マウスに求めてオペラントセンセーション

このプロトコルでは、マウスでの強化子として感覚刺激を用いたオペラント学習の方法を説明します。それは事前のトレーニングや食事制限を必要とせず、そしてそれは、食品などの薬理学的または自然的強化子を使用せずに、やる気のある行動の研究が可能になります。

Operant methods are powerful behavioral tools for the study of motivated behavior. These 'self-administration' methods have been used extensively in drug addiction research due to their high construct validity. Operant studies provide researchers a tool for preclinical investigation of several aspects of the addiction process. For example, mechanisms of acute reinforcement (both drug and non-drug) can be tested using pharmacological or genetic tools to determine the ability of a molecular target to influence self-administration behavior^1-6. Additionally, drug or food seeking behaviors can be studied in the absence of the primary reinforcer, and the ability of pharmacological compounds to disrupt this process is a preclinical model for discovery of molecular targets and compounds that may be useful for the treatment of addiction^3,7-9. One problem with performing intravenous drug self-administration studies in the mouse is the technical difficulty of maintaining catheter patency. Attrition rates in these experiments are high and can reach 40% or higher^10-15. Another general problem with drug self-administration is discerning which pharmacologically-induced effects of the reinforcer produce specific behaviors. For example, measurement of the reinforcing and neurological effects of psychostimulants can be confounded by their psychomotor effects. Operant methods using food reinforcement can avoid these pitfalls, although their utility in studying drug addiction is limited by the fact that some manipulations that alter drug self-administration have a minimal impact on food self-administration. For example, mesolimbic dopamine lesion or knockout of the D1 dopamine receptor reduce cocaine self-administration without having a significant impact on food self-administration ^12,16.

Sensory stimuli have been described for their ability to support operant responding as primary reinforcers (i.e. not conditioned reinforcers)^17-22. Auditory and visual stimuli are self-administered by several species^18,21,23, although surprisingly little is known about the neural mechanisms underlying this reinforcement. The operant sensation seeking (OSS) model is a robust model for obtaining sensory self-administration in the mouse, allowing the study of neural mechanisms important in sensory reinforcement²⁴. An additional advantage of OSS is the ability to screen mutant mice for differences in operant behavior that may be relevant to addiction. We have reported that dopamine D1 receptor knockout mice, previously shown to be deficient in psychostimulant self-administration, also fail to acquire OSS²⁴. This is a unique finding in that these mice are capable of learning an operant task when food is used as a reinforcer. While operant studies using food reinforcement can be useful in the study of general motivated behavior and the mechanisms underlying food reinforcement, as mentioned above, these studies are limited in their application to studying molecular mechanisms of drug addiction. Thus, there may be similar neural substrates mediating sensory and psychostimulant reinforcement that are distinct from food reinforcement, which would make OSS a particularly attractive model for the study of drug addiction processes. The degree of overlap between other molecular targets of OSS and drug reinforcers is unclear, but is a topic that we are currently pursuing. While some aspects of addiction such as resistance to extinction may be observed with OSS, we have found that escalation ²⁵ is not observed in this model²⁴. Interestingly, escalation of intake and some other aspects of addiction are observed with self-administration of sucrose²⁶. Thus, when non-drug operant procedures are desired to study addiction-related processes, food or sensory reinforcers can be chosen to best fit the particular question being asked.

In conclusion, both food self-administration and OSS in the mouse have the advantage of not requiring an intravenous catheter, which allows a higher throughput means to study the effects of pharmacological or genetic manipulation of neural targets involved in motivation. While operant testing using food as a reinforcer is particularly useful in the study of the regulation of food intake, OSS is particularly apt for studying reinforcement mechanisms of sensory stimuli and may have broad applicability to novelty seeking and addiction.

1。強化子として様々な視覚と聴覚刺激を用いたオペラントテストセッションを実行するプログラムを書く

1. 固定比率（FR）セッションの場合：家の光とファンセッション中にオンにして長さが1時間のセッションを行います。プログレッシブ比セッションでは、セッション二時間の長さにしてください。両方のレバーがレバーが動物（各動物のレバーの割り当てが変化しない）を介して"アクティブ"対"非アクティブ"に指定されているセッションと、カウンターの期間延長がある。
2. 各補強剤は、以下のパラメータに応じて変化するような方法でプログラムをコーディングしてください。
   • 2、4、6、または8秒：各補強剤は、ランダムに選択された以下の期間のいずれかを持っています。
   • 0.625、1.25、2.5、または5 Hzの、50％デューティサイクルの各：各補強剤は、ランダムに選択された以下の刺激ランプのフラッシュ率を誇っています。
   • 各刺激のランプの点滅は、左または室の右側のいずれかにランダムです。
   • 補強剤の持続のための聴覚刺激を提供する、我々の研究室では、我々は、チャンバー内のバックグラウンドノイズより音が約3 dBを提供する輸液ポンプをトリガします。
3. 1：リアルタイムで次の値を表示するプログラムをコーディングしてください。アクティブレバーを押すと、数2。非アクティブなレバーを押すと、数3。強化子の数、4。時間（0.1秒単位）。

2。動物を扱う（3日目の手順）

1. 動物施設への順化の後、動物を取り扱う始める。これは、ピックアップと搬送されるために動物を慣らすになります。
2. ケージの中に手袋をはめた手を置き、それらを90秒間座ってできるようにすることで起動します。すべてのマウスは、その時点であなたの手を調査していない場合は、ゆっくりマウスに向かって手を移動し、それぞれのにおいを嗅ぐと/または続行する前に、あなたの手に連絡するのを待ちます。
3. 慎重に尾の付け根でいずれかによって、それぞれのマウスのものをピックアップし、すぐにそれを持ち上げ、マウスがケージに戻ってあなたの手のウォークオフにできるように戻すこと、それをもたらす、あなたの手の上に置きます。
4. マウスの態度に応じて、それぞれのマウスの5〜10倍のために繰り返します。これが行われ、最終的な時間、日によっては、一定の期間（それはあなたの手に立って）、マウス高を保持。 1日目：5秒、2日目：10秒、3日目：15秒。各マウスは、毎日のためにこの基準を満たしていることを確認します。 1日目に、ケージの間に手袋を変更する。
5. 動物の背中ストローク、2日目に始めてマウスがあなたの手にある間。また、2日目に、毎日の動物をひょう量を開始。被験者数を示すために、シャーピーと各動物の尾をマーク。
6. 注射が実験中に与えられる場合、2日目に注射してマウスをhabituating始める。ケージ内のすべてのマウスの処理と日の基準を満たされている後にこの操作を実行する必要があります。

3。クリーンと試験装置

1. お湯で底のフライパンを洗う。
2. 30％エタノールでオペラントチャンバー壁と床を清掃してください。
3. 家の光、ファン、および刺激のライトが点灯するテストプログラムを実行し、レバー、およびレコードのレバーを押すを拡張します。
4. すべてのライトとファンが正常に動作していることを確認し、すべてのレバーを押すが記録されることを保証するプログラムをテストします。
5. 30％エタノールでレバーを清掃してください。

4。オペラントセッション（セッションは、一日の同じ時間に5-6日/週でなければなりません）を実行

1. 各マウスの重量を量る。
2. 各チャンバーにプログラムをロードし、適切に実験に注釈を付ける。アクティブレバーは、動物（すなわち、アクティブレバーをマウスの半分を左レバーに割り当てられている、右レバーは、他の半分のためにアクティブになっている）との間で相殺されるはずですが、マウスマウスがされた後、アクティブレバーの側は決して変更されません割り当てられた。
3. 、その指定されたチャンバーに各マウスの搬送室を閉じて、セッションを開始します。
4. セッションの終了後、速やかにマウスを削除し、尾を再マーク。
5. セクション3で説明したクリーンチャンバー。
6. アクティブと非アクティブのレバーを押すの数のデータを分析する。的強化及び/またはレバーの精度（％アクティブレバーを押す）の数も報告することができます。マウスはOSSに対する治療の効果をテストすることを予定している場合、テストするすべてのマウスは、買収の基準を（例えば、> 20アクティブレバーを押すと、最後の3つのFR -​​ 1のセッションのための> 65％の活性レバーを押す満たしていることを確認）は、前治療を開始する。
7. FR - 1が応答の取得後に、強化スケジュールは、（例えば、より高い固定比率、プログレッシブ比、ランダム比、等）を変更することができます。

5。代表的な結果

雄のC57BL/6JマウスによるOSSの取得の例を図^1（23から再生）に示されています。対照マウスは、どちらかのレバーのレバーを押したがないconseがなかったことを除いて、同一の条件を受けquence。マウスの別のコホートを図2に示されています。別のグループは、食品の強化を受信しながらこの実験では、マウスの一つのグループは、OSSの補強を受けた。我々は、食品への随意アクセスの条件の下で、応答の両方の固定と進歩的な比率はOSSと（図2、およびB）を確認して10％応答の間で類似していることを発見した。これは、飢餓状態や応答速度の違いから生じる潜在的な困惑を避ける二つの異なる補強タイプ（感覚と食べ物）で操作を効果的に比較することができます。

図1：OSSのマウスとコントロールでレバーを押すと非アクティブのレバーを押したときには結果を持っていないながら、OSSのマウスは、それぞれのアクティブなレバープレス（補強のFR - 1スケジュール）は、次の変化、視覚と聴覚刺激を受けた。対照マウスは、同じ条件を施行したが、どちらかレバーを（レバーがアクティブと非アクティブのレバーがOSSのマウスのために相殺されているのと同じ方法で、動物を介して1と2を表記していると相殺されている）を押すことのない結果はありませんでした。 OSSのマウスで押してアクティブレバーが押して非アクティブレバーに相対的に増加した（* P <0.05、** P <0.01）およびコントロールでキーを押す非強化レバーへ（N = 7 8、$ P <0.05、$ $ P <0.01 ）。 ^23日から再現図。

図2：食品の応答OSSのマウスとマウスでレバーを押す A.）マウスでは、OSSの刺激や食物の補強剤（10％を確認してください）のための補強のFR - 1のスケジュールで答えた。すべてのマウスは実験の間、食品への広告libidumのアクセスを持っていた。 B.）は、FR - 1セッションの後、マウスに5日間の強化のプログレッシブ比（PR）のスケジュールで進めていた。データは日4および各動物の5つの値の意味を表します。完成した最終的な比率は、Y軸の右側に報告し、対応する強化因子（つまり30の応答はまで9の強化子を獲得した後、10 ^番目の強化子を得るために必要とされる）を得るために必要な応答の数を参照します。

求めているオペラント感覚は、マウスが好きな動物である静脈内薬物自己投与する代わりに使用すると便利です。手術もカテーテルの維持管理のいずれも必要になる、ということは、これらのマウスにおいて重要な技術的なハードルであるため、有利である。それは、食品など他の自然な強化子とは別の補強の側面を測定することがありますので、OSSにも魅力的です。

それはマウスの行動措置が異なる環境条件²⁴を介して高度に可変できることに注意することは有用である。この問題は、OSSの私達の自身の研究室で生じている。プロシージャが最初に特徴付けされたとき、動物は、高トラフィックと一日中それで働く人々の多数を持っていた施設に収容された。この時間の間に、マウスは"通常の"光周期（：;〜0800から1400を実行する実験を0600から1800時間点灯）に収容された。ヴァンダービルト神経行動学研究室内の専用住宅の施設に移動した後、我々は、OSSの進歩的な比率のパフォーマンスは、我々は以前に観察していたよりもはるかに低いことがわかった。応答は、代わりに安定した残りの5日間にわたって減少した。この施設は、はるかに少ないのトラフィックを持っており、人員は、静かに動作すると施設で行った実験の敏感な性質を認識する訓練を受けています。私たちは、以来、実験の時間中に覚醒を促進する光周期にマウスを調整している（点灯：1500から0300時間、実験の実行〜0800から1400時間）とOSSの性能は、我々が以前に注目したものに戻ってきた。

以下は、OSSの実験のための私達の標準的な条件の説明です。雄のC57BL/6Jマウスは、ジャクソン研究所から3週齢（バーハーバー、ME）で発注し、実験前少なくとも1週間、修正された光のサイクルに収容されています。動物は、セルロースの少量（フレッシュケア）を添加したコーンコブの寝具の2-5のグループに収容されています。実験は週5-6日で実行され、ケージの変更は、実験なしで前日に行われる。これらは私たちの標準的な条件であるが、我々は女性と高齢マウス（最大20週間）もOSSを取得することが可能であることを見出した。我々は現在、OSSの性能に影響を及ぼす可能性のある他の変数を検討している。それは、静的な視覚刺激は、マウス¹⁷での強化子としての能力がある、それは我々と他の人が現在の状況で増加補強に^20,22,23リードを採用していることの刺激のダイナミクスを向上させるのアプローチかどうか不明であることが知られているが、 。 OSSに影響を与える可能性のある別の変数には、マウス系統です。系統差は、行動と神経学的措置を^{25から29まで}の様々なマウスに記載されており、食品の応答の差のOSSのパフォーマンスとオペラントはこの行動の遺伝的基盤への洞察を提供することがあります。

このプロジェクトは、NIHの助成金DA19112（DGW）とDA026994（CMO）によってサポートされていました。イラストは、キャサリン心苦しくによって提供されていました。実験は、ヴァンダービルトマウス神経行動学研究室で行った。