke desto mindre, de procedurer, vi beskriver tillader måling af mål-rettet med at svare i et saccharoseindhold-parret cue. Operationelt, denne adfærd er cue-enhanced "begær" adfærd, der kan være relevante for tilbagefald adfærd 4,12-14.
Der er nogle praktiske fordele ved Extinction med stikord procedure (ITEm 2.3.2) over Extinction uden tidskoder efterfulgt af adgang til cue procedure (punkt 2.3.1). Med sidstnævnte tilgang, nogle rotter ikke slukke til kriterium i seks sessioner, og det kræver en ekstra udslettelse session. I modsætning hertil giver de 2 h Extinction med stikord procedure en forudsigelig tidsramme for vurdering af trang, og er derfor mere modtagelig for design, hvor eksponeringen for den selv-administration sammenhæng bør holdes konsistent på tværs af fag og vilkår. Et eksempel på en sådan undersøgelse ville være et, hvor hjernevæv er indsamlet umiddelbart ved slutningen af en trang session for efterfølgende vurdering af øjeblikkelig tidlige genekspression.
En begrænsning af Extinction med tidskoder procedure er, at kontekstuelle og diskrete signaler præsenteres sammen. Derfor fortolkning af det bidrag, kontekstuelle vs diskrete signaler til trangen adfærd og hjerne molekylære ændringer vil blive gjort til skamme. Dette kan især være vigtigt i molecular undersøgelser som bevis findes for en adskillelse mellem de neurale substrater af kontekst vs diskrete cue-medieret læring 15,16.
Endelig er en generel begrænsning af en tvungen afholdenhed procedure vedrørende gentagne test design er, at "afholdenhed" sager. Som svar til cue stiger over tid. Derfor er denne model ikke kan foretages en meningsfuld gentaget prøvning af emner, medmindre tid mellem prøverne er taget i betragtning.
Som konklusion giver inkubation af saccharose trang procedure en model af tidsafhængig stigninger i trang adfærd, som kan bidrage til den umedgørlige natur afhængighed. Generelt modellen har rimelig prædiktiv validitet, delvis på grund at have det godt validerede genansættelse model på sin kerne 4,17,18. Brug af inkubation af saccharose trang model til at undersøge adfærdsmæssige og neurobiologiske determinanter for inkubation kan give indsigt i novel behandlingsmetoder for afhængighed.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Alle procedurer fulgt de retningslinjer, der er skitseret i "Principles of Laboratory Animal Care" (NIH publikation no. 86-23) og blev godkendt af Western Washington University Institutional Animal Care og Brug Udvalg.
Acknowledgments
Produktion af dette manuskript og video blev støttet af National Institute on Drug Abuse / National Institutes of Health tilskud R15 DA016285-02, det vestlige Washington University Biomedical Research Aktiviteter i neurovidenskab initiativet, og Western Washington University.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Enrichment Cage | Quality Cage Company | FH-36½T-N | |
| Operant Chamber | Med Associates, Inc. | MED-008-CT-B3 | |
| SCH 23390 | Sigma-Aldrich | D054 |
References
- 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).
