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Behavior

ラットにおけるパブロフ馴化アプローチトレーニング

doi: 10.3791/53580 Published: February 4, 2016

Abstract

偶発的インセンティブの顕現の帰属、または魅力的に中性刺激の変換として知られるプロセスを通じてやりがいの性質そのものを取得することができる無条件、やりがいのある刺激と対になっているキューは、「行動をやる気にさせることが可能な刺激を求めていました。パブロフの条件付けのアプローチ(PCA) (米国; 例えば 、食品ペレット)無条件刺激の配信を予測し、( 例えば 、レバーCS)条件刺激の応答に依存しないプレゼンテーションの後に発症し、インセンティブの顕現性トレーニングの間、3つのパターンを測定するために使用することができます。馴化応答(CRS)の開発することができます:サイン追跡行動(CS指向CR)、目標追跡行動(米国指向CR)、及び中間応答(両方CRを)サイントラッカー報酬に関連するインセンティブ顕現属性。 PCAポット作る手がかりと薬物探索の合図誘発性の復活だけでなく、他の嗜癖関連行動に対してより脆弱です、中毒の脆弱性を研究するためのentially貴重な手順。ここでは、ラットからPCAの動作を誘発するだけでなく、個々の実験でPCAの動作を分析し、解釈するために使用される材料および方法を記載します。

Introduction

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中毒への薬物使用の移行は、パブロフと道具的学習1,2の間の複雑な相互作用を伴います。薬物服用と薬物探索行動の間に、行動と結果は楽器のプロセスを通じて学習されています。しかし、 刺激 (例えば、薬物関連手がかり)と報酬の間の関係もパブロフのプロセスを通じて学習されています。パブロフの手がかりは、予測値を取得し、彼らはまた、インセンティブの動機づけ、彼らは魅力的になることにより値3、望ましい、と報酬を求める行動4を促進し、維持することができるを取得することができます。

動物の学習報酬を調査する多くの手順は、しかし、インセンティブ動機付け学習対予測の解きほぐしを許可していません。薬物自己投与手順では、例えば、両方の楽器とパブロフの偶発事象は、典型的には、ラットがアクションを実行することを学ぶように、採用されている( 例えば 、鼻、pokiNG、レバー押しの結果( すなわち 、静脈内薬物注入)を受信するために) など 。やりがいの結果はまた、パブロフの刺激と対になっている( 例えば 、鼻突くポート、キューライトプレゼンテーション、輸液ポンプの音、血流への流体送達の内受容性の感覚などの照明)。これは、キューがいうだけの理由で報酬との予測関係の目標指向行動をサポートしているかどうか、またはキューが自分自身のインセンティブ動機付け特性を獲得しているかどうか、これらの手順では、多くの場合不明です。

実験的にパブロフの刺激の予測値からインセンティブ動機付け値を単離するために、私たちの研究室では手がかり関連を報いるためにインセンティブ顕現属性ラットを識別するために、パブロフの条件付けのアプローチ(PCA)の手順を使用しています。トレーニングセッション中に、条件刺激(CS;例えば、レバー)が応答-独立delivを予測無条件刺激(; 例えば 、食品ペレット米国)のERY。複数のトレーニングセッションの間に、3の表現型の開発:サイン・トラッキング(CS指向条件反応[CR])、目標追跡(米国指向CR)を、中間応答(CRの両方)。目標トラッカー(GTS)は、CSが報酬配信の予測因子として利用されています。しかし、サイントラッカー(STS)のために、CSは魅力的で望ましいとなって、インセンティブの顕現で起因します。このレビューでは、PCAの手順を実行するために必要な機器、セットアップ、およびデータ処理の概要を説明します。加えて、我々は重要な実験的な検討事項を概説し、PCA訓練の代表的な結果を提供し、中毒およびその他の精神神経障害を調査中でPCA手順の推定上の有用性を議論します。

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Protocol

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(;ミシガン大学、ミシガン州アナーバーUCUCA)すべての手順は、大学動物の使用およびケアに関する委員会によって承認されています。

1.機器とソフトウェア

  1. 商業オペラントチャンバーとデバイスを取得します。 材料 表を参照してください
  2. ラットオペラント条件付けチャンバ内で周囲の雑音を提供するために、換気ファンと音減衰キャビネットに位置し、(20.5センチメートル深さX 29.2センチメートル×高さ24.1センチメートル幅)研修を実施。
  3. 3センチメートルステンレス鋼格子床以上のオペラントチャンバー21.6センチ前壁の中央に位置し、ペレット誌(レセプタクル)との各チャンバを、装備。ペレットマガジンが装置内にヘッドエントリを検出することができる赤外線センサーが含まれていることを確認してください。
  4. バナナ風味の食物ペレット(45 mg)を提供ペレットディスペンサーにペレット雑誌を接続します。
  5. カウンターバランスの取れた方法で、位置1リトラクタブルル版(CS)、ペレット容器の両側に約2.5センチ3センチメートルステンレス鋼格子床の上(左または右)。
  6. レバーが拡張されたレバーをより視覚的に目立つ作るために、その中にLED合図灯が含まれていることを確認してください。
  7. リトラクタブルレバーを使用している場合は、レバーの上に10グラムの校正用分銅を配置し、その後、それだけで重量が押下できるようになるまで六角ナットレンチで(デバイスの上部に位置)の校正ネジを調整することにより、レバーをキャリブレーションレバー。
  8. 雑誌のレセプタクル反対側の壁上室の上部にある赤い家ライトを装備。
    注:赤家光が照射さレバーの目立ちを増加させるために使用されます。

2. PCAトレーニング

  1. ペア社内の大人の雄Sprague Dawleyラット(250〜300グラム)到着時と12時間の明/暗サイクルで維持されている住宅地、中に少なくとも2日間、邪魔されずにそれらを残します。
  2. 静かにEAを扱います人間との接触にラットを順応させるために2日間一日あたり少なくとも1分間chのラット。住宅地での食料と水をラットに自由摂取のアクセスを提供します。
  3. PCAの訓練に3日前に開始し、2日間のために彼らのホームケージに(ラット当たり約15ペレット)食物ペレットを配置することにより、バナナ風味の食物ペレットのラットを習熟。
    注意:ラットをペアに収容されている場合は、ホームケージの両側に均等にペレットを分割することは有用です。
  4. 事前訓練プログラム
    注意:私たちのプログラミングのすべてが(メッドアソシエイツ、ソフトウェア用)MEDState表記を使用して行われ、マニュアルはオンラインで入手可能(mednr.com/pdf/doc003_MedPCProgramr.pdf)です。プログラムが適切な拡張子で保存MedState記法使用してフォーマットされていないテキスト文書( 例えば 、ASCIIまたはDOSテキスト)、として書かれている( すなわち 、[ファイル名] .mpc)、その後、MED-PCプログラム、トランスIVを使用して翻訳。これらの工程の全ては、上記プロでより詳細に提供されていますマニュアルをグラミング。
    1. 5分のプログラム( すなわち、1食のペレットは平均30秒ごとに配信され開始後の可変時間に50食のペレット(VT)30秒スケジュールを配信する事前訓練プログラムを作成しますが、実際の配信は0-の間でランダムに変化60秒)。
    2. 赤い家の光が上になるように事前訓練プログラムを書くが、レバーは(約25分)プログラムの期間引っ込めたまま。
    3. 光サイクルの間に事前訓練と後続のすべての実験を行います。
    4. ある日、PCAのトレーニング、オペラントチャンバー内に各ラットを置き、近くに先立って、チャンバのドアをラッチし、音減衰キャビネットドアを閉じます。
    5. そのチャンバー内で各ラットを配置した後、できるだけ早く事前訓練プログラムを起動します。
    6. プログラム終了後できるだけ早くその室から各ラットを削除します。
    7. 消費ペレットの数を記録し、すべてを消費しないラットを除外さらなる試験からのペレット。
  5. プログラムの開始後1分を始め、約40分で25件の試験を提供し、PCAのトレーニングプログラムを作成します。
    1. 各試験中にレバーがチャンバ内に延長され、8秒間点灯しているように、プログラムを書きます。
    2. ペレットマガジンに1食品ペレットの応答に依存しない配信の直後するプログラムレバー後退。
    3. VT 90秒のスケジュール上の個別の各試験( すなわち 、レバーの延長と、その後の食品ペレットの配信は平均で毎90秒に発生しますが、実際の配信は30から150秒の間でランダムに変化)。
    4. 近くに、コンディショニング室に各ラットを置き、チャンバドアラッチ、および音減衰キャビネットドアを閉じます。
    5. そのチャンバー内で各ラットを配置した後、できるだけ早くPCAのトレーニングプログラムを開始します。
    6. プログラム終了後できるだけ早くその室から各ラットを削除します。
    7. Eさらなる試験からペレットのすべてを消費しないxcludeラット。

3.データ処理

  1. スプレッドシート( 例えば 、スプレッドシート文書)に出 ​​力情報を転送します。
  2. (被験者番号開始日、開始時刻、およびボックス番号)情報を識別する抽出するプロファイルを作成だけでなく、出力情報(番号とレバーを押すと雑誌エントリの待ち時間)。
    注:実験では、非CSマガジンエントリは、プロファイルによって抽出されます。 8秒CS期間外とレバーが拡張されていない時にVT 90秒( すなわち 、60から120秒)の期間中に発生した雑誌へのエントリとして非CS雑誌エントリを定義します。
  3. さらに8秒でレバーを押すと雑誌エントリの待ち時間をキャップすることによってデータを処理する( すなわち 、CS提示の持続時間)。これは、IF関数を使用してスプレッドシートで達成することができます:IF(> 8,8 X、X)。
  4. スコアを計算、待ち時間スコアレバープレスや雑誌エントリを実行する( すなわち 、平均待ち時間- ;応答バイアス(/ [レバー押し+雑誌エントリ] [雑誌エントリレバーを押す]セッションのレバーを押すと雑誌のエントリのすなわち 、合計数)のためにセッション中に、[雑誌エントリー待ち時間-レバーを押し待ち時間] / 8)、および確率の差( すなわち 、レバーを押すか、雑誌のエントリの割合; [レバーを押し確率-雑誌のエントリ確率])5。
    注:これらの式では、すべてのスコアが1.0と-1.0の間の範囲であるべきです。
  5. 各個別のセッション内でその応答の偏り、待ち時間スコア、および確率差を平均化することによって各ラットのためのPCAインデックススコアを計算します。
    注:PCAインデックススコアは1.0と-1.0の間の範囲であるべきです。

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Representative Results

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我々は、ラットを特定の実験室または実験の必要性に基づいてさらにトレーニングすることができるが、PCA訓練の5-7毎日のセッションは、STS、GTの、中間応答(IRS)などの表現型ラットに十分であることを見出しました。表現型は、以前のプロトコルに記載のように応答バイアス、待ち時間スコア、及び個々のセッションの確率差を平均することによって計算されるPCAインデックススコアに基づいています。 (5 PCAのトレーニングセッションの合計が存在する場合、すなわち 、セッション4および5)の表現型は、最後の2 PCAのトレーニングセッションからPCAインデックスのスコアを平均して決定されます。 0はバイアス(絶対中間応答)を表すないと-1.0 1.0〜PCAインデックススコア行動(絶対サイントラッキング)(絶対目標追跡)、。目標トラック対サインオンする傾向が連続にわたって変化するので、表現型を識別するために必要とされるオフはカットし、私たちの研究室では、一般的に、PCAインデックスSCORを使用しています-0.5と0.5の電子のカットオフ。言い換えれば、のSTは≥0.5PCAインデックスのスコアを持っている、IRは-0.5と0.5の間でPCAインデックスのスコアを持っている、およびGTSは≤-0.5 PCAインデックスのスコアを持っています。個々の実験の必要性に基づいて、しかし、異なるPCAインデックススコアのカットオフを使用することができる。 図1は、三表現型における典型的な数、待ち時間の進行、およびPCAのトレーニングセッション間でレバーを押すとマガジンエントリの確率を示しますラットは表現型を決定された後。 図2は、PCAのトレーニングセッション間でPCAインデックススコア(セッション4にわたって平均および5)と平均PCA指数スコアの典型的な分布を示しています。両図から分かるように、PCAの動作は、セッション4-5間安定します。

これらのデータに加えて、非CSマガジンエントリすなわち、レバーが後退する試行間間隔の間に実行さマガジンエントリ)も分析することができます。これらのデータは、一部であってもよいです操作が応答トータルコンディショニングに影響を与えるかどうかを決定するのにicularly有用な(単にCS期間中に応答を条件付けていない)、または馴化応答のタイミングを変化させます。このようなペレット検索待ち時間( すなわち 、時間が雑誌に入り、CS期間の後、ペレットを取得するため)、または欠如( すなわち 、CS期間中の任意のCRを実行していない)などの追加分析は、また、個々のニーズに基づいて算出することができます実験。

図1
図1.番号、待ち時間、およびサイントラッカー(STS)、中間レスポンダ(IRS)、および目標トラッカー(GTS)でパブロフの条件付けのアプローチ(PCA)研修の1日5回のセッション間でレバー押しの確率と雑誌エントリ。でこの実験では、雄のSprague Dawleyラット(N = 48;到着時に275〜300グラム)をバリア2(ハーランラボラトリーズから命じられました06)とチャールズ・リバー(障壁C72、R04、およびR09)。平均±SEMとして提示したデータは、 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図2
2(A)パブロフの条件付けのアプローチ(PCA)インデックススコアの分布は、最終的な2 PCAのトレーニングセッション間で平均しました。スコアは、個々のセッション内のすべての試験全体でレバーを押すと雑誌のエントリの数、待ち時間、および確率の偏りを平均化することによってセッションごとに計算されます。 (最後の2 PCAのトレーニングセッションの平均)(B)PCAインデックスのスコアは、表現型サイントラッカー(STS)、中間体(IRS)、および目標トラッカー(GTS)に使用されています。セッション4,5の平均PCAインデックススコアのSTとしてラット(スコアを分類するために使用されています≥0.5)、機関リポジトリ(-0.5 <スコア<0.5)、またはのGT(スコア≤-0.5)。平均±SEMとして提示したデータは、 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

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Discussion

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PCAのトレーニングは、中毒の脆弱性の重要な要素であると主張されてきた馴化手がかりにインセンティブ顕現属性する傾向の個人差を決定するために使用することができます。例えば、以前のSTは、両方の食品や薬の合図6にインセンティブ顕現属性ことが実証されている、と食物と薬物関連の両方の手がかりは、STS 7でへんとう-線条体-視床回路内の類似の脳領域を活性化させます。また、STSが薬物探索行動7,9の合図誘発性復職に対する脆弱性、8より衝動的であり、有害な結果10にもかかわらず、薬物関連の手がかりを求めています。

PCA手順を実行する際に、ラットの選択は、表現型の多様性を最適化する上で重要なステップです。例えば、ラット( 例えば 、ルイスフィッシャーF344)11の近交系におけるPCA行動の獲得に違いがマークされています。でもOU内tbred株式( 例えば 、スプラーグドーリー)は、ベンダー( 例えば 、チャールズリバー対ハーランラボラトリーズ)およびラットを飼育している個々の施設(ローリーすなわち 、チャールズリバーR04とR09施設、間PCA行動の獲得にかなりの異質性が存在しますNC)12。表現型の多様性を高めるためには、SDラットは限り各ラットの正確なソースは慎重に文書化されているように、複数のベンダーや障壁から注文することができます。ラットの年齢や性別も考慮すべきです。例えば、(男性と比較して)(青年と比較して)、大人と女性がより多くの署名追跡行動13,14を表現する傾向があります。

住宅事情とコンディショニングパラメータはPCAの動作の取得時の表現型の多様性の所望のレベルを提供するために、この手順の能力を制限することができることに留意することが重要です。住宅事情、食品の剥奪と社会的孤立のALTに関してはまた、ラット15歳に依存PCA行動の獲得えー。絶食が必要な場合例えば、後続のオペラント条件づけのために)、それはPCA訓練に従って実施されるべきです。また、環境エンリッチメントは、行動追跡サイン減少し、PCAの手順16を実行する際に考慮すべきです。

コンディショニングパラメータもPCA行動の獲得に影響を与える、と私たちは慎重に同等のSTの分布、機関リポジトリ、およびGTSを促進するために私たちのセッションの各パラメータを合わせてきました。例えば、米国にCS提示の持続時間およびその空間的に近接することができます短いCSのプレゼンテーション17と小さいCS-USは18距離が符号追跡行動を促進するように、符号拡張または目標追跡に向かってバイアス動作が。また、CSモダリティは、符号追跡行動の獲得に影響を与えることができます。例では、ラットは容易に鼻を突き出すポートまたは聴覚トーンにトラックに署名しません21,22での行動、追跡サインことが観察されている、ドーパミンに依存しない23の潜在的な薬理学的操作の結果に影響を与えることになります。また、不確実性に報酬を与える( すなわち 、CSプレゼンテーション以下の報酬配信の確率を減少させる)( 例えば 、増加報酬の不確実性バイアスを符号追跡を先端に向かってではなく、近位よりもCSと米国の空間的近接と相互作用することができる符号追跡行動を増加し、 CSS)24,25。最後に、試行間間隔( すなわち 、CSのプレゼンテーションの間の時間)、そしてそれは、固定または可変であるかどうか、26応答条件付け影響を与えることができます。

PCAは、報酬関連行動の他のテストの上にいくつかの明確な利点を提供しています。例えば、PCA Uniquelyインセンティブ顕現と報酬関連の手がかりの予測特性を別々に測定ができます。 PCAの動作は、向精神薬への曝露の実験的交絡を回避しながら、特定の中毒のような行動に脆弱な個体を同定するために使用され得ます。 PCA法の欠点は、上記で概説した変数の多くは、実験対象のPCAの動作に影響を与える可能性があります。結果の再現性を制御するために、実験者のためにほとんど不可能であることができ、そのような遺伝的変異性や商業ベンダーの施設で条件を飼育中の微妙な違いとして、そのうちのいくつか、分散のこれらの多くのソースを占めるに依存しています。また、PCAの行動の神経生物学的基盤は、他の広く研究されている欲求行動のものとして理解されていません。

中毒の脆弱性を調査することに加えて、PCAもvulnerabには個人差を調査するために使用されていますこのような心的外傷後ストレス障害などの他の神経精神障害へのility。例えば、STSが恐怖式27をきっかけとし、拡張された恐怖条件28以下のきっかけと恐怖のインキュベーションを示すために、より脆弱です。したがって、PCA手順は、複数の神経精神障害とも併存疾患 (例えば、依存症及び心的外傷後ストレス障害)のための関連性を有していてもよいキュー指向行動の個人差をモデル化するために使用することができます。また、GTのコカインを求める29以下のコカイン自己投与と恐怖条件27以下の文脈的恐怖表現の文脈誘発性復職に対してより脆弱であることが表示されます。 PCA手順は、より良い精神神経disoに独立した脆弱性の根底にあるかもしれ神経基盤とシグナル伝達経路に調査を知らせることができ、(文脈学習対頭出し)連合学習におけるこれらのユニークなバリエーションを評価するのに有用であるかもしれません個人の独特の亜集団でrders。したがって、PCA手順はインセンティブ文脈処理対頭出し顕著性、および神経精神障害に対する脆弱性には個人差の帰属を調査する行動の潜在的価値のあるアッセイです。

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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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ラットにおけるパブロフ馴化アプローチトレーニング
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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

Fitzpatrick, C. J., Morrow, J. D. Pavlovian Conditioned Approach Training in Rats. J. Vis. Exp. (108), e53580, doi:10.3791/53580 (2016).

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