Summary

רומן נוהל להערכה על מאפייני חיזוק של Tastants אצל חולדות מעבדה: ממשל עצמי intraoral אופרנטית

Published: February 06, 2014
doi:

Summary

המחקר הנוכחי מעריך הליך חדשני להערכת השפעות חיזוק של פתרונות טעימים בחולדות מעבדה: ניהול עצמי intraoral. לשם כך, בתגובה אופרנטית (כלומר ידית לחיצה) לחליטות intraoral של פתרונות מתוקים בריכוזים שונים נמדדה על לוחות זמנים של יחסים מתמשכים והדרגתיים של חיזוק.

Abstract

מאמר זה מתאר שיטה חדשה ללימוד הבסיס ביו ההתנהגותי של התמכרות לאוכל. שיטה זו משלבת את המרכיב כירורגית של תגובתיות טעם בהיבטים התנהגותיים של ממשל עצמי אופרנטית של תרופות. תחת הרדמה כללית קצרה מאוד, חולדות מושתלות עם צינורית intraoral (IO) המאפשרת אספקה ​​של פתרונות בדיקה ישירות בחלל הפה. אז בעלי חיים נבדקים בתאי אופרנטית ממשל עצמי לפיה הם יכולים ללחוץ על ידית כדי לקבל חליטות IO של פתרונות בדיקה. יש ממשל עצמי IO מספר יתרונות על פני הפרוצדורות שכרוכות בשתיית תמיסה מזרבובית או אופרנטית להגיב לכדוריות או פתרונות נמסרו בקיבול מוצק. כאן, אנו מראים כי ממשל עצמי IO יכול להיות מועסק על מנת ללמוד מנהל עצמי של סירופ התירס העתיר פרוקטוז (HFCS). חולדות נבדקו ראשונה לממשל עצמי על פי לוח זמנים יחס מתקדם (PR), אשר מעריך את הסכום המקסימאלי של אופהתנהגות erant שיהיה נפלטת לריכוזים שונים של HFCS (כלומר 8%, 25%, ו50%). בעקבות בדיקה זו, חולדות למילוי עצמי ריכוזים אלה בלוח זמנים מתמשך של חיזוק (כלומר עירוי אחת לכל מנוף לחץ) ל10 ימים רצופים (מושב 1 / יום, כל 3 שעות שנמשכו), ולאחר מכן הם היו להערכה מחדש בלוח הזמנים של יחסי הציבור . בלוח הזמנים של חיזוק הרציף, חולדות לקחו פחות חליטות של ריכוזים גבוהים יותר, אם כי הריכוז הנמוך ביותר של HFCS (8%) שמר על ממשל עצמי משתנה יותר. יתר על כן, בדיקות יחסי הציבור גילו כי 8% ערך חיזוק נמוך מ25% ו50%. תוצאות אלו מצביעות על כך שממשל עצמי IO יכול להיות מועסק על מנת ללמוד רכישה ותחזוקה של להגיב לפתרונות מתוקים. הרגישות של התגובה אופרנטית להבדלים בריכוז ואת לוח זמנים של חיזוקים עושה IO מנהל עצמי הליך אידיאלי לחקור נוירוביולוגיה של הצריכה מרצון of ממתקים.

Introduction

המחקר של הבסיס הנוירוביולוגי וההתנהגותי של התמכרות למזון מסתמך על התצפיות ש, בדומה לתרופות של התעללות, צריכת יתר של מזונות טעימים מקדמת תלות התנהגותית 1-4 וגורם לשינויים במעגלי גמול במוח בבני האדם 5-6 ומעבדה בעלי החיים 7-8. אבל, בעוד ישנם כמה פרוטוקולים ונהלים לחקר התכונות ממכרות של סמים של התעללות בחולדות מעבדה, התאמת שיטות אלה על מנת להעריך התנהגויות "ממכרות" הנגרמות על ידי מזון מציב אתגרים ייחודיים. מטרת המחקר הנוכחי הייתה ליישם עקרונות של (IV) ממשל עצמי אופרנטית תוך ורידי בסמים כדי החקירה של ממשל עצמי אופרנטית של פתרונות מתוקים מועברים על ידי עירוי intraoral (IO). המתוק המועסקים היה סירופ תירס העתיר פרוקטוז (HFCS), כי, אם כי שנוי במחלוקת, יש ראיות כי HFCS עשוי להיות קשור למגיפה המודרנית של השמנת יתר 9-12.

באופן מסורתי, חליטות IO מועברות ללמוד את טעם הערב של tastants בניסויי תגובתיות טעם 13. בקצרה, צינורית IO היא מושתלת בניתוח לתוך הלחי של חולדות וחליטות IO של פתרונות שונים מועברים באופן פסיבי 14. המטרה היא ללמוד את תגובות orofacial של בעלי החיים לtastants. עם זאת, קנולה לIO יש גם מושתל באופן כרוני בחיך של חולדות כדי לקבוע אם הם היו לומדים ללחוץ על מנוף לפתרונות להשרות עצמי ישירות לתוך חלל הפה שלהם, ולכן הטווח IO הזרקה עצמית 15-17. במחקר הנוכחי, אנו מתארים הליך אשר מנצל ניתוח קטן וזה מאפשר בדיקת מנהל עצמי אופרנטית לטווח ארוך. יש הליך זה יש מספר יתרונות משמעותיים על פני הליכים מסורתיים שכוללים שתיית פתרון מזרבובית (א), או אופרנטית להגיב לכדורים מוצקים (ב), או אופרנטית להגיב לטיפין של נוזל מועברות בקיבול(ג).

בהשוואה ל( א), מנהל עצמי IO כרוך תגובה אופרנטית (כלומר לחיצה על מנוף) ולכן זה אפשרי לשנות את לוח הזמנים המסדירים את מערכת היחסים בין דרישות תגובה ואספקה ​​של חליטות IO. לדוגמא, על ידי העסקת יחס מתקדם לוח זמנים (PR), לפיה תשובות הנדרשות לחליטות רצופות להגדיל באופן אקספוננציאלי בתוך מושב 18, אפשר להעריך כמה בעלי חיים "רוצה" העירוי הבא 19. היבט חשוב זה של התנהגות "מחפשת" לא ניתן להעריך מתי חיות לשתות פתרון מזרבובית, אלא אם כן מנגנון מיוחד השולט באספקת נוזלים ועוקב אחר תגובות מועסק 20. יתר על כן, ממשל עצמי IO מספק מתכוון להשוות התנהגויות מונעות על ידי גירויי חיזוק שונים. כלומר, זה אפשרי להשוות אופרנטית להגיב מתוחזק ע"י ממתקים וחיזוקים אחרים כגון תרופות של התעללות במה שנקרא "לימודי חילוף."

בהשוואה ל( ב), מנהל עצמי IO מאפשר בדיקה של כל ריכוז וכל נפח של כל תוסף מזון מסיס במים. זה קריטי כדי ללמוד את התנהגות המונעת על ידי ממתקים כגון HFCS כי, למיטב ידיעתנו, אין כדורים זמינים מסחרי מוצקים של פרוקטוז, או שילובי פרוקטוז גלוקוז ביחסים שונים, שיהיה מתאים לתאי אופרנטית. כמו כן, את החשיבות של שליטה ומניפולצית יחסי ריכוז / נפח היא חובה בניסויים שבם הצריכה יכולה להיות מווסתת על ידי שני את הערך הקלורי של פתרון (שמוביל לשובע תזונתי ספציפית) ועל ידי כמה מפתרון שיכול להיות נצרך בתוך ניתנו פרק זמן (כלומר מלאות) 21. ממשל עצמי IO גם מקצר את העיכוב בין התגובה אופרנטית והמסירה של החיזוק הראשוני, גורם שממלא תפקיד חשוב ברכישה וmainteננסי של התנהגות 16,22-23 אופרנטית.

לבסוף, בהשוואה ל( ג), מנהל עצמי IO מאפשר המשלוח של חליטות IO פסיביות של כמויות מבוקרות של פתרון המבחן, וזה הופך אותו ניתן למדוד את תגובות orofacial של "טעם" (תגובה נהנתנית אובייקטיבית כגון בליטות לשון 24 -25) והאם התגובות הללו להשתנות במהלך ממשל עצמי IO. יתר על כן, היכולת לנהל חליטות IO פסיביות יש יישומים משמעותיים למחקר של הישנות לאוכל שוחרת. כלומר, במחקרים של מנהל עצמי בסמים IV, לאחר תקופות של הכחדה, מספרים ראשוניים בסמים (כלומר ממשל של מנה קטנה של התרופה 26) יכול "להחזיר" להגיב 27-28. לכן, היכולת לספק חליטות IO ללא כל פעולה מצידו של בעל החיים יכולה לשמש גם כדי ללמוד "אוכל" דרוך השבה, כמו גם כינון צלב פוטנציאלי בין מזון ותרופות של התעללות.

IO מנהל עצמי של פתרונות מתוקים הוא גם עדיף על IV ומנהל עצמי תוך קיבה. למעשה, למרות IV חליטות של פרוקטוז בשני בני אדם וחיות מעבדה לייצר השלכות פיסיולוגיות דומות לאלו שנצפו בעקבות הצריכה אוראלית 29-31, זה מודל גרוע של כמה ממתקים הם בדרך כלל נצרכו (כלומר דרך הפה). יתר על כן, התעורר אצלם אותות היוצר על ידי לעיסה להעניק מידע חשוב על טעם הערב של אוכל, וכאשר בשלב זה של תהליך העיכול מושמט, הפיתוח של התנהגויות הסתגלותי כגון אכילת יתר מצטמצם 32-33.

Protocol

1. טיפול בבעלי חיים ושיכון כל הניסויים אושרו על ידי ועדת הטיפול בבעלי חיים מאוניברסיטת Guelph, ומתבצעים בהתאם להמלצות של המועצה הקנדית על טיפול בבעלי חיים. המחקר הנוכחי כולל 22 זכר בוגר חולדות ספראג-Dawley (צ'ארלס ריבר, QC) במשקל 200-225 גרם ב…

Representative Results

רכישה של ממשל עצמי IO איור 3 מייצג אופרנטית להגיב על המנופים הפעילים ולא הפעילים בממשל עצמי של 8%, 25%, או 50% HFCS ל10 מפגשים רצופים. חולדות לרכוש IO מנהל עצמי של HFCS בתוך שלוש הפגישות הראשונות ולשמור על מנוף פעיל יציב להגיב (כמת?…

Discussion

המחקר הנוכחי מדגים גישה חדשנית להערכת מאפייני חיזוק של פתרונות מתוקים על ידי שילוב של השיטות מועסקות באופן מסורתי כדי ללמוד את התנהגות המונעת על ידי תרופות של התעללות (מנהל עצמי אופרנטית תוך ורידי) ולהעריך את טעם הערב של tastants (תגובתיות טעם באמצעות חליטות intraoral). לשם כ?…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

מחקרים אלה נתמכו על ידי מענקים ממועצת מדעי הטבע והנדסת מחקר של קנדה (NSERC) לפלורידה ומלגות לתארים מתקדמים קנדיים (CGSD) מNSERC לAM.L.

Materials

Reagents
Meloxicam Boehringer Ingelheim Canada Ltd. From the Ontario Veterinary College pharmacy
Procaine Penicillin G Pen Aqueous, Wyeth Animal Health From the Ontario Veterinary College pharmacy
Lidocaine HCl 2% From the Ontario Veterinary College pharmacy
Marcaine 0.5 % From the Ontario Veterinary College pharmacy
Lubricating eye ointment Product can be bought at any pharmacy
2% Lidocaine Viscous Oral (Topical Anesthetic) Pharmascience Inc. CDMV # 14705 100 ml bottle
Isoflurane USP Pharmaceutical Partners of Canada CDMV # 108737 250 ml bottle
Bacti-Stat Merck Sante Animale CDMV # 6449 3.785 L bottle
Isopropyl alcohol (70%) Perdu Pharma Fisher # MPX18404 4 L bottle
Betadine 10% McKesson Canada CDMV # 104826 500 ml bottle
Super Germiphene Ceva Animal Health CDMV # 103629 454 ml bottle
Chlorhexidene(Novadent) Zoetis CDMV # 8908 236 ml bottle
High Fructose Corn Syrup Natures Flavours HFCS-55 1 Gallon bottle
Materials
PE90 tubing Becton Dickinson and Company VWR # CA-63019-080A 100 ft/coil
PE160 tubing Becton Dickinson and Company VWR # CA-63018-747 100 ft/coil
Polypropylene Mesh Small Parts Inc. CMP-0297-D
Soldering iron Product can be bought at any hardware store
# 64 Elastic bands Staples Office supplies Item # 13556 Product can be bought at any office supply store
15 G thin-walled 3.5 inch needles VWR # CABD1108 12 needles per pack
Electric razor (1/2 in wide blade) Product can be bought at any pet supply store
Percision Glide Needles 20 G needles (1 ½ in) Becton Dickinson and Company Fisher # 14-826D
Percision Glide Needles 16 G needles (1 ½ in) Becton Dickinson and Company Fisher # 14-826-5D
Operant conditioning chambers Med Associates Inc. ENV-008-CTC
Sound attenuating chamber Med Associates Inc. ENV-018M
MED PC IV software Med Associates Inc. SOF-735
Syringe Pumps Razel Scientific Instruments
Disposable plastic swivel assembly Med Associates Inc. PHM-115I
Tygone Microbore tubing Saint Gobain Performance Plastics Fisher # 1417015B 500 ft/coil

References

  1. Avena, N. M., Bocarsly, M. E., Hoebel, B. G., Gold, M. S. Overlaps in the nosology of substance abuse and overeating: the translational implications of "food addiction&#34. Curr. Drug Abuse Rev. 4 (3), 133-139 (2011).
  2. Ifland, J. R., Preuss, H. G., et al. Refined food addiction: a classic substance use disorder. Med. Hyp. 72, 518-526 (2009).
  3. Volkow, N., Wise, R. A. How can drug addiction help us understand obesity. Nat. Neurosci. 8 (5), 555-560 (2005).
  4. Gearhardt, A. N., Davis, C., Kuschner, R., Brownell, K. D. The addiction potential of hyperpalatable foods. Curr. Drug Abuse Rev. 4 (3), 140-145 (2011).
  5. Gearhardt, A. N., Yokum, S., Orr, P. T., Stice, E., Corbin, W. R., Brownell, K. D. Neural correlates of food addiction. Arch. Gen. Psychiatry. 68 (8), 808-816 (2011).
  6. Volkow, N. D., Wang, G., Fowler, J. S., Telang, F. Overlapping neuronal circuits in addiction and obesity: evidence of systems pathology. Philos. Trans. Royal Soc. 363, 3191-3200 (2008).
  7. Alsiö, J., Olszewski, P. K., Levine, A. S., Schiöth, H. B. Feed-forward mechanisms: addiction-like behavioral and molecular adaptations in overeating. Front. Neuroendocrinol. 33 (2), 127-139 (2012).
  8. Johnson, P. M., Kenny, P. J. Dopamine D2 receptors in addiction-like reward dysfunction and compulsive eating in obese rats. Nat. Neurosci. 13 (5), 635-644 (2010).
  9. Bray, G. A., Nielsen, S. J., Popkin, B. M. Consumption of high-fructose corn syrup in beverages may play a role in the epidemic of obesity. Am. J. Clin. Nutr. 79 (4), (2004).
  10. Forshee, R. A., Storey, M. L., et al. A critical examination of the evidence relating high fructose corn syrup and weight gain. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 47 (6), 561-582 (2007).
  11. Moeller, S. M., Fryhofer, S. A., Osbahr, A. J., Robinowitz, The effects of high fructose corn syrup. J. Am. Coll. Nutr. 28 (6), 619-626 (2009).
  12. White, J. S., Foreyt, J. P., Melanson, K. J., Angelopoulos, T. J. High fructose corn syrup: Controversies and common sense. Am. J. Lifestyle Med. 4 (6), 515-520 (2010).
  13. Grill, H. J., Norgren, R. The taste reactivity test. I. Mimetic responses to gustatory stimuli in neurologically normal rats. Brain Res. 143 (2), 263-279 (1978).
  14. Limebeer, C. L., Vemuri, V. K., et al. Inverse agonism of cannabinoid CB1 receptors potentiates LiCl-induced nausea in the conditioned gaping model in rats. Br. J. Pharmacol. 161 (2), 336-349 (2010).
  15. DeBold, R. C., Miller, N. E., Jensen, D. D. Effect of strength of drive determined by a new technique for appetitive classical conditioning of rats. J. Comp. Physiol.Psychol. 59 (1), 102-108 (1965).
  16. Panksepp, J., Trowill, J. A. Intraoral self injection: I. Effects of delay of reinforcement on resistance to extinction and implications for self-stimulation. Psychonomic Sci. 9 (7), 405-406 (1967).
  17. Panksepp, J., Trowill, J. A. Intraoral self injection: II. The simulation of self-stimulation phenomena with a conventional reward. Psychonomic Sci. 9 (7), 407-408 (1967).
  18. Richardson, N. R., Roberts, D. C. Progressive ratio schedules in drug self-administration studies in rats: a method to evaluate reinforcing efficacy. J. Neurosci. Methods. 66, 1-11 (1996).
  19. Berridge, K. C., Robinson, T. E. Parsing reward. Trends Neurosci. 26 (11), 507-501 (2003).
  20. Sclafani, A., Ackroff, K. Reinforcement value of sucrose measured by progressive ratio operant licking in the rat. Physiol. Behav. 79, 663-670 (2003).
  21. Houpt, K. A. Gastrointestinal factors in hunger and satiety. Neurosci. Biobehav. Rev. 6 (2), 145-164 (1982).
  22. Mazur, J. E. Effects of rate of reinforcement and rate of change on choice behaviour in transition. J. Exp. Psychol. 50 (2), 111-128 (1997).
  23. Samaha, A. N., Robinson, T. E. Why does the rapid delivery of drugs to the brain promote addiction. Trends Pharmacol. Sci. 26 (2), 82-87 (2005).
  24. Berridge, K. C., Kringelbach, M. L. Affective neuroscience of pleasure: reward in humans and animals. Psychopharmacology. 199 (3), 457-480 (2008).
  25. Kelley, A. E., Berridge, K. C. The neuroscience of natural rewards: relevance to addictive drugs. J. Neurosci. 22 (9), 3306-3311 (2002).
  26. Shaham, Y., Shalev, U., Lu, L., De Wit, H., Stewart, J. The reinstatement model of drug relapse: history, methodology and major findings. Psychopharmacology. 168 (1-2), 3-20 (2003).
  27. de Wit, H., Stewart, J. Drug reinstatement of heroin-reinforced responding in the rat. Psychopharmacology. 79 (1), 29-31 (1983).
  28. Schmidt, H. D., Anderson, S. M., Famous, K. R., Kumaresan, V., Pierce, R. C. Anatomy and pharmacology of cocaine priming-induced reinstatement of drug seeking. Eur. J. Pharmacol. 526 (1-3), 65-76 (2005).
  29. Dunnigan, M. G., Ford, J. S. A. The insulin response to intravenous fructose in relation to blood glucose levels. J. Clin. Endocrinol. Metab. 40 (4), 629-635 (1975).
  30. Crapo, P. A., Kolterman, O. G., Olefsky, J. M. Effects of oral fructose in normal, diabetic, and impaired glucose tolerance subjects. Diabetes Care. 3 (5), 575-582 (1980).
  31. Lê, K. A., Tappy, L. Metabolic effects of fructose. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. 9 (4), 469-475 (2006).
  32. Scheggi, M. E., Secci, G., Marchese, M. G., De Montis, C., Gambarana, Influence of palatability on motivation to operate for caloric and non-caloric food in non food-deprived and food-deprived rats. Neurosciences. 236, (2013).
  33. Sclafani, A., Lucas, F., Ackroff, K. The importance of taste and palatability in carbohydrate-induced overeating in rats. Am. J. Physiol. 270 (6), 1197-1202 (1996).
  34. Roberts, D. C. S., Loh, E. A., Vickers, G. Self-administration of cocaine on a progressive ratio schedule in rats: dose-response relationship and effect of haloperidol pretreatment. Psychopharmacology. 97 (4), 535-538 (1989).
  35. Reilly, S. Reinforcement value of gustatory stimuli determined by progressive ratio Performance. Pharmacol. Biochem. Behav. 63 (2), 301-311 (1999).
  36. Zittel-Lazarini, A., Cador, M., Ahmed, S. H. A critical transition in cocaine self-administration: Behavioral and neurobiological implications. Psychopharmacology. 192 (3), 337-146 (2007).
  37. Stanhope, K. L., Havel, P. J. Endocrine and metabolic effects of consuming beverages sweetened with fructose, glucose, sucrose, or high fructose corn syrup Am. J. Clin. Nutr. 88 (6), 17335-17375 (2008).
  38. Deroche-Gamonet, V., Belin, B., Piazza, P. V. Evidence for addiction-like behaviour in the rat. Science. 305, 1014-1017 (2004).

Play Video

Citer Cet Article
Levy, A., Limebeer, C. L., Ferdinand, J., Shillingford, U., Parker, L. A., Leri, F. A Novel Procedure for Evaluating the Reinforcing Properties of Tastants in Laboratory Rats: Operant Intraoral Self-administration. J. Vis. Exp. (84), e50956, doi:10.3791/50956 (2014).

View Video