Progressive-ratio Responding for Palatable High-fat and High-sugar Food in Mice

Sandeep Sharma; Cecile Hryhorczuk; Stephanie Fulton

doi:10.3791/3754

JoVE Journal > Neuroscience

Nörobilim

Relação progressiva Respondendo para Alimentos gordurosos e High-açúcar Palatable em Ratos

Published: May 03, 2012

doi:

10.3791/3754

Sandeep Sharma¹, Cecile Hryhorczuk¹, Stephanie Fulton¹

¹CRCHUM and the Montreal Diabetes Research Center,University of Montreal

Özet

Os detalhes do relatório apresentam o protocolo utilizado para medir os efeitos de recompensa do alto teor de gordura de alimentos em ratos usando uma progressiva relação tarefa de condicionamento operante.

Abstract

Os alimentos que são ricos em gordura e açúcar contribui significativamente para as taxas de excesso de comer e crescente da obesidade. O consumo de alimentos palatáveis pode produzir um efeito gratificante que fortalece a ação-resultado associações e reforça o comportamento futuro voltada para a obtenção destes alimentos. Evidência crescente de que os efeitos de recompensa da energia de alimentos ricos em desempenhar um papel profundo em comer demais e o desenvolvimento da obesidade tem maior interesse em estudar os genes, moléculas e circuitos neurais que modulam ^1,2 recompensa alimentar. O impacto compensadora de diferentes estímulos pode ser estudada através da medição da disposição de trabalhar para obtê-los, como em tarefas de condicionamento operante ^3. Modelos operantes de medida recompensa do alimento adquirido e voluntários respostas comportamentais que são direcionadas para a obtenção de alimentos. Uma medida comumente usado de força recompensa é um procedimento operante conhecida como a razão progressiva (PR) esquema de reforçamento. ^4,5 t No PRperguntar, o sujeito é obrigado a fazer um número crescente de respostas operantes para cada recompensa sucessiva. O trabalho pioneiro de Hodos (1961) demonstraram que o número de respostas feitos para obter a recompensa último, denominado o ponto de interrupção, serve como um índice de força recompensa ^4. Embora os procedimentos operantes que medem as mudanças na taxa de resposta por si só não pode separar mudanças na força recompensa de alterações na capacidade de desempenho, o ponto de interrupção derivada do cronograma PR é uma medida bem validada, os efeitos de recompensa do alimento. A tarefa de RP tem sido amplamente utilizado para avaliar o impacto compensadora de drogas de abuso e comida em ratos (por exemplo, ^6-8), mas em menor grau em ratinhos ^9. O aumento do uso de camundongos geneticamente modificados e induzida por dieta modelos de ratos obesos tem aumentado as demandas de medidas comportamentais de recompensa alimentar em camundongos. No presente artigo, detalhamos os materiais e procedimentos usados para treinar os ratos para responder (alavanca-prima) para um alto teor de gordurae pelotas de alto-açúcar dos alimentos em uma programação PR de reforço. Nós mostramos que os limiares de resposta de ponto de interrupção aumentar privação de alimento após aguda e diminuir com a administração periférica da hormona anorexígeno leptina e, assim, validar a utilização deste paradigma alimentar-operante em ratinhos.

Protocol

* Os passos mais importantes. 1. Equipamentos e Software Formação e de teste é realizado em câmaras de rato operantes equipados com duas ultra-leves, alavancas retrácteis 1 posicionadas em ambos os lados de um receptáculo alimentos (ver Tabela 1). Uma luz de estímulo está localizado por cima de cada alavanca e há uma luz casa, na parte superior da gaiola. Um distribuidor de pelete é localizada fora da câmara. Cada câmara está alojada dentro de um cubículo de som, atenuando com ventilador. Chambers são conectados a um computador PC com software MedPC IV através de um "Smart Control" gabinete interface. Nota: Quando ultra-leves alavancas não estão disponíveis, recomenda-se que o nariz de puxão-ser utilizada como a resposta operante para estudos de rato. No entanto, com as duas opções disponíveis sugerimos seleção de ultra-leves alavancas como uma medida mais confiável de motivação, uma vez que o nariz puxão de respostas pode be desencadeada por exploratória sniffing. Os programas MedPC utilizados para executar tarefas operantes são escritos em notação Medstate código que um usuário pode aprender com a ajuda do manual de programação fornecida. Programação oferece flexibilidade para o usuário para modificar códigos existentes ou gerar únicos parâmetros experimentais. Alguns códigos podem ser obtidos gratuitamente a partir Med Associates "Notação Medstate Repository" http://www.mednr.com . Códigos adicionais podem ser adquiridos a partir de Med Associates. 2. Aclimatação Mouse e Restrição Alimentar Após a chegada ratinhos são alojados em grupo durante pelo menos 10 dias para aclimatizar a um 12 h reversa ciclo de luz / escuro e fornecido com acesso ad libitum à comida e água. No nosso caso, usamos camundongos adultos C57BL / 6 adquiridos de Charles River (São QC, Constant). Todas as manipulações do rato e as experiências comportamentais são realizados durante o ciclo escuro. Tudo proprocedimentos envolvem o uso de animais foram aprovados pelo Comité de Animal Care CRCHUM. Os ratinhos são alojados individualmente-subsequentemente e comida restrito (70% da sua ingestão de alimentos por dia) até atingirem 90-95% de livre-alimentando pesos corporais, a fim de facilitar a aquisição da alavanca-press responder. Ratos foram fornecidos sua cota diária de comida na gaiola para casa após o término da sessão. Ao atingir a perda de peso de 5-10%, o alimento diária atribuído é ajustado para estabilizar os pesos inferior do corpo para o remanescente do período de formação. Uma vez que ratos tenham alcançado critérios de aquisição (ver abaixo) que são colocadas em um horário de alimentação ad libitum. Ratos recuperar o peso corporal perdido em cerca de 3-4 dias. Ratos são tratados na sala de prova durante 3 dias consecutivos anteriores à primeira sessão de treinamento. No dia antes do início da formação de 10-15 alto teor de gordura e de alta do açúcar (HFHS) peletes são colocados no interior da gaiola de origem para evitar a influência potencial de neofobia alimentar em performan operantece. Usamos 20 HFHS mg, livre de poeira, peletes alimentares de precisão (14 mg, também disponível) contendo Kcal 48,9% como gordura (Serv Bio, Frenchtown, NJ). 3. Treinamento operacional Os ratinhos são treinados para pressionar inicialmente a alavanca em uma razão fixa (FR) -1 programação de reforço pelo qual uma prensa de alavanca única elicia a entrega de uma pelota de alimentos para o receptáculo. Apenas uma alavanca é designado como "ativo" (desencadeando entrega de recompensa alimentar) ea alocação de alavancas esquerda e direita é contrabalançado entre camundongos. É importante adicionar pelo menos um tempo limite de 5 segundo (TO) para a programação FR1 (FR1/TO-5), durante a qual a alavanca-pressionando adicional não resultar na entrega de uma pelota de alimentos. Este período TO permite que o tempo para ratos de consumir o sedimento de alimentos, pedidos de tempo mais longos no entanto pode ser usado se o experimentador sente que é necessário para o seu modelo de ratinho. Cada sessão de treinamento FR dura 1 hora ou quando 50 pelotas foram entregues. * Critérios de Aquisição: </ Strong> Os critérios utilizados para determinar a aquisição de alimentos mantido operante responder inclui: (1) um número mínimo de respostas activas e recompensas ganhas; (2) uma medida de discriminação entre alavancas ativos e inativos, e (3) entre as sessões estabilidade do desempenho. Camundongos que apresentam discriminação de ≥ 3:1 para a alavanca ativa versus inativos e obter recompensas ≥ 20 por sessão ao longo de três sessões consecutivas são considerados para alcançar critérios de aquisição 10. Temos observado que a maioria (~ 75%) de camundongos C57BL6 requerem cerca de 7-10 dias de treinamento para alcançar critérios de aquisição. Os ratos que não atingem critérios de aquisição por este tempo continuar a formação para um dia adicional 5-7. Excluímos ratos de teste (~ 5% dos casos) quando não há progresso a cada dia de treinamento extra 5. É importante ter em mente que a aquisição operante prejudicada podem ser um resultado de certas intervenções farmacológicas e genética e, portanto, deve ser documentada. </ Li> Após três sessões sucessivas de obtenção de peletes ≥ 20, a programação é aumentada para FR5/TO-5 segundo no qual 5 prensas de alavanca activas desencadeiam a entrega do pellet de alimentos. Formação sobre o cronograma FR5 dura três dias. * Os ratos são então treinados na razão progressiva (PR) esquema de reforçamento. O esquema de razão resposta durante os testes de RP pode ser calculado como por Richardson e Roberts (1996) 11 usando a seguinte fórmula (arredondado para o inteiro mais próximo): = [5-E (R * 0,2)] – 5 onde R é igual ao número de recompensas alimentares já obtidos mais 1 (isto é, reforçador seguinte). Assim, o número de respostas necessárias para ganhar uma recompensa do alimento seguir a ordem: 1, 2, 4, 6, 9, 12, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 62, 77, 95 e assim por diante. A proporção final completado é o ponto de interrupção. Uma sessão de PR dura no máximo de 1 hora. A falta de pressionar a alavanca em qualquer período de 10 min resultados no término da sessão. Desempenhonho no cronograma PR de reforço é considerada estável quando o número de recompensas ganho em um 1 desvia sessão de uma hora por ≤ 10% durante pelo menos 3 dias consecutivos. 4. Teste de Índice de Progressive e Validação Para validar alimentos mantido operante responder na tarefa PR, pode-se avaliar de ponto de interrupção respondendo manipulações seguintes conhecidas por modular recompensa alimentar. Um teste relativamente fácil de transportar para fora é privação de alimento que irá aumentar o estado motivacional do rato para alimentos e, assim, aumentar pontos de interrupção. Ratos deve primeiro ser testado na tarefa PR durante um período de alimentação ad libitum até que o desempenho, estável linha de base é alcançada. No dia após o alimento "base" último dia é removido da gaiola de origem e os ratinhos são então testados na tarefa PR 24 horas após o início do jejum. Também investigamos se a administração periférica do hormônio anorexígeno leptina teria o efeito oposto em ponto de interrupçãolimiares. A leptina (AF Parlow, Hormonal Nacional e Programa Peptide, NIDDK) foi dissolvida em PBS estéril. PR teste foi realizado seguindo uma injecção IP de PBS de um dia e, em seguida, após a injecção de leptina (5 mg / kg) no dia seguinte. A leptina foi injectada uma hora antes do teste PR. Pontos de interrupção foram comparados utilizando um teste t pareado (GraphPad Prism). 5. Os resultados representativos Ao testar a capacidade de privação de alimento para modular ponto de interrupção de responder a um calendário PR de reforço, espera-se aumentar significativamente a pontos de interrupção, como mostrado na Figura 1. Nesta experiência um período de 24 h de privação de alimento produziu um aumento ~ 3,6 vezes em pontos de interrupção, em comparação com os obtidos no livre alimentação estado de linha de base, assim, sugerindo que a privação de alimento aumenta os efeitos de recompensa do alimento. Em administração de contraste, periférica da hormona anorexígeno leptina (5 mg / kg, ip) uma hora antes de tsante deve diminuir ponto de interrupção de responder como mostrado na Figura 2. Figura 1. O jejum aumenta os efeitos de recompensa do alimento. Um rápido 24 h aumentou significativamente pontos de interrupção em uma razão progressiva (PR) programação de reforço em ratinhos (n = 4). Média ± EPM; * p <0,05. Figura 2. Leptina diminui recompensa do alimento em ratos. Administração leptina periférica (5 mg / kg) reduziu limiares de resposta de ponto de interrupção de RP em ratinhos (n = 4). Média ± EPM; * p <0,05.

Discussion

Tarefas de condicionamento operante proporcionar um meio eficaz para avaliar mudanças nas propriedades motivacionais de alimentos. Os procedimentos experimentais detalhados nos actual artigo ratos permitir que a formação à alavanca de imprensa para recompensas do alimento e de forma estável responder em uma programação PR de reforço.

Medir a quantidade de alimento consumido não fornece a mesma leitura como medidas de esforço baseados em resposta uma vez que nem todos os fatores que afetam a ingestão de alimentos modular os efeitos de recompensa do alimento. Por exemplo, esgotamento da glucose utilizável por administração 2-desoxiglucose periférica em ratos aumenta a quantidade de alimento consumido livremente disponível, mas não consegue alterar pontos de quebra em uma tarefa de RP para alimentar ^12. PR breakpoint responder também pode refletir as mudanças na qualidade de recompensas do alimento. Por exemplo, os pontos de quebra são positivamente correlacionada com a concentração de sacarose demonstrando que a motivação para aumentos de sacarose de forma que se segue sabor doce ⁸ </sup>. Aqui demonstramos que a privação de comida 24 horas aumenta substancialmente breakpoints PR para o alimento HFHS em camundongos. Em contraste, verificou-se que a administração periférica da hormona anorexígeno leptina diminui significativamente pontos de quebra para HFHS alimentos em ratos. Estes resultados são consistentes com as ações anteriormente relatados de privação de alimento e leptina sobre os limiares de recompensa em ratos ^12-14.

Ao usar este protocolo é importante ter em mente que a aquisição de alimentos mantido operante responder é significativamente aumentado pelo treinamento regular (a cada 1-2 dias) e aumentando o estado motivacional do mouse através da implementação de um regime de restrição alimentar. Além disso, garantir que os ratos apresentam-se relativamente estável de responder em um cronograma de reforço antes de passar para horários mais complexos (por exemplo, FR1 para FR5) é essencial para minimizar o desempenho variável durante o teste. Apesar da aplicação destes passos, não é incomum para se obter alguma variabilidadeespecialmente entre ratinhos diferentes. Por esta razão, é altamente recomendável usar um dentro de sujeitos-design (medidas repetidas), quando possível remover toda a variabilidade assunto. Embora dentro sujeito ao ensaio não é possível para investigar estáveis modificações genéticas (isto é, knockout contra ratinhos de controlo), pode ser usado para examinar a influência de drogas, lesões agudas ou manipulações genéticas (por exemplo, optogenetic).

Obesidade e doenças relacionadas à obesidade são um problema crescente que aumentou a urgência de identificar as moléculas e as vias neurais envolvidas. Evidências destaca o papel importante de circuitos cerebrais de recompensa no desejo de alimentos, o aumento da ingestão calórica e ganho de peso. A tarefa PR é uma valiosa ferramenta para medir o impacto das manipulações neurobiológicas, genéticas ou farmacológicas sobre os efeitos de recompensa do alimento.

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este projecto foi apoiado por doações de Ciências Naturais e Engenharia Council of Canada (355.881) e da Fundação Canadense para Inovação.

Materials

Item	Catalogue Number	Company	Yorumlar
Mouse operant chambers	ENV-009A	Med Associates, Inc.	Med Associates Inc. PO Box 319 St. Albans, Vermont 05478, ABD Phone: (802) 527-2343
8 inputs/16 inputs Smart Control Connection Panel	SG-716B	Med Associates, Inc.
Ultra-light retractable mouse lever	ENV-312	Med Associates, Inc.
Pellet Dispenser	ENV-203	Med Associates, Inc.
House Light	ENV-215	Med Associates, Inc.
Stimulus Light	ENV-221	Med Associates, Inc.
Dust-free Precision 20 mg high-fat & high-sugar pellets	F-06649	Bio-Serv	Bio-Serv One 8th Street, Suite 1 Frenchtown, NJ 08825, USA Phone: (800)-996-9908

Table 1. Specific equipment and material.

Referanslar

Fulton, S. Appetite and reward. Front. Neuroendocrinol. 31, 85-103 (2010).
Zheng, H., Lenard, N. R., Shin, A. C., Berthoud, H. R. Appetite control and energy balance regulation in the modern world: reward-driven brain overrides repletion signals. International journal of Obesity. 33, S8-S13 (2009).
Skinner, B. F. . The Behavior of Organisms: An Experimental Analysis. , (1938).
Hodos, W. Progressive ratio as a measure of reward strength. Science. 134, 943-944 (1961).
Hodos, W., Kalman, G. Effects of increment size and reinforcer volume on progressive ratio performance. J. Exp. Anal. Behav. 6, 387-392 (1963).
Stafford, D., LeSage, M. G., Glowa, J. R. Progressive-ratio schedules of drug delivery in the analysis of drug self-administration: a review. Psychopharmacology. , 139-169 (1998).
Glass, M. J., O’Hare, E., Cleary, J. P., Billington, C. J., Levine, A. S. The effect of naloxone on food-motivated behavior in the obese Zucker rat. Psychopharmacology (Berl). 141, 378-384 (1999).
Brennan, K., Roberts, D. C., Anisman, H., Merali, Z. Individual differences in sucrose consumption in the rat: motivational and neurochemical correlates of hedonia. Psychopharmacology (Berl). 157, 269-276 (2001).
Vaughan, C., Moore, M., Haskell-Luevano, C., Rowland, N. E. Food motivated behavior of melanocortin-4 receptor knockout mice under a progressive ratio schedule. Peptides. 27, 2829-2835 (2006).
Haluk, D. M., Wickman, K. Evaluation of study design variables and their impact on food-maintained operant responding in mice. Behav. Brain Res. 207, 394-401 (2010).
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).
Jewett, D. C., Cleary, J., Levine, A. S., Schaal, D. W., Thompson, T. Effects of neuropeptide Y, insulin, 2-deoxyglucose, and food deprivation on food-motivated behavior. Psychopharmacology (Berl). 120, 267-271 (1995).
Fulton, S., Woodside, B., Shizgal, P. Modulation of brain reward circuitry by leptin. Science. 287, 125-128 (2000).
Figlewicz, D. P., Bennett, J. L., Naleid, A. M., Davis, C., Grimm, J. W. Intraventricular insulin and leptin decrease sucrose self-administration in rats. Physiol. Behav. 89, 611-616 (2006).

Etiketler

Progressive-ratio Responding Palatable Food High-fat Food High-sugar Food Overeating Obesity Rewarding Effect Action-outcome Associations Future Behavior Energy-dense Foods Genes Molecules Neural Circuitry Modulate Food Reward Operant Conditioning Tasks Food Reward Strength Progressive Ratio Schedule Of Reinforcement Hodos Study

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Bu Makaleden Alıntı Yapın

Sharma, S., Hryhorczuk, C., Fulton, S. Progressive-ratio Responding for Palatable High-fat and High-sugar Food in Mice. J. Vis. Exp. (63), e3754, doi:10.3791/3754 (2012).