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Neuroscience

Progressive-ratio di rispondere per alimentare appetibile alto contenuto di grassi e di zuccheri nel Mice

doi: 10.3791/3754 Published: May 3, 2012

Summary

I dettagli presente relazione il protocollo utilizzato per misurare gli effetti gratificanti di alto contenuto di grassi alimentari nei topi utilizzando una progressiva compito di condizionamento operante rapporto.

Abstract

Gli alimenti che sono ricchi di grassi e zuccheri contribuiscono in modo significativo i tassi di over-alimentari e l'escalation di obesità. Il consumo di cibi gradevoli può produrre un effetto gratificante che rafforza l'azione-risultati associazioni e rinforza il comportamento futuro, allo scopo di ottenere questi alimenti. Una crescente evidenza che gli effetti gratificanti di alimenti ad alta densità energetica giocano un ruolo profondo nel cibo e lo sviluppo di obesità ha spiccato interesse per lo studio dei geni, molecole e circuiti neurali che modulano ricompensa 1,2 cibo. L'impatto gratificante di stimoli diversi può essere studiata misurando la disponibilità a lavorare per ottenerli, come ad esempio in compiti condizionamento operante 3. Modello operativo di misura ricompensa alimentare acquisita e volontari risposte comportamentali che sono dirette a procurarsi il cibo. Una misura comunemente utilizzata di forza ricompensa è operante una procedura nota come il rapporto progressiva (PR) orario di rinforzo. 4,5 t Nel PRchiedere, il soggetto è tenuto ad effettuare un numero crescente di risposte operanti per ciascun premio successivo. Lo studio pionieristico di Hodos (1961) hanno dimostrato che il numero di risposte fornite per ottenere la ricompensa finale, definito il punto di interruzione, serve come un indice di forza ricompensa 4. Mentre le procedure operante che i cambiamenti misura nella percentuale di risposta da sola non può separare i cambiamenti nella forza ricompensa da alterazioni nella capacità di performance, il punto di interruzione derivato dal programma di PR è una misura ben convalidato degli effetti gratificanti di cibo. Il compito PR è stato ampiamente utilizzato per valutare l'impatto gratificante delle sostanze d'abuso e il cibo nei ratti (ad esempio, 6-8), ma in misura minore nei topi 9. Il maggiore uso di topi geneticamente modificati e indotta dalla dieta modelli topo obeso ha aumentato le richieste di misure comportamentali di ricompensa in cibo nei topi. Nel presente articolo abbiamo dettagliatamente i materiali e le procedure utilizzate per addestrare i topi a rispondere (leva-press) per un alto contenuto di grassie ricchi di zuccheri alimentari pellets su un programma PR di rinforzo. Abbiamo dimostrato che le soglie di risposta breakpoint aumentare in seguito la privazione acuta cibo e diminuire con l'amministrazione periferica dell'ormone leptina anoressico e quindi convalidare l'uso di questo paradigma alimentare operante nei topi.

Protocol

* I passi più importanti.

1. Apparecchiature e software

  1. La formazione e test viene effettuato in camere di topo operante dotate di due ultraleggeri leve 1 retrattili posizionati su entrambi i lati di un recipiente alimentare (vedi Tabella 1). Una luce stimolo si trova sopra ogni leva e vi è una luce casa nella parte superiore della gabbia. Un erogatore pellet è situato all'esterno della camera. Ciascuna camera è alloggiato all'interno di una cabina suono attenuazione con ventilatore ventilazione. Chambers sono collegati ad un computer PC con software MedPC IV attraverso una "Smart Control" cabinet interfaccia.

Nota: Quando ultraleggeri leve non sono disponibili si raccomanda che naso-poke essere utilizzato come risposta operante per studi su topi. Tuttavia, con entrambe le opzioni disponibili vi consigliamo selezione di ultra-leggeri leve come una misurazione più attendibile di motivazione, dato che il naso-poke risposte possono be innescato da esplorativa sniffing.

  1. I programmi MedPC utilizzati per eseguire attività operante sono scritti in codice notazione Medstate cui un utente può imparare con l'aiuto del manuale di programmazione in dotazione. Programmazione fornisce la flessibilità per l'utente di modificare i codici esistenti o generare unici parametri sperimentali. Alcuni codici possono essere ottenute gratuitamente dal Associates Med "Notation Medstate Repository" http://www.mednr.com . Codici addizionali possono essere acquistati presso Associates Med.

2. Acclimatazione mouse e la restrizione alimentare

  1. Su topi arrivo sono alloggiati in gruppo per almeno 10 giorni per acclimatarsi ad una inversione 12 h ciclo luce / buio e dotate di accesso ad libitum a standard chow e acqua. Nel nostro caso usiamo topi adulti C57BL / 6 acquistati da Charles River (St. Constant, QC). Tutte le manipolazioni del mouse e comportamentali esperimenti vengono eseguiti durante il ciclo di buio. Tutti i proprocedure che prevedono l'uso di animali sono stati approvati dal Comitato Animal Care CRCHUM.
  2. I topi vengono poi alloggiati singolarmente-e cibo limitato (70% della loro assunzione di cibo al giorno) fino a raggiungere il 90-95% free-alimentare del peso corporeo, al fine di facilitare l'acquisizione della leva-press di rispondere. I topi sono stati forniti loro quota giornaliera di cibo nella gabbia a casa dopo la fine della sessione. Giunti 5-10% perdita di peso, il cibo quotidiano dedicato viene regolata per stabilizzare i pesi corporei inferiori per il resto del periodo di formazione. Una volta che i topi hanno raggiunto i criteri di acquisizione (vedi sotto) in cui sono messi di nuovo su un programma di alimentazione ad libitum. I topi recuperare il peso corporeo perduto in circa 3-4 giorni.
  3. I topi sono trattati nella camera di prova per 3 giorni consecutivi prima del primo allenamento. Il giorno prima dell'inizio della formazione sono collocati 10-15 alto contenuto di grassi e di zuccheri (HFHS) pastiglie nella gabbia di casa per evitare la potenziale influenza di neofobia alimentare operante sul performance. Usiamo HFHS 20 mg, privo di polvere, pellets prodotti alimentari di precisione (14 mg disponibile anche) contenente 48,9% Kcal come grasso (Serv Bio, Frenchtown, NJ).

3. Formazione operante

  1. I topi sono inizialmente addestrati a premere la leva su un rapporto fisso (FR) -1 tabella dei rinforzi in cui una macchina da sola leva provoca la consegna di un pellet alimentare alla presa. Solo una leva è designato come "attivo" (attivazione consegna del premio in cibo) e l'assegnazione delle leve destra e sinistra è controbilanciato tra i topi. È importante aggiungere almeno un timeout di 5 secondi (TO) per la pianificazione FR1 (FR1/TO-5), durante la quale leva pressione aggiuntiva non comporta la fornitura di un pellet alimentare. Questo periodo di tempo permette di TO per i topi di consumare il cibo pellet, time out però più lunghi possono essere utilizzati se lo sperimentatore ritiene necessario per il loro modello di mouse. Ogni sessione di allenamento FR dura 1 ora o quando 50 pellets sono stati consegnati.
  2. * I criteri di acquisizione: </ Strong> I criteri utilizzati per determinare l'acquisizione di alimenti mantenuti operante rispondere comprende: (1) un numero minimo di risposte attive e dei benefici maturati, (2) una misura di discriminazione tra leve attive e inattive, e (3) tra-session stabilità delle prestazioni. I topi che presentano la discriminazione di ≥ 3:1 per la leva attivi e quelli inattivi e ottenere ricompense ≥ 20 per sessione su tre sedute consecutive sono considerati per raggiungere criteri di acquisizione 10. Abbiamo osservato che la maggior parte (~ 75%) di C57BL6 topi richiedono circa 7-10 giorni di formazione per ottenere criteri di acquisizione. I topi che non raggiungono i criteri di acquisizione da questo momento una formazione supplementare per un 5-7 giorni aggiuntivi. Escludiamo i topi di controllo (~ 5% dei casi) quando non c'è progresso dal giorno in più di formazione 5. E 'importante tenere presente che l'acquisizione operante alterata può essere un risultato di alcuni interventi farmacologici e genetici e devono pertanto essere documentata. </ Li>
  3. Dopo tre sedute successive di ottenere ≥ 20 pellet, il programma è aumentato a FR5/TO-5 secondi in cui 5 presse leva attivi innescano la consegna del pellet cibo. Formazione sul calendario FR5 dura tre giorni.
  4. * I topi sono poi addestrati nel rapporto progressiva (PR) orario di rinforzo. Il calendario rapporto di risposta durante i test PR può essere calcolato come per Richardson e Roberts (1996) 11 con la seguente formula (arrotondato al numero intero più vicino):
    = [5 e (R * 0,2)] - 5
    dove R è uguale al numero di premi già maturati alimentari più 1 (cioè, rinforzo successivo). Così, il numero di risposte necessarie per ottenere un premio alimentare secondo l'ordine: 1, 2, 4, 6, 9, 12, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 62, 77, 95 e così via. Il rapporto finale completo è il punto di interruzione.
  5. Una sessione PR dura un massimo di 1 ora. La mancata premere la leva in qualsiasi periodo di 10 min risultati in chiusura della sessione. Prestazionimance sul calendario PR di rinforzo è considerato stabile quando il numero di premi guadagnati in una sessione di 1 ora si discosta da ≤ 10% per almeno 3 giorni consecutivi.

4. Rapporto di prova Progressive e Validazione

  1. Per convalidare alimentare mantenuta operante nel compito di rispondere PR, si può valutare di breakpoint manipolazioni che rispondono seguenti note per modulare ricompensa in cibo. Un test relativamente facile da realizzare è la privazione del cibo che aumenterà lo stato motivazionale del mouse per il cibo e di conseguenza aumentare i punti di interruzione. I topi deve prima essere testati in compito PR durante un periodo di alimentazione ad libitum fino stabile, le prestazioni di riferimento si ottiene. Il giorno dopo l'ultima cibo "base" giorno viene tolto dalla gabbia casa e topi vengono poi testati nella compito PR 24 ore dopo l'inizio del digiuno.
  2. Abbiamo anche esaminato se la somministrazione periferica dell'ormone leptina anoressico avrebbe l'effetto opposto sul breakpointsoglie. Leptina (AF Parlow, ormone nazionale e Programma Peptide, NIDDK) è stato disciolto in PBS sterile. PR sperimentazione è stata effettuata seguendo una iniezione IP di PBS in un giorno e poi dopo iniezione di leptina (5 mg / kg) il giorno successivo. La leptina è stata iniettata un'ora prima del test PR. I punti di interruzione sono stati confrontati con un paired t-test (GraphPad Prism).

5. Risultati rappresentativi

Durante il test di capacità di privazione alimentare punto di interruzione per modulare la risposta su un programma PR di rinforzo, si prevede di aumentare significativamente i punti di interruzione, come mostrato nella Figura 1. In questo esperimento un periodo di 24 h di privazione di cibo prodotto a ~ 3,6 volte aumento di punti di interruzione rispetto a quelli ottenuti nel libero stato di alimentazione di base suggerendo così che la privazione del cibo aumenta gli effetti gratificanti di cibo. Al contrario, la somministrazione periferica dell'ormone anoressico leptina (5 mg / kg, IP) un'ora prima tcmplesso dovrebbe diminuire breakpoint rispondere come mostrato nella Figura 2.

Figura 1
Figura 1. Digiuno aumenta gli effetti gratificanti di cibo. A 24 h veloce significativamente aumentato i punti di interruzione su un rapporto di progressiva (PR) programma di rinforzo nei topi (n = 4). Media ± SEM; * p <0,05.

Figura 2
Figura 2. Leptina diminuisce premio cibo in topi. Periferico somministrazione leptina (5 mg / kg) è diminuita PR soglie di risposta breakpoint in topi (n = 4). Media ± SEM; * p <0,05.

Discussion

Attività di condizionamento operante di fornire un mezzo efficace per valutare i cambiamenti nelle proprietà motivazionali di cibo. Le procedure sperimentali descritti nel presente articolo topi consentire l'addestramento alla leva di stampa per i premi alimentari e rispondere in modo stabile su un programma PR di rinforzo.

Misurare la quantità di cibo consumato non fornisce la lettura stessa sforzo basati su misure di risposta dal momento che non tutti i fattori che influenzano l'assunzione di cibo modulare gli effetti gratificanti di cibo. Ad esempio, impoveriscono glucosio utilizzabile da periferica 2-deossiglucosio somministrazione in ratti aumenta la quantità di cibo liberamente disponibili consumato ma non modificare i punti di rottura in un compito PR per alimentare 12. Breakpoint PR rispondendo può anche riflettere i cambiamenti nella qualità delle ricompense alimentari. Ad esempio, punti di rottura sono positivamente correlati con la concentrazione di saccarosio dimostrare che la motivazione per aumenti di saccarosio in un modo che segue sapore dolce 8 12-14.

Quando si usa questo protocollo è importante tenere a mente che l'acquisizione di cibo curato operante risposta è significativamente migliorata da una formazione periodica (ogni 1-2 giorni) e aumentando lo stato motivazionale del mouse mediante l'attuazione di un regime di restrizione alimentare. Inoltre, assicurando che i topi presentano relativamente stabile di rispondere in una pianificazione rinforzo prima di passare ad orari più complesse (per esempio, FR1 a FR5) è essenziale per minimizzare le prestazioni variabile durante la prova. Nonostante l'applicazione di queste fasi, non è insolito per ottenere una certa variabilitàspecialmente tra diversi tipi di mouse. Per questo motivo, si consiglia di utilizzare una entro i soggetti (misure ripetute) di progettazione, quando possibile rimuovere la variabilità tra soggetti. Anche se all'interno dello stesso soggetto di test non è possibile per indagare stabili modificazioni genetiche (cioè, ad eliminazione diretta contro topi di controllo) può essere utilizzato per esaminare l'influenza di sostanze stupefacenti, lesioni acute o manipolazioni genetiche (ad esempio, optogenetic).

L'obesità e le malattie correlate all'obesità sono un problema crescente che ha aumentato l'urgenza di individuare le molecole e le vie neurali coinvolti. Accumulare prova mette in evidenza l'importante ruolo di circuito della ricompensa del cervello in desiderio ardente di cibo, aumento calorico e aumento di peso. Il compito PR rappresenta un valido strumento per misurare l'impatto di manipolazioni neurobiologici, genetici o farmacologici sugli effetti gratificanti di cibo.

Disclosures

Produzione e l'accesso gratuito di questo video-articolo è sponsorizzato da Med Associates, Inc.

Acknowledgments

Questo progetto è stato sostenuto anche da finanziamenti della scienze naturali e ingegneria Research Council of Canada (355.881) e la Fondazione canadese per l'innovazione.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Mouse operant chambers Med Associates, Inc. ENV-009A Med Associates Inc.
PO Box 319
St. Albans, Vermont 05478,
USA
Phone: (802) 527-2343
8 inputs/16 inputs Smart Control Connection Panel Med Associates, Inc. SG-716B
Ultra-light retractable mouse lever Med Associates, Inc. ENV-312
Pellet Dispenser Med Associates, Inc. ENV-203
House Light Med Associates, Inc. ENV-215
Stimulus Light Med Associates, Inc. ENV-221
Dust-free Precision 20 mg high-fat & high-sugar pellets Bio-Serv F-06649 Bio-Serv
One 8th Street, Suite 1
Frenchtown, NJ 08825, USA
Phone: (800)-996-9908
Table 1. Specific equipment and material

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References

  1. Fulton, S. Appetite and reward. Front. Neuroendocrinol. 31, 85-103 (2010).
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  5. Hodos, W., Kalman, G. Effects of increment size and reinforcer volume on progressive ratio performance. J. Exp. Anal. Behav. 6, 387-392 (1963).
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Progressive-ratio di rispondere per alimentare appetibile alto contenuto di grassi e di zuccheri nel Mice
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Sharma, S., Hryhorczuk, C., Fulton, S. Progressive-ratio Responding for Palatable High-fat and High-sugar Food in Mice. J. Vis. Exp. (63), e3754, doi:10.3791/3754 (2012).More

Sharma, S., Hryhorczuk, C., Fulton, S. Progressive-ratio Responding for Palatable High-fat and High-sugar Food in Mice. J. Vis. Exp. (63), e3754, doi:10.3791/3754 (2012).

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