Summary
Svare for mat eller narkotika-paret pekepinner øker i løpet av en periode på avholdenhet og dette kan relateres til økt mottakelighet for tilbakefall atferd. Her har vi detalj en prosedyre for å vurdere denne "inkubasjon av craving" i rotter som har selv-administrert sukrose.
Abstract
For noen på en mat-diett, mat craving i respons til mat-paret signaler kan tjene som et viktig atferdsmessig overgangen mellom avholdenhet og tilbakefall til mat tar 1. Mat craving konseptualiserte på denne måten er beslektet med narkotika craving svar på narkotika-paret pekepinner. En rik litteratur har blitt utviklet rundt forståelse av atferdsmessige og nevrobiologiske determinanter av narkotika craving, vi og andre har hatt fokus nettopp på å oversette teknikker fra grunnleggende avhengighet forskning for å bedre forstå avhengighet-lignende atferd knyttet til mat 2-4.
Som gjort i tidligere studier av narkotika craving, undersøker vi sukrose craving oppførsel ved å benytte en rotte modell for tilbakefall. I denne modellen, rotter selvadministrere enten narkotika eller mat i sesjoner over flere dager. I en sesjon, leverer spaken reagerer på belønning sammen med en tone + lett stimulus. Begjær atferd er da operasjonelt definert som svarer i enpåfølgende sesjon der belønningen ikke er tilgjengelig. Rotter vil sikkert svare for tonen + lett stimulus, sannsynligvis på grunn av sin ervervet betinget forsterker egenskaper 5. Denne atferden er noen ganger referert til som sukrose søker eller cue reaktivitet. I den nåværende diskusjonen vil vi bruke begrepet "sukrose craving" for å subsume begge disse konstruerer.
I det siste tiåret har vi fokusert på hvordan tiden etter belønning selvadministrering påvirkninger belønning craving. Interessant, rotter øke svare for belønningen-paret cue i løpet av flere uker av en periode på tvang-avholdenhet. Denne "inkubasjon av craving" er observert hos rotter som har selv-administrert enten mat eller narkotika av misbruk 4,6. Denne tidsavhengig økning i craving vi har identifisert i dyremodell kan ha stort potensial relevans for human narkotika og mat avhengighet atferd. Her presenterer vi en protokoll for å vurdere inkubasjon av sucroSE craving hos rotter. Varianter av prosedyren vil bli indikert der ute er vurdert som svarer for en diskret sukrose-paret kø etter utryddelse av spak trykke innenfor sukrose selvadministrering kontekst (Extinction uten signaler) eller som svarer for sukrose-paret pekepinner i en generell utryddelse kontekst (Extinction med signaler).
Protocol
1. Animal Emner
- Male Long-Evans rotter er 3 måneder gammel ved starten av en studie. Rotter er Simonsen-avledet (Gilroy, California, USA) avlet i Western Washington University Vivarium og befinner seg individuelt på en 12-h revers dag / natt syklus (lysene kl 0700) med Purina Mills Inc. Mazuri Rodent Pellets (Gray Summit , MO, USA) og vann tilgjengelig ad libitum.
- All opplæring og testing foregår mellom 0900-1300 med årskull av rotter alltid trent og testet på samme tid hver dag.
- Rotter veies hver mandag, onsdag og fredag for varigheten av studien.
- Umiddelbart før trening fase, er rotter fratatt vann for ca 20 t å oppmuntre sukrose selvadministrering på den første dagen med trening.
2. Behavioral Prosedyrer
All operant atferd prosedyrer bruke standard operant conditioning kamre (Med Associates Inc., St. Albans, VT, USA) med en infusjonspumpe (Razel Scientific Instruments, St. Albans, VT, USA) er plassert på toppen av hver operant conditioning kammer. Operant conditioning kamrene er vedlagt i lyd-demping skap med ventilasjon fans (Western Washington University, USA). Alle eksperimentelle forhold og datainnsamling er styrt av Med PC IV programvare (Med Associates Inc., St. Albans, VT, USA).
Operant conditioning kamre (30 x 20 x 24 cm) inneholder to spaker (en stasjonær og en uttrekkbar), en tone generator, en hvit stimulus lys over opptrekkbart spaken, og et rødt hus lys på motsatt vegg. Infusjonspumpen leverer sukrose inn en belønning beholder til høyre for den aktive spaken. Spakene er 10 cm fra nettet gulvet. Fire infrarøde photobeams krysser hvert kammer. Fronten bjelkene er hver 10,5 cm fra sideveggene og siden stråler hver 6 cm fra sideveggene. Hver bjelke er 4,5 cm over rustfritt stål bar gulvet. Bjelkene enre satt til å telle antall av komplette pauser. Det totale antall bjelke pauser blir registrert under trening og craving Testing.
Med unntak av vann begrensning før første treningsøkt blir rotter sørget for mat og vann ad libitum både i hjemmet bur og i operant conditioning kamre. Chambers er i en egen test room at, som med Vivarium, er på et omvendt lys syklus. Rotter er transportert i huset bur mellom rommene i en vogn som er dekket med lys blokkering stoff. På slutten av hver økt, er rotter returnert til hjem bur.
Det er tre faser til den typiske eksperimentere: Trening, Tvungen Avholdenhet, og Testing. Testing er den økten der ute er vurdert. Vi vurderer craving i to generelle testprosedyrer, avhengig av studien. Disse to prosedyrene er beskrevet i avsnitt 2.3.1 og 2.3.2.
- Opplæring
- I de typiske eksperimentet, rotter tilbringe 2 t / dag for10 sammenhengende dager i operant conditioning kammer hvor de får lov til å trykke på uttrekkbar (aktive) spak for et 0,2 ml levering av 10% sukroseløsning i beholderen til høyre spaken.
- Dette svaret aktiverer også en sammensatt stimulus som består av en tone (2 kHz, 15 dB mer enn støy fra omgivelsene), og det hvite lyset. Den sammensatte stimulus varer i 5 sekunder og etterfølges av en 40-s tid, da presser på den aktive spaken er registrert, men har ikke programmert konsekvens.
- Et svar på den inaktive (stasjonær) spak har ingen programmert konsekvens, men presser er registrert. Antall bjelken pauser blir registrert under trening og testing. All respons og locomotor tiltak føres som tiden kurs (2 minutt binger), men er vanligvis rapportert som utgjør per sesjon.
- Tvunget avholdenhet. Rotter forbli i hjemmet bur for varigheten av tvungen avholdenhet. Den typiske tvunget avholdenhet perioder vi bruker er å ha rotter testet the dag umiddelbart etter den siste dagen av Training (Dag 1 av tvungen avholdenhet) eller 30 dager etter siste dag Training (Day 30 av tvungen avholdenhet).
- Testing
- Extinction uten signaler. I denne Testing prosedyren, er rotter første lov til å trykke på aktive spaken i forhold identisk Trening med unntak av at responsen har ingen konsekvenser, og økten varighet er 1 t. Rotter oppleve minst seks av disse utryddelse økter på testdagen. Hver utryddelse sesjon er atskilt med en 5 minutters periode hvor den aktive spaken er tilbaketrukket og huset lyset er slått av. "Extinction" indikeres hvis aktiv spak svare har blitt redusert til mindre enn 20 presser / t. Noen rotter krever en syvende sesjon. Den neste sesjon (etter ytterligere 5 minutters forsinkelse) er den Testing session der rotter kan deretter trykke på pipetonen + lys signal om at var i utgangspunktet sammen med hver leveranse av sukrose under trening.
- Extinction med signaler. I denne forkorted Testing prosedyre, rotter får lov til å trykke på aktive spaken i forhold identisk med Training bortsett fra at sucrose er ikke levert.
- Inaktive spaken trykke brukes som et mål på spak diskriminering. Det er også, sammen med photobeam pauser, brukt som et mål på uspesifikk motor aktivering. Motoriske kontra motiverende endringer komplisere tolkningen av craving atferd. De inaktive spaken svare og photobeam bryte data er nyttige å avklare motor vs motivasjon bidrag til craving, som er sammenligning grupper i farmakologiske studier hvor rotter reagerer på en høy rate for sukrose eller annen mat er utfordret med en potensiell craving påvirker sammensatte (f.eks 7 , 8).
3. Representative manipulasjoner for å påvirke Sukrose Begjær etter Variable Perioder med Tvunget Abstinence
Den generelle metoden som er beskrevet her gir en måte å sondere atferdsmessige og nevrobiologiske Determinants av craving etter variable perioder med tvungen avholdenhet. Beskrevet her er metoder relatert til representant Resultater gitt i § 4.
- Metning. Noen rotter fikk flasker på 10% sukrose i deres hjem bur for de 17 h umiddelbart før Testing 8. Rotter i denne studien ble testet ved hjelp av Extinction uten signaler prosedyre.
- Environmental Enrichment. Under tvang-avholdenhet perioden, forble noen rotter i individuelle bolig (kontroller), mens andre ble flyttet til en stor (36 "bredde x 20" dybde x 40 "height; Quality Cage Produkter, Portland, OR, USA) bur med tre kohorter (Beriket). Det Beriket Dyrene hadde flere leker i deres miljø, inkludert PVC slange og fikk også romanen leker hvert M, W, F 10. Rotter i denne studien ble testet ved hjelp av Extinction uten signaler prosedyre.
- Farmakologiske utfordring. På Testing dagen ble rotter forbehandles med en dose av dopamin D1 antagonist SCH 23390. Rotter i denne studien were testet ved hjelp av Extinction med signaler prosedyre.
Fire. Representant Resultater:
Figur 1 representant opplæring og testing data for en inkubasjon av sukrose craving eksperiment.
Datapunkter indikere betyr ± SEM. Gruppe størrelse for Figur 1a er 77 rotter og for Figur 1b gruppe størrelser varierte 11-12 pr gruppe. * Signifikant forskjell fra dag 1 gruppen, p <0,05. Dette tallet er hentet fra data i 8 med tillatelse fra Springer.
Figur 2 Effekt av sukrose metning på sukrose craving etter 1 eller 30 dager med tvungen avholdenhet. Gruppe størrelsene er 8-9 per gruppe. * Signifikant forskjell fra dag 1 gruppen, † signifikant forskjell fra kontrollgruppen, p <0,05. Dette tallet er tilrettelagtfra 9 med tillatelse fra Elsevier.
Figur 3 Én måned miljøberikelse redusert sukrose craving. Gruppe størrelser hver 8 rotter. * Signifikant forskjell fra 1 dag, † signifikant forskjell fra kontrollgruppen, p <0,05. Dette tallet er hentet fra 10 med tillatelse fra Wolters Kluwer Health.
Figur 4 Systemiske SCH 23390 redusert sukrose craving mer effektivt etter en dag av tvungen avholdenhet. Gruppe størrelsene er 8-12 per gruppe. * Signifikant forskjell fra dag 1 gruppen, † signifikant forskjell fra 0 dose gruppen, p <0,05. Dette tallet er hentet fra 8 med tillatelse fra Springer.
- Figur 1 viser representant opplæring og testing data for rotter selv administrere sukrose (Figur1 TOP) og deretter svare på Extinction med sukrose-paret cue tilgjengelig (figur 1 nederst). Som vist, rotter reagerer selektivt på den aktive spaken under trening og under testing. Interessant inaktive svare og locomotor aktivitet viser noen inkubering, men effekten er mest robuste på aktiv spak svare.
- Figur 2 viser effekten av metning med sukrose på sukrose craving etter 1 eller 30 dager med tvungen avholdenhet. Metning redusert Extinction uten pekepinner svare etter hver periode med tvungen avholdenhet, men bare redusert svare for sucrose cue alene i rotter som hadde bare en dag av tvungen avholdenhet.
- Som vist i figur 3, redusert miljøberikelse ruges Extinction uten cue svare og svare for sucrose kø alene atferd til nivåer funnet etter bare én dag av tvungen avholdenhet.
- Figur 4 viser en avholdenhet-avhengig effekt av SCH 23390 på Extinction med pekepinner svare. SCH 23390 var mest effective på å redusere sukrose craving etter 1, vs 30 dager med tvungen avholdenhet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Prosedyrene vi beskriver her kunne identifiseres som gjeninnsettelse prosedyrer, selv om dette er teknisk unøyaktig som lever trykke for signalet er ikke slukket før craving test økten. I en typisk gjeninnsettelse prosedyre, reagerer med belønningen-paret pekepinner slukket og deretter "gjeninnsatt" med administrasjon av en non-kontingent presentasjon av belønning (grunning-indusert gjenopptakelse) eller en stressfaktor som footshock (stress-induced gjeninnsettelse) 11. Utryddelse av spaken trykke alene, fulgt av tilgang til cue (punkt 2.3.1) er det nærmeste tilnærming til gjeninnsettelse. Likevel prosedyrene vi beskriver tillate måling av mål-rettet svare for en sukrose-paret cue. Operasjonelt er dette problemet køen forbedret "craving" atferd som kan være relevante for tilbakefall atferd 4,12-14.
Det er noen praktiske fordeler av Extinction med signaler prosedyre (ITEm 2.3.2) over Extinction uten pekepinner etterfulgt av tilgang til køen prosedyren (punkt 2.3.1). Med sistnevnte tilnærming, gjøre noen rotter ikke slukkes å kriterium i seks økter og dette krever en ekstra utryddelse økt. I kontrast gir 2 t Extinction med pekepinner prosedyren en forutsigbar tidsramme for vurdering av craving, og er derfor mer mottagelig for design hvor eksponering mot selvadministrering sammenheng bør holdes konsekvent på tvers av fag og betingelser. Et eksempel på en slik studie ville være en hvor hjernevev samles umiddelbart ved slutten av en craving sesjon for senere vurdering av umiddelbar tidlige genuttrykk.
En begrensning av Extinction med stikkordene prosedyre er at kontekstuelle og diskrete signaler presenteres sammen. Derfor tolkning av bidraget fra kontekstuelle vs diskrete signaler for å craving atferd og hjernen molekylære endringer vil bli gjort til skamme. Dette kan være spesielt viktig i molecular studier som bevis finnes for en dissosiasjon mellom nevrale substrat av kontekst vs diskrete cue-mediert læring 15,16.
Endelig er en generell begrensning av en tvungen avholdenhet prosedyre vedrørende gjentatte testing design som "avholdenhet" saker. Reagere i køen øker over tid. Derfor ikke denne modellen ikke tillater meningsfull gjentatt testing av fag, mindre tid mellom prøvene er tatt hensyn til.
I konklusjonen gir inkubasjon av sukrose craving prosedyren en modell av tidsavhengig økning i craving atferd som kan bidra til vanskelige natur avhengighet. Generelt sett har modellen rimelig prediktiv validitet, delvis på grunn av å ha det godt validert gjeninnsettelse modell på sitt kjerne 4,17,18. Bruke inkubasjon av sukrose craving modell for å sondere de atferdsmessige og nevrobiologiske determinanter av inkubering kan gi innsikt i novel behandlingsmetoder for avhengighet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Alle prosedyrer fulgt retningslinjene skissert i "Principles of Laboratory Animal Care" (NIH publikasjon nr. 86-23) og ble godkjent av Western Washington University Institusjonelle Animal Care og bruk komité.
Acknowledgments
Produksjon av dette manuskriptet og video ble støttet av National Institute on Drug Abuse / National Institutes of Health gi R15 DA016285-02, Western Washington University biomedisinsk forskning Aktiviteter i nevrovitenskap Initiative, 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).
