Kurze Exposition gegenüber neuartigen oder angereicherten Umgebungen reduziert die Saccharose-Cue-Reaktivität und den Verbrauch bei Ratten nach 1- oder 30-Tagen der erzwungenen Abstinenz durch die Selbstverwaltung (2012)

Einleitung

Drogenmissbrauch trägt weiterhin zu negativen gesundheitlichen und sozialen Folgen bei [1], [2]. Die Aufmerksamkeit richtete sich in letzter Zeit auf übermäßigen Nahrungsmittelkonsum ("Lebensmittelmissbrauch"), da sich die Fettleibigkeitsraten in einigen Regionen der USA zwischen 1999-2008 verdoppelt haben [3]. Es wurde vorgeschlagen, dass Essstörungen und Drogenabhängigkeit gemeinsame neurologische Verhaltensmerkmale aufweisen [4], [5], [6]. Die Selbstverabreichung von Sucrose durch Ratten liefert nicht nur ein Modell von Suchtverhalten, das für das Verständnis der Drogenabhängigkeit relevant ist, sondern insbesondere auch das Ernährungsverhalten, das zu Überernährung und Fettleibigkeit beitragen kann [7].

Wir und andere haben verschiedene Aspekte des Saccharose-Suchverhaltens bei Ratten untersucht. In unserem typischen Verfahren erwerben Ratten die Eigenverabreichung in täglichen Sitzungen in operanten Konditionierungskammern, in denen die Hebelreaktion mit flüssigen Saccharoselieferungen verstärkt wird, die mit der Präsentation eines visuellen und akustischen Stimulus gepaart sind. Die Reaktion wird dann in Abwesenheit von Saccharose getestet, wobei jedoch der Saccharose-gepaarte Stimulus noch verfügbar ist. Ratten werden auf die Abgabe dieses Stimulus reagieren, und diese Antwortrate erhöht sich über eine Periode der erzwungenen Abstinenz von der Sucrose-Selbstverwaltung [8]. Dieser abstinenzabhängige Anstieg der Saccharose-Cue-Reaktivität ("Inkubation des Verlangens") ist ähnlich dem, was bei Ratten mit einer Vorgeschichte von Medikamenten (Kokain, Methamphetamin, Nikotin, Alkohol) und bei Menschen mit einer Anamnese beobachtet wurde Kokain, Heroin oder Zigarettenmissbrauch [7].

Bei der Charakterisierung der Inkubation der Craving-Wirkung bei Ratten haben wir und andere die Wirksamkeit von Verhaltens- und pharmakologischen Manipulationen untersucht, um die Sucrose-Cue-Reaktivität zu reduzieren [6], [8], [9]. Eine außergewöhnlich robuste Manipulation, die die Inkubation der Saccharose-Cue-Reaktivität zu blockieren schien, war ein Monat der Umweltanreicherung [10]. Die Wirkung war auffallend ähnlich bei Ratten mit einer Geschichte der Selbstverabreichung von Kokain [11], [12].

Mit dem allgemeinen Ziel, neurale Substrate auf den Anreicherungseffekt zu untersuchen, wurde die vorliegende Studie durchgeführt, um Schlüsselkomponenten einer angereicherten Umgebung, die zu einer verringerten Sucrose-Reaktivität bei Ratten führen, über einen Zeitraum von erzwungener Abstinenz von der Sucrose-Selbstverabreichung zu parametrisieren. Wir untersuchten die Auswirkungen von akutem (22 h) vs. chronischem (29 Tage) isoliertem Wohnen (CON), sozialer Bereicherung (SE), Kontextanreicherung (SoloEE), Exposition gegenüber einer alternativen Umwelt (AEnv) oder "voller" Umweltanreicherung (EE) auf Saccharose Cue-Reaktivität nach einer kurzen oder längeren Zeit (1 oder 30 Tage) der erzwungenen Abstinenz. Der Saccharoseverbrauch wurde auch bei allen Ratten am Tag nach dem Cue-Reaktivitätstest gemessen.

Es wurde gefunden, dass, während in einigen Fällen SE und AEnv die Saccharose-Cue-Reaktivität und den Verbrauch verringerten, die Exposition gegenüber dem EE-Kontext konsistent den größten Rückgang der Saccharose-Cue-Reaktivität und des -Verbrauchs bewirkte. Die akute Exposition gegenüber diesen Manipulationen war in vielen Fällen genauso, wenn nicht sogar wirksamer als chronische Exposition. Es wurde auch gefunden, dass fast alle Manipulationen, die chronisch waren oder kurz vor dem 30 verabreicht wurden^th Tag der erzwungenen Abstinenz blockierte die Expression der Inkubation der Sucrose-Cue-Reaktivität.

Materialen und Methoden

Themen

179 männliche Long-Evans-Ratten (ungefähr 3.5 Monate alt; 455.1 ± 4.6 g (Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts) (SEM)) zu Beginn der Studie; Simonsen-abgeleitet, Gilroy, Kalifornien, USA, gezüchtet in der Western Washington University Vivarium wurden einzeln auf einem 12-h Reverse Tag / Nacht-Zyklus (Lichter bei 0700) mit Purina Mills Inc. Mazuri Rodent Pellets (Gray Summit, MO, USA) und Wasser verfügbar ad libitum in Heimkäfigen und in operanten Konditionierungskammern. Alle Trainings und Tests fanden zwischen 0900-1500 mit Kohorten von Ratten statt, die täglich zur gleichen Zeit trainiert und getestet wurden. Die Ratten wurden jeden Montag, Mittwoch und Freitag für die Dauer des Experiments gewogen. Unmittelbar vor der Trainingsphase wurde den Tieren für 17 h Wasser entzogen, um am ersten Trainingstag die Selbstverabreichung von Saccharose zu fördern. Alle Verfahren befolgten die Richtlinien, die in den "Prinzipien der Labortierpflege" (NIH-Veröffentlichung Nr. 86-23) beschrieben sind, und wurden von dem Institutional Animal Care and Use Committee der Western Washington University genehmigt.

Apparatur

Operantentraining und Tests fanden in operanten Konditionierungskammern statt (30 × 20 × 24 cm; Med Associates, St. Albans, VT, USA), die zwei Hebel (einen stationären und einen zurückziehbaren), einen Tongenerator, ein weißes Stimuluslicht über dem einziehbarer Hebel und ein rotes Hauslicht auf der gegenüberliegenden Wand. Eine Infusionspumpe gab Saccharose in eine Belohnungsaufnahme auf der rechten Seite des aktiven Hebels. Die Arbeitsklimakammern waren in Schalldämpfungsschränken mit Ventilationsventilatoren eingeschlossen.

Sucrose Selbstverwaltungstraining

Die Ratten gaben 2 h / Tag für 10 aufeinanderfolgende Tage in operanten Konditionierungskammern aus und durften den einziehbaren (aktiven) Hebel auf einem 1-Plan mit festem Verhältnis für eine 0.2 ml-Abgabe von 10% Saccharoselösung in den Behälter rechts von der Hebel. Diese Antwort aktiviert auch einen zusammengesetzten Stimulus, der aus einem Ton (2 kHz, 15 dB über Umgebungsgeräusch) und dem weißen Licht besteht. Der zusammengesetzte Stimulus dauerte für 5 s und es folgte eine 40-s-Zeitüberschreitung, während der auf den aktiven Hebel gedrückt wurde, aber keine programmierten Konsequenzen hatte. Eine Reaktion auf den inaktiven (stationären) Hebel hatte keine programmierten Konsequenzen, aber Pressen wurden aufgezeichnet. Vier Infrarot-Photobeams kreuzten die Kammer. Die Gesamtzahl der Strahlunterbrechungen wurde während des Trainings und Tests aufgezeichnet. Am Ende jeder Trainingseinheit wurden die Ratten in Heimkäfige zurückgebracht.

Zwangsabstinenz

Die Phase der erzwungenen Abstinenz begann unmittelbar im Anschluss an die 10^th Tag der Trainingsphase. Dieser Tag wird als erster Tag oder "Tag 1" der erzwungenen Abstinenz bezeichnet.

Behandlungsbedingungen

Die Ratten wurden nach dem Selbstverwaltungstraining nach dem Zufallsprinzip den Behandlungsbedingungen zugewiesen. Die Behandlungsbedingungen waren entweder akut oder chronisch (Figure 1). Akute Exposition war 22 h vor dem Cue-Reaktivitätstest. Die chronische Exposition erfolgte vom Nachmittag des Tages-1-Cue-Reaktivitätstests bis unmittelbar vor dem Tag-30-Cue-Reaktivitätstest. Zusätzlich zu den akuten und chronischen Manipulationen gab es fünf Behandlungsbedingungen: Kontrolle (CON), soziale Bereicherung (SE), reine Umweltanreicherung (SoloEE), Umweltanreicherung (EE) oder alternative Umwelt (AEnv). Einzelheiten zu diesen Bedingungen finden Sie in Tabelle 1.

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Abbildung 1. Allgemeiner Versuchsplan

Nach 10-Tagen der Sucrose-Selbstverabreichung (SA) wurden Ratten in akute oder chronische Manipulationen versetzt (vgl Tabelle 1 für Manipulationsdetails). Alle Ratten wurden nach dem Tag-30-Cue-Reaktivitätstest (oder Tag-1-Cue-Reaktivitätstest für Acute-Day-1-Manipulationen) wieder in den CON-Zustand versetzt.

doi: 10.1371 / journal.pone.0054164.g001

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Tabelle 1. Behandlungsbedingungsdetails.

doi: 10.1371 / journal.pone.0054164.t001

CON-, SE- und AEnv-Käfige stammten von Lab Products Inc. (Seaford, DE, USA), und die SoloEE / EE-Käfige stammten von Quality Cage Company (Portland, OR, USA). Das Grundprinzip für die akuten und chronischen Manipulationen bestand darin, festzustellen, ob eine relativ kurze Exposition gegenüber Anreicherung eine Änderung der Saccharose-Cue-Reaktivität hervorrufen könnte. Ein solcher Effekt wurde kürzlich für die Kokain-Reaktivität bei Ratten beschrieben [11], [13]. Der Grund für die Untersuchung der Wirkung von akuten Manipulationen nach 1- oder 30-Tagen mit erzwungener Abstinenz bestand darin, zu testen, ob akute Manipulationen mehr oder weniger wirksam bei der Veränderung der "inkubierten" Sucrose-Cue-Reaktivität waren. Schließlich wurden die fünf Behandlungsbedingungen aufgenommen, um den potenziellen Beitrag der sozialen Interaktion (SE-Gruppe), eine umweltrelevante (aber nicht sozial angereicherte) Umwelt (SoloEE) und / oder die Exposition gegenüber einem anderen Kontext als den Heimkäfig oder operante Konditionierungskammer (AEnv) zu dem EE-Effekt, den wir zuvor beschrieben haben [10].

Saccharose-Cue-Reaktivitätstest

An Tag 1 und Tag 30 wurden Ratten in den operanten Konditionierungskammern auf Sucrose-Cue-Reaktivität (Saccharosesuche) getestet. Diese Sitzung war identisch mit dem 2-h-Training, aber Saccharose wurde nicht nach einer Hebelreaktion verabreicht. Nach dem Tag-1-Test wurden Ratten, die einer chronischen Manipulation zugeordnet waren, in diese Bedingungen versetzt, und Ratten, die gerade eine akute Manipulation erhalten hatten, wurden in die CON-Stallbedingungen zurückgebracht. Nach dem Day-30-Test wurden alle Ratten in die CON-Stallbedingungen zurückgebracht.

Saccharose-Verbrauchstest

Am Tag 2 or Tag 31, Ratten wurden in die operanten Konditionierungskammern für einen Sucrose-Selbst-Verabreichungstest (Verbrauch) zurückgeführt. Der Test sollte jegliche Persistenz von Anreicherungs- oder Neuheitseffekten auf die Motivation zum Konsum von Saccharose selbst bewerten. Diese Sitzung war identisch mit dem 2-h-Training. Eine separate Gruppe von Konsum-CON-Ratten (n = 11) wurde mit Verbrauchstests an Tag 2 durchgeführt. Dies war die Vergleichsgruppe für alle Day 1- und Day 2-Verhaltensweisen. Alle anderen CON-Ratten hatten nur einen Verbrauchstest am Tag 31. Dies war die Vergleichsgruppe für alle Day 30- und 31-Verhaltensweisen.

Statistische Analysen

Aktive Hebelreaktionen, Saccharoselieferungen, inaktive Hebelreaktionen und Lichtstrahlenunterbrechungen während des Saccharose-Selbstverwaltungstrainings wurden unter Verwendung von Mischfaktor-ANOVAs der 10-Trainingstage (TIME) und des Zwischengruppenfaktors MANIPULATION analysiert. Es gab 14-Konzentrationen von MANIPULATION, da 14 verschiedene Rattengruppen in der Studie waren. Diese Analyse wurde verwendet, um zu verifizieren, dass alle diese Gruppen gleich trainiert wurden. Der Erwerb der Sucrose-Selbstverabreichung wurde definiert als ein Durchschnitt von 20 oder mehr täglichen Saccharoselieferungen während der letzten vier Tage des Selbstverabreichungstrainings für jede Ratte und ein Gesamtgruppenanstieg der Reaktion auf Saccharose während der 10-Trainingstage. Die Testdaten wurden für jeden Tag der erzwungenen Abstinenz getrennt analysiert. Für die zweistündigen Cue-Reactivity- und Verbrauchstests wurden die Auswirkungen der MANIPULATION auf jede abhängige Messung (aktive Hebelreaktionen, inaktive Hebelreaktionen, Photobeam-Brüche) unter Verwendung von ANOVA ausgewertet. Es gab 5-Levels dieser Variablen für den Day-1-Vergleich und 9-Levels dieser Variablen für den Day 30-Vergleich. Zwei Pearson-Korrelationen wurden anschließend berechnet, um die Cue-Reaktivität mit der Reaktion des Konsums zu vergleichen (siehe Diskussion). Um die Inkubation des Verlangens in der CON-Bedingung zu verifizieren, wurde ein t-Test berechnet, um den CON Day 1 vs. CON Day 30 aktiven Hebel zu vergleichen.

Um abstinenzabhängige Effekte von Manipulationen auf die Cue-Reaktivität weiter zu evaluieren, wurden alle aktiven Hebelreaktionsdaten in ein Prozent der durchschnittlichen Antworten des CON Day 1 konvertiert und dann unter Verwendung von ANOVA (13-Niveaus von MANIPULATION) verglichen. Zwei zusätzliche ANOVAs wurden berechnet, um alle dauerhaften Effekte von akuten Manipulationen, die vor Tag 1 auftraten, zu vergleichen, indem die Aktiven Hebel von Tag 30 und 31 auf Gruppen mit einer akuten Manipulation vor dem Tag 1-Cue-Reaktivitätstest verglichen wurden (5-Spiegel von MANIPULATION, siehe Diskussion).

Für alle statistischen Vergleiche außer Post-hoc-Tests war p <0.05 das Alpha-Kriterium für die statistische Signifikanz. Post-hoc-ANOVA-Vergleiche wurden mit einseitigen t-Tests unter Verwendung von Bonferroni-Familien-korrigierten Alpha-Werten durchgeführt, um die statistische Signifikanz zu bestimmen. Diese korrigierten, konservativeren Alphas wurden verwendet, um Fehler vom Typ 1 zu vermeiden. ANOVAs und Korrelationen wurden mit SPSS Version 19 berechnet. T-Tests wurden mit EXCEL 2010 berechnet. Gruppendaten werden im Text und in den Abbildungen als Mittelwerte ± SEMs dargestellt. Im Allgemeinen werden im Text nur die Statistiken für signifikante Effekte und Wechselwirkungen angegeben. Für die Post-hoc-Tests haben wir uns entschieden, sowohl Typ-1- als auch Typ-2-Fehler zu reduzieren, indem wir bestimmte Fragen stellten, anstatt alle möglichen Unterschiede zwischen Gruppen zu untersuchen. Zunächst verglichen wir Manipulationsgruppen mit der relevanten CON-Bedingung, um festzustellen, ob eine bestimmte Manipulation die Suche nach oder den Verbrauch von Saccharose verringerte. Als nächstes verglichen wir alle Manipulationen mit der EE-Akutmanipulation (EE-Akut-Tag 1 für den endgültigen Prozentsatz aller Gruppengruppen des CON-Tag-1-Vergleichs), wie in allen Vergleichen der Cue-Reaktivität die CON-Gruppe. Wir haben diesen Ansatz verwendet, da wir der Ansicht waren, dass die EE-Akutmanipulation einen Maßstab für den Vergleich der relativen Bedeutung der verschiedenen Manipulationen darstellt, die aus verschiedenen Komponenten von EE-Akut bestehen (soziale Bereicherung, kontextbezogene Bereicherung und Neuheit). Darüber hinaus haben wir uns entschlossen, die Auswirkungen der verschiedenen Manipulationen in erster Linie anhand von Vergleichen zwischen Gruppen am 1. oder 30. Tag zu untersuchen. Daher wurden nicht alle Daten erfasst (z. B. Cue-Reaktivität von Ratten am 1. Tag bei akuten oder chronischen Erkrankungen am 30. Tag). sind in den Ergebnissen dargestellt.

Die Ergebnisse

Von 179-Ratten, die auf die Selbstverabreichung von Saccharose trainiert wurden, wurden 7 aus der Studie entfernt, da sie ein minimales Antwortkriterium für den Erwerb einer durchschnittlichen 20-Saccharose-Zufuhr / Tag während der letzten vier Trainingstage nicht erfüllten. Die endgültigen Gruppengrößen sind in angegeben 2 Tabellen und 3.

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Tabelle 2. Inaktiver Hebel reagiert und Photobruch bricht während Cue-Reaktivitäts-Tests (Mittelwert ± SEM).

doi: 10.1371 / journal.pone.0054164.t002

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Tabelle 3. Inaktiver Hebel reagiert und Photobruch bricht während des Verbrauchstests (Mittelwert ± SEM).

doi: 10.1371 / journal.pone.0054164.t003

Alle verbleibenden Ratten erhielten eine Selbstverabreichung von Saccharose, wobei der aktive Hebel reagierte und die Saccharoseabgabe über die 10 Trainingstage zunahm (aktiver Hebel TIME F (9,1422) = 5.9, p <0.001; Infusionen TIME F (9,1422) = 39.0, p <0.001) und inaktiver Hebel, der über die 10 Trainingstage abnimmt (ZEIT F (9,1422) = 103.0, p <0.001). Die Bewegungsaktivität nahm auch während der 10 Trainingstage ab (ZEIT F (9,1422) = 46.3, p <0.001). Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen den 14 Tiergruppen. Die durchschnittlichen Antwortraten am letzten Trainingstag waren aktiver Hebel, 166.2 ± 6.1, Infusionen, 83.1 ± 2.0, inaktiver Hebel, 6.1 ± 0.6 und Fotostrahlbrüche, 1946.3 ± 38.4.

Saccharose-Cue-Reaktivitätstest

Für die Reaktion am ersten Tag gab es einen signifikanten Effekt von MANIPULATION für aktive Hebelreaktionen (F (1) = 4,55), inaktive Hebelreaktionen (F (40.8) = 4,55) und Lichtstrahlbrüche (F (6.8)). = 4,55), alle p <5.8. Für die Reaktion am 0.01. Tag gab es einen signifikanten Effekt von MANIPULATION für aktive Hebelreaktionen (F (30) = 8,103), inaktive Hebelreaktionen (F (11.8) = 8,103) und Lichtstrahlbrüche (F (3.2) = 8,103), alle p <14.1. Aktive Hebelreaktionen und ausgewählte Post-Hoc-Testergebnisse werden in dargestellt Figure 2. in Figure 2Die Gruppen werden rechts von der CON-Gruppe angezeigt, die von der niedrigsten zur höchsten mittleren Rücklaufquote eingestuft wird. Die Reaktion des aktiven Hebels am CON-Tag 30 war signifikant größer als am CON-Tag 1 t (33) = 2.3, p <0.05), was auf eine Inkubation des Verlangens unter Kontrollbedingungen hinweist (CON-Tag 1 vs. CON-Tag 30-Signifikanz nicht angegeben am Figure 2).

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Abbildung 2. Cue-Reaktivität nach 1 oder 30 Tage der erzwungenen Abstinenz und einer akuten oder chronischen Manipulation.

Gruppendaten werden nach Gruppendurchschnitten geordnet dargestellt. * zeigt einen signifikanten Unterschied zur CON-Gruppe an und x zeigt einen signifikanten Unterschied zur EE-Akutgruppe an, p <0.05.

doi: 10.1371 / journal.pone.0054164.g002

Die Auswirkungen der verschiedenen Manipulationen auf inaktive Hebelreaktionen und Lichtstrahlenunterbrechungen waren ihren Wirkungen auf aktive Hebelreaktionen ziemlich ähnlich. Mittelwerte ± SEMS von inaktiven Hebelantworten und Photobeam-Brüchen zusammen mit Post-hoc-Tests sind in dargestellt Tabelle 2.

Saccharose-Verbrauchstest

Für die Reaktion am zweiten Tag gab es einen signifikanten Effekt der MANIPULATION für die aktiven Hebelreaktionen (F (2) = 4,55) und die Lichtstrahlbrüche (F (3.3) = 4,55), beide p <6.4. Für die Reaktion am 0.05. Tag gab es einen signifikanten Effekt der MANIPULATION für aktive Hebelreaktionen (F (31) = 8,103), inaktive Hebelreaktionen (F (10.2) = 8,103) und Lichtstrahlbrüche (F (2.5) = 8,103), alle p <8.5. Aktive Hebelreaktionen und Post-hoc-Testergebnisse sind in dargestellt Figure 3. Daten in Figure 3 werden nach der Rangfolge der Reaktivitätsreaktion in Bezug genommen Figure 2. Die Auswirkungen der verschiedenen Manipulationen auf inaktive Hebelreaktionen und Lichtstrahlenunterbrechungen (mit Ausnahme der inaktiven Hebelreaktionen des Tages 2) waren ihren Wirkungen auf die aktiven Hebelreaktionen sehr ähnlich. Mittelwerte ± SEMS von inaktiven Hebelantworten und Photobeam-Brüchen zusammen mit Post-hoc-Tests sind in dargestellt Tabelle 3.

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Abbildung 3. Saccharoseverbrauch am Tag nach dem Cue-Reaktivitätstest.

Alle Ratten wurden nach dem Cue-Reaktivitätstest unter CON-Bedingungen gehalten. * zeigt einen signifikanten Unterschied zur CON-Gruppe an und x zeigt einen signifikanten Unterschied zur EE-Akutgruppe an, p <0.05.

doi: 10.1371 / journal.pone.0054164.g003

Aktive Hebelreaktionen in Prozent der Antworten von CON-Tag 1 wurden von ANOVA analysiert (13 Stufen, einschließlich CON-Tag 30, jedoch ohne CON-Tag 1). Es gab einen signifikanten Effekt von MANIPULATION F (12,148) = 19.9, p <0.001. Diese transformierten Daten werden in dargestellt Figure 4 mit den Ergebnissen von Post-hoc-Tests. Daten in Figure 4 werden von niedrig bis hoch eingestuft. ANOVAs von Tag 30 und Tag 31 aktiven Hebel Reaktion von Gruppen an Tag 1 nach einer akuten Manipulation getestet ergab keine signifikanten Nachwirkungen von MANIPULATION (Daten nicht gezeigt). Das heißt, trotz großer Auswirkungen von Umweltmanipulationen vor dem Tag-1-Test reagierten Ratten einen Monat später ähnlich wie CON-Ratten.

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Abbildung 4. Cue-Reaktivität als Prozentsatz von Day 1 CON.

Das Ansprechen einer Gruppe von Tag 30 über 100% würde eine Inkubation des Verlangens vorschlagen. Gruppendaten werden nach Gruppendurchschnitten geordnet dargestellt. * zeigt einen signifikanten Unterschied zur CON-Tag-30-Gruppe an und x zeigt einen signifikanten Unterschied zur EE-Akut-Tag-1-Gruppe an, p <0.05.

doi: 10.1371 / journal.pone.0054164.g004

Diskussion

Auswirkungen von Manipulationen auf die Cue-Reaktivität

Alle akuten Manipulationen mit Ausnahme von SE Acute Day 30 waren im Vergleich zu CON-Ratten wirksam bei der Verringerung der Sucrose-Cue-Reaktivität. Die chronischen Manipulationen mit EE und SoloEE waren ebenfalls wirksam, aber SE Chronic und AEnv chronic waren nicht wirksam. Es hat den Anschein, dass die nicht signifikanten SE-Manipulationen (SE Acute Day 30 und SE Chronic) eine gewisse Wirksamkeit hatten, jedoch könnten diese Effekte durch unseren statistischen Ansatz maskiert worden sein (vgl Statistische Analysen). Ungeachtet dessen war die effektivste Manipulation durch die Rangordnung die EE Akut-Bedingung. Dies war der Fall, wenn die Anreicherung vor dem Reaktivitäts-Test am Tag 1 oder 30 stattfand. In Bezug auf die statistische Signifikanz war EE Acute am Tag 1-Zeitpunkt wirksamer als AEnv Acute und SE Acute, aber nicht SoloEE Acute (Figure 2). EE Acute war auch effektiver als alle anderen Behandlungen, aber SoloEE Acute am Tag 30 Zeitpunkt. Wie in den Ergebnissen für die meisten Manipulationen festgestellt wurde, war eine Abnahme der aktiven Hebelreaktion parallel mit einer Abnahme der inaktiven Hebelreaktionen und der Photobeam-Brüche (Tabelle 2). Dies kann eine allgemeine Abnahme des Anreizwerts der Saccharose-gepaarten Hinweise in der operanten Konditionierungskammer anzeigen.

Auswirkungen von Manipulationen auf den Saccharoseverbrauch

Die vorliegende Studie wurde entwickelt, um unsere Fähigkeit zu optimieren, die Auswirkungen von Manipulationen auf Saccharose-Cue-Reaktivität zu detektieren, und da die akuten Manipulationen eine Ein-Nacht-Exposition sein sollten, wählten wir eine weitere Exposition vor Saccharose-Verbrauchstests (akut nicht mehr) scharf sein). Trotz dieser potenziellen Designbeschränkung und der Tatsache, dass die Cue-Reaktivität nicht immer die Selbstverwaltung voraussagt (z. B. [9]), konnten wir signifikante Nachwirkungen von Anreicherungs- oder Neuheitsmanipulationen auf den Saccharoseverbrauch nachweisen (Figure 3). Für den Tag-2-Test wurde der Verbrauch im Vergleich zu den CON-Ratten im Vergleich zu den CON-Ratten in ähnlichem Ausmaß verringert, obwohl die EO-Manipulation keine statistische Signifikanz erreichte. Für Tag 31 reduzierten alle Manipulationen außer SE Chronic und AEnv Chronic den Konsum; der größte scheinbare Rückgang war in der EE Chronisch Gruppe. Insgesamt waren die Korrelationen zwischen Cue-Reaktivität und Verbrauch für alle Ratten: Tag 1 und Tag 2 (n = 60) r = 0.57, Tag 30 und Tag 31 (n = 112), r = 0.56 (beide p <0.001). Schließlich wurde, wie in den Ergebnissen und oben bezüglich der Reaktion auf die Cue-Reaktivität angegeben, eine Abnahme der Reaktion des aktiven Hebels im Verbrauchstest mit einer Abnahme der Reaktionen des inaktiven Hebels und der Unterbrechungen des Fotostrahls einhergegangen (Tabelle 3). Zusammen mit der Abnahme der Gesamtantwort während des Cue-Reaktivitätstests und dem verringerten aktiven Hebel, der während des Verbrauchstests auf Saccharose anspricht, deutet dies auf eine allgemeine Abnahme des Anreizwertes nicht nur der operanten Konditionierungskammer und der Saccharose-gepaarten Hinweise, sondern auch der Saccharose hin auch.

Vorgeschlagene Mechanismen für EE-Effekte auf motivierte Verhaltensweisen

EE hat sich als natürlicher Verstärker erwiesen [14]wie es neu ist [15]. Aus einer verhaltensanalytischen Perspektive kann eine Exposition gegenüber einer Bereicherung oder Neuheit dann einen Kontrast erzeugen [16] derart, dass, wenn Ratten anschließend erlaubt wird, auf den Sucrose-gepaarten Hinweis zu antworten, sie es nicht als verstärkend empfinden, wie der angereicherte oder neue Kontext, von dem sie gerade angekommen sind. Wir sind immer noch spekulativ bezüglich des tatsächlichen Mechanismus der EE-Effekte in der vorliegenden Studie. Wenn unsere EE jedoch verstärkende Eigenschaften hat, könnten unsere Ergebnisse andere Erkenntnisse zu alternativen Verstärkungseffekten in Tiermodellen der Sucht ergänzen. Zum Beispiel reduziert Radlauf Zugang Kokain-Reaktivität bei Ratten [17] und der Zugang zu einer alternativen Verstärkung während der Extinktion beschleunigt das Auslösen der Reaktion [18]. In der vorliegenden Studie trat die alternative Verstärkung in einem anderen Kontext als der operanten Konditionierungskammer auf und erweiterte die Bedingungen, unter denen eine alternative Verstärkung die Reaktion des Operanten verändern könnte.

Im Gegensatz zu dieser Verstärkungshypothese haben Solinas und Kollegen vorgeschlagen, dass die suchtreduzierenden Effekte von EE auf Anti-Stress-Effekte von EE zurückzuführen sein könnten [19]. Anti-Stress-Effekte wie diese wurden in neueren Studien untersucht. Zum Beispiel wurde gefunden, dass die Plasmaspiegel von Corticosteron nach akuter EE bei Ratten mit einer Geschichte von Kokain-Selbstverabreichung verringert sind [20]. In diesem Bericht waren Corticosteronspiegel jedoch nicht unterschiedlich, wenn chronisch isolierte Ratten vs. Ratten mit chronischer EE verglichen wurden. Dies steht mehr im Gegensatz zu einem Befund bei Corticosteron-Spiegeln in Ratten mit chronischer EE oben isolierte Kontrollen [21]. Es muss eindeutig mehr getan werden, um die potenziellen Auswirkungen von Stress auf die Auswirkungen der Umweltanreicherung zu bewerten.

Einfluss von EE-Komponenten auf Saccharose Cue-Reaktivität und Verbrauch

Während es in der Literatur keine direkten Vergleiche für die akuten Manipulationen bei der Selbstverabreichung von Nahrungsmitteln oder Medikamenten gibt, sind unsere EE-chronischen Wirkungen in derselben Richtung wie einige frühere Studien. Und auch wenn sie nicht statistisch signifikant sind, ähneln unsere SE Chronic Trends früheren Studien. Zum Beispiel verabreichen sich chronische EE-Ratten weniger Ethanol als isolierte Ratten und chronische SE-Ratten sind etwas isoliert und EE in ihrer Aufnahme [22]. Chronische EE- und SE-Ratten eskalieren nicht im Vergleich zu isolierten Ratten ihre Selbstverabreichung einer relativ geringen Dosis von Kokain [23]. Chronische EE (weibliche) Ratten haben niedrigere Bruchpunkte für Kokain als isolierte Ratten [24], obwohl die Gesamtgrundlinie der Reaktion bei isolierten Ratten größer ist. Chronische EE- und SE-Ratten verabreichen sich auch eine relativ niedrige Dosis von Amphetamin mit einer geringeren Rate als isolierte Kontrollen [25]. Sucrose-Selbstverabreichungsergebnisse sind weniger konsistent. Bardo et al. fanden heraus, dass sich chronische EE-Ratten anfangs Sucrose-Pellets mit einer höheren Rate selbst verabreichen als chronische SE und isolierte Ratten [25], aber chronische EE- und SE-Ratten verbrauchen weniger Saccharose (aus einer Flasche) als isolierte Ratten [26]. In Studien über die Auswirkungen von EE auf Drogen auf der Suche nachRatten, die Sozialwohnungen ausgesetzt waren, reagieren reaktiver auf Kokain-gepaarte Hinweise als EE-Ratten, aber weniger als Ratten mit isoliertem Gehäuse [27]. Ratten, die im sozialen Bereich untergebracht sind, reagieren weniger auf einen Saccharose-gepaarten Hinweis als isolierte Ratten, aber mehr als EE-Ratten [28].

In der vorliegenden Studie reagierten die SE-Ratten etwas (aber nicht signifikant) weniger auf den Sucrose-Hinweis oder auf Saccharose als CON-Ratten, aber im Allgemeinen mehr als auf EE-Ratten (entweder akut oder chronisch) (Figuren 2 und 3). Diese Ergebnisse stimmen mit dem allgemeinen Muster der Befunde aus den gerade beschriebenen Studien überein. Es ist klar, dass soziale Interaktion nicht für die EE-Effekte verantwortlich ist, die wir in der vorliegenden Studie beobachtet haben, dennoch beeinflusst soziale Interaktion konsistent die Belohnungssuche und die Übernahme von Verstärkern von Medikamenten und Nahrungsmitteln. Cainet al. berichtet, dass Sozialwohnungen für einen neuartigen visuellen Stimulus bei Ratten weniger reagieren (was wiederum nicht so stark wie bei EE ist) [15]. Ein Aspekt der sozialen Situation, der vielleicht das Spielverhalten verstärkt [29], könnte die Motivation von Ratten verändern, auf Verstärker (primär oder konditioniert) oder Neuheit zu reagieren. Die Einbeziehung der Bedingungen von SoloEE und AEnv in der vorliegenden Studie war ein Versuch, Umweltfaktoren über soziale Interaktion hinaus zu isolieren, die zum EE-Effekt beitragen könnten. Aus dem, was wir manipulierten, fanden wir heraus, dass die Exposition gegenüber einer angereicherten Umgebung ohne soziale Kohorten ausreichte, um die Saccharose-Cue-Reaktivität und die Einnahme zu reduzieren. Die von uns berichteten SoloEE-Effekte sind vielleicht die ersten ihrer Art und zeigen, dass eine Bereicherung der Umwelt allein einen großen Einfluss auf die Motivation für Saccharose haben kann. Wir fanden auch, dass der akute Wechsel zu einer neuen Umgebung (AEnv) ausreichend war, aber die chronische Exposition war nicht - obwohl es einen leichten (nicht signifikanten) Rückgang der Cue-Reaktivität und des Verzehrs in der chronischen Gruppe gab. Für den Verbrauchstest könnte dies ironischerweise auf die Neuheit des Umstiegs vom chronischen AEnv-Zustand auf das CON-Gehäuse für den 24 h zwischen dem Cue-Reaktivitätstest und dem Sucrose-Verbrauchstest zurückzuführen sein. Die AEnv-Ergebnisse bestätigen die Ergebnisse einer anderen Studie, bei der die Exposition gegenüber der Neuheit in oder unmittelbar vor dem Eintritt in die operante Konditionierungskammer den Erwerb der Selbstverabreichung von Amphetamin verzögert [30]. Zusammenfassend fanden wir, dass in den meisten Fällen alle "Komponenten" von EE allein ausreichen, um die Saccharose-Cue-Reaktivität und den Verbrauch zu reduzieren. Die effektivsten Manipulationen waren jedoch jene mit dem EE-Kontext.

Akute vs. chronische Manipulationen

Fast alle Studien mit Anreicherungsmanipulationen haben Tiere, die vor dem Verhaltenstest mehrere Wochen lang angereichert wurden. Am relevantesten für die vorliegende Studie sind die Ergebnisse von reduziertem Kokainsuchverhalten bei Ratten nach weniger als 24 h Umweltanreicherung [11], [13]. Ähnlich zu ihren Befunden beobachteten wir einen dramatischen Rückgang der Reaktion auf einen Hinweis, der zuvor mit der Selbstverabreichung nach akuter Exposition gegenüber EE assoziiert war. Beide früheren Autoren bezweifelten, dass akute EE-Effekte durch die gleichen neurobehavioralen Mechanismen wie chronische EE vermittelt werden. Wir stimmen zu, dass die akuten und chronischen Effekte in einigen Fällen dissoziiert werden können. Zum Beispiel sind Aspekte der Umwelt wahrscheinlich über mehrere Wochen gewöhnt, und dies war wahrscheinlich der Fall bei all den chronischen Manipulationen, die wir verwendeten. Der Zeitverlauf in der Bereicherung könnte auch zur Entwicklung von Verhaltensweisen führen, die Saccharosesuch und -konsum vermitteln könnten. Zum Beispiel haben wir früher die Hypothese aufgestellt, dass eine Verringerung der Saccharose, die nach einem Monat der Umweltanreicherung gesucht wird, auf eine verbesserte Lernfähigkeit zurückzuführen sein könnte [10].

Vor diesem Hintergrund könnte eine Erklärung für die hypothetischen Verstärkungskontrasteffekte, die wir hier berichten, schnelle Veränderungen in der Aktivität / Mikrostruktur neuronaler Systeme einschließlich des Nucleus accumbens und des orbitofrontalen Kortex sein, die an der Verfolgung des aktuellen Wertes einer Belohnung beteiligt sind [31], [32]. Längerfristige Veränderungen der Gehirnfunktion könnten einige der chronischen Effekte vermitteln. Diese Veränderungen können in Gehirnregionen einschließlich des orbitofrontalen Kortex und des frontalen Kortex auftreten. Zum Beispiel zeigen chronische EE-Ratten ein vermindertes impulsives Verhalten, wenn sie auf Saccharose ansprechen [33]. Impulsivität wird im Allgemeinen Veränderungen der orbitofrontalen und präfrontalen Kortexfunktion zugeschrieben [34], [35]. Wir hoffen, in zukünftigen Studien Schlüsselregionen und Messenger-Systeme identifizieren zu können.

Anreicherungsmanipulationen blockieren die Inkubation von Sucrose Craving

Autoren einer kürzlich veröffentlichten Studie an Ratten mit einer Geschichte von Kokain-Selbstverabreichung kamen zu dem Schluss, dass die Umweltanreicherung die Inkubation der Craving-Wirkung nicht wirksam blockiert [36]. Diese Befunde stehen im Gegensatz zu dem, was wir in 2008 über Ratten mit einer Vorgeschichte von Sucrose-Selbstverabreichung berichtet haben [10]und etwas von einem Bericht über eine EE-vermittelte Abschwächung bei der Inkubation von Kokainsucht bei Ratten [37]. In unserer vorherigen Studie verglichen wir die Reaktion von Ratten an beiden Tagen 1 und 30 der erzwungenen Abstinenz. Ratten, die während der 29-Tage der erzwungenen Abstinenz zwischen den Cue-Reaktivitäts-Tests einer Umweltanreicherung ausgesetzt waren, reagierten an den beiden Tagen 1 und 30 der erzwungenen Abstinenz mit ähnlichen Raten [10]. Thielet al. verglichen das Ansprechen von Ratten, die im Wesentlichen "akute" EE vor einem Tag-1-Test erhielten, mit dem Ansprechen von Ratten, die im Wesentlichen "chronische" EE vor einem Tag-21-Test erhielten [36]. Die Reaktion war höher für die 21-Tag-gegen-Tag-1-Ratten. In der vorliegenden Studie beobachteten wir einen ähnlichen Effekt: An Tag 30 reagierten die EE-Chronischen Ratten signifikant stärker als die EE-Akuttag-1-Ratten (Figure 4). Die Reaktion der EE-Acute-Day-30-Ratten unterschied sich jedoch nicht von der Reaktion der EE-Acute-Day-1-Ratten (beide näherungsweise eine 85% -Reduktion der Reaktion im Vergleich zu ihrer entsprechenden Kontrollgruppe). Alleine zeigen diese Daten, dass bei EE-akuten Tag-30-Ratten keine Inkubation beobachtet wurde. In der Tat reagierten fünf der acht 1-getesteten Gruppen (alle außer den SE-Manipulationen und AEnv Chronic) signifikant weniger als die CON Day 30-Gruppe und sieben der acht Gruppen (alle aber AEnv Chronic) reagierte weniger als der 30% (CON Day 100) Benchmark (Figure 4). Insofern, als die CON-Tag-30-Gruppe eine inkubierte Reaktion darstellt, konnten diese Befunde dahingehend interpretiert werden, dass die Inkubation in einem gewissen Ausmaß in fast allen dieser Gruppen blockiert war.

An dieser Stelle können wir nur spekulieren, wie Manipulationen wie EE die Inkubation von Craving blockieren. Zum Beispiel könnte die "Blockierung" der Inkubation in der chronischen EE-Gruppe auf einer Abstumpfung der Inkubationsentwicklung beruhen, während die Blockierung der Inkubation in der Gruppe der akuten 30-EE-Akute auf einen für die Expression spezifischen Effekt zurückzuführen sein könnte der Inkubation. Eine alternative Erklärung ist, dass beide Effekte in der gleichen Weise durch EE-Funktion als alternative Verstärkung vermittelt worden sein könnten. Dies kann derzeit die sparsame Erklärung sein. Wie zuvor erwähnt [13], [37], EE-Effekte sind vorübergehend. Obwohl die vorliegende Studie nicht darauf ausgelegt war, die Persistenz der Manipulationen zu beurteilen, konnten wir diese Beobachtung durch die Untersuchung der Reaktion auf Reaktivität und Verzehr von Ratten an Tag 30 und 31, die vor dem Tag 1 eine akute Manipulation erhalten hatten, bestätigen. ANOVAs mit aktivem Hebel, die an den Tagen 30 und 31 reagierten, zeigten keine signifikante Wirkung von MANIPULATION (Daten nicht gezeigt). Hätten die akuten Manipulationen die Entwicklung der Inkubation gezielt beeinträchtigt, hätte dies nicht der Fall sein dürfen. Insgesamt unterstützt die Vergänglichkeit der EE und anderer Manipulationen die oben dargelegte Hypothese, dass diese Manipulationen zumindest eine kurzlebige Veränderung in der Verstärkungswirksamkeit der Umgebung der Selbstverwaltung hervorrufen. Aus praktischer Sicht werden diese Details in Bezug auf Methoden und Interpretation entscheidend für die Entwicklung zukünftiger Studien sein, in denen EE das Belohnungsverhalten beeinflusst.

Wie oben erwähnt, bestand eine besonders faszinierende Feststellung in der vorliegenden Studie schließlich darin, dass, während sowohl Acute Day 30 als auch EE Chronic die Cue-Reaktivität (Blockierung der Inkubation wie oben angegeben) reduzierten, die Day 30-EE-Akutmanipulation offenbar einen größeren Effekt auf das Cue hatte. Reaktivität während die chronische Manipulation von EE den Saccharoseverbrauch stärker beeinflusste (Figuren 2 und 3). Das Ansprechen des aktiven Hebels war zwischen den Gruppen statistisch nicht signifikant (p = 0.029 mit einem Bonferroni-korrigierten Alpha von p <0.0073), aber ein Vergleich der Anzahl der Saccharoseabgaben ergab, dass sich die Gruppen signifikant unterschieden (p <0.0073; Daten nicht gezeigt) ). Es könnte sein, dass die chronische Exposition gegenüber EE einige zusätzliche Veränderungen in der Motivation für Saccharose hervorruft. Dieser Effekt kann besonders wichtig sein, um die Rolle der Umwelt nicht nur bei der Suche nach Nahrung, sondern auch beim Verhalten bei der Nahrungsaufnahme zu verstehen. Wir planen, die möglichen unterschiedlichen Auswirkungen von akutem und chronischem EE auf die Gehirnaktivität (z. B. fos-Aktivierung nach einem Cue-Reaktivitätstest) zu untersuchen, um diese Erkenntnisse über die Anreicherung mit dem zu integrieren, was in Bezug auf die Neurobiologie der Inkubation von Verlangen bekannt ist [38].

Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

Die Anreicherung der Umgebung hatte einen tiefgreifenden Effekt auf die Saccharose-Cue-Reaktivität und den Verbrauch bei Ratten mit einer Saccharose-Selbstverabreichung. In den meisten Fällen reichten konspezifische Zugriffe, die Umweltkomplexität und die Exposition gegenüber Neuheiten aus, um die Sucrose-Cue-Reaktivität und den Verbrauch zu reduzieren. Die stärksten Rückgänge in Bezug auf die Reaktionsfähigkeit und den Verbrauch wurden jedoch beobachtet, wenn Ratten entweder mit oder ohne soziale Kohorte einem Anreicherungskontext ausgesetzt waren.

Unsere Ergebnisse liefern einen Fokus für zukünftige Untersuchungen von Faktoren, die belohnungsbedingte Verhaltensänderungen nach einer Umweltanreicherung vermitteln. Erkenntnisse aus dieser und zukünftigen Studien könnten einen Rahmen für die Reduzierung der Suche nach und Belohnung von Belohnungen bieten. Aus unseren und anderen Studien mit EE geht zum Beispiel hervor, dass die Suche nach Belohnungen dadurch reduziert werden kann, dass der Wert der Umgebung eines „Süchtigen“ geändert wird. Zukünftige Studien, die die neuronalen Mechanismen erklären, die den akuten und chronischen EE-Effekten auf das Verhalten zugrunde liegen, könnten zu neuen pharmakologischen Instrumenten zur Verringerung des Suchtverhaltens führen.