Summary

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

Published: February 06, 2014
doi:

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

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 Д?…

Representative Results

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 стабильног…

Discussion

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 Tastant…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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.

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. Neuroscience. 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

Cite This 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