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Neuroscience

Progressive-Verhältnis reagiert Palatable für High-Fett-und High-Zucker Lebensmittel in Mäuse

doi: 10.3791/3754 Published: May 3, 2012

Summary

Die vorliegenden Bericht die Protokoll eingesetzt, um die belohnende Wirkung von fettreicher Nahrung bei Mäusen messen mit Hilfe eines progressiven Verhältnis operante Konditionierung Aufgabe.

Abstract

Nahrungsmittel, die reich an Fett und Zucker sind deutlich zu Überernährung und eskalierende Raten von Übergewicht beitragen. Der Verzehr von Lebensmitteln schmackhaft kann einen lohnenden Effekt, der Handlungs-Ergebnis Verbänden stärkt und bekräftigt das zukünftige Verhalten bei Erhalt dieser Lebensmittel gerichtet. Zunehmende Anzeichen, dass die belohnende Wirkung von energiereichen Lebensmitteln eine tiefgreifende Rolle bei Überernährung und die Entwicklung von Übergewicht spielen hat gesteigertes Interesse bei der Untersuchung der Gene, Moleküle und neuronale Schaltkreise, die Lebensmittel Belohnung 1,2 modulieren. Die lohnende Auswirkungen verschiedener Reize kann durch Messung der Bereitschaft zu arbeiten, um sie, wie in der operanten Konditionierung Aufgaben 3 zu erhalten studiert werden. Operante Modelle von Lebensmitteln Belohnung Maßnahme erworben und freiwilligen Verhaltensreaktionen, die auf die Erlangung Lebensmittel gerichtet sind. Ein häufig verwendetes Maß für die Stärke Belohnung ist eine operante Verfahren wie der progressiven Ratio (PR) Zeitplan für die Verstärkung bekannt. 4,5 In der PR-t, das Subjekt zu stellen ist erforderlich, um eine zunehmende Anzahl von operanten Antworten für jede nachfolgende Belohnung zu machen. Die bahnbrechende Studie von Hodos (1961) zeigten, dass die Anzahl der Antworten gemacht, um die letzte Belohnung zu erhalten, bezeichnet den Haltepunkt dient als Index für die Belohnung Stärke 4. Während operante Verfahren zur Messung von Veränderungen in der Response-Rate alleine nicht trennen können Veränderungen in der Stärke Belohnung von Veränderungen in der Leistungsfähigkeit, wird der Haltepunkt von der PR Zeitplan abgeleitet eine gut validierte Maß für die belohnende Wirkung von Nahrung. Die PR-Aufgabe wurde ausgiebig um die lohnenden Auswirkungen von Drogen und Nahrung in Ratten (zB 6-8) zu beurteilen, aber in geringerem Maße auch bei Mäusen 9 verwendet. Der verstärkte Einsatz von gentechnisch veränderten Mäusen und Diät-induzierter Adipositas Mausmodellen hat Forderungen nach Verhaltensmaßnahmen von Lebensmitteln Belohnung bei Mäusen erhöht. Im vorliegenden Artikel werden wir ausführlich die Materialien und Verfahren verwendet, um Mäuse zu trainieren, zu reagieren (Hebel-Presse) für eine fettreicheund High-Zucker Futterpellets auf einem PR Zeitplan der Bewehrung. Wir zeigen, dass Haltepunkt Ansprechschwellen erhöhen nach akutem Nahrungsentzug und abnehmen mit peripherer Verabreichung des Hormons Leptin anorektischen und damit validiert die Verwendung dieser Lebensmittel-operante Paradigma bei Mäusen.

Protocol

* Die wichtigsten Schritte.

1. Geräte und Software

  1. Schulungen und Prüfungen erfolgt in der Maus operanten Kammern mit zwei ultra-light, einziehbare Hebel 1 auf jeder Seite eines Lebensmittels Gefäß (siehe Tabelle 1) positioniert ausgestattet ist. Ein Stimulus Licht wird über jedem Hebel befindet und es gibt ein Haus Licht an der Oberseite des Käfigs. Ein Pellet Spender außerhalb der Kammer befindet. Jede Kammer wird innerhalb eines schalldämpfenden Kabine mit Ventilator untergebracht. Die Kammern werden mit einem PC-Computer mit MedPC IV-Software über eine "Smart Control"-Schnittstelle Schrank verbunden.

Hinweis: Bei der ultra-leichten Hebel nicht verfügbar sind, empfiehlt es sich, Nasen-Sack als operante Antwort für Maus-Studien verwendet werden. Doch mit beiden Optionen zur Verfügung, empfehlen wir die Auswahl aus ultra-leichtem Hebel als eine zuverlässigere Maß an Motivation gegeben, dass Nasen-Sack Antworten können be ausgelöst durch explorativen Schnüffeln.

  1. Die MedPC Programme verwendet werden, um Aufgaben auszuführen operante werden in Medstate Notation Code, die ein Benutzer mit Hilfe der Programmier-Handbuch lernen kann geschrieben. Programmierung bietet Flexibilität für den Anwender zu bestehenden Codes zu ändern oder zu generieren einzigartigen experimentellen Parameter. Bestimmte Codes kann kostenlos von Med Associates "Medstate Notation Repository" gewonnen werden http://www.mednr.com . Zusätzliche Codes können von Med Associates erworben werden.

2. Maus Akklimatisierung und Lebensmittelsicherheit Restriction

  1. Nach der Ankunft Mäuse sind für mindestens 10 Tage bis zu einem Reverse 12 h Licht / Dunkel-Zyklus akklimatisieren Gruppen gehalten und mit ad libitum Zugang zu Standard-Futter und Wasser. In unserem Fall verwenden wir Erwachsenen C57BL / 6 Mäuse von Charles River (St. Constant, QC) gekauft. Alle Maus-Manipulationen und Verhaltensexperimente werden während der Dunkel-Zyklus durchgeführt. Alle Proumfang für die die Verwendung von Tieren wurden von der CRCHUM Animal Care Committee genehmigt.
  2. Mäuse werden anschließend einzeln untergebracht und Nahrungsmittel beschränkt (70% der täglichen Nahrungsaufnahme), bis sie erreichen 90-95% free-Fütterung Körpergewicht um Erwerb von Hebel-Presse reagiert zu erleichtern. Die Mäuse wurden ihre tägliche Quote von Speisen im Haushalt bereitgestellten Käfig nach Beendigung der Sitzung. Beim Erreichen von 5-10% Gewichtsverlust, wird die tägliche Nahrung zugeteilt angepasst, um die niedrigeren Körpergewicht für den Rest der Ausbildungszeit zu stabilisieren. Sobald Mäusen haben Akquisitionskriterien erreicht (siehe unten) werden sie wieder auf einer Ad-libitum-Fütterung Zeitplan gesetzt. Mäuse wieder verloren Körpergewicht in ca. 3-4 Tagen.
  3. Mäuse werden im Prüfraum an 3 aufeinanderfolgenden Tagen vor dem ersten Training behandelt. Der Tag vor dem Beginn der Ausbildung 10-15 fettreiche und High-Zucker (HFHS) Pellets in den eigenen Käfig gelegt werden, um den potenziellen Einfluss von Nahrung auf Neophobie operante Performan verhindernce. Wir verwenden 20 mg HFHS, staub-, Präzisions-Futterpellets (14 mg ebenfalls erhältlich) mit 48,9% Kcal in Form von Fett (Bio Serv, Frenchtown, NJ).

3. Operante Ausbildung

  1. Mäuse werden zunächst geschult, um den Hebel an einem festen Verhältnis (FR) -1 Stahlliste wobei ein einzelner Hebel drücken entlockt die Lieferung von Lebensmitteln Pellet mit der Aufnahme drücken. Nur ein Hebel als "aktiv" (Auslösen der Abgabe von Futterbelohnung) und die Zuweisung von rechten und linken Hebel zwischen Mäusen ausgeglichen bezeichnet. Es ist wichtig, mindestens eine 5 Sekunden Timeout (TO) an den Zeitplan FR1 (FR1/TO-5) hinzu, bei denen zusätzliche Hebel-Betätigung nicht in der Lieferung eines Lebensmittels Pellet führen. Dies ermöglicht Bis Periode der Zeit für Mäuse, die Futterpellet verbrauchen jedoch mehr Auszeiten verwendet werden, wenn der Experimentator hält es notwendig sind für die Maus Modell. Jede Trainingseinheit dauert FR 1 Stunde oder wenn 50 Pellets geliefert worden sind.
  2. * Erwerb Kriterien: </ Strong> Die Kriterien für die Übernahme von Lebensmittel-gepflegt operante Reaktion bestimmen beinhaltet: (1) eine minimale Anzahl von aktiven Antworten und Belohnungen verdient, (2) ein Maß für die Unterscheidung zwischen aktiven und inaktiven Hebel, und (3) zwischen den Sitzungen Performance-Stabilität. Mäuse, welche die Diskriminierung von ≥ 3:1 für die aktive und inaktive Hebel und den Erhalt ≥ 20 Belohnungen pro Sitzung in drei aufeinander folgenden Sitzungen werden als Kriterien erreichen Erwerb 10. Wir haben beobachtet, dass die Mehrheit (~ 75%) der C57BL/6-Mäuse ca. 7-10 Tage Schulung zum Erwerb Kriterien erreichen müssen. Mäuse, die nicht bis Akquisition Kriterien zu diesem Zeitpunkt unterziehen Weiterbildung für weitere 5-7 Tage. Wir schließen aus Mäuse-Tests (~ 5% der Fälle), wenn es keine Fortschritte, die die zusätzlichen fünften Trainingstag. Es ist wichtig zu bedenken, dass beeinträchtigte operante Erwerb kann ein Ergebnis von bestimmten pharmakologischen und genetischen Interventionen sein und sollte daher dokumentiert werden. </ Li>
  3. Nach drei aufeinanderfolgenden Sitzungen zu erhalten ≥ 20 Pellets, wird der Zeitplan FR5/TO-5 Sekunden, in denen 5 aktive Hebelpressen die Zustellung aller der Lebensmittel Pellets erhöht. Training on the FR5 Zeitplan dauert drei Tage.
  4. * Die Mäuse werden dann in der Stufensprung (PR) Zeitplan der Verstärkung ausgebildet. Die Antwort-Verhältnis Zeitplan während PR Tests können nach Richardson und Roberts (1996) 11 berechnet werden unter Verwendung der folgenden Formel (gerundet auf die nächste ganze Zahl):
    = [5 e (R * 0,2)] - 5
    wobei R gleich der Anzahl der bereits erworbenen Futterbelohnungen plus 1 (dh nächsten Verstärker). Somit kann die Anzahl der erforderlichen Reaktionen verdienen Futterbelohnung in der Reihenfolge: 1, 2, 4, 6, 9, 12, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 62, 77, 95 und so weiter. Das endgültige Verhältnis abgeschlossen ist der Haltepunkt.
  5. Ein PR-Sitzung dauert maximal 1 Stunde. Die Nichteinhaltung des Hebels in jeder Periode 10 min führt zu Beendigung der Sitzung zu drücken. PerforMance auf dem PR-Zeitplan der Verstärkung wird als stabil angesehen, wenn die Zahl der Belohnungen verdient in einer 1-stündigen Sitzung weicht von ≤ 10% für mindestens 3 aufeinander folgenden Tagen.

4. Stufensprung Prüfung und Validierung

  1. Um zu überprüfen, Lebensmittel-gepflegt operante Reaktion in der PR-Aufgabe, kann man beurteilen Haltepunkt reagiert folgenden Manipulationen bekannt zu modulieren Lebensmittel Belohnung. Ein relativ einfacher Test durchzuführen ist Nahrungsentzug, die den motivationalen Zustand der Maus für Lebensmittel erhöhen und damit zu einer Erhöhung Haltepunkte. Mäuse müssen zunächst in der PR-Aufgabe während eines Zeitraums von ad libitum-Fütterung getestet werden, bis eine stabile, Baseline-Performance erreicht wird. Am Tag nach dem letzten "Baseline"-Tag Nahrung wird aus dem Käfig zu Hause entfernt und Mäuse werden dann in der PR-Aufgabe 24 Stunden nach dem Start des schnellen getestet.
  2. Wir haben auch untersucht, ob periphere Verabreichung des Hormons Leptin anorektischen würde den gegenteiligen Effekt haben am HaltepunktSchwellenwerte. Leptin (AF Parlow, National-und Peptid-Hormon-Programm, NIDDK) wurde in sterilem PBS gelöst. PR Prüfung wurde nach einer ip Injektion von PBS auf einen Tag und dann nach der Injektion von Leptin (5 mg / kg) am nächsten Tag durchgeführt. Leptin wurde eine Stunde vor der Prüfung PR injiziert. Haltepunkte wurden mit Hilfe eines gepaarten t-Test (GraphPad Prism).

5. Repräsentative Ergebnisse

Beim Testen der Fähigkeit Nahrungsentzug zu modulieren Haltepunkt reagiert auf eine PR-Zeitplan der Bewehrung, erwarten wir eine beträchtliche Erhöhung Haltepunkte wie in Abbildung 1 dargestellt. In diesem Experiment wurde eine 24 h Zeitraum von Nahrungsentzug hergestellt einer ~ 3,6-fachen Anstieg der Haltepunkte zu denjenigen in der freien fördernde Grundlinie Zustand was darauf hindeutet, dass Nahrungsentzug die lohnende Wirkung von Nahrungsmitteln erhöht verglichen. Im Gegensatz dazu periphere Verabreichung der Appetitzügler Leptin (5 mg / kg, IP) eine Stunde vor dem Zeitpunkt tinteressante abnehmen sollte Haltepunkt reagieren, wie in 2 gezeigt.

1
Abbildung 1. Fasten erhöht die belohnende Wirkung von Nahrung. Ein 24 h schnell deutlich Haltepunkte auf einer progressiven Ratio (PR) Zeitplan für die Verstärkung bei Mäusen (n = 4) erhöht. Mittelwert ± SEM; * p <.05.

2
Abbildung 2. Leptin sinkt Lebensmittel Belohnung bei Mäusen. Periphere Leptin-Gabe (5 mg / kg) verringerte PR Haltepunkt Ansprechschwellen bei Mäusen (n = 4). Mittelwert ± SEM; * p <0,05.

Discussion

Operante Konditionierung Aufgaben ein wirksames Mittel, um Veränderungen in den Motivations-Eigenschaften von Lebensmitteln zu bewerten. Die experimentellen Verfahren in den vorliegenden Artikel Erlaubnis Training Mäuse auf den Hebel drücken für Lebensmittel Belohnungen und stabil detailliert auf einer PR Zeitplan der Verstärkung zu reagieren.

Messung der Menge des konsumierten Lebensmittel nicht die gleiche Anzeige wie Aufwand-basierte Response Maßnahmen, da nicht alle Faktoren, die die Nahrungsaufnahme beeinflussen modulieren die belohnende Wirkung von Nahrung. Zum Beispiel, abbauende verwertbare Glucose durch periphere 2-Desoxyglucose an Ratten erhöht die Menge des frei verfügbaren Lebensmittel verzehrt, aber nicht Haltepunkte in einer PR-Aufgabe für Lebensmittel 12 zu ändern. PR Haltepunkt reagieren können auch Ausdruck von Veränderungen in der Qualität von Lebensmitteln belohnt. Zum Beispiel werden Sollbruchstellen positiv korreliert mit der Saccharosekonzentration zeigen, dass die Motivation für Saccharose in einer Weise erhöht, die süßen Geschmack 8 folgt 12-14.

Bei der Verwendung dieses Protokolls ist es wichtig, im Hinterkopf behalten, dass der Erwerb von Lebensmitteln gepflegte operanten Reaktion deutlich wird durch regelmäßige Schulungen (alle 1-2 Tage) und durch die Erhöhung der motivationalen Zustand der Maus durch die Implementierung eines Lebensmittel Einschränkung Behandlungsschema verbessert. Darüber hinaus gewährleisten, dass Mäuse relativ stabil zeigen reagiert auf eine Verstärkung Zeitplan, bevor sie zu komplexeren Termine (zB FR1 bis FR5) ist Schlüssel zur Minimierung variabler Leistung während des Testens. Trotz der Anwendung dieser Schritte ist es nicht ungewöhnlich, dass gewisse Variabilität zu erhalteninsbesondere zwischen verschiedenen Mäusen. Aus diesem Grund ist es sehr empfehlenswert, einen in-Fächer (wiederholte Messungen) Design zu verwenden, wenn möglich über Variabilität zu entfernen. Obwohl intraindividuelle Tests ist nicht für die Untersuchung von stabilen genetischen Veränderungen (dh Knockout-Mäuse im Vergleich zur Kontrollgruppe) möglich es kann verwendet werden, um den Einfluss von Drogen, Verletzungen oder akuten genetischen (zB optogenetische) Manipulationen zu untersuchen.

Übergewicht und Fettleibigkeit bedingte Krankheiten sind ein wachsendes Problem, dass die Dringlichkeit zugenommen hat, die Moleküle und Nervenbahnen beteiligt sind. Zunehmend Hinweise darauf, welch wichtige Rolle des Gehirns Belohnung Schaltung in Esssucht, erhöhte Kalorienzufuhr und Gewichtszunahme. Die PR-Aufgabe ist ein wertvolles Instrument zur Messung der Auswirkungen von neurobiologischen, genetischen oder pharmakologischen Manipulationen auf die belohnende Wirkung von Nahrung.

Disclosures

Produktion und freien Zugang von diesem Video-Beitrag wird von Med Associates, Inc. gesponsert

Acknowledgments

Dieses Projekt wurde durch Zuschüsse aus dem Natural Sciences and Engineering Research Council von Kanada (355.881) und der kanadischen Stiftung für Innovation unterstützt.

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

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Progressive-Verhältnis reagiert Palatable für High-Fett-und High-Zucker Lebensmittel in Mäuse
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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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