प्रगतिशील अनुपात चूहे में स्वादिष्ट उच्च वसा और उच्च चीनी खाद्य के लिए जवाब

Summary

वर्तमान रिपोर्ट विवरण चूहों में उच्च वसा वाले भोजन की पुरस्कृत प्रभाव को मापने के लिए नियोजित प्रोटोकॉल एक प्रगतिशील अनुपात operant कंडीशनिंग कार्य का उपयोग कर.

Abstract

Foods that are rich in fat and sugar significantly contribute to over-eating and escalating rates of obesity. The consumption of palatable foods can produce a rewarding effect that strengthens action-outcome associations and reinforces future behavior directed at obtaining these foods. Increasing evidence that the rewarding effects of energy-dense foods play a profound role in overeating and the development of obesity has heightened interest in studying the genes, molecules and neural circuitry that modulate food reward^1,2. The rewarding impact of different stimuli can be studied by measuring the willingness to work to obtain them, such as in operant conditioning tasks³. Operant models of food reward measure acquired and voluntary behavioral responses that are directed at obtaining food. A commonly used measure of reward strength is an operant procedure known as the progressive ratio (PR) schedule of reinforcement.^4,5 In the PR task, the subject is required to make an increasing number of operant responses for each successive reward. The pioneering study of Hodos (1961) demonstrated that the number of responses made to obtain the last reward, termed the breakpoint, serves as an index of reward strength⁴. While operant procedures that measure changes in response rate alone cannot separate changes in reward strength from alterations in performance capacity, the breakpoint derived from the PR schedule is a well-validated measure of the rewarding effects of food. The PR task has been used extensively to assess the rewarding impact of drugs of abuse and food in rats (e.g.,^6-8), but to a lesser extent in mice⁹. The increased use of genetically engineered mice and diet-induced obese mouse models has heightened demands for behavioral measures of food reward in mice. In the present article we detail the materials and procedures used to train mice to respond (lever-press) for a high-fat and high-sugar food pellets on a PR schedule of reinforcement. We show that breakpoint response thresholds increase following acute food deprivation and decrease with peripheral administration of the anorectic hormone leptin and thereby validate the use of this food-operant paradigm in mice.

Protocol

* सबसे महत्वपूर्ण कदम है. 1. उपकरण और सॉफ्टवेयर प्रशिक्षण और परीक्षण बाहर माउस स्फूर्त कक्षों में दो अल्ट्रा प्रकाश, वापस लेने योग्य 1 levers के एक खाद्य गोदाम के दोनों ओर (देखें तालिका 1) पर तैनात साथ सुसज्जित किया जाता है. एक प्रोत्साहन प्रकाश प्रत्येक लीवर से ऊपर स्थित है और पिंजरे के शीर्ष पर एक घर का प्रकाश है. एक गोली औषधि कक्ष के बाहर स्थित है. प्रत्येक कक्ष के ध्वनि attenuating ventilating प्रशंसक के साथ एक कक्ष के अंदर रखे है. मंडलों MedPC चतुर्थ सॉफ्टवेयर के साथ एक "स्मार्ट नियंत्रण" इंटरफ़ेस कैबिनेट के माध्यम से एक पीसी कंप्यूटर से जुड़े हैं. नोट: जब अल्ट्रा प्रकाश levers उपलब्ध नहीं हैं यह अनुशंसित है कि नाक प्रहार माउस अध्ययन के लिए स्फूर्त प्रतिक्रिया के रूप में इस्तेमाल किया जा. हालांकि, दोनों उपलब्ध विकल्पों के साथ हम प्रेरणा का एक और अधिक विश्वसनीय उपाय है कि नाक प्रहार प्रतिक्रियाओं ख कर सकते हैं दिया के रूप में अल्ट्रा प्रकाश levers का चयन का सुझावई खोजपूर्ण सूँघने से शुरू हो गया. MedPC उत्पादक कार्यों को चलाने के लिए इस्तेमाल किया कार्यक्रमों Medstate अंकन कोड है जो एक उपयोगकर्ता पुस्तिका प्रदान की प्रोग्रामिंग की मदद से सीख सकते हैं में लिखा जाता है. प्रोग्रामिंग मौजूदा कोड को संशोधित करने के लिए या अद्वितीय प्रयोगात्मक पैरामीटर उत्पन्न उपयोगकर्ता के लिए लचीलापन प्रदान करता है. कुछ कोड मेड "Medstate संकेतन भंडार एसोसिएट्स से मुक्त करने के लिए प्राप्त किया जा सकता है http://www.mednr.com . अतिरिक्त कोड मेड एसोसिएट्स से खरीदा जा सकता है. 2. माउस दशानुकूलन और खाद्य प्रतिबंध पर आगमन चूहों हैं कम से कम 10 दिनों के लिए एक रिवर्स 12 घंटे चक्र / प्रकाश अंधेरे को acclimatize के लिए समूह रखे और यथेच्छ मानक चाउ और पानी के उपयोग के साथ प्रदान की. हमारे मामले में हम वयस्क C57BL / 6 चार्ल्स नदी (सेंट लगातार, QC) से खरीदा चूहों का उपयोग करें. सभी माउस जोड़तोड़ और व्यवहार प्रयोगों अंधेरे चक्र के दौरान प्रदर्शन कर रहे हैं. सभी समर्थकपशुओं के इस्तेमाल को शामिल cedures CRCHUM पशु की देखभाल समिति द्वारा अनुमोदित किया गया. चूहे कर रहे हैं बाद में अकेले – रखे और भोजन (अपने दैनिक भोजन का सेवन का 70%) प्रतिबंधित जब तक वे 90-95% तक पहुँचने मुक्त खिला शरीर के वजन के क्रम में लीवर प्रेस प्रतिसाद के अधिग्रहण की सुविधा. चूहे घर पिंजरे में सत्र की समाप्ति के बाद उनके भोजन की दैनिक कोटा प्रदान किया गया. 5-10% वजन घटाने पर पहुंचने पर, दैनिक भोजन के लिए आवंटित प्रशिक्षण अवधि के शेष के लिए कम शरीर के वजन को स्थिर करने के लिए निकाला जाता है. एक बार चूहों अधिग्रहण मापदंड उपलब्ध हो जाता है (नीचे देखें) वे वापस एक विज्ञापन libitum खिला समय पर डाल रहे हैं. चूहे के बारे में 3-4 दिनों में खो शरीर के वजन हासिल. चूहे परीक्षण कमरे में लगातार 3 दिनों के लिए प्रथम प्रशिक्षण सत्र से पहले नियंत्रित किया जाता है. 10-15 उच्च वसा और उच्च चीनी (HFHS) छर्रों घर पिंजरे में रखा जाता है स्फूर्त performan पर भोजन neophobia के संभावित प्रभाव को रोकने के प्रशिक्षण की शुरुआत से पहले दिनCE. हम 20 मिलीग्राम HFHS के, धूल से मुक्त, परिशुद्धता भोजन छर्रों (14 मिलीग्राम भी उपलब्ध) वसा के रूप में 48.9% Kcal युक्त (जैव सर्व, Frenchtown, न्यू जर्सी) का उपयोग करें. 3. Operant प्रशिक्षण चूहों को शुरू करने के लिए एक निश्चित अनुपात (एफआर) -1 सुदृढीकरण अनुसूची जिससे एक एकल लीवर प्रेस गोदाम के लिए एक भोजन गोली के वितरण elicits में पर लीवर प्रेस करने के लिए प्रशिक्षित किया जाता है. केवल एक लीवर "सक्रिय" (भोजन इनाम की डिलीवरी ट्रिगर) और सही और बाएँ levers का आवंटन चूहों के बीच counterbalanced है के रूप में नामित है. यह महत्वपूर्ण है FR1 अनुसूची (FR1/TO-5) के लिए कम से कम 5 सेकंड मध्यांतर (के लिए) को जोड़ने के लिए, जिसके दौरान अतिरिक्त लीवर दबाव एक भोजन गोली के वितरण में परिणाम नहीं करता है. इस अवधि की अनुमति देता है चूहों के लिए समय भोजन गोली की खपत, लेकिन अब समय बहिष्कार अगर experimenter का मानना ​​है कि यह अपने माउस मॉडल के लिए आवश्यक है इस्तेमाल किया जा सकता है. प्रत्येक वित्तीय संसाधन प्रशिक्षण सत्र 1 घंटा या जब 50 छर्रों दिया गया है रहता है. * अधिग्रहण मानदंड:/ मजबूत करने के लिए भोजन से बनाए रखा प्रतिसाद स्फूर्त के अधिग्रहण का निर्धारण किया मापदंड शामिल>: (1) अर्जित सक्रिय प्रतिक्रियाओं और पुरस्कार की एक न्यूनतम संख्या, (2) सक्रिय और निष्क्रिय levers के बीच भेदभाव का एक उपाय है, और (3) के बीच सत्र प्रदर्शन और स्थिरता. सक्रिय बनाम निष्क्रिय लीवर के लिए 03:01 ≥ के भेदभाव का प्रदर्शन और लगातार तीन सत्रों में ≥ प्रति सत्र 20 पुरस्कार प्राप्त करने चूहे अधिग्रहण मापदंड 10 को प्राप्त करने के लिए माना जाता है. हमने देखा है कि C57BL6 चूहों के बहुमत (~ 75%) के प्रशिक्षण के बारे में 7-10 दिनों के अधिग्रहण मानदंडों को प्राप्त करने के लिए आवश्यकता होती है. चूहे कि अधिग्रहण मापदंड इस समय तक पहुँच नहीं है एक अतिरिक्त 5-7 दिनों के लिए आगे के प्रशिक्षण से गुजरना. हम परीक्षण (~ मामलों के 5%) से चूहों को बाहर जब वहाँ अतिरिक्त 5 वीं प्रशिक्षण दिन से कोई प्रगति है. यह महत्वपूर्ण है को ध्यान में रखना है कि बिगड़ा स्फूर्त अधिग्रहण कुछ औषधीय और आनुवंशिक हस्तक्षेप का एक परिणाम हो सकता है और इसलिए प्रलेखित किया जाना चाहिए सकता है. </ Li> ≥ 20 छर्रों को प्राप्त करने की लगातार तीन सत्र के बाद, अनुसूची FR5/TO-5 सेकंड जिसमें 5 सक्रिय लीवर प्रेस भोजन गोली के वितरण को ट्रिगर करने के लिए बढ़ जाती है. FR5 अनुसूची पर प्रशिक्षण तीन दिन तक रहता है. * चूहों तो प्रगतिशील (पीआर) के सुदृढीकरण के अनुपात अनुसूची में प्रशिक्षित किया जाता है. पीआर परीक्षण के दौरान प्रतिक्रिया अनुपात अनुसूची रिचर्डसन और रॉबर्ट्स (1996) 11 प्रति के रूप में गणना की जा सकती है, निम्न सूत्र (निकटतम पूर्णांक तक पूर्णांक) का उपयोग: = [5 ई (नि. * 0.2)] 5 जहां R भोजन पहले से ही अर्जित पुरस्कार प्लस 1 (यानी, अगले reinforcer) की संख्या के बराबर है. इस प्रकार, कमाने के लिए एक खाद्य इनाम आदेश का पालन करने के लिए आवश्यक प्रतिक्रियाओं की संख्या: 1, 2, 4, 6, 9, 12, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 62, 77, 95 और इतने पर. अंतिम पूरा अनुपात ब्रेकपाइंट है. एक पीआर सत्र 1 घंटे की एक अधिकतम तक रहता है. सत्र की समाप्ति में किसी भी 10 मिनट की अवधि के परिणामों में लीवर प्रेस विफलता. कामकाजmance सुदृढीकरण के जनसंपर्क समय पर स्थिर माना जाता है जब पुरस्कार की संख्या ≤ 10% द्वारा एक 1 घंटे के सत्र भटक में कम से कम 3 दिनों के लिए लगातार अर्जित. 4. प्रगतिशील अनुपात परीक्षण और मान्यकरण को मान्य स्फूर्त पीआर कार्य में जवाब भोजन से बनाए रखा, एक ब्रेकपाइंट प्रतिसाद निम्नलिखित में जाना जाता है जोड़तोड़ का आकलन करने के लिए भोजन इनाम मिलाना कर सकते हैं. एक अपेक्षाकृत आसान परीक्षण के लिए बाहर ले जाने के भोजन के अभाव जो भोजन के लिए माउस का प्रेरक राज्य को बढ़ाने के लिए और इस तरह breakpoints वृद्धि है. चूहे पहले यथेच्छ खिलाने की अवधि के दौरान पीआर कार्य में परीक्षण किया जा सकता है जब तक स्थिर, आधारभूत प्रदर्शन हासिल की है. पिछले "आधारभूत" दिन के भोजन के बाद दिन घर पिंजरे से हटा दिया है और चूहे तो तेजी की शुरुआत के बाद 24 घंटे पीआर कार्य में परीक्षण कर रहे हैं. हम यह भी जांच की कि नीरस लेप्टिन हार्मोन की परिधीय प्रशासन ब्रेकपाइंट पर विपरीत प्रभाव होता हैथ्रेसहोल्ड. लेप्टिन (वायुसेना Parlow, राष्ट्रीय हार्मोन और पेप्टाइड कार्यक्रम, NIDDK) के बाँझ पीबीएस में भंग कर दिया गया था. पीआर परीक्षण बाहर एक दिन पर एक पीबीएस के आईपी इंजेक्शन के बाद और फिर लेप्टिन (5 मिलीग्राम / किग्रा) अगले दिन के इंजेक्शन के बाद किया गया. लेप्टिन पीआर परीक्षण के लिए एक पूर्व घंटा इंजेक्ट किया गया था. Breakpoints एक बनती परीक्षण के टी (GraphPad चश्मे) का उपयोग की तुलना में थे. 5. प्रतिनिधि परिणाम जब भोजन के अभाव की क्षमता को सुदृढीकरण की एक पीआर समय पर जवाब ब्रेकपाइंट मिलाना परीक्षण, हम काफी ब्रेकप्वाइंट में वृद्धि के रूप में चित्र 1 में दिखाया उम्मीद है. इस प्रयोग में खाद्य के अभाव के एक 24 घंटे की अवधि एक ~ ब्रेकप्वाइंट में 3.6 गुना वृद्धि के रूप उन खिला आधारभूत जिससे सुझाव है कि भोजन के अभाव में भोजन के पुरस्कृत प्रभाव बढ़ जाती है राज्य में प्राप्त करने के लिए की तुलना में उत्पादन किया. इसके विपरीत, भूख कम करने वाला हार्मोन के परिधीय प्रशासन के लेप्टिन (5 आईपी मिलीग्राम / किग्रा) एक घंटे से पहलेesting प्रतिसाद के रूप में चित्रा 2 में दिखाया गया ब्रेकपाइंट कमी करनी चाहिए. चित्रा 1 उपवास. भोजन की पुरस्कृत प्रभाव बढ़ जाती है. 24 घंटे तेज काफी वृद्धि हुई है एक प्रगतिशील (पीआर) चूहों में सुदृढीकरण के अनुपात अनुसूची (n = 4) पर breakpoints. मीन ± SEM के; * पी <.05. चित्रा 2 लेप्टिन. चूहों में भोजन इनाम घट जाती है. परिधीय लेप्टिन प्रशासन (5 मिग्रा / किग्रा) चूहों (n = 4) में पीआर ब्रेकपाइंट प्रतिक्रिया थ्रेसहोल्ड की कमी हुई. मीन ± SEM के; * पी <0.05.

Discussion

Operant कंडीशनिंग कार्यों के भोजन के प्रेरक गुणों में परिवर्तन का मूल्यांकन करने के लिए एक प्रभावी का मतलब है प्रदान करते हैं. खाद्य पुरस्कार के लिए वर्तमान लेख परमिट प्रशिक्षण लीवर प्रेस करने के लिए चूहों में और stably विस्तृत प्रयोगात्मक प्रक्रिया सुदृढीकरण के एक पीआर समय पर जवाब.

भस्म भोजन की मात्रा को मापने के बाद से सभी कारक है कि भोजन का सेवन को प्रभावित नहीं भोजन की पुरस्कृत प्रभाव मिलाना प्रयास आधारित प्रतिक्रिया उपाय के रूप में एक ही readout प्रदान नहीं करता है. उदाहरण के लिए, चूहों में परिधीय 2-deoxyglucose प्रशासन द्वारा इस्तेमाल ग्लूकोज घट आज़ादी से उपलब्ध भोजन की खपत की मात्रा बढ़ जाती है, लेकिन भोजन के लिए ¹² एक पीआर कार्य में ब्रेक अंक में परिवर्तन करने में विफल रहता है. पीआर प्रतिसाद ब्रेकपाइंट भी खाद्य पुरस्कार की गुणवत्ता में परिवर्तन को प्रतिबिंबित कर सकते हैं. उदाहरण के लिए, ब्रेक अंक सूक्रोज एकाग्रता के साथ सकारात्मक सहसंबद्ध होते हैं कि मिठाई ⁸ स्वाद के बाद एक तरह से में सूक्रोज बढ़ जाती है के लिए है कि प्रेरणा का प्रदर्शन </s> ऊपर. यहाँ हमें पता चलता है कि 24 घंटों का भोजन के अभाव में काफी चूहों में HFHS भोजन के लिए पीआर ब्रेकप्वाइंट बढ़ जाती है. इसके विपरीत, हमने पाया है कि नीरस लेप्टिन हार्मोन की परिधीय प्रशासन काफी चूहों में HFHS भोजन के लिए ब्रेकप्वाइंट कम हो जाती है. इन निष्कर्षों को भोजन और ^12-14 चूहों में इनाम थ्रेसहोल्ड पर लेप्टिन के अभाव के पहले की रिपोर्ट कार्रवाई के साथ संगत कर रहे हैं.

जब इस प्रोटोकॉल का उपयोग करते हुए यह महत्वपूर्ण है को ध्यान में रखना है कि भोजन के अधिग्रहण को बनाए रखा प्रतिसाद स्फूर्त नियमित प्रशिक्षण (हर 1-2 दिन) के द्वारा काफी बढ़ाया है और एक खाद्य प्रतिबंध आहार को लागू करने से माउस की प्रेरक राज्य में वृद्धि से. इसके अलावा सुनिश्चित करने, कि चूहों अपेक्षाकृत स्थिर प्रदर्शन अधिक जटिल कार्यक्रम (जैसे, FR1 के लिए FR5) पर परीक्षण के दौरान कम से कम चर प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण है से पहले एक सुदृढीकरण समय पर जवाब. इन कदमों के आवेदन के बावजूद, यह असामान्य नहीं है कुछ परिवर्तनशीलता प्राप्त करने केविशेष रूप से अलग चूहों के बीच. इस कारण से, यह अत्यधिक के लिए एक डिजाइन के भीतर विषयों दोहराया उपायों का उपयोग करें जब संभव विषय परिवर्तनशीलता भर को दूर करने के लिए सिफारिश की है. हालांकि भीतर विषय परीक्षण स्थिर आनुवंशिक संशोधन (यानी, पीटा बनाम नियंत्रण चूहों) की जांच के लिए संभव नहीं है यह करने के लिए दवाओं, घावों या तीव्र आनुवंशिक (जैसे, optogenetic के) जोड़तोड़ के प्रभाव की जांच करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.

मोटापा और मोटापे से संबंधित बीमारियों के एक बढ़ती हुई समस्या है कि तात्कालिकता बढ़ गया है अणु और तंत्रिका रास्ते शामिल की पहचान कर रहे हैं. सबूत जमते मस्तिष्क भोजन तरस में इनाम circuitry की महत्वपूर्ण भूमिका पर प्रकाश डाला गया है, गरमी सेवन और वजन में वृद्धि हुई है. पीआर कार्य के neurobiological, आनुवंशिक या औषधीय जोड़तोड़ के भोजन के पुरस्कृत प्रभाव पर प्रभाव को मापने के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण है.

Materials

Item	Catalogue Number	Company	Comments
Mouse operant chambers	ENV-009A	Med Associates, Inc.	Med Associates Inc. PO Box 319 St. Albans, Vermont 05478, USA 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.