Порядок Роман для оценки подкрепляющих свойств Tastants у лабораторных крыс: Operant Интраоральная Самоуправление

Данное исследование оценивает процедуру роман для оценки подкрепляющие эффекты аппетитных решений в лабораторных крыс: внутриротовая самоуправления. С этой целью оперантный отвечать на запросы (то есть рычаг нажатием) для внутриротовой инфузий сладких растворов при различных концентрациях измеряли на непрерывных и прогрессивных соотношениях графиков армирования.

Эта статья описывает новый метод для изучения био-поведенческая основу пристрастия к еде. Этот метод сочетает в себе хирургическую составляющую вкус реактивности с поведенческими аспектами оперантного самоуправления наркотиков. При очень короткой общей анестезии крысам имплантируют с внутриротовой (IO) канюли, что позволяет доставку испытуемых растворов непосредственно в полости рта. Затем животных испытания в рабочих камерах самоуправления посредством чего они могут нажать на рычаг, чтобы получить IO настои испытуемых растворов. IO самоуправление имеет ряд преимуществ перед экспериментальных процедур, которые связаны с питьевой раствор из носиком или оперантного отвечая на твердые гранулы или растворов, поставляемых в емкости. Здесь показано, что IO самоуправления могут быть использованы для изучения самовведения высокий кукурузный сироп фруктозы (ГФУ). Крысы были впервые испытаны для самостоятельного управления на прогрессивное отношение (PR) графику, который оценивает максимальную сумму орerant поведение, которое будет выделяться для различных концентраций HFCS (т.е. 8%, 25% и 50%). После этого теста крыс самоуправляющиеся эти концентрации на режим непрерывного подкрепления (т.е. один инфузии для каждого рычажного пресса) в течение 10 последовательных дней (1 сеанс / день, каждый продолжительностью 3 ч), а затем они были повторно на графике PR . При режиме непрерывного подкрепления крысы взял меньше вливания более высоких концентрациях, хотя низкая концентрация ГФУ (8%) поддерживается более переменную самоуправление. Кроме того, PR тесты показали, что 8% имели более низкий усиливающий значение, чем 25% и 50%. Эти результаты показывают, что IO самоуправление может быть использован для изучения приобретению и сохранению в ответ на сладких растворов. Чувствительность оперантного ответ на различия в концентрации и графика арматуры делает IO самоуправления идеальным процедура для расследования нейробиологию добровольного потребления ое сладости.

Изучение нейробиологических и поведенческих основе пристрастия к еде опирается на наблюдения, что, как и в наркотики, чрезмерное потребление аппетитных продуктов способствует поведенческую зависимость ^1-4 и индуцирует изменения в мозговых вознаграждение схем в обоих людей ^5-6 и лабораторного животные ^7-8. Но, в то время как существует несколько протоколов и процедур для изучения привыкание свойства наркотики в лабораторных крысах, адаптации этих методов для оценки "привыкание" поведения, вызванные пищи представляет уникальные задачи. Целью настоящего исследования было применять принципы оперантного внутривенного (IV) наркотиков самоуправления к исследованию оперантного самоуправления сладких решений, поставляемых внутриротового (IO) инфузии. Сладкий занятых был высокий кукурузный сироп фруктозы (ГФУ), потому что, хотя спорно, есть свидетельства, что ГФУ может быть связано с современной эпидемии ожирения ^9-12.

Традиционно IO настои поставляются изучить вкусовые качества Tastants во вкусовых экспериментов реактивности ^13. Вкратце, канюли IO имплантируется в щеку крыс и IO вливаний различных растворов пассивно доставлен ^14. Цель состоит в том, чтобы изучить орофациальных реакции животных на Tastants. Тем не менее, IO канюли также были имплантированы хронически в небе крыс, чтобы определить, будут ли они научиться нажимать на рычаг, чтобы самостоятельно Настаивать решений непосредственно в их полости рта; отсюда термин IO самостоятельно инъекции ^15-17. В текущем исследовании, мы описываем процедуру, которая использует небольшую операцию и который позволяет долгосрочное оперантного тестирование самоуправления. Эта процедура имеет несколько существенных преимуществ по сравнению с традиционными процедурами, которые включают питьевой раствор с носиком (а), или оперантной реагировать на твердые гранулы (б) или оперантный отвечать на капли жидкости, подаваемой в сосуде(С).

По сравнению с (а), И. О. самоуправление предполагает оперантного ответ (т.е. нажатие на рычаг) и, следовательно, можно изменить расписание, регулирующий отношения между требованиями реагирования и доставки IO вливаний. Например, при использовании прогрессивной отношение (PR) график, в результате чего ответы, необходимые для последовательных инфузий экспоненциально увеличить в сессии ^18, можно оценить, насколько животное "хочет" следующий настой ^19. Этот важный аспект "Поиск" поведение не может быть оценена, когда животные пьют решение из носика, если специальный аппарат, который управляет доставку жидкости и контролирует ответов не используется ^20. Кроме того, И. О. самоуправление обеспечивает среднее для сравнения поведения на почве различных усиливающих раздражители. То есть, можно сравнить оперантного ответивших поддерживается сладостей и других подкреплений, таких как наркотики втак называемые "замещение исследования".

По сравнению с (В), IO самоуправление позволяет тестировать любой концентрации и любой объем любой водорастворимый пищевой добавки. Это имеет решающее значение для изучения поведения на почве сладостей, таких как ГФУ, потому что, насколько нам известно, не существует коммерчески доступные твердые гранулы из фруктозы или комбинации фруктозы-глюкозы в различных соотношениях, что будет одним из рабочих камерах. Кроме того, важность контроля и манипулирования отношения концентрации / громкости является обязательным в экспериментах, где потребление можно модулировать как по калорийности раствора (ведущей к питательной конкретных сытости) и на сколько этого раствора может быть использовано в течение заданного период времени (то есть полноты) ^21. IO самоуправления также сокращает задержку между оперантного реагирования и доставки первичного подкрепления, фактор, который играет важную роль в приобретении и техническомурезонанса оперантного поведения ^16,22-23.

Наконец, по сравнению с (с), И. О. самоуправления позволит поставлять пассивных IO вливаний контролируемых количествах исследуемого раствора, и это дает возможность для измерения орофациальных ответы "вкусу" (объективный гедоническое реакции, такие как языка выступов ^{24 -25)} и является ли изменить эти ответы в ходе IO самоуправления. Кроме того, способность управлять пассивные настои IO имеет значительные приложения для изучения рецидива продовольственной помощью. То есть, в исследованиях IV наркотиков самоуправления, после периодов вымирания, простые наркотиков (т.е. введение небольшой дозы препарата ²⁶⁾ может "восстановить" отвечая ^27-28. Таким образом, способность доставлять IO настои без каких-либо действий со стороны животного может быть использован для изучения «пищу» инициирован возобновление договора, а также потенциальную кросс восстановления между едой ипсихоактивные вещества.

IO самоуправления сладких решений также предпочтительно IV и внутри желудка самоуправления. На самом деле, хотя IV вливания фруктозы в людей и лабораторных животных производить физиологические последствия, аналогичные тем, которые наблюдаются после перорального потребления ^29-31, это плохой модель того, как конфеты, как правило, потребляется (т.е. устно). Кроме того, вкусовые сигналы, создаваемые жевания придают важную информацию о вкусовых качеств пищи, и, когда этот этап процесса пищеварения опущен, развитие дезадаптивных поведения, таких как переедание сводится ^32-33.

1. Уход животных и жилищного

Все эксперименты утверждаются по уходу за животными комитета университета гвельфов мимо, и осуществляются в соответствии с рекомендациями Канадского совета по уходу за животными. Данное исследование включает в себя 22 взрослых мужчин Спрэг Доули (Charles River, КК) весом 200-225 г в начале эксперимента.

1. Холост крысы дома и поддерживать их на обратном цикле свет / темнота (7:00 утра OFF - 7:00 вечера ON) с свободном доступе к пище и воде если не указано иное, или во время тестирования поведения, которое происходит во время активной цикла.
2. Приучить крыс В комнате и человеческой обработки взвешиванием ежедневно в течение одной недели до операции.

2. Интраоральная Катетеризация Хирургия: Материалы и процедуры

Внутриротовая (IO) хирургии и материалы описаны в Limebeer др. ^14.

1. Чтобы строит. канюли И.О., вырезать кусок полиэтилена пластиковых труб до приблизительно 130 мм в длину (внутренний диаметр 0,86 мм и наружным диаметром 1,27 мм).
2. Трубка быть обеспечено в ротовой полости требует фланцевый конец (~ 5 мм в диаметре). Создание этого фланцами нагреванием конец трубки с паяльником в течение 2-5 сек и затем быстро выравниваться нагретого край трубки с плоской поверхности. Cut хирургической сетки диск (приблизительно 6-7 мм диаметр, чтобы соответствовать вокруг диаметра фланца канюли) и нить его на длине трубы, пока диск не упирается в заднюю часть фланцевого конца канюли ввода-вывода.
3. Для каждого IO канюли, вырезать еще одну хирургическую диск сетки (8 мм в диаметре) и три квадраты резинке (6 мм х 6 мм; см. рисунок 1).
4. Стерилизовать канюли IO, хирургические диски сетки, и упругие квадраты в качестве антибактериального решения в течение как минимум 24 часов до операции.
5. До операции, аutoclave все хирургические инструменты и дезинфицировать операционного поля. Между операций, использовать в бисер стерилизатор для стерилизации инструментов, и носить сетку для волос, нитриловые перчатки и хирургические маски для поддержания асептических условий.

Обезболивание и анестезия

6. Примерно за 30 мин до операции администрирования подкожной (SC) инъекции антибиотика Depocillin (0,33 мг / кг) и обезболивающее Мелоксикама (5 мг / кг SC).
7. Общей анестезии с использованием изофлураном (4% индукции и 3% обслуживание).
8. После того, как крысы реагируют на носок крайнем случае, и до внесения каких-либо разрезов, использовать хлопок тампоном для администрирования местный анестетик вдоль внутренней левой щеке крыс, где канюли для имплантации, и ввести местный анестетик, такой как лидокаин НСl при сайт разрез для биопсии иглы (основание шеи) и головкой (скальпа).
9. Применение смазочного глазную мазь на обоих глазах до начала всплескары.

Хирургические процедуры

10. Бритье 10 мм х 10 мм патч волос у основания шеи. Используйте стерильные сеток тампоном и очистить бритая область в следующем порядке: антибактериальное мыло, изопропиловый 70% алкоголя, и Betadine.
11. Вставка 15 G иглу из нержавеющей стали на основании шеи и переместить его подкожно вокруг уха в левую щеку. Поместите кончик иглы и передать его через щеку позади первого моляра внутри полости рта.
12. Передайте канюли IO через кончик иглы, выступающей из полости рта, а затем извлеките иглу оставив только канюли IO.
13. Автор одного хирургического диск сетки следуют три квадратных упругих дисков на внешней части канюли IO и привлечь их к открытой кожи на задней части шеи, чтобы стабилизировать его.
14. Промойте канюли IO с антибактериальным полосканий рта
15. До начала операции, изменять нейлоновой болт(28 мм длина, 4 мм точка; 8 мм головки), чтобы удалить голову и вырезать 2 мм паз по всей длине нити (см. рисунок 2).
16. Бритье 10 мм х 20 мм полоску волос вдоль средней линии головы. Используйте стерильные сеток тампоном и очистить бритая область в следующем порядке: антибактериальное мыло, изопропиловый 70% алкоголя, и Betadine.
17. Используйте хирургического скальпеля сделать 20 мм длинный разрез вдоль стреловидного шва в. Используйте ручная дрель, чтобы сделать 4 отверстия (2 на каждой стороне шва) и использовать ручные отвертку, чтобы обеспечить четыре ювелиров винты к черепу.
18. Поместите болт в центре четырех винтов ювелиры с канавкой, расположенной по направлению к задней части животного. Установите болт с черепом крысы путем создания headcap зубным цементом (использовать достаточное стоматологического цемента для покрытия поверхности винтов ювелиров). Разрешить зубной цемент высохнуть, прежде чем снимать животное от операционного поля и прекратить наркоз.

19. Индивидуально дом крысы в ​​пластовых клетках сразу после операции и внимательно следить в течение 24 часов.
20. Администрирование вторую инъекцию обезболивающего Мелоксикам 24 ч после операции и промойте канюли IO с антибактериальным полосканий рта один раз / сут в течение трех дней.

Дайте крыс 3-5 дней, чтобы оправиться от операции до начала эксперимента.

3. IO Процедуры само-администрирования

Аппарат

Для самоуправления, оргстекла рабочих камерах кондиционирования используются, и каждая камера заключена в большем фанерный ящик звуковой смягчающих. Каждый оперантного камеры кондиционирования есть дом свет (28 V) и двумя выдвижными рычаги (активные и неактивные), расположенный на противоположных сторонах камеры, 8 см над полом. Активный рычаг соединен с инфузионный насос, расположенных аутовязь звукоизоляционных камера и белый свет (28 Вт) расположен в 3 см выше него, чтобы служить в качестве стимула света в паре с доставкой IO вливаний. Неактивным рычаг служит для контроля за исходным, nonreinforced оперантного поведения; нажатие этой рычаг не имеет никаких последствий, но все машины записаны.

Еда

1. Обеспечение крыс со стандартным крысиным кормом (3,1 ккал / г) в клетках, где их.
2. Развести высокий кукурузный сироп фруктозы (55% формула) в трех различных концентрациях (8% = 0,026 kcal/80 мкл инфузии; 25% = 0,08 kcal/80 мкл инфузии; 50% = 0,17 kcal/80 мкл инфузионных) с помощью обратного осмоса воды. Эти концентрации выбраны потому, что каждый производит вязкость, подходящую для доставки быстрого вливания (2,5 сек) ввода-вывода, данные экспериментальный аппарат (т.е. диаметр шприцы и трубы).

Питание лишение

Для того чтобы облегчить приобретениеIO самоуправление, а способствуют нормальному росту, крысы циклически через периоды лишения пищи и вволю доступ к стандартной крысы чау.

3. Взвешивание крыс ежедневно в 7 часов вечера и удалить чау от кормушки клетки.
4. На следующий день, весят крыс в 12:00 (примерно 18 ч позже) и начать IO самоуправление на 1:00 вечера.
5. Вернуться крыс в их клетки в 4:00 вечера и обеспечивают объявлений доступ без ограничений к чау в течение 3 последовательных часов. Затем записать вес крыс и общее количество потребленной кормом в течение трех часов. Резюме нехватку продовольствия, как описано.

Генеральный IO процедура самоуправления

Operant отвечать на IO вливаний ГФУ оценивается по связям с общественностью и непрерывных графиков подкрепления. Крысы испытывают в IO самоуправления пока потребление не является стабильной, как определяется по формуле: 1) значительного различия в реагировании между активным и INACTive рычаги не менее 2 последовательных сессий, и 2) менее 20% разброс в количестве настоев заработанных за сессию на 2 последовательных сессий. Каждая сессия начинается 6 ч в темную цикла и длится 3 часа. Фаза приобретения состоит из 10 сессий подряд самоуправления IO на режим непрерывного подкрепления, и крысы получения разового PR тест через 24 часа до начала приобретения (тест PR I) и 24 ч после заключительной сессии приобретения (PR Test II). Для PR-тестов, точка останова (BP) определяется как последней инфузии, полученные до прекращения реагирует на активный рычаг по крайней мере 1 ч. ^18.

6. Автопогрузчик крыс на основе весов, взятых в течение трех дней до начала эксперимента и назначить крыс самовведению один из трех концентраций ГФУ: 8%, 25%, или 50%.
7. Взвешивание крыс в 12:00 и передавать их из колонии номер в комнату тестирования в их клетках. Для удаления остатков пищи или beddiнг, которые могут накапливаться в канюлю ввода-вывода, насос воздух через канюлю с помощью 12 мл шприц с фиксированной 16 G иглу с 50 мм полиэтиленовой трубки (внутренний диаметр 1,14 мм и наружным диаметром 1,57 мм), прикрепленных к концу.
8. В оперантного камеру, подключить канюли IO в Tygon трубки (внутренний диаметр 0,02 мм и наружным диаметром 1,53 мм) с помощью вала, изготовленные из модифицированного 20 г иглы (снять пластиковую втулку и скошенный наконечник). Установите нижнюю часть трубки (т.е. ближе к животному) в рощи болта. Чем выше часть трубки соединен с поворотным, и защищены с помощью пружины. Подключите базу весной на резьбу болта, установленного на голове крысы.
9. Дайте крыс пять минут, чтобы акклиматизироваться к оперантного камеры, а затем начать самоуправления сессии IO. Самоуправления сессия IO начинается с активацией дом свет, вход из двух выдвижных рычагов и освещениясветовой раздражитель над активным рычагом в течение 30 сек.
10. Для заменяемого Test I, используйте график PR описанный Ричардсон и Roberts18 (соотношение ответ эскалации = (5 е ^{(число инъекций х 0,2))} - 5).
11. Для сеансов сбора 1-10, использовать непрерывный график подкрепления которой каждое нажатие на активных результатов рычаг в доставке 80 мкл инфузии исследуемого раствора более 2,5 сек.
12. Чтобы обеспечить достаточное время для приема внутрь, наложить тайм-аута 27,5 сек, в течение которого активно рычаг убирается и стимул света активируется (т.е. крысы могут получить вливание IO каждые 30 сек). Не наложить ограничение на количество настоев, получаемых в рамках каждого самоуправления сессии IO.
13. Если крыса не сделать ответ на активный рычаг в течение 20 минут подряд, премьер-крыса (открыть оперантного камеры и облегчить крысу, нажав один раз на активный рычаг). Премьер животные каждые 20 мин до 5x/session дюзвонить в первые три дня только приобретения.
14. Администрирование второе испытание PR, используя параметры, описанные в шаге 3.10.
15. После ввода-вывода сессий самоуправления, удалить крыс из рабочих камерах, промойте канюли IO с 2,0 мл воды, используя те же материалы, описанные в п. 3.7, и вернуться крыс в родную клетку в колонии номер.
16. После трех часов свободном доступе к крысы чау, вес крысы в 7:00 вечера, удаления остатков пищи из кормушки, и возобновить нехватку продовольствия.

Данные само-администрирования анализируются с помощью двухфакторной повторных измерений Анализы дисперсии (ANOVA). Несколько сравнения с использованием метода Стьюдента-Ньюмана-Keuls (α = 0,05) были использованы для изучения любых значимых взаимодействий или основные эффекты.

Приобретение IO самоуправления

Рисунок 3 представляет оперантного отвечая на активных и неактивных рычагов во самоуправления 8%, 25%, или 50% ГФУ в течение 10 сессий подряд. Крысы приобрести IO самовведения ГФУ в течение первых трех сессий и поддержания стабильного активное рычаг отвечать на запросы (как описано выше) в течение оставшейся части приобретения. Концентрация зависит от различий в ответах активных рычаг также очевидны: по сравнению с 25% в ответ значительно ниже у крыс самоуправляющиеся 50% ГФУ. Самый низкий испытания концентрация (8%) утверждает, промежуточный уровень оперантного ответивших характеризуется более высокой индивидуальной изменчивости в потреблении.

Прогрессивные испытания соотношение

Активные ответы рычаг и ВР на PR испытаний представлены на рисунках 4 и 5, соответственно. На тесте I, есть скромная отвечать на всех концентрациях ГФУ. Тем не менее, различия между группами выходят на испытания II с более высокие концентрации порождающие более отвечать на запросы и высокие БП.

Рисунок 1. Полный IO канюля с фланцами, сетка диска (слева) с дополнительными упругими и сетки дисков, необходимое для обеспечения канюли после имплантации (справа).

Рисунок 2. Нейлон болт до модификации (слева). Нейлон болт (справа) после замены головки и добавлением 2 мм паз вдоль длины нити.

es/ftp_upload/50956/50956fig3highres.jpg "Первоначально" / files/ftp_upload/50956/50956fig3.jpg "/>
Рисунок 3. Среднее (SEM) количество активных и неактивных ответов рычага, сделанных крыс, ответивших на режим непрерывного подкрепления 8% (N = 6), 25% (N = 8) или 50% (N = 8) с высоким содержанием фруктозы кукурузный сироп. одноместные и двухместные звездочка представляет значительные групповые различия в активных ответов рычага между крысами самоуправляющиеся 25% и 50%, и 25% и 8%, соответственно (р <0,05).

. Рисунок 4 Среднее (SEM) количество активных ответных рычага крысами, ответивших на графике PR 8%, 25%, или 50% HFCS Крысы были испытаны два раза по графику PR;. До (PR Испытанием I) и после ( PR Тест II) реагирует на тот же сотрудничестваncentration ГФУ в течение 10 дней с момента IO самоуправления на режим непрерывного подкрепления. Сингл звездочка означает значительную разницу в активных ответов рычага между PR Test I и PR Test II. Двойной звездочка означает значительные групповые различия в активных реакций рычага в сравнении с 8% (р <0,05).

Рисунок 5. Среднее (SEM) останова достигается крыс ответивших на PR 8%, 25%, или 50% ГФУ. Единственная звездочка указывает на значительное различие в активных ответов рычага между PR Test I и PR Test II. Двойная звездочка означает значительные групповые различия в активных реакций рычага в сравнении с 8% (р <0,05).

Данное исследование иллюстрирует подход роман для оценки подкрепляющих свойств сладких решений, комбинируя методы традиционно используемые для изучения поведения на почве наркотиков, вызывающих зависимость (внутривенное оперантного самоуправления) и оценить вкусовые качества Tastants (вкус реактивности через инфузиям). С этой целью под очень короткий изофлуран, вызванной анестезии крысам имплантируют канюлю с IO, что позволяет для доставки испытуемых растворов непосредственно в рот. После восстановления после операции, животные испытаны в рабочих камерах самоуправления посредством чего они могут нажать на рычаг для получения ввода-вывода инфузии испытуемых растворов.

Используя процедуру самоуправления IO мы установили, что: 1) крысы приобрести и сохранить IO самоуправление различных концентраций ГФУ; 2) крысы корректировать свое поведение самоуправления в соответствии с различными концентрациями ГФУ и 3) выше concentratio нс ГФУ порождают выше отвечая по расписанию PR от самоуправления.

Эти результаты ясно показывают, что IO поведение самоуправления регулируется после ingestional последствий ГФУ. На самом деле, на режим непрерывного подкрепления крысы взять меньше вливаний, когда концентрация выше (сравните 25% и 50% на рисунке 3). Кроме того, низкая концентрация ГФУ (8%) поддерживает переменную самоуправление на режим непрерывного и тест PR показывает, что 8% имеет более низкую усиливающий значение по отношению к 25% и 50%. Эти модели поведения тесно зеркало тех, которые наблюдаются, когда крысы самостоятельно администрировать различные дозы наркотики ^34-36. Это первое исследование, чтобы продемонстрировать интраоральную оперантного самовведения высокий кукурузный сироп фруктозы в лабораторных крысах, и установить, что поведение самоуправления контролируется питательных последствий этой конкретной сахара.

Процедура самоуправления IO предлагает новый и инновационный подход к решению важных вопросов относительно neurobioloческие и поведенческие основой пищевой зависимости. Во-первых, ясно, что фактором, способствующим избыточного веса и ожирения является чрезмерное потребление продуктов, которые рафинированных с добавками, такими как подсластители для повышения вкусовой привлекательности ^1-4. Есть несколько подсластителей, которые обычно используются в продуктах питания, отличающихся по структуре и, следовательно, калорийность и вкус ^37. Роль этих различий в развитии чрезмерного потребления могут быть изучены систематически используя IO самоуправление. Во-вторых, наличие привыкание продуктов не может быть единственным фактором, определяющим чрезмерного самоуправления; как в случае наркотики, индивидуальные различия / уязвимости должны также играть роль ^38-39. IO самоуправления, из-за его активной и измеримой поведенческий компонент, может определить уязвимые фенотипы и, следовательно, позволяют расследование основных генетических и эпигенетических различий. В-третьих, IO самоуправление может поддерживаться в течение длительных периодов времени, поэтому аллокрыло расследование нейробиологических коррелятов добровольного потребления аддиктивного питания и диеты вызванных ожирением. В-четвертых, IV и IO исследования самоуправления могут выполняться параллельно, чтобы определить общие нейробиологические факторы, которые участвуют в регуляции потребления и рецидива компульсивное награды поисков. И, наконец, снова из-за его активной и измеримого поведенческого компонента, IO самоуправление могут быть использованы для тестирования новых фармакологические подходы, чтобы уменьшить чрезмерное потребление очень вкусной пищи.

Авторы, не имеющие ничего раскрывать.

Эти исследования были поддержаны грантами от естественных наук и инженерии исследовательского совета в Канады (NSERC) до FL и канадской Высшей стипендии (CGSD) из NSERC до AM.L.