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Behavior

大鼠条件性巴甫洛夫训练方法

doi: 10.3791/53580 Published: February 4, 2016

Abstract

那些偶然与无条件的,有益的刺激配对可以通过称为奖励突出的归属,或中性刺激转变为诱人的过程获得奖励属性本身的线索,“通缉令”能够激励行为的刺激。巴甫洛夫条件方法(PCA)一个条件刺激的响应无关的介绍后发展;即预测的非条件刺激的递送(CS 例如 ,杠杆)(美国;例如,一个食物丸),并且可以被用于测量激励突出在训练期间,三个图案。的空调的响应(CRS)可以发展:登录跟踪行为(CS-定向CR),目标跟踪行为(美国定向CR)和一个中间响应(两者CRS)登录跟踪属性激励突出奖励相关线索和更容易受到毒品寻求线索诱发复职以及其他成瘾相关的行为,使PCA锅为研究成瘾漏洞entially有价值的过程。这里,我们描述用于从大鼠引起的PCA行为以及分析和解释在个别实验的PCA行为的材料和方法。

Introduction

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使用药物上瘾的过渡涉及巴甫洛夫和器乐学习1,2之间复杂的相互作用。在吸毒和毒品寻求行为,行动和成果是通过仪器过程的经验教训;然而,刺激( 药物相关线索)和回报之间的关系也通过巴甫洛夫过程的经验教训。巴甫洛夫线索获得预测值,但也能获得奖励的激励 3,因此他们成为有吸引力的,可取的,能够促进和维持奖励寻求行为4。

很多程序调查的奖励动物学习,但是,不允许的预测与激励激励学习解开。在药物的自我管理程序,例如,既有器乐和巴甫洛夫突发通常采用,例如,老鼠学会执行操作( 例如 ,鼻百吉NG,杠杆压,以便接收的结果即,静脉输注药物等)。该奖励成果还配备了巴甫洛夫刺激( 例如,一个鼻子戳口,提示灯介绍,输液泵的声音,流体输送到血液中感受性的感觉, 照明)。正是在这些过程往往不清楚线索是否支持目标导向行动仅仅是因为他们与奖励预测的关系,或暗示是否获得自己的奖励激励属性。

为了实验隔离巴甫洛夫刺激的预测值奖励激励价值,我们的实验室使用了巴甫洛夫条件方法(PCA)程序,以确定该属性突出激励来奖励有关的线索老鼠。在训练过程中,条件刺激(CS;例如,杠杆)响应独立预测的deliv(;例如,一个食物颗粒美国)的非条件刺激的红霉素。在多个培训课程的过程中,三表型发展:登录跟踪(CS定向条件反应[CR]),目标跟踪(US-执导CR),以及中间的反应(包括CRS)。对于目标跟踪(GTS),在CS被用作奖励交付的预测;然而,登录追踪器(STS),该CS是由于与激励突出,成为有吸引力的和可取的。在这次审查中,我们勾勒出设备,设置和数据的必要的处理来执行PCA过程。此外,我们提供培训PCA代表性的成果,勾勒出重要的实验方面的考虑,并讨论在调查成瘾等神经精神障碍的PCA程序假定的效用。

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Protocol

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所有的程序已通过大学委员会关于动物的使用和保养(UCUCA,密歇根大学安娜堡分校,MI)。

1.设备和软件

  1. 获得商业操作室和设备。见材料
  2. 在大鼠操作性条件反射室进行培训(24.1厘米宽×20.5厘米深x29.2厘米高度),坐落在声音衰减柜通风爱好者提供环境噪音。
  3. 装备有颗粒杂志(插座)各室,位于中央的操作性室的不锈钢格地板3厘米以上的21.6厘米宽的前壁。确保粒料杂志包含的红外线传感器,其能够检测头项到器件中。
  4. 沉淀杂志连接到颗粒机,它提供了香蕉味的食物颗粒(45毫克)。
  5. 在反平衡的方式,位置的一个可伸缩乐版本(CS)的粒料插座的任一侧约2.5厘米的不锈钢网格地板3厘米以上(左或右)。
  6. 确保杠杆包含在其中一个LED提示灯,使延长杆更直观醒目。
  7. 如果使用的是可伸缩的杆,通过由本身放置每分钟10校正重块上的杆的顶端,然后调整校准螺钉(位于设备的顶部)用六角螺母扳手直至重量校准杆是能够抑制杠杆。
  8. 在室的上盒容器相对的壁的顶部装备一个红房子光。
    注:红房子光用来增加照明杆的显眼。

2. PCA培训

  1. 对内部成年雄性SD大鼠(250-300 G)抵达后,让他们不受干扰的住房群体,这是维持12小时的光/暗周期至少两天。
  2. 轻轻地处理EACH鼠为以适应大鼠与人接触,每天至少1分钟两天。提供在外壳菌落食物和水的大鼠随意存取。
  3. 通过放置在他们的家笼的食物颗粒(每鼠约15丸)两天,前三天PCA训练开始熟悉香蕉味的食物颗粒只。
    注意:如果老鼠是成对安置,它对家笼的两侧均匀地划分粒料是有用的。
  4. 训练前计划
    注意:使用MEDState符号(医学协会,软件)执行我们所有的编程,而手册可在网上​​(mednr.com/pdf/doc003_MedPCProgramr.pdf)。程序编写为使用MedState符号无格式文本文件 (例如,ASCII或DOS文本),保存与适当延长即,[文件名​​] .mpc),然后使用MED-PC程序,跨IV翻译。所有的这些步骤中提供了更详细地在上述亲编程手册。
    1. 创建一个训练前程序,该程序一种食物小球,平均每30秒传送开始后5分钟,提供一个可变时间50的食物颗粒(VT)30秒的时间表,但实际交付0-之间随机变化60秒)。
    2. 写训练前的程序使得红房子亮,但仍杆缩回的(约25分钟)计划的持续时间。
    3. 光周期中进行训练前和所有后续实验。
    4. 一天前PCA训练,每只大鼠放入一个操作性室,关闭并锁上房门,并关闭声音衰减柜门。
    5. 将每只大鼠在其室后尽快启动训练前程序。
    6. 从它的腔尽快程序结束后取出每只大鼠。
    7. 记录消耗颗粒的数目和排除大鼠不消耗所有的进一步的测试颗粒。
  5. 创建提供了约40分钟,25项试验,该程序开始后开始1分钟PCA培训计划。
    1. 编写程序,使每个审判期间杆延伸到室和照明,持续8秒。
    2. 程序杆回缩到通过一种食物丸的响应无关输送到粒料杂志立即执行。
    3. 独立于VT 90秒的时间安排每个试验( 杠杆扩展和随后的食物颗粒交货时平均每90秒,但实际交付30-150秒之间随机变化)。
    4. 每只大鼠放入调理室,关闭并锁上房门,并关闭声音衰减柜门。
    5. 将每只大鼠在其室后尽快启动PCA培训计划。
    6. 从它的腔尽快程序结束后取出每只大鼠。
    7. Ëxclude大鼠不消耗所有的颗粒从进一步测试。

3.数据处理

  1. 转移输出信息到电子表格例如,电子表格文档)。
  2. 创建提取物识别信息的信息(受试者编号,开始日期,开始时间,和框数)以及输出信息(号码和杠杆压力机和杂志条目延迟)。
    注:在实验中,非CS杂志条目也由轮廓提取。定义非CS杂志条目作为8秒CS周期的外侧和VT 90秒( ,60-120秒)的期间,该杆并不延伸过程中发生的项到杂志。
  3. 通过在8秒封盖杠杆新闻和杂志进入潜伏期进一步处理数据即CS呈现的持续时间)。这可以在电子表格中通过IF函数来实现:IF(X> 8,8,X)。
  4. 分数计算为响应偏差 (即杠杆压力机和杂志条目会话总数;杠杆压力机-杂志条目] / [杠杆压力机+杂志条目]),潜伏期评分( 平均延迟执行的杠杆压或杂志进入在会话过程中;杂志进入潜伏期-杆按延迟] / 8),和概率差( 杠杆压力机或杂志条目的比例;杠杆压概率-杂志入门概率])5。
    注意:使用这些公式,所有得分应1.0和-1.0之间。
  5. 每个单独的会话内的平均反应偏差,延迟得分和概率差异计算PCA指数得分为每个老鼠。
    注:PCA指数得分应该1.0和-1.0之间。

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Representative Results

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我们已发现,5-7 PCA训练的日常会话足以表现型大鼠作为STS,燃气轮机和中间反应数(IRs),虽然大鼠还可以基于特定的实验室或实验的需要进行培训。表型是基于PCA指标分数,这是通过如先前在协议中所述的平均的响应偏差,延迟的分数,以及个别会话概率差计算。表型是由从最后两个PCA培训班的平均PCA指数得分确定( 会话4和5,如果有一共有五个PCA培训课)。从1.0 PCA指数评分的行为(绝对登录跟踪)-1.0(绝对目标跟踪),其中0表示没有偏差(绝对中间响应)。因为要进行符号与目标轨道的倾向在一个连续变化,削减取舍需要来确定的表型,我们的实验室一般采用PCA指数SCOR-0.5和0.5Ë临界值。换句话说,ST的有PCA指数得分≥0.5,IRS有PCA指数得分-0.5和0.5之间,并且燃气轮机有PCA指标分数≤-0.5。基于个体实验的需要,但是,可以使用不同的PCA指数得分临界值。 图1示出的数目,等待时间中的三种表型的典型进展,并在PCA训练会话杠杆压力机和杂志条目概率图2显示了 PCA指数得分的典型分布(跨会话平均4和5)并在PCA培训班PCA平均指数得分后大鼠已经表型。如在这两个图中可以看出,主成分分析行为会话4-5之间稳定。

除了 ​​这些数据,非CS杂志条目即,在当杆缩回审间间隔执行杂志的条目),也可以进行分析。这些数据可以是部分icularly有用在确定的操作是否影响总条件响应(不只是空调在CS周期响应)或改变条件响应的定时。附加分析,例如粒料检索延迟即,进入杂志和检索之后的CS周期沉淀的时间)或遗漏即,在CS周期不执行任何CR)也可以根据个人的需要计算实验。

图1
图1.数,延迟和跨越的标志-跟踪器(STS),中间反应(IRS),以及目标跟踪(GTS)巴甫洛夫条件方法(PCA)培训每日五次会议杂志杠杆压力机的概率和条目。在本实验中,雄性SD大鼠(N = 48;抵达时275-300克)由哈伦实验室订购(2屏障06)和查尔斯河(C72障碍,R04,R09和)。表现为数据的平均值±SEM 请点击此处查看该图的放大版本。

图2
2.(A)巴甫洛夫条件方法(PCA)指数评分的平均分布跨越最后两个PCA培训班。分数是由一个单独的会话中的场均数,等待时间,并在所有的试验杠杆压力机和杂志条目概率偏差计算每个会话。 (B)PCA指数得分(平均最后两PCA培训课程)用于表型标志,跟踪(STS),中间体(IRS),以及目标跟踪(GTS)。会话4和5的平均PCA指标分数用于分类大鼠作为ST的(得分≥0.5),IRS(-0.5 <评分<0.5),或燃气轮机(分数≤-0.5)。表现为数据的平均值±SEM 请点击此处查看该图的放大版本。

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Discussion

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PCA训练可被用来确定在该倾向的个体差异来激励突性归因于空调线索,这已被认为是成瘾漏洞的一个重要组成部分。例如,以前已经证明,ST的属性激励突性到食品和药物线索6,和两个食品和药物相关的线索中的ST 7的杏仁核-纹状体-丘脑回路内激活相似的大脑区域。此外,ST的都比较浮躁8,易受毒品寻求行为线索7,9诱发复职,并寻求与药物有关的线索,尽管不良后果10。

当执行PCA的过程中,大鼠的选择表示在优化表型多样性的一个关键步骤。例如,有标注大鼠例如,刘易斯和费舍尔F344)11的近交系收购PCA行为上的差异。即使在欧tbred股票( 只SD),存在收购的厂商之间的PCA行为相当大的异质性例如,哈伦实验室与查尔斯河),并在大鼠饲养( 查尔斯河R04和R09设施罗利个别设施, NC)12。为了增加遗传多样性,SD大鼠可以从多个供应商和障碍进行排序,只要每只大鼠的确切来源是仔细记录。大鼠的年龄和性别,也应考虑。例如,成人(相比于青少年)和女性(与男性)倾向于表达更多的符号跟踪行为13,14。

要注意的是住房条件和调理参数可以限制这个程序的获取的PCA行为期间提供表型多样性的希望的水平的能力是很重要的。在关于住房条件,食物匮乏和社会隔离ALT器采集的PCA行为,这也取决于大鼠15的年龄。如果需要食物匮乏例如,用于后续操作性条件反射),它应该是继PCA训练进行。此外,环境富集减少登入跟踪行为以及执行PCA的程序16时,应考虑到。

调节参数也影响收购行为PCA,我们已经精心定制我们会议的各项参数,以促进STS,国税局和GTS的平等分配。例如,CS呈现的持续时间和其空间接近与美国能够朝向点登录或目标跟踪,使得较短的CS演示17和更小的CS-US的距离18推动符号跟踪行为偏差行为。此外,在CS模式可影响获得的符号跟踪的行为。在例子中,老鼠不会轻易登录轨道鼻子戳端口或听觉音21,22,成为多巴胺无关23可能影响药理操作的结果。此外,奖励不确定性即,减少奖励递送以下CS介绍的概率)增加符号跟踪的行为,它可以与CS和美国的空间接近相互作用例如,增加奖励不确定偏压朝向远端,而不是近端符号跟踪CSS)24,25。最后,试验间隔即,CS演示之间的时间),以及它是否是固定的或可变的,可以影响条件响应26。

PCA过奖励相关行为的其他测试提供了一些独特的优势。例如,PCAūniquely允许奖励突出的单独计量和奖励相关线索的预测性能。 PCA行为也可以用来识别个体易受某些成瘾样行为,同时避免暴露于精神药品的实验变乱。 PCA的过程的缺点包括上文,概述可影响实验对象的PCA行为的变量众多。结果的可重复性依赖于占方差的这些来源很多,其中,如遗传变异,并在商业供应商的设施养殖条件的细微差别一些,可能是几乎不可能的实验者控制。此外,PCA行为的神经生物学基础是没有得到很好的理解为其他广泛的研究欲求行为。

除了调查瘾漏洞,PCA也被用来探索在vulnerab个体差异ility到其他神经精神疾病,如创伤后应激障碍。例如,ST公司更容易受到线索恐惧表达27和显示以下扩展恐惧条件28线索恐惧孵化。因此,主成分分析程序可用于在线索导向的行为,可能有多个神经精神障碍,甚至共病疾患例如,成瘾和创伤后应激障碍)相关的个体差异进行建模。此外,似乎燃气轮机更容易受到可卡因寻求29以下可卡因的自我管理和下面的恐惧条件27上下文恐惧的表情环境诱导复职。 PCA程序可能是评估联想学习这些独特的变化很有用(线索与情境学习),它可以更好地告知调查的背后可能单独漏洞神经DISO神经基板和信号通路rders以个人独特的亚群。因此,PCA程序是潜在的行为宝贵的试验研究奖励突出的神经精神障碍的归属,线索与语境的处理,并在脆弱的个体差异。

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Standard Modular Operant Test Chamber with Modified Top for Rat Med Associates, Inc. ENV-008CT Top has access slot for drug delivery leashes or other harness systems; comes with ENV-008CTC (Cover Insert) for access slot
Expanded PVC Sound Attenuating Cubicle Med Associates, Inc. ENV-022V
PCI Operating Package for up to Sixteen Chambers Med Associates, Inc. MED-SYST-16 Based on the number of operant chambers, MED-SYST-8 (PCI Operating Package for up to Eight Chambers) is also available
SmartCtrl Med Associates, Inc. DIG-716P2
Universal Cable, 25′ (7.6 m) Med Associates, Inc. SG-210CB Based on individual needs, SG-210CB-50 (Universal Cable, 50′ [15.2 m]) is also available
18″ (45.7 cm) 3-Pin Mini-Molex Med Associates, Inc. SG-216A Based on individual needs, SG-216A-2 (2′ [61.0 cm] 3-Pin Mini-Molex) is also available
Power Cable, 25′ (7.6 m)  Med Associates, Inc. SG-210CP-25
Stainless Steel Grid Floor for Rat Med Associates, Inc. ENV-005 Based on preference, ENV-005A (Stainless Steel Grid Floor for Mouse) is also available 
Reusable Waste Pan Med Associates, Inc. ENV-007-P3
Filler Panel Package for Standard Modular Test Chamber Med Associates, Inc. ENV-008-FP
Modular Pellet Dispenser for Rat, 45 mg Med Associates, Inc. ENV-203M-45
Pellet Receptacle, Trough Type Med Associates, Inc. ENV-200R2M Based on preference, ENV-200R1M (Pellet Receptable, Cup Type) is also available 
Retractable Lever Med Associates, Inc. ENV-112CM Calibrated to 25 g; needs to be adjusted to 10 g before Pavlovian conditioned approach training
Retractable Lever Cue Light Med Associates, Inc. ENV-112CML
House Light for Rat Med Associates, Inc. ENV-215M
100 mA Replacement Bulbs, Pack of 10 Med Associates, Inc. SG-800R Red-colored; for use with ENV-215M (House Light for Rat)
Pellets, 45 mg, Primate Purified Diet, Banana Flavor Bio-Serv F0059 50,000/box 

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References

  1. Everitt, B. J., Robbins, T. W. Neural systems of reinforcement for drug addiction: from actions to habits to compulsion. Nature Neurosci. 8, (11), 1481-1489 (2005).
  2. Everitt, B. J. Neural and psychological mechanisms underlying compulsive drug seeking habits and drug memories--indications for novel treatments of addiction. Eur J Neurosci. 40, (1), 2163-2182 (2014).
  3. Robinson, T. E., Berridge, K. C. The neural basis of drug craving: an incentive-sensitization theory of addiction. Brain Res Brain Res Rev. 18, (3), 247-291 (1993).
  4. Milton, A. L., Everitt, B. J. The psychological and neurochemical mechanisms of drug memory reconsolidation: implications for the treatment of addiction. Eur J Neurosci. 31, (12), 2308-2319 (2010).
  5. Meyer, P. J., et al. Quantifying individual variation in the propensity to attribute incentive salience to reward cues. PloS One. 7, (6), e38987 (2012).
  6. Yager, L. M., Robinson, T. E. A classically conditioned cocaine cue acquires greater control over motivated behavior in rats prone to attribute incentive salience to a food cue. Psychopharmacology (Berl). 226, (2), 217-228 (2013).
  7. Yager, L. M., Pitchers, K. K., Flagel, S. B., Robinson, T. E. Individual variation in the motivational and neurobiological effects of an opioid cue. Neuropsychopharmacology. 40, (5), (2015).
  8. Lovic, V., Saunders, B. T., Yager, L. M., Robinson, T. E. Rats prone to attribute incentive salience to reward cues are also prone to impulsive action. Behav Brain Res. 223, (2), 255-261 (2011).
  9. Saunders, B. T., Robinson, T. E. Individual variation in the motivational properties of cocaine. Neuropsychopharmacology. 36, (8), 1668-1676 (2011).
  10. Saunders, B. T., Yager, L. M., Robinson, T. E. Cue-evoked cocaine 'craving': role of dopamine in the accumbens core. J Neurosci. 33, (35), 13989-14000 (2013).
  11. Kearns, D. N., Gomez-Serrano, M. A., Weiss, S. J., Riley, A. L. A comparison of Lewis and Fischer rat strains on autoshaping (sign-tracking), discrimination reversal learning and negative auto-maintenance. Behav Brain Res. 169, (2), 193-200 (2006).
  12. Fitzpatrick, C. J., et al. Variation in the form of Pavlovian conditioned approach behavior among outbred male Sprague-Dawley rats from different vendors and colonies: sign-tracking vs. goal-tracking. PloS One. 8, (10), e75042 (2013).
  13. Anderson, R. I., Spear, L. P. Autoshaping in adolescence enhances sign-tracking behavior in adulthood: impact on ethanol consumption. Pharmacol Biochem Behav. 98, (2), 250-260 (2011).
  14. Pitchers, K. K., et al. Individual variation in the propensity to attribute incentive salience to a food cue: Influence of sex. Behav Brain Res. 278, 462-469 (2015).
  15. Anderson, R. I., Bush, P. C., Spear, L. P. Environmental manipulations alter age differences in attribution of incentive salience to reward-paired cues. Behav Brain Res. 257, 83-89 (2013).
  16. Beckmann, J. S., Bardo, M. T. Environmental enrichment reduces attribution of incentive salience to a food-associated stimulus. Behav Brain Res. 226, (1), 331-334 (2012).
  17. Burns, M., Domjan, M. Topography of spatially directed conditioned responding: effects of context and trial duration. J Exp Psychol Anim Behav Process. 27, (3), 269-278 (2001).
  18. Christie, J. Spatial contiguity facilitates Pavlovian conditioning. Psychon Bull Rev. 3, (3), 357-359 (1996).
  19. Meyer, P. J., Cogan, E. S., Robinson, T. E. The form of a conditioned stimulus can influence the degree to which it acquires incentive motivational properties. PloS One. 9, (6), e98163 (2014).
  20. Beckmann, J. S., Chow, J. J. Isolating the incentive salience of reward-associated stimuli: value, choice, and persistence. Learn Mem. 22, (2), 116-127 (2015).
  21. Flagel, S. B., et al. A selective role for dopamine in stimulus-reward learning. Nature. 469, (7328), 53-57 (2011).
  22. Saunders, B. T., Robinson, T. E. The role of dopamine in the accumbens core in the expression of Pavlovian-conditioned responses. Eur J Neurosci. 36, (4), 2521-2532 (2012).
  23. Clark, J. J., Collins, A. L., Sanford, C. A., Phillips, P. E. Dopamine encoding of Pavlovian incentive stimuli diminishes with extended training. J Neurosci. 33, (8), 3526-3532 (2013).
  24. Anselme, P., Robinson, M. J., Berridge, K. C. Reward uncertainty enhances incentive salience attribution as sign-tracking. Behav Brain Res. 238, 53-61 (2013).
  25. Robinson, M. J., Anselme, P., Fischer, A. M., Berridge, K. C. Initial uncertainty in Pavlovian reward prediction persistently elevates incentive salience and extends sign-tracking to normally unattractive cues. Behav Brain Res. 266, 119-130 (2014).
  26. Gallistel, C. R., Gibbon, J. Time, rate, and conditioning. Psychol Rev. 107, (2), 289-344 (2000).
  27. Morrow, J. D., Maren, S., Robinson, T. E. Individual variation in the propensity to attribute incentive salience to an appetitive cue predicts the propensity to attribute motivational salience to an aversive cue. Behav Brain Res. 220, (1), 238-243 (2011).
  28. Morrow, J. D., Saunders, B. T., Maren, S., Robinson, T. E. Sign-tracking to an appetitive cue predicts incubation of conditioned fear in rats. Behav Brain Res. 276, 59-66 (2015).
  29. Saunders, B. T., O'Donnell, E. G., Aurbach, E. L., Robinson, T. E. A cocaine context renews drug seeking preferentially in a subset of individuals. Neuropsychopharmacology. 39, (12), 2816-2823 (2014).
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Fitzpatrick, C. J., Morrow, J. D. Pavlovian Conditioned Approach Training in Rats. J. Vis. Exp. (108), e53580, doi:10.3791/53580 (2016).More

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