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Behavior

Pavloviano Training Approach condizionati in Rats

doi: 10.3791/53580 Published: February 4, 2016

Abstract

Cues che sono contingentemente associati al incondizionato, stimoli gratificanti in grado di acquisire le proprietà gratificanti se stessi attraverso un processo noto come l'attribuzione di incentivi rilevanza, o la trasformazione di stimoli neutri in attraente, "volevano 'stimoli in grado di motivare il comportamento. Pavloviano approccio condizionato (PCA) sviluppa dopo la presentazione risposta indipendente di uno stimolo condizionato (CS, ad esempio, una leva) che prevede l'erogazione di uno stimolo incondizionato (US, ad esempio, un pellet cibo) e può essere utilizzato per misurare incentivo salienza durante la formazione, tre modelli. le risposte del condizionate (CRS) in grado di sviluppare:. Il comportamento segno-tracking (CS-diretto CR), obiettivo-tracking comportamento (US-diretto CR), e una risposta intermedia (sia CRS) Sign-trackers attribuiscono incentivi rilevanza per premiare relative spunti e sono più vulnerabili a cue-indotta ripristino della droga in cerca così come altri comportamenti di dipendenza legati, facendo PCA una pentolaProcedura entially prezioso per lo studio della vulnerabilità dipendenza. Qui, descriviamo i materiali ei metodi utilizzati per suscitare comportamenti PCA da ratti, nonché analizzare e interpretare il comportamento PCA nei singoli esperimenti.

Introduction

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Il passaggio del consumo di droga alla dipendenza comporta complesse interazioni tra pavloviano e strumentale 1,2 apprendimento. Durante farmaci di assunzione e di droga in cerca di comportamenti, azioni e risultati vengono apprese attraverso processi strumentali; tuttavia, i rapporti tra gli stimoli (ad esempio, stecche legati alla droga) ed i benefici sono apprese anche attraverso processi di Pavlov. Spunti Pavlovian acquistano valore predittivo, ma possono anche acquisire incentivo motivazionale valore 3, per cui diventano attraente, desiderabile, e in grado di promuovere e mantenere premiare il comportamento di ricerca 4.

Molte procedure di indagine ricompensa di apprendimento negli animali, tuttavia, non consentono l'disentanglement di predittivo rispetto incentivo apprendimento motivazionale. Nelle procedure di droga auto-amministrazione, ad esempio, entrambe le contingenze strumentali e di Pavlov sono tipicamente impiegati, in modo tale che i ratti imparare a compiere un'azione (ad esempio, il naso-poking, leva pressatura, ecc), al fine di ricevere un risultato (cioè, l'infusione di farmaci per via endovenosa). Il risultato gratificante è anche accoppiato con stimoli Pavlovian (ad esempio, l'illuminazione di una porta naso-poke, presentazione spunto luce, il suono della pompa di infusione, sensazione interoceptive di consegna del liquido nel sangue, etc.). Spesso non è chiaro in queste procedure se segnali stanno sostenendo azioni goal-directed semplicemente a causa della loro relazione predittiva con la ricompensa, o se hanno acquisito spunti di incentivazione proprietà motivazionali dei loro propri.

Per isolare sperimentalmente il valore motivazionale incentivo da il valore predittivo di stimoli pavloviani, il nostro laboratorio utilizza una procedura pavloviano approccio condizionato (APC) al fine di individuare i ratti che attribuiscono incentivi rilevanza per premiare legati spunti. Durante una sessione di allenamento, uno stimolo condizionato (CS, ad esempio, una leva) di risposta indipendentemente predice il Delivery di uno stimolo incondizionato (US, ad esempio, un pellet cibo). Nel corso di sessioni di formazione più, tre fenotipi sviluppano: segno-tracking (CS-diretto risposta condizionata [CR]), obiettivo-tracking (US-diretto CR), e una risposta intermedia (entrambi CRS). Per il gol-trackers (GTS), il CS viene utilizzato come un fattore predittivo di consegna ricompensa; tuttavia, per il segno-trackers (STS), il CS è attribuito con incentivo rilevanza, diventando attraente e desiderabile. In questa recensione, si delineano le attrezzature, l'installazione e l'elaborazione dei dati necessari per eseguire una procedura di PCA. Inoltre, forniamo risultati rappresentativi della formazione PCA, delineano importanti considerazioni sperimentali, e discutere l'utilità putativo di procedure PCA nelle indagini dipendenza e di altri disturbi neuropsichiatrici.

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Protocol

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Tutte le procedure sono state approvate dal Comitato Università sull'uso e cura degli animali (UCUCA; University of Michigan, Ann Arbor, MI).

1. attrezzature e software

  1. Ottenere camere operante commerciali e dispositivi. Vedere Materiali Tabella.
  2. formazione condotta nel ratto camere di condizionamento operante (larghezza 24,1 centimetri × 20,5 centimetri di profondità x 29,2 cm di altezza), situata in armadi suono attenuando con ventilatori per fornire il rumore ambientale.
  3. Dotare ciascuna camera con una rivista pellet (presa), in posizione centrale nella larghezza 21,6 cm parete frontale della camera operante 3 cm sopra il pavimento griglia in acciaio inox. Assicurarsi che il magazzino pellet contiene un sensore a infrarossi che è in grado di rilevare voci testa nel dispositivo.
  4. Collegare la rivista pellet ad un distributore di pellet, che offre pellet cibo banane al gusto (45 mg).
  5. In modo contro-bilanciato, posizione uno retrattile lever (CS) circa 2,5 cm su entrambi i lati del recipiente pellet (sinistra o destra) 3 cm dal pavimento griglia in acciaio inox.
  6. Assicurarsi che la leva contiene una luce LED all'interno spunto per fare leva estesa visivamente più cospicuo.
  7. Se si utilizza una leva a scomparsa, calibrare la leva mettendo a 10 g peso di regolazione sulla parte superiore della leva, e quindi regolando la vite di calibrazione (si trova sulla parte superiore del dispositivo) con una chiave dado esagonale finché il peso da sola è in grado di deprimere la leva.
  8. Dotare un rosso casa luce alla sommità della camera sulla parete opposta recipiente rivista.
    Nota: Una luce casa rossa viene utilizzato per aumentare la vistosità della leva illuminato.

2. Formazione PCA

  1. Pair-casa adulti maschi Sprague Dawley (ratti 250-300 g) al momento dell'arrivo e lasciarli riposare per almeno due giorni nella colonia abitazioni, che si mantiene su un ciclo di 12 ore luce / buio.
  2. maneggiato EAratto ch per almeno 1 minuto al giorno per due giorni al fine di acclimatare i ratti al contatto umano. Fornire ratti ad libitum accesso al cibo e all'acqua nella colonia custodia.
  3. Familiarizzare ratti con i pellet cibo banane al gusto mettendo pellet cibo nelle loro gabbie casa (circa 15 pellet per ratto) per due giorni, a partire da tre giorni prima della formazione PCA.
    Nota: Se ratti sono alloggiato in coppia, è utile dividere i pellets in modo uniforme su due lati della gabbia casa.
  4. Programma pretraining
    Nota: Tutti i nostri programmazione viene effettuata utilizzando MEDState Notation (per Med Associates, software), e il manuale è disponibile on-line (mednr.com/pdf/doc003_MedPCProgramr.pdf). I programmi sono scritti come documenti di testo non formattati (ad esempio, ASCII o di testo DOS) utilizzando MedState Notation, salvati con la corretta estensione (ad esempio, [nome del file] .mpc), poi tradotto utilizzando il programma MED-PC, Trans IV. Tutti questi passaggi sono forniti in dettaglio nel suddetto proprogrammazione manuale.
    1. Creare un programma che fornisce preformazione cinquanta pellet cibo su un tempo variabile (VT) pianificazione 30 sec 5 min dopo l'inizio del programma (cioè, un pellet cibo è consegnato in media ogni 30 secondi, ma la consegna effettiva varia casualmente tra 0- 60 sec).
    2. Scrivere il programma preformazione tale che la luce casa rossa è sopra, ma la leva rimane retratto per la durata del programma (circa 25 min).
    3. Eseguire preformazione e tutte le successive sperimentazione durante il ciclo di luce.
    4. Un giorno prima della formazione PCA, posizionare ogni ratto in una camera operante, chiudere e bloccare la porta della camera, e chiudere la porta dell'armadio suono attenuazione.
    5. Avviare il programma di preformazione il più presto possibile dopo aver fatto ogni ratto nella sua camera.
    6. Rimuovere ogni ratto dalla sua camera appena possibile dopo che il programma termina.
    7. Registrare il numero di pellet consumati ed escludere ratti che non consumano tutta lapellet da ulteriori test.
  5. Creare un programma di formazione PCA che offre 25 studi in circa 40 minuti, a partire 1 min dopo l'inizio del programma.
    1. Scrivere il programma in modo che durante ciascuna prova la leva si estende nella camera e illuminato per 8 sec.
    2. Programma leva retrazione da seguire immediatamente la consegna risposta indipendente di una pellet cibo nel magazzino pellet.
    3. Separare ogni processo su un programma sec VT 90 (vale a dire, l'estensione della leva e la successiva consegna degli alimenti a pellet si verifica in media ogni 90 secondi, ma la consegna effettiva varia in modo casuale tra 30-150 sec).
    4. Mettere ogni ratto in una camera di condizionamento, chiudere e bloccare la porta della camera, e chiudere la porta dell'armadio suono attenuazione.
    5. Avviare il programma di formazione PCA appena possibile dopo la collocazione ogni ratto nella sua camera.
    6. Rimuovere ogni ratto dalla sua camera appena possibile dopo che il programma termina.
    7. Eratti xclude che non consumano tutti i pellet da ulteriori test.

3. Elaborazione dati

  1. Trasferire i dati in uscita ad un foglio di calcolo (ad esempio, un foglio elettronico).
  2. Creare un profilo che estrae informazioni di identificazione (numero soggetto, data di inizio, ora di inizio e numero di casella), così come le informazioni in uscita (numero e la latenza di presse a leva e le voci di giornale).
    Nota: Negli esperimenti, voci rivista non-CS vengono estratti anche dal profilo. Definire le voci di riviste non-CS come voci nella rivista che si verificano al di fuori del periodo sec CS 8 e durante la VT 90 sec (cioè 60-120 sec) periodo durante il quale la leva non è estesa.
  3. Ulteriori elaborare i dati tappatura latenze entrata leva stampa e riviste a 8 sec (cioè la durata della presentazione CS). Ciò può essere ottenuto in foglio attraverso la funzione IF: IF (X> 8,8, X).
  4. calcolare i punteggibias di risposta (ad esempio, il numero totale di presse a leva e le voci di riviste per una sessione; [presse a leva - voci rivista] / [presse a leva + voci Rivista]), il punteggio di latenza (cioè, latenza media per effettuare una pressa a leva o la messa rivista durante una sessione; [entry latenza rivista - premere la leva di latenza] / 8), e la differenza di probabilità (cioè, la proporzione di presse a leva o voci magazine; [premere la leva probabilità - rivista di entrata probabilità]) 5.
    Nota: Con queste formule, tutti gli spartiti dovrebbero variare tra 1.0 e -1.0.
  5. Calcolare un punteggio indice di APC per ogni ratto facendo la media relativa polarizzazione di risposta, il punteggio di latenza, e la differenza di probabilità all'interno di ogni singola sessione.
    Nota: Il punteggio indice di APC dovrebbe essere compresa tra 1.0 e -1.0.

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Representative Results

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Abbiamo scoperto che 5-7 sessioni giornaliere di allenamento PCA è sufficiente per ratti fenotipo come STS, GT, e responder intermedi (IRS), anche se i ratti possono essere addestrati ulteriormente in base alle esigenze di un particolare laboratorio o esperimento. Fenotipizzazione si basa su punteggi PCA indice, che sono calcolati mediando il bias di risposta, il punteggio di latenza, e la differenza probabilità di sessioni individuali come precedentemente descritto nel protocollo. Fenotipi sono determinati dalla media dei punteggi indice PCA dagli ultimi due allenamenti PCA (vale a dire, Sessions 4 e 5 se ci sono un totale di cinque sessioni di formazione PCA). Il comportamento punteggi indice PCA da 1,0 (assoluto segno-tracking) a -1,0 (assoluta obiettivo-tracking), con 0 che rappresenta senza pregiudizi (risposta intermedia assoluto). Perché la tendenza a segno- vs obiettivo pista varia nel un continuum, cut-off sono necessari per identificare fenotipi, e il nostro laboratorio utilizza generalmente PCA indice SCORe cut-off di -0.5 e 0.5. In altre parole, statistiche congiunturali sono PCA punteggi dell'indice ≥0.5, IR hanno PCA punteggi dell'indice tra -0.5 e 0.5, e GT hanno PCA punteggi indice ≤-0.5. In base alle esigenze del singolo esperimento, tuttavia, diversi PCA punteggio dell'indice cut-off possono essere utilizzati. La Figura 1 mostra una tipica progressione del numero, la latenza, e la probabilità di presse a leva e voci rivista attraverso allenamenti PCA nei tre fenotipi . La figura 2 mostra le distribuzioni tipiche di punteggi dell'indice PCA (medi tra le sessioni 4 e 5) e la media punteggi dell'indice PCA attraverso sessioni di formazione PCA dopo i ratti sono stati phenotyped. Come visibile in entrambe le figure, il comportamento PCA stabilizza tra le sessioni 4-5.

Oltre a questi dati, voci rivista non-CS (ad esempio, le voci rivista eseguiti durante gli intervalli tra le prove quando la leva è retratto) possono anche essere analizzati. Questi dati possono essere parteicularly utile per determinare se una manipolazione colpisce totale rispondere condizionato (non solo condizionata rispondere durante il periodo CS) o altera i tempi di risposta condizionata. Ulteriori analisi, come la latenza recupero pellet (vale a dire, il tempo di entrare rivista e recuperare il pellet dopo il periodo CS) o omissioni (vale a dire, non eseguire qualsiasi CR durante il periodo CS) può essere calcolato in base alle esigenze dei singoli esperimenti.

Figura 1
Figura 1. Numero, la latenza, e la probabilità di presse a leva e riviste le voci in cinque sessioni giornaliere di pavloviano approccio condizionato (PCA) formazione in segno-trackers (STS), responder intermedi (IRS), e l'obiettivo-trackers (GTS). In questo esperimento, di sesso maschile ratti Sprague Dawley (n = 48; 275-300 g al momento dell'arrivo) sono stati ordinati da Harlan Laboratories (Barriera 206) e Charles River (Barriere C72, R04, R09 e). I dati presentati come media ± SEM prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

figura 2
Figura 2. (A) La distribuzione dei pavloviani approccio condizionato (PCA) realizza il calcio di indice in media tra le due sedute di allenamento PCA finali. I punteggi sono calcolati per ogni sessione facendo la media la polarizzazione del numero, la latenza, e la probabilità di presse a leva e le voci di riviste in tutti gli studi all'interno di una singola sessione. (B) realizza indice PCA (come media delle due sedute di allenamento PCA finali) sono utilizzati per fenotipo sign-trackers (STS), intermedi (IRS), e l'obiettivo-trackers (GTS). La media PCA punteggi dell'indice di Sessions 4 e 5 sono utilizzati per classificare i ratti STS (punteggio≥0.5), IRS (-0,5 <punteggio <0,5), o GT (score ≤-0,5). I dati presentati come media ± SEM prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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Discussion

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formazione PCA può essere utilizzato per determinare la variazione individuale nella tendenza ad attribuire incentivi rilevanza agli stimoli condizionati, che è stato sostenuto di essere una componente importante di vulnerabilità dipendenza. Ad esempio, è stato precedentemente dimostrato che STs attribuiscono incentivi salienza di cibo e di droga spunti 6, ed entrambi alimentare e spunti legati alla droga attivare regioni cerebrali simili all'interno di un circuito amygdalo-striato-talamo in STS-7. Inoltre, STs sono più impulsivi 8, vulnerabili a cue-indotta ripristino del comportamento di droga in cerca di 7,9, e cercano spunti legati alla droga nonostante le conseguenze avverse 10.

Quando si esegue una procedura di PCA, la selezione di ratti rappresenta un passaggio critico per ottimizzare diversità fenotipica. Ad esempio, vi sono marcate differenze nel comportamento acquisizione di PCA in ceppi inbred di ratti (ad esempio, Lewis e Fischer F344) 11. Anche in OUscorte tbred (ad esempio, Sprague Dawley), esiste una notevole eterogeneità per l'acquisizione di comportamenti PCA tra fornitori (ad esempio, Harlan Laboratories contro Charles River) e le singole strutture in cui i topi sono allevati (vale a dire, Charles River R04 e le strutture R09 a Raleigh, NC) 12. Per aumentare la diversità fenotipica, ratti Sprague Dawley possono essere ordinati da fornitori diversi e barriere, finché l'esatta fonte di ogni ratto è accuratamente documentata. L'età e il sesso dei ratti dovrebbero essere considerati. Ad esempio, gli adulti (rispetto agli adolescenti) e femmine (rispetto ai maschi) tendono ad esprimere più comportamento 13,14 del segno-tracking.

È importante notare che le condizioni abitative e parametri di condizionamento può limitare la capacità di questa procedura per fornire il livello desiderato di diversità fenotipica durante l'acquisizione di comportamenti PCA. Per quanto riguarda le condizioni abitative, privazione di cibo e l'isolamento sociale alter l'acquisizione di comportamenti PCA, che dipende anche dall'età del ratto 15. Se è richiesta privazione alimentare (ad esempio, per il successivo condizionamento operante), esso deve essere eseguito dopo la formazione PCA. Inoltre, l'arricchimento ambientale riduce sign-tracking comportamento e dovrebbe essere preso in considerazione quando si eseguono procedure PCA 16.

parametri condizionata riguardano anche l'acquisizione di comportamenti PCA, e abbiamo accuratamente su misura ogni parametro delle nostre sessioni di promuovere le pari distribuzioni di STS, IRS, e GT. Per esempio, la durata della presentazione CS e la sua vicinanza spaziale degli Stati Uniti può comportamento polarizzazione verso segno- o obiettivo-tracking, in modo tale che più brevi presentazioni CS 17 e CS-piccoli ci allontana 18 promuovere comportamenti segno-tracking. Inoltre, la modalità CS può influenzare l'acquisizione di comportamenti sign-tracking. Nel esempio, i ratti non facilmente firmare pista alle porte naso-Poke o toni uditivi 21,22, diventa dopamina indipendente 23 potenzialmente influenzare i risultati delle manipolazioni farmacologiche. Inoltre, premiare l'incertezza (ad esempio, diminuendo la probabilità di consegna premio a seguito della presentazione CS) aumenta il comportamento di registrazione di monitoraggio, in grado di interagire con la vicinanza spaziale del CS e gli Stati Uniti (ad esempio, pregiudizi aumentando ricompensa incertezza sign-tracciamento verso distale piuttosto che prossimale CSS) 24,25. Infine, l'intervallo inter-trial (cioè il tempo che intercorre tra presentazioni CS), e se è fisso o variabile, può avere un impatto condizionata rispondere 26.

APC offre alcuni vantaggi rispetto ad altre prove di comportamenti di ricompensa-related. Ad esempio, PCA uniquely permette la misura separata della salienza di incentivazione e le proprietà predittive di spunti di ricompensa-associata. comportamento PCA può anche essere utilizzato per identificare individui vulnerabili a determinati comportamenti dipendenza simile evitando il confound sperimentale di esposizione a farmaci psicoattivi. Svantaggi della procedura PCA includono la moltitudine di variabili di cui sopra che possono influenzare il comportamento PCA di soggetti sperimentali. La riproducibilità dei risultati dipende la contabilità per queste molte fonti di varianza, alcuni dei quali, come la variabilità genetica e sottili differenze di allevamento condizioni presso le strutture fornitore commerciale, può essere quasi impossibile per gli sperimentatori per il controllo. Inoltre, le basi neurobiologiche del comportamento PCA non sono così intesi come quelli di altri comportamenti appetitive ampiamente studiati.

Oltre a indagare la vulnerabilità dipendenza, PCA è stato utilizzato anche per esplorare variazione individuale nella vulnerability ad altri disturbi neuropsichiatrici, come il disturbo post traumatico da stress. Ad esempio, STs sono più vulnerabili alle cued espressione paura 27 e mostrare l'incubazione di paura cued seguito esteso condizionamento alla paura 28. Pertanto, le procedure PCA possono essere utilizzate per modellare variazioni individuali nel comportamento cue-diretto che potrebbe avere rilevanza per molteplici disturbi neuropsichiatrici e anche disturbi concomitanti (ad esempio, dipendenza e disturbo post-traumatico) lo stress. Inoltre, sembra che GT sono più vulnerabili alla reintegrazione contesto indotta di cocaina in cerca di 29 a seguito di cocaina auto-somministrazione e di espressione paura contestuale seguente paura condizionata 27. procedure PCA potrebbe essere utile per valutare queste variazioni uniche in apprendimento associativo (cued contro apprendimento contestuale), in grado di informare meglio indagini substrati neurali e vie di segnalazione che possono essere alla base delle vulnerabilità separate per Diso neuropsichiatricarders in sottopopolazioni uniche di individui. Pertanto, le procedure PCA sono potenzialmente preziosi saggi di comportamento per indagare l'attribuzione di incentivi rilevanza, cued contro l'elaborazione contestuale, e la variazione individuale nella vulnerabilità ai disturbi neuropsichiatrici.

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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

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Pavloviano Training Approach condizionati in Rats
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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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