Rep Rep. 2018; 8: 2766.
Diterbitkan dalam talian 2018 Feb 9. doi: 10.1038/s41598-018-21046-0
PMCID: PMC5807356
Abstrak
Isyarat yang memberi isyarat mengenai ketersediaan makanan yang enak memperoleh keupayaan untuk memotensi mencari dan memakan makanan. Kajian semasa menggunakan gabungan teknik tingkah laku, farmakologi, dan analisis untuk menyiasat peranan motivasi insentif Pavlovian dalam memberi makan yang berpotensi. Kami menunjukkan bahawa isyarat yang dipasangkan dengan penyelesaian sukrosa (CS +) boleh memindahkan kawalan ke atas pemakanan untuk merangsang penggunaan sukrosa di bekas baru, dan kesan ini bergantung kepada pengaktifan reseptor D1 dopamin, yang dikenali untuk memodulasi bentuk-bentuk lain yang bermotifkan cue tingkah laku tetapi tidak menikmatinya. Analisis mikrostruktur mengenai tingkah laku sukrosa-menjilat menunjukkan bahawa CS + cenderung meningkatkan kekerapan yang mana tikus terlibat dalam serangan lipas yang aktif tanpa mempunyai kesan yang boleh dipercayai sepanjang tempoh serangan licking tersebut, ukuran yang sebaliknya dikaitkan dengan kesesuaian sukrosa. Selain itu, kami mendapati bahawa perbezaan individu dalam CS + meningkatkan peningkatan dalam kekerapan pertarungan dikaitkan dengan jumlah pengambilan sukrosa pada ujian, menyokong pandangan bahawa proses ini berkaitan dengan disregulasi bermakna tingkah laku makan. Oleh itu, kajian semasa, (1) menunjukkan bahawa proses motivasi insentif Pavlovian yang bergantung kepada dopamine dapat menengahi pemakanan yang berpotensi berpotensi, dan (2) memberikan pendekatan percubaan dan analitik untuk menguraikan aspek tingkah laku ini.
Pengenalan
Tanda-tanda alam sekitar yang menandakan adanya makanan yang enak dapat mencetuskan keinginan makanan yang kuat1-3 dan menggalakkan makan dengan ketiadaan kelaparan, kesan yang diperhatikan dalam tikus4,5 dan manusia6-9. Pengaruh tingkah laku ini, yang dipercayai berperanan penting dalam makan berlebihan dan obesiti10-13, boleh dikaji menggunakan tugas pemberian potensinya (CPF). Dalam kajian CPF yang tipikal, haiwan lapar menjalani pengkondisian Pavlovia yang terdiri daripada pasangan berulang di antara rangsangan yang terkondisi (CS +; misalnya, nada auditori) dan sedikit makanan atau cairan yang enak, seperti larutan sukrosa, yang mereka makan dari cawan terletak di kedudukan tetap di ruang percubaan. Seterusnya, mereka diberi akses tanpa had ke dalam chow penyelenggaraan mereka untuk memastikan bahawa mereka sepenuhnya disapu sebelum ujian. Haiwan kemudiannya dikembalikan ke ruang dan dibenarkan untuk menggunakan sukrosa secara bebas dari cawan manakala CS + dipersembahkan secara berselang-seli dengan cara yang tidak bersangkutan. Di bawah keadaan sedemikian, haiwan menunjukkan peningkatan ketara dalam penggunaan makanan semasa sesi ujian dengan CS + relatif kepada sesi dengan rangsangan yang tidak berpasangan (CS-).
Walaupun penemuan sedemikian menunjukkan bahawa isyarat luaran boleh bertindak secara bebas daripada kelaparan fisiologi untuk menggalakkan pemakanan, proses psikologi yang mendasari kesan ini tidak kukuh. Satu kemungkinan adalah isyarat yang berkaitan dengan penggunaan makanan yang enak mendapat kawalan refleksif atau kebiasaan terhadap makanan (iaitu, berasaskan rangsangan-tindak balas). Jika ini adalah mekanisme utama yang mengiringi CPF, maka CS + harus merangsang penggunaan dengan menimbulkan tingkah laku pemakanan tertentu yang ditubuhkan semasa pengkondisian Pavlovia. Ini pembelajaran tindak balas pandangan adalah munasabah apabila sumber makanan ditetapkan dalam latihan dan ujian, seperti contoh yang dijelaskan di atas. Walaupun senario ini berlaku untuk kebanyakan demonstrasi CPF, ada juga laporan bahawa isyarat makanan yang berkaitan dapat memicu pemakanan di lokasi-lokasi baru14-16, menunjukkan bahawa mereka dapat mengawal makan secara tidak langsung. Satu penjelasan yang mungkin adalah bahawa petunjuk-petunjuk semacam itu memberi makan melalui proses motivasi insentif Pavlovian yang sama yang membolehkan mereka memperoleh dan mencergaskan tingkah laku mencari makanan yang berperanan penting17,18. ini pandangan motivasi meramalkan bahawa CS + mencetuskan keinginan untuk mencari makanan, yang juga akan membawa kepada memberi makan ketika makanan tersedia. Secara alternatif, diberikan bukti bahawa isyarat untuk makanan yang enak dapat meningkatkan penilaian rangsangan hedonik rangsangan rasa19-21, ada kemungkinan bahawa potentiate memberi makan sebahagian dengan menjadikan makanan lebih enak. Walaupun pandangan hedonik ini secara mekanistik berbeza daripada pandangan motivasi, akaun-akaun ini tidak saling eksklusif dan boleh menjelaskan aspek-aspek yang berbeza dari CPF10,22.
Salah satu cara untuk membezakan antara akaun motivasi dan hedonik CPF adalah untuk menentukan bagaimana petunjuk makanan yang dipasangkan mempengaruhi mikrostruktur pemakanan. Apabila tikus dibenarkan untuk menggunakan larutan sukrosa secara bebas atau cecair lain yang sesuai, mereka terlibat dalam menjilat durasi yang berbeza-beza yang dipisahkan oleh tempoh ketidakaktifan. Manakala tempoh purata lepitan-lepuh ini memberikan satu ukuran yang boleh dipercayai dan selektif bagi kesesuaian bendalir23,24, dipercayai bahawa kekerapan serangan ini dikawal oleh proses motivasi25-28. Oleh itu, jika CS + merangsang pemakanan dengan meningkatkan kesesuaian sukrosa, maka isyarat itu harus meningkatkan tempoh, tetapi tidak semestinya kekerapan, dari serangan menjilat. Sebaliknya, pandangan motivasi meramalkan bahawa CS + harus mencetuskan pencapaian dan penggunaan sukrosa walaupun haiwan sibuk dengan aktiviti lain, yang menyebabkan lebih kerap, tetapi tidak semestinya lebih lama, serangan menjilat.
Kajian semasa menyiasat kesan penyerahan CS + pada mikrostruktur menjilat sukrosa dengan menggunakan dua protokol CPF, satu di mana sukrosa sentiasa tersedia di lokasi yang sama (Eksperimen 1), dan satu di mana sumber itu ditukar merentasi latihan dan ujian (Percubaan 2 dan 3), membolehkan kami menilai pengaruh tidak langsung CS +. Pendekatan kami untuk menilai pengaruh bebas (generalised) respons ini terhadap makanan yang dipasangkan pada makanan dipodelkan selepas tugas pemindahan Pavlovian-to-instrumental (PIT), yang digunakan secara meluas untuk mengkaji kesan motivasi insentif ganjaran yang dipasangkan pada tingkah laku mencari ganjaran18,29,30. Kami juga menerima parameter penyaman dan pengujian Pavlovia yang biasa digunakan dalam kajian PIT untuk memudahkan perbandingan dengan kesusasteraan itu. Memandangkan aktiviti reseptor dopamin D1 adalah penting untuk ungkapan PIT dan langkah-langkah lain yang berorientasikan isyarat31-33 tetapi agak tidak penting untuk aspek hedonik tingkah laku makan25,28,34, kami juga menilai impak blokade reseptor D1 ke atas sukrosa yang dijangkiti sukrosa (Percubaan 3) sebagai satu lagi penyelidikan peranan motivasi dalam kesan ini. Akhir sekali, kami menganalisis struktur mikro sukrosa menjilat data daripada eksperimen ini untuk menguji sama ada CPF selektif dikaitkan dengan kenaikan sama ada kekerapan atau jangka masa serangan menjilati sukrosa, seperti yang akan diramalkan oleh pandangan motivasi dan hedonik CPF, masing-masing.
Hasil
Makan dengan potensial dengan isyarat yang menandakan sumber makanan
Dalam percubaan pertama kami, kami menggunakan reka bentuk CPF kongregasi sambutan konvensional, di mana respons khusus yang diperlukan untuk mengambil sukrosa adalah sama di seluruh fasa latihan dan ujian. Tikus lapar diberi 10 d dari penyaman Pavlovia untuk menubuhkan CS + sebagai isyarat untuk ketersediaan sukrosa pada cawan makanan di satu sisi ruang. Pada hari terakhir penyaman, penyertaan cawan (± antara subjek SEM) jauh lebih tinggi semasa CS + (23.72 ± 2.79 per minit) berbanding selang antara percubaan [18.27 ± 3.25 per minit; sampel yang dipasangkan t-test, t(15) = 3.13, p = 0.007]. Penyertaan piala semasa CS− (8.60 ± 1.91 per minit) tidak berbeza secara signifikan dari selang masa percubaan [10.69 ± 2.00 per minit; berpasangan-sampel t-test, t(15) = -1.60, p = 0.130].
Tikus kemudian diberikan dua ujian CPF dalam keadaan makanan untuk mencirikan kesan CS + pada menjilati sukrosa. Dalam setiap ujian, tikus mempunyai akses percuma ke penyelesaian 2% atau 20% sucrose, yang membolehkan kita menilai pengaruh kesesuaian sukrosa pada CPF. Rajah 1a menunjukkan jumlah licks yang diperhatikan semasa ujian CS sebagai fungsi masa CS, jenis CS, dan kepekatan sukrosa. Data dianalisis menggunakan model kesan bercampur linear umum (Jadual Tambahan) S1). Yang penting, terdapat masa CS yang penting × interaksi Jenis CS, t(116) = 12.70, p <0.001. Analisis lebih lanjut (merentasi kepekatan) menunjukkan peningkatan yang signifikan untuk percubaan CS +, p <0.001, tetapi bukan percubaan CS−, p = 0.118, menunjukkan bahawa CS + lebih efektif daripada CS− dalam meningkatkan pemukulan sukrosa, berbanding dengan tahap pra-CS. Analisis kami juga mendapati bahawa selektiviti isyarat ini banyak dipengaruhi oleh kepekatan sukrosa (interaksi 3 arah, p <0.001). Secara khusus, walaupun CS + sangat berkesan dalam meningkatkan pemukulan sukrosa dalam keadaan 2% dan 20%, ps <0.001, CS− tidak mempengaruhi kadar menjilat secara signifikan dalam ujian 2%, p = 0.309, tetapi menimbulkan peningkatan sederhana tetapi signifikan dalam ujian 20%, p = 0.039. Oleh itu, walaupun petunjuk berpasangan makanan lebih efektif dalam mengendalikan pemberian makanan, isyarat yang tidak berpasangan nampaknya memberikan pengaruh yang sama ketika tikus diizinkan untuk menggunakan larutan sukrosa yang sangat enak ketika diuji.
Memindahkan makanan yang diberi potongan kepada sumber makanan baru
Oleh kerana sukrosa disediakan pada sumber yang sama semasa latihan dan ujian di Eksperimen 1, tidak jelas sama ada kesan CPF yang diperhatikan bergantung kepada kemampuan CS + (1) motivasi tikus untuk mencari dan mengkonsumsi sukrosa atau (2) secara terus mendapat spesifik refleks yang berhawa dingin, Atau tabiat. Eksperimen 2 memberi tumpuan lebih tepat pada hipotesis terdahulu dengan menguji sama ada CS + yang berkaitan dengan penyerapan sukrosa menjadi cawan makanan boleh memacu pencukuran sukrosa daripada muncung di seberang kebuk pada ujian, setanding dengan fenomena perilaku yang diperhatikan di PIT.
Tikus telah dilatih dengan prosedur pengkondisian Pavlovia yang sama yang digunakan dalam Eksperimen 1, mengakibatkan tingkah laku pendekatan antisipatif khusus pada hari terakhir pengkondisian Pavlovia. Pendekatan cawan makanan (± antara subjek SEM) lebih besar semasa CS + (18.71 ± 1.73 seminit) berbanding interval percubaan antara [12.49 ± 0.98 per minit; sampel yang dipasangkan t-test, t(15) = 3.02, p = 0.009]. Tidak ada perbezaan yang signifikan antara CS− (9.41 ± 0.98 per minit) dan selang antara percubaan [8.44 ± 0.88 per minit; berpasangan-sampel t-test, t(15) = 0.98, p = 0.341].
Memandangkan kesan CS + pada sukrosa menjilat dalam Eksperimen 1 agak ketara apabila tikus diuji dengan 2% sukrosa, ujian awal kami dengan sukrosa tersedia pada sumber baru (muncung, dengan cawan makanan yang dilindungi oleh panel legam - Lihat Kaedah) memberi tumpuan kepada keadaan ini. Walau bagaimanapun, dalam ujian ini, menjilati sukrosa tidak banyak berbeza antara CS + (328.1 ± 84.8 licks) dan tempoh pra-CS + [245.6 ± 45.9 licks; sampel yang dipasangkan t-test, t(15) = 1.07, p = 0.300]. Untuk mencegah persaingan tindak balas dan memperkuat minum sukrosa dari cerat, tikus diberi 5 sesi latihan tambahan untuk menjilat dari cerun 20% sukrosa di bawah kekurangan makanan jika tidak ada CS. Tikus kemudiannya diberi makan sepenuhnya di rumah dan diberikan dua ujian CPF dengan sukrosa yang terdapat di logam. Semasa ujian, tikus mempunyai akses berterusan ke larutan sukrosa 2% atau 20% dalam ujian berasingan (dalam subjek, pesanan diimbangi).
Rajah 1b menunjukkan bahawa semasa ujian ini, CS + berkesan dalam mempromosikan minuman sukrosa di lokasi baru, walaupun isyarat itu tidak pernah dikaitkan secara langsung dengan tingkah laku ini. Analisis model kesan campuran (Jadual Tambahan S2) mendapati jenis CS yang penting × CS Masa interaksi, t(120) = 15.16, p <0.001, menunjukkan bahawa CS + lebih berkesan dalam meningkatkan pemukulan sukrosa daripada tahap awal (tempoh CS berbanding pra-CS, p <0.001) daripada CS− (tempoh CS berbanding pra-CS, p = 0.097), seperti dalam Eksperimen 1. Kepekatan sukrosa tidak banyak mempengaruhi selektiviti isyarat kesan ini (interaksi 3 arah, p = 0.319). Yang penting, sementara kadar menjilat nampaknya meningkat semasa pra-CS− berbanding dengan tempoh pra-CS +, sampel berpasangan t- Ujian menunjukkan bahawa perbezaan ini tidak signifikan secara statistik dalam keadaan 2% t(15) = 1.66, p = 0.118, atau dalam keadaan 20%, t(15) = 1.56, p = 0.139. Ini diharapkan dapat dilihat berdasarkan struktur percubaan pseudo-rawak yang digunakan semasa latihan dan ujian, yang mencegah kesan bawaan sistematik (antara percubaan) dan menghalang jangkaan jenis percubaan (atau masa) yang akan datang. Perlu juga diperhatikan bahawa haiwan yang sama menunjukkan peningkatan CS + yang serupa dalam menjilati dalam Eksperimen 3 ketika kadar menjilat pra-CS− dan pra-CS + mereka lebih setanding (lihat Gambar. 1c, kenderaan).
Ketergantungan pada reseptor dopamine jenis D1
Keputusan Eksperimen 2 menunjukkan bahawa CS + memperoleh keupayaan untuk memendekkan penggunaan sukrosa dengan mencetuskan tingkah laku makan yang tidak pernah dikaitkan secara langsung dengan isyarat itu, selaras dengan pengaruh motivasi seperti PIT. Memandangkan pentingnya reseptor dopamin jenis D1 dalam motivasi insentif Pavlovian31-33, Eksperimen 3 meneliti sama ada aktiviti menyekat di reseptor ini akan mengganggu ekspresi CPF. Tikus yang sama yang digunakan dalam Eksperimen 2 diberi ujian akhir CPF (20% sucrose) selepas prarawatan dengan SCH-23390 (0.04 mg / kg), antagonis D1 terpilih atau kenderaan. Keputusan ujian ditunjukkan dalam Rajah. 1c (juga Jadual Tambahan) S3).
Analisis mendedahkan kesan utama rawatan dadah, t(120) = -2.15, p = 0.034, dalam menjilat sukrosa pada umumnya tertekan oleh SCH-23390. Yang penting, kami menjumpai interaksi Drug × CS Period × CS Type yang ketara, t(120) = -20.91, p <0.001, menunjukkan bahawa SCH-23390 secara khusus mengganggu ungkapan CPF. Malah, analisis lebih lanjut menunjukkan bahawa sementara CS + secara signifikan meningkatkan pengambilan sukrosa berbanding tahap pra-CS + dalam ujian kenderaan, p <0.001, tidak ada kesan CS + dalam ujian SCH-23390, p = 0.982. Sama seperti petunjuk umum yang diperhatikan dalam Eksperimen 1, CS− menimbulkan peningkatan yang sedikit dalam menjilat sukrosa dalam kedua-dua keadaan ubat, ps ≤ 0.049. Oleh itu, perencatan reseptor dopamine jenis D1 melalui pentadbiran SCH-23390 secara signifikan merosakkan CS + memberi makan, selaras dengan insentif motivasi akaun CPF.
Analisis mikrostruktur mengenai kesan sukrosa-isyarat dan kepekatan sukrosa pada pemakanan
Keputusan Eksperimen 2 dan 3 menunjukkan bahawa protokol seperti novel PIT yang digunakan di sini menyokong bentuk motivasi insentif CPF, kerana isyarat dapat memotivasi tingkah laku makan di lokasi yang berasingan dari sumber makanan yang ditandakan oleh isyarat. Untuk selanjutnya menguji akaun ini, kami memeriksa jika kesan excitatory dari CS + pada minuman sukrosa berkaitan dengan perubahan tertentu dalam organisasi mikrostruktur tingkah laku menjilat. Seperti yang diterangkan di atas, manakala tempoh masa menjilat berbeza dengan kesesuaian bendalir23,24, kekerapan yang mana tikus terlibat dalam serangan baru menjilat dianggap mencerminkan proses motivasi yang berasingan25-28. Kami mengubah kepekatan sukrosa untuk memanipulasi kesesuaiannya, seperti dalam laporan sebelumnya23,35. Walaupun kepekatan sukrosa yang tinggi dan rendah juga berbeza dengan kandungan kalori, penyelidikan yang luas menunjukkan bahawa tempoh durasi pertarungan adalah ukuran sensitif dan selektif pengaruh ganjaran orosensori dan tidak dapat dipisahkan dari pemprosesan kalori pasca35-38. Oleh itu, CS + yang mendorong motivasi insentif meningkatkan frekuensinya, sementara CS + yang meningkatkan pengambilan dengan menjadikan sukrosa lebih enak untuk mempromosikan tempoh masa yang lebih panjang.
Memastikan kuasa statistik mencukupi39, data kami telah runtuh merentasi semua keadaan ujian bukan ubat yang diterangkan di atas (ujian 2% dan 20% untuk Eksperimen 1 dan Eksperimen 2, dan keadaan kenderaan untuk Eksperimen 3). Data gabungan ditunjukkan dalam Rajah. 2, diplot secara berasingan sebagai jumlah licks (a), kekerapan bolak (b), dan tempoh pertaruhan (c). Rajah 2d menunjukkan plot raster dua tingkah laku tikus tikus perwakilan semasa tempoh pra-CS + dan CS + apabila 2% dan 20% sukrosa boleh didapati semasa ujian. Selaras dengan tafsiran motivasi CPF, tikus-tikus ini cenderung melibatkan lebih banyak luka sukrosa menjilat semasa CS + berbanding semasa tempoh pra-CS +. Sebaliknya, tempoh durasi cenderung menjadi lebih panjang apabila tikus memakan lebih banyak penyelesaian 20% sukrosa yang lebih enak daripada memakan sukrosa 2%, kesan yang jelas semasa tempoh pra-CS + dan CS +. Oleh itu, tempoh pertaruhan tidak begitu dipengaruhi oleh petunjuk sukrosa yang dipasangkan. Malah, corak yang dilihat dalam Rajah. 2d telah disokong oleh model kesan bercampur linier umum bagi set data gabungan (lihat Rajah. 2a-c dan Jadual Tambahan S4). Analisis kesan campuran sekunder menunjukkan bahawa faktor eksperimen "Eksperimen" (1, 2, 3) tidak menyederhanakan tempoh CS CS × Jenis interaksi pada kekerapan atau tempoh pertarungan, ps ≥ 0.293, membenarkan kami menggabungkan data ini untuk analisis seterusnya. Menariknya, keupayaan CS + untuk memotivasi tingkah laku menjilat juga dicerminkan dalam kependaman yang lebih pantas untuk memulakan menjilat40-42 selepas CS + vs CS-onset [model kesan bercampur linear umum (taburan tindak balas = gamma, fungsi pautan = log); t(306) = -2.71, p = 0.007], walaupun perbezaan mentah dalam latensi relatif sederhana (CS +: 1.16 saat ± 0.47; CS−: 2.79 saat ± 0.79).
Analisis mediasi kesan CS masa
Memandangkan penemuan sedemikian, kami melakukan analisis pengantaraan statistik43 pada data gabungan (Gamb. 2) untuk menentukan sama ada CS + membangkitkan minuman sukrosa adalah berkaitan dengan perubahan frekuensi atau jangka masa. Rajah 3a menunjukkan struktur model pengantaraan berbilang untuk analisis ini (CS Period). Terdapat kesan keseluruhan yang ketara (Jumlah; c) tempoh CS pada tingkah laku menjilat, t(156) = 4.11, p <0.001, c = 5.22 [2.71, 7.73], kerana terdapat lebih banyak menjilat semasa CS + daripada tempoh pra-CS +. Kami kemudian menguji sama ada CS + juga mempengaruhi struktur mikro menjilat, dan mendapati peningkatan yang ketara disebabkan frekuensi pertarungan (M2), t(156) = 3.27, p = 0.001, a2 = 0.70 [0.28, 1.12], tetapi bukan tempoh pertarungan (M1), t(141) = 1.89, p = 0.061, a1 = 0.34 [−0.02, 0.69]. Oleh itu, pada peringkat kumpulan, kesan CS + pada frekuensi pertarungan, tetapi bukan dalam tempoh pertarungan, menyerupai kesannya pada menjilat secara lebih umum.
Sekiranya kesan CS + pada menjilat dimediasi dengan kesannya pada kekerapan pertarungan, maka (1) langkah-langkah ini perlu dikaitkan, dan (2) kesan CS + pada kekerapan pertarungan harus mengakaunkan kesan CS + pada ukuran total. Penilaian terhadap ramalan pertama mendapati bahawa, mengabaikan tempoh CS, kedua-dua kekerapan dan tempoh pertarungan adalah berkorelasi dengan jumlah keseluruhan, ps <0.001, yang tidak mengejutkan memandangkan langkah-langkah mikrostruktur ini mempunyai hubungan intrinsik dengan jumlah penjilat. Walau bagaimanapun, penilaian ramalan kedua kami lebih jelas. Kami membina model mediasi berganda untuk memeriksa apakah langkah-langkah mikrostruktur ini menjelaskan variasi yang berkaitan dengan CS + dalam ukuran total menjilat dengan memasukkan frekuensi pertarungan dan tempoh pertarungan sebagai kesan tetap, bersamaan dengan tempoh CS. Dengan kata lain, kami bertanya sama ada pengendalian varians dalam langkah-langkah menjilat ini melemahkan kesan CS +, berbanding kekuatannya dalam model yang lebih sederhana (dikurangkan) yang dijelaskan di atas. Selaras dengan pengantaraan, kami mendapati bahawa ini terus kesan masa CS pada licks (c') tidak penting, t(139) = 0.90, p = 0.370, c'= 0.41 [-0.49, 1.30], apabila mengawal kekerapan dan tempoh pertarungan. Kami kemudian menganggarkan pengaruh CS + untuk menjilat setiap mediator berpotensi ini, dan mendapati terdapat kesan tidak langsung yang signifikan mengenai frekuensi pertaruhan pada licks, a2b2 = 2.90 [1.18, 4.76], tetapi tidak untuk tempoh pertarungan, a1b1 = 1.71 [−0.09, 3.35]. Oleh itu, data ini menunjukkan bahawa peningkatan yang disebabkan oleh CS + dalam menjilat terutama didorong oleh peningkatan frekuensi pertarungan berbanding dengan peningkatan dalam tempoh pertarungan, konsisten dengan akaun motivasi dan bukan hedonik CPF.
Analisis mediasi terhadap kesan kepekatan sukrosa
Kami melakukan analisis mediasi kedua pada data gabungan (Gamb. 2) untuk mengesahkan bahawa kesesuaian sukrosa (kepekatan) berkaitan dengan peningkatan selektif dalam tempoh pertaruhan (Gamb. 3b, Kepekatan). Model yang dipermudahkan (tiada kesan tetap untuk kekerapan atau jangka masa) mendapati bahawa jumlah kesan tumpuan pada jumlah licks tidak signifikan, t(156) = 0.42, p = 0.678, c = 0.57 [−2.13, 3.27], menunjukkan bahawa tahap keseluruhan menjilat sukrosa pada ujian tidak sangat bergantung pada kepekatan sukrosa. Hal ini diharapkan, kerana kesan lekapan sukrosa pada pemukulan paling jelas terjadi pada 2-3 minit awal penggunaan44, sebelum tempoh pra-CS pertama dalam sesi ujian kami. Walau bagaimanapun, kepekatan sucrose mempunyai kesan yang signifikan pada tempoh pertarungan (M1), t(141) = 5.20, p <0.001, a1 = 0.88 [0.54, 1.21], dengan sukrosa 20% menyokong minum lebih lama daripada sukrosa 2%. Menariknya, kepekatan sukrosa mempunyai kesan penekanan yang signifikan terhadap frekuensi pertarungan (M2), t(156) = -3.84, p <0.001, a2 = −0.83 [−1.26, −0.40], kerana tikus cenderung terlibat dalam serangan yang lebih sedikit ketika minum larutan yang lebih enak. Oleh itu, peningkatan yang berkaitan dengan kepekatan dalam tempoh pertarungan diimbangi oleh penurunan frekuensi pertarungan. Selaras dengan ini, model mediasi penuh kami, yang merangkumi kesan tetap untuk jangka masa dan kekerapan, menunjukkan tidak ada kesan langsung pemusatan pada jilat, t(139) = 0.45, p = 0.650, c'= 0.23 [-0.76, 1.22]. Walau bagaimanapun, terdapat kesan yang tidak langsung, tetapi bertentangan, kesan frekuensi pertarungan, a2b2 = −3.49 [−5.50, −1.58], dan tempoh pertarungan, a1b1 = 4.46 [2.96, 5.95], pada keseluruhan tingkah laku menjilat.
Perbezaan individu dalam kesan tempoh CS dan tumpuan terhadap mikrostruktur menjilat
Model pengantaraan mendedahkan bahawa kekerapan dan durasi pertarungan memainkan peranan yang berbeza dalam mengantarkan kesan-kesan konsentrasi CS + dan sukrosa pada menjilat pada peringkat kumpulan, tetapi tidak mengatasi kesan-kesan sedemikian rupa terhadap tikus individu, yang mungkin penting untuk memahami individu kelemahan berlebihan. Memandangkan keputusan analisis pengantaraan, kami meramalkan bahawa tikus individu akan menunjukkan kenaikan bersih dalam kekerapan dalam tempoh CS +, berbanding dengan garis dasar, tetapi tidak akan menunjukkan sebarang perubahan yang konsisten atau boleh dipercayai dalam tempoh pertarungan. Tambahan pula, tikus individu dijangka menunjukkan lebih lama, tetapi kurang kerap, menjilat ketika mengambil 20% sukrosa, berbanding dengan ujian 2%. Rajah. 3c dan d menunjukkan perbezaan individu dalam kesan tempoh CS (CS + - pra-CS +) dan kepekatan sukrosa (20% –2%), masing-masing, pada frekuensi dan tempoh pertarungan (analisis kumpulan data gabungan dalam Rajah. 2). CS + peningkatan frekuensi pertaruhan dalam 67% tikus (Gamb. 3c), dengan bilangan yang sama bilangan tikus ini juga menunjukkan peningkatan dalam tempoh pertarungan (34%) atau tidak (33%). Kebaikan chi kuadrat ujian yang sesuai dengan menganggap mata data yang diedarkan seragam di empat kuadran mendedahkan asimetri distribusi ketara, χ2(3) = 10.91, p = 0.012. Sesungguhnya, min bagi ΔKekerapan pengedaran adalah lebih besar daripada 0, t(66) = 4.80, p <0.001, sementara min bagi ΔTempoh pengedaran tidak jauh berbeza daripada 0, t(66) = 1.80, p = 0.076. Berkenaan dengan kesan kepekatan (Gambar. 3d), majoriti tikus (58%) dipamerkan lebih lama and kurang kerap dengan 20% berbanding 2% sukrosa, dan ujian kebaikan chi kuadrat mengesahkan bahawa data tidak diedarkan seragam ke quadrants, χ2(3) = 31.85, p <0.001. Sesungguhnya, kami mendapati bahawa min bagi ΔKekerapan pengedaran adalah kurang daripada 0, t(51) = -4.22, p <0.001, manakala min bagi ΔTempoh pengedaran adalah lebih besar daripada 0, t(51) = 4.18, p <0.001.
Prediktif mikrostruktur penggunaan sukrosa
Data dalam Rajah. 3c mencadangkan bahawa terdapat variabiliti yang besar dalam kesan CS + pada kekerapan pertarungan, dan bahawa beberapa tikus sangat sensitif terhadap pengaruh motivasi ini. Walaupun ada kemungkinan tikus-tikar ini dapat mengawal jumlah pengambilan sukrosa mereka dengan meminum lebih kurang jika tidak ada CS +, analisis selanjutnya terhadap set data gabungan (Gamb. 2) mengesahkan bahawa CS + ini mencetuskan peningkatan dalam frekuensi pertarungan dikaitkan dengan makan berlebihan. Khususnya, kami mendapati bahawa tikus yang dipamerkan positif ΔKekerapan skor semasa ujian CS + (subkumpulan Freq ↑, Dur ↓ dan Freq ↑, Dur ↑ dalam Rajah. 3C) menggunakan lebih banyak sukrosa daripada tikus yang tidak (subkumpulan Freq ↓, Dur ↓ dan Freq ↓, Dur ↑) t(63) = 2.27, p = 0.026 (Gamb. 4a). Hubungan ini dikekalkan apabila ΔKekerapan telah dianggap sebagai pemboleh ubah berterusan, t(63) = 2.19, p = 0.032 (Gamb. 4b), dan tidak bergantung kepada kepekatan sukrosa, Konsentrasi × ΔKekerapan, t(63) = 0.64, p = 0.528.
Perbincangan
Kami mendapati bahawa terdapatnya isyarat yang memberi isyarat kepada sucrose untuk memencetkan pengambilan sukrosa dalam tikus tanpa mengira sama ada isyarat itu juga memberi isyarat kepada tindakan tertentu yang diperlukan untuk mendapatkan sukrosa (Eksperimen 1) atau tidak (Eksperimen 2 dan 3). Tuntutan terakhir adalah kepentingan tertentu kerana tidak mungkin bergantung kepada pelaksanaan respon suapan yang sedia ada yang sedia ada (atau tabiat tindak balas rangsangan), dan sebaliknya menunjukkan bahawa isyarat tersebut memperoleh sifat afektif dan / atau motivasi yang membolehkan mereka untuk fleksibel memindahkan kawalan mereka merentasi tindakan memberi makan. Kecenderungan ini untuk rangsangan alam sekitar untuk mempromosikan penggunaan makanan walaupun rutin makanan yang ditetapkan tidak tersedia kerana itu nampaknya menyediakan model haiwan yang berguna dan terpilih dari proses Pavlovian yang menyokong keinginan makanan yang ditimbulkan oleh makanan dan makan berlebihan pada manusia1-3. Walaupun terdapat laporan terdahulu bahawa rangsangan makanan yang berpasangan dapat menggalakkan pemakanan dalam cara yang bebas bertindak balas14-16, kebanyakan eksperimen CPF mengekalkan sumber makanan tetap merentasi fasa latihan dan ujian, dan dengan itu hanya memberikan maklumat terhad mengenai sifat proses psikologi yang mendasari kesan ini. Kajian semasa ini memberikan demonstrasi pengaruh pengujaan yang umum mengenai isyarat makanan pada tingkah laku makan menggunakan prosedur yang dimodelkan selepas tugas PIT, yang digunakan secara meluas untuk mengkaji pengaruh motivasi umum mengenai isyarat makanan yang dipasangkan pada tingkah laku mencari makanan. Sebagai contoh, seperti dalam PIT, tugas semasa boleh digunakan untuk menilai kecenderungan untuk mendapatkan sifat motivasi yang umumkan ke lokasi baru. Kami juga meminjam parameter latihan dan ujian (misalnya, tempoh kiu, selang masa percubaan, dan jadual penguatan) yang biasa digunakan untuk PIT, memudahkan perbandingan merentasi kajian. Oleh itu, pendekatan ini dapat memberikan kawalan eksperimen yang lebih besar untuk penyelidikan masa depan perbezaan potensi dalam proses psikologi dan / atau biologi yang mendasari kawalan Pavlovian atas instrumental vs. tingkah laku perampasan.
Kajian semasa mendapati bahawa pengaktifan reseptor dopamine D1 adalah kritikal untuk menyatakan bentuk CPF yang bebas bertindak balas ini, yang membantu menyokong tafsiran motivasi insentif memandangkan pentingnya isyarat dopamin secara amnya dan pengaktifan reseptor D1 khusus dalam ungkapan Pavlovik- to-instrumental transfer18,29-32,45,46. Memandangkan bukti bahawa dopamin tidak penting untuk memproses sifat hedonik rangsangan makanan25,28,34, nampaknya tidak mungkin bahawa antagonis D1 mempunyai kesannya dengan mengganggu keupayaan CS + untuk mengubah kesesuaian sukrosa pada ujian. Tafsiran motivasi ini juga disokong oleh analisa mikrostruktur kami, yang mendapati bahawa isyarat-isyarat meningkat terutamanya dengan menarik lebih banyak licking, bukan dengan memperpanjang tempoh serangan tersebut. Sebaliknya, tempoh durasi bervariasi dengan kesesuaian sukrosa, seperti yang telah ditubuhkan dengan baik23,24,26,27. Menariknya, analisis pengantaraan statistik kami mendedahkan bahawa walaupun tikus terlibat dalam serangan lebih lama ketika menjilati 20% vs 2% sukrosa, mereka juga menunjukkan penurunan pampasan dalam frekuensi pertarungan. Oleh itu, manipulasi keseronokan ini seolah-olah mempengaruhi tikus cara mencetuskan pengambilan sukrosa mereka tanpa memberi kesan kepada tahap keseluruhan makanan mereka. Sebaliknya, tiada kesan pampasan sedemikian jelas semasa percubaan dengan CS +, yang nampaknya menyumbang peningkatan bersih dalam tingkah laku menjilat yang diperhatikan pada ujian dengan isyarat itu. Tambahan pula, tikus yang menunjukkan peningkatan dalam kekerapan semasa percubaan CS + juga menunjukkan peningkatan jumlah pengambilan sukrosa. Penemuan sedemikian menunjukkan bahawa isyarat makanan yang dipasangkan (1) boleh mengawal tingkah laku makan, dan (2) lebih berkesan dalam memandu makan berlebihan daripada manipulasi kesedihan sukrosa, sekurang-kurangnya di bawah keadaan yang diuji di sini.
Keputusan semasa juga memberi penerangan tentang peranan dopamin dalam peraturan tingkah laku makan tanpa adanya isyarat makanan yang jelas. Kajian terdahulu telah menunjukkan bahawa pentadbiran sistemik antagonis dopamine D1 SCH23390 menindas tidak diketahui penggunaan sukrosa dengan mengurangkan kekerapan bosan tanpa mengubah tempoh pertarungan25,26, yang serupa dengan pola menjilat yang dipamerkan oleh tikus kekurangan dopamin47. Walaupun mekanisme psikologi yang mengawal kekerapan pertarungan dalam keadaan sedemikian tidak jelas, ia telah menyarankan bahawa isyarat kontekstual dan / atau interoceptif yang telah dikaitkan dengan pemberian makan memperoleh keupayaan untuk diam-diam memotivasi serangan baru mencari makanan dan penggunaan25,26. Keputusan kami memberikan beberapa sokongan untuk kemustahilan tafsiran ini dengan menunjukkan bahawa serangan baru menjilat boleh ditimbulkan oleh isyarat yang dipasangkan makanan yang jelas dan kesan ini juga bergantung kepada pengaktifan penerima D1 dopamin.
Seperti yang dinyatakan di tempat lain5,10, terdapat sedikit kajian terdahulu mengenai peranan dopamin dalam CPF. Walau bagaimanapun, satu kajian awal mendapati bahawa pentadbiran antagonis reseptor dopamine tidak spesifik α-flupenthixol dilemahkan CS + mencari makanan yang dicari tetapi meninggalkan utuh bahawa keupayaan isyarat untuk meningkatkan penggunaan makanan48, yang seolah-olah bertentangan dengan penemuan kami bahawa antagonisme D1 mengganggu pencukuran sukrosa yang ditimbulkan oleh cue. Terdapat banyak perbezaan prosedur di kedua-dua kajian yang dapat menjelaskan perbezaan yang jelas ini. Sebagai contoh, mungkin manipulasi pemilihan D1 dopamin kami lebih berkesan dalam mengganggu pengaruh CS + pada pengambilan makanan. Tambahan pula, dalam kajian terdahulu ini48, tikus yang dilucutkan makanan dilatih dan diuji di sangkar rumah mereka menggunakan prosedur penyaman Pavlovia yang unik di mana isyarat digunakan untuk menandakan sesi pemakanan yang diedarkan secara berselang-seli sepanjang hari. Kemudian, isyarat itu ditunjukkan berkesan dalam mempromosikan pemakanan walaupun tikus diuji dalam keadaan tidak terkawal. Sifat dan sejauh mana latihan ini dan hakikat bahawa tindak balas makan yang diperlukan tidak berubah dalam fasa latihan dan ujian menunjukkan bahawa protokol CPF ini mungkin telah menggalakkan penggunaan respon makan (rangsangan-tindak balas) yang lazim semasa ujian. Memandangkan overtraining boleh menyebabkan makanan yang membangkitkan isyarat yang tidak sensitif terhadap manipulasi isyarat dopamin49, mungkin bentuk CPF yang berpotensi berasaskan kebiasaan ini kurang bergantung kepada dopamine daripada bentuk motivasi yang diterangkan di sini.
Walaupun banyak lagi yang akan ditentukan mengenai peranan dopamin dalam CPF, fenomena perilaku ini diketahui bergantung kepada ghrelin50-52 dan hormon menumpukan melanin53 sistem neuropeptida, yang pada asasnya terlibat dalam mengawal selia kedua-dua tingkah laku makan10 dan isyarat dopamin54-56. Menariknya, kesan selera makan ghrelin bergantung kepada keupayaan hormon ini untuk memodulasi isyarat dopamine mesolimbi57-60. Sebagai contoh, kecenderungan untuk ghrelin untuk meningkatkan pencarian dan penggunaan makanan tanpa menjejaskan kelonggaran makanan (menjilat tempoh pertaruhan) boleh dihalang oleh mengendalikan antagonis reseptor D1 antagonis SCH-2339060. Berdasarkan penemuan sedemikian, seseorang mungkin menjangkakan bahawa interaksi yang sama antara ghrelin dan dopamine mungkin mendasari pengaruh motivasi makanan yang dipasangkan oleh makanan.
Walaupun penemuan semasa menunjukkan bahawa isyarat yang dipasangkan makanan boleh merangsang makan berlebihan dengan memotivasi serangan baru makanan, isyarat tersebut juga mungkin mempengaruhi makan melalui proses lain. Secara implisit dalam pendekatan pemindahan kawalan kami adalah pengiktirafan bahawa memberi makan isyarat boleh mencetuskan pengambilan dengan secara langsung menimbulkan tingkah laku pemakanan tertentu. Lebih-lebih lagi, walaupun CS + tidak dapat mengubah jangka masa panjang dalam kajian semasa, kajian baru-baru ini yang menggunakan protokol CPF yang lebih konvensional dengan sumber makanan tetap mendapati bukti bahawa memberi isyarat boleh memanjangkan serangan licking53. Selaras dengan ini, ada laporan terdahulu bahawa isyarat yang berkaitan dengan makanan yang enak dapat menambah ungkapan reaksi orofacial yang selera untuk rasa rangsangan19-21, satu lagi ukuran rasa hedonik atau "suka". Oleh itu, ia mungkin bahawa isyarat makanan boleh memberi makan melalui pelbagai laluan, dengan menyebabkan keinginan, dengan mencetuskan tindak balas makan tertentu, dan / atau dengan membuat rasa makanan lebih baik10. Proses-proses ini mungkin mendasari kelemahan-kelemahan yang ketara untuk mengatasi overeating, mungkin menjelaskan perbezaan individu dalam kerentanan terhadap kesan ini1,61,62. Penemuan semasa menunjukkan pendekatan yang berkesan untuk secara selektif menguraikan komponen motivasi CPF dalam tikus.
Kaedah
Subjek dan radas
Tikus Long Evans jantan dewasa (N = 32 jumlah tikus; n = 16 untuk Eksperimen 1 dan n = 16 untuk Eksperimen 2 dan 3), dengan berat 370–400 g semasa ketibaan, dipasangkan di dalam kandang plastik lutsinar dalam suhu dan kelembapan -vivarium terkawal. Tikus mempunyai iklan libitum akses kepada air dalam sangkar rumah mereka sepanjang eksperimen. Tikus diletakkan pada jadual sekatan makanan semasa fasa eksperimen tertentu, seperti yang dinyatakan di bawah. Penternakan dan prosedur eksperimen telah diluluskan oleh Jawatankuasa Penjagaan dan Penggunaan Haiwan Institusi UC Irvine (IACUC) dan telah mematuhi Panduan Majlis Penyelidikan Kebangsaan untuk Penjagaan dan Penggunaan Haiwan Makmal.
Prosedur tingkah laku dijalankan di dalam ruang yang sama (ENV-007, Associates Med, St Albans, VT, Amerika Syarikat), ditempatkan di bilik-bilik yang kukuh dan ringan. Penyelesaian sodium boleh disampaikan melalui pam jarokan ke dalam cawan plastik tersembunyi yang terletak di tengah-tengah dinding satu hujung setiap ruang, 2.5 cm di atas lantai grid keluli tahan karat. Pengesan photobeam yang diposisikan di pintu masuk bekas makanan digunakan untuk memantau penyertaan kepala yang berkaitan dengan penggunaan sukrosa, serta respon pendekatan yang dikondisi semasa sesi penyamaniran Pavlovia. Dalam sesi ujian tertentu (Percubaan 2 dan 3), larutan sukrosa boleh didapati dengan menjilat muncung minum logam berat yang diberi kedudukan ~ 0.5 cm ke lubang cm 1.3 yang terletak di dinding akhir bertentangan dengan cawan makanan. Licks individu dari cawan makanan dan air pancut logam terus direkod semasa sesi ujian menggunakan peranti lickometer kenalan (ENV-250B, Med Associates, St Albans, VT, Amerika Syarikat). Panel plexiglass buram putih ditempatkan di hadapan dinding akhir perumahan cawan makanan semasa semua sesi apabila sukrosa boleh didapati dari muncung logam. Sebuah rumah (3 W, 24 V) menyediakan pencahayaan dan kipas yang disediakan pengudaraan dan bunyi latar belakang.
Penyaman Pavlovia
Tikus diletakkan pada jadual sekatan makanan untuk mengekalkan berat badan mereka pada kira-kira 85% berat badan mereka yang memberi makan percuma sebelum menjalani latihan majalah 2 d, di mana mereka menerima penghantaran 60 penyelesaian 20% sucrose (0.1 ml) di setiap sesi harian (1 h). Tikus kemudian menerima 10 d dari penyaman Pavlovia. Setiap sesi penyaman udara terdiri daripada siri persembahan 6 dari isyarat audio 2-min (CS +; sama ada bunyi putih 80-dB atau 10-Hz clicker), dengan percubaan yang dipisahkan oleh selang 3-min variabel (pelbagai 2-4) . Dalam setiap percubaan CS +, 0.1 ml aliquot (dihantar lebih dari 2 sec) penyelesaian 20% sucrose (w / v) dihantar ke cawan makanan mengikut jadual waktu rawak 30-sec, menghasilkan purata empat sukrosa penghantaran setiap percubaan . Pada hari terakhir penyaman, tikus juga diberikan sesi kedua di mana isyarat alternatif (CS-; rangsangan pendengaran alternatif) dibentangkan dengan cara yang sama seperti CS + tetapi tidak dipasangkan dengan larutan sukrosa. Tingkah laku antisipatif diukur dengan membandingkan kadar pendekatan cawan (breaks fotobeam) semasa tempoh antara permulaan CS dan penghantaran sukrosa pertama (untuk mengelakkan pengesanan tingkah laku makan tanpa syarat), yang berbeza dengan kadar pendekatan cawan semasa inter- selang percubaan. Semua tikus kemudian diberi lima hari iklan libitum akses kepada diet penyelenggaraan mereka selepas sesi penyelenggaraan Pavlovan yang terakhir sebelum menjalani ujian tambahan.
Ujian pemakanan yang diberi potongan
eksperimen 1
Eksperimen ini menilai impak CS + terhadap penggunaan larutan sukrosa dari cawan makanan yang sama yang digunakan semasa latihan, supaya respon yang terkondisi terhadap isyarat itu (iaitu, pendekatan cup) adalah bersesuaian dengan kelakuan yang diperlukan untuk mendapatkan sukrosa pada ujian. Setelah mendapatkan semula berat yang hilang semasa pengkondisian Pavlovia, tikus menerima sepasang ujian CPF, yang dipisahkan oleh 48 h, di mana tikus tetap tidak terganggu di rumah-rumah mereka. Semasa setiap sesi CPF (min 86 dalam tempoh masa yang mencukupi), penyelesaian 2% atau 20% sucrose terus disediakan di dalam cawan makanan dengan mengisi semula cawan itu dengan 0.1 ml sukrosa apabila tikus melintasi fotobeam (pendekatan cawan). Walaubagaimanapun, untuk mengelakkan penipisan cawan, penghantaran sukrosa hanya diberikan jika sekurang-kurangnya 4 telah berlalu sejak penyerahan sukrosa terakhir dan jika tikus telah melakukan sekurang-kurangnya lima helai selama tempoh intervensi. Sepanjang sesi ini, setiap rangsangan pendengaran 2-min tidak dibentangkan kali 4 dalam urutan pseudorandom (ABBABAAB), dipisahkan oleh selang 8-min tetap. Percubaan pertama bermula 8 min selepas permulaan sesi untuk membolehkan induksi ketenangan sebelum menilai pengaruh tingkah laku isyarat. Pesanan percubaan telah diimbangi dengan syarat latihan Pavlovia, supaya CS yang pertama dibentangkan adalah CS + untuk separuh mata pelajaran dan CS- untuk separuh mata pelajaran yang selebihnya. Pesanan ujian kepekatan sukrosa juga diimbangi, dengan separuh setiap keadaan menerima ujian 2% terlebih dahulu dan ujian 20% kedua, dan separuh menerima susunan bertentangan (iaitu, semua haiwan menerima kedua-dua kepekatan dalam ujian berasingan).
eksperimen 2
Dalam eksperimen ini, kita menyiasat kesan CS + terhadap penggunaan larutan sukrosa dari sumber yang berbeza berbanding dengan cawan yang digunakan semasa pengkondisian Pavlovan, supaya respon yang terkondisi terhadap isyarat itu tidak sesuai dengan tingkah laku yang diperlukan untuk mengambil sukrosa pada ujian. Ujian pertama yang kami lakukan hanya termasuk keadaan sukrosa 2%. Setelah membenarkan tikus untuk mendapatkan berat badan yang hilang semasa pengkondisian Pavlovia, mereka diberikan dua sesi harian (jangka waktu min 86) di mana mereka mempunyai akses tanpa had ke penyelesaian 2% sucrose dari spout logam (botol graviti yang diberi makan) yang diletakkan dalam lubang kecil dinding akhir bertentangan dengan cawan makanan. Panel Plexiglas putih ditempatkan di hadapan dinding perumahan cawan makanan semasa sesi dengan akses spout (termasuk ujian CPF berikutnya) untuk menghalang haiwan daripada mencari sukrosa di lokasi ini. Sesi-sesi ini direka bentuk untuk memberi tikus yang mengalami sukrosa minum dari sumber baru tanpa isyarat auditori. Pada hari berikutnya, tikus menerima satu sesi ujian CPF seperti yang dijelaskan dalam Eksperimen 1, kecuali sukrosa 2% secara berterusan boleh didapati di spout logam, dan bukannya pada cawan.
Oleh kerana terdapat sedikit bukti CPF dalam ujian pertama ini, mungkin disebabkan oleh persaingan tindak balas antara CS + menimbulkan cawan makanan dan tingkah laku pendekatan spout, kami memberikan tikus latihan tambahan spout (tanpa CS +) untuk menguatkan sukrosa mencari di spout dan tidak menggalakkan Pendekatan cawan makanan apabila muncung boleh didapati (kerana ia ditutup dengan panel). Oleh itu tikus diletakkan semula pada jadual sekatan makanan (sama seperti semasa fasa pengkondisian Pavlovia) sebelum diberikan 5 d sesi latihan spout tambahan, dengan setiap sesi ini terdiri daripada 10 min akses kepada larutan 20% sucrose. Tikus kemudian diberikan 4 d iklan libitum akses ke chow rumah untuk membolehkan mereka mendapatkan kembali berat badan semasa fasa ini. Seterusnya, tikus telah kehilangan makanan yang acak (20 h) sebelum menerima sesi latihan semula Pavlovia dengan CS + dan CS-, seperti pada hari terakhir latihan awal (iaitu, dengan 20% sukrosa dihantar ke dalam cawan makanan semasa ujian CS +). Perhatikan bahawa muncung telah dikeluarkan dari ruang semasa dan semua sesi latihan semula Pavlovia berikutnya. Tikus kemudian diberikan ~ 20 h dari iklan libitum akses ke rumah chow sebelum menjalani dua ujian CPF menggunakan spout logam, yang sama dengan ujian pertama, kecuali tikus diberi akses kepada 2% atau 20% dalam dua ujian berasingan (seperti dalam Eksperimen 1).
eksperimen 3
Selepas mendapati lebih banyak bukti CPF semasa pusingan terakhir ujian dengan muncung, tikus dari Eksperimen 2 diberi ujian tambahan untuk menilai pergantungan kesan ini pada isyarat dopamin pada reseptor D1 dopamin. Tikus pertama diberi sesi latihan 10-min untuk latihan semula di mana mereka diberi akses kepada penyelesaian sukrosa 20%. Kerana tikus cepat kembali ke berat badan normal apabila kembali ke iklan libitum chow rumah berikutan kekurangan makanan 20-h, kita menggunakan prosedur ini untuk memastikan tikus lapar semasa sesi latihan semula ini dan semasa latihan semula Pavlovia (CS + dan CS-sesi, seperti sebelum), yang dijalankan pada hari sebelum setiap dua ujian CPF akhir. Tikus diberi sekurang-kurangnya 20 h iklan libitum akses chow rumah sebelum setiap sesi ujian. Semasa pusingan akhir ujian CPF ini, tikus mempunyai akses berterusan ke sukrosa 20% dari spout semasa sesi ujian. Lima belas minit sebelum setiap ujian, tikus diberi suntikan ip (1 ml / kg) sama ada salin steril atau SCH-23390 (antagonis reseptor D1 selektif) menggunakan dos (0.04 mg / kg) yang diketahui mencukupi untuk menyekat penggunaan sukrosa25,34,63. Tikus telah diuji dalam kedua-dua keadaan dadah, mengimbangi untuk perintah ujian.
Analisis data
Ukuran bergantung utama adalah menjilat individu, yang direkam dengan resolusi 10-ms menggunakan lickometer kontak semasa semua sesi CPF. Jarang sekali, kami mengesan artifak dalam pengukuran lickometer kami yang disebabkan oleh hubungan berterusan antara tikus (kaki atau mulut) dan sukrosa (atau logam cerat). Artifak ini berbentuk tindak balas lickometer frekuensi tinggi (> 20 Hz). Memandangkan tikus menunjukkan kadar menjilat maksimum <10 Hz64, kami mengecualikan semua tindanan balas berpotensi yang terjadi dalam 0.05 sec dari tiruan (bukan artifak) yang terakhir, sepadan dengan kekerapan potongan 20-Hz. Sesi di mana sekurang-kurangnya 20% daripada jawapan balas dikecualikan kerana kriteria ini sama sekali dihapuskan daripada analisis (sesi 1 dari tikus 1 dalam Eksperimen 1).
Tingkah laku menjilat
Untuk setiap sesi, kami menentukan bilangan jumlah lika merentasi jenis tempoh (Pra-CS +, CS +, Pra-CS-, CS-). Oleh kerana ukuran tanggungan utama kami (licks jumlah) adalah pemboleh ubah kiraan, data ini dianalisis dengan menggunakan model kesan bercampur linier umum dengan taburan tindak balas Poisson dan fungsi pautan log 65-68. Pendekatan statistik ini membolehkan anggaran parameter sebagai fungsi keadaan (kesan tetap) dan individu (kesan rawak). Dalam Eksperimen 1 dan 2, struktur kesan tetap termasuk pemintas keseluruhan, interaksi tiga hala antara Masa CS (Pra, CS) × Jenis CS (CS-, CS +) × Konsentrasi (2%, 20%), dan semua kesan utama dan interaksi yang lebih rendah. Untuk Eksperimen 3, Dadah (Kenderaan, SCH) telah digantikan untuk Konsentrasi untuk menampung perubahan dalam reka bentuk eksperimen. Pembolehubah ini adalah semua pemboleh ubah dalam-subjek, diperlakukan sebagai peramal kategori, dan kesan-kod. Pemilihan model kesan rawak melibatkan menentukan model yang meminimumkan kriteria maklumat Akaike 69, sambil memastikan bahawa bilangan titik data bagi setiap parameter tidak jatuh di bawah 10 70,71. Menggunakan kriteria ini, struktur kesan rawak yang terbaik di seluruh eksperimen termasuk oleh mata pelajaran yang tidak diselaraskan yang diselaraskan untuk Tempoh CS, Jenis CS dan Konsentrasi (atau Ubat)72. Semua analisis statistik dijalankan di MATLAB (The Math Works; Natick, MA). Tahap alfa untuk semua ujian adalah 0.05. Oleh kerana semua peramal adalah kategori, saiz kesan diwakili oleh pekali regresi yang tidak standard 73, dilaporkan sebagai b dalam-teks dan dalam jadual output model. Post hoc analisis interaksi dijalankan menggunakan post hoc F-testangan kesan mudah dalam analisis omnibus menggunakan coefTest fungsi dalam MATLAB.
Analisis mikrostruktur mengenai tingkah laku menjilat
Licks individu dikategorikan sebagai permulaan atau meneruskan pertandingan menjilat. Pertarungan telah ditandakan sebagai lick berturut-turut berturut-turut di mana interlick interlick (ILI) tidak melebihi 1 s74. Apabila sekurang-kurangnya 1 telah berlalu dari menjilat terakhir, menjilat seterusnya ditetapkan sebagai permulaan pertarungan baru. Kekerapan dan tempoh pertarungan dikira dengan memisahkan sesi pertama dalam tempoh pra-CS dan CS, seperti yang dilakukan untuk jumlah keseluruhan dalam analisis di atas. Pada masa itu, setiap menjilat yang didahului oleh tempoh sekurang-kurangnya 1 telah ditetapkan sebagai pertarungan. Tempoh setiap pertarungan dihitung sebagai selang masa antara jejak pertama dan terakhir dalam pertarungan itu. Licks individu yang berlaku secara berasingan tidak dikira sebagai sebahagian daripada pertarungan. Untuk memaksimumkan saiz sampel untuk analisis mediasi berikutnya39, kekerapan dan data durasi pertarungan telah runtuh di seluruh eksperimen untuk menilai kesan umum tempoh CS, jenis CS, dan kepekatan pada langkah mikrostruktur ini. Data dari keadaan SCH-23390 di Eksperimen 3 tidak termasuk dalam analisis ini.
Data-data ini dianalisis melalui model kesan bercampur linier umum yang menggabungkan struktur kesan tetap CS Period × CS Type × Konsentrasi (dan semua interaksi urutan rendah dan kesan utama) dan struktur kesan rawak subjek-subjek yang tidak diselaraskan yang diselaraskan untuk Tempoh CS , Jenis CS, dan Kepekatan. Seperti dalam analisis jumlah tingkah laku menjilat, satu sesi untuk satu tikus dari Eksperimen 1 dikeluarkan dari analisis. Analisis kekerapan pertarungan menggunakan taburan tindak balas Poisson dengan fungsi pautan log disebabkan sifat jenis kiraan data kekerapan. Analisis durasi pertarungan yang menggunakan taburan tindak balas gamma dengan fungsi pautan log sebagai tempoh pertarungan adalah langkah berterusan yang dibatasi antara 0 dan + ∞. Sebagai perbandingan, analisis yang sama ini dijalankan pada jumlah lika yang runtuh di seluruh eksperimen, di mana analisis mengandaikan taburan tindak balas Poisson dengan fungsi pautan log seperti dalam analisis percubaan total lapan individu. Untuk memastikan bahawa interaksi Jenis CS Masa Tahap × CS tidak bergantung pada eksperimen mana-mana tikus berada, siri kedua model dijalankan pada kekerapan dan tempoh pertarungan, sama dengan analisis yang telah dijelaskan tetapi dengan penentu kesan tetap tambahan Percubaan × Masa CS × Jenis CS. Eksperimen adalah faktor yang ketara. Akhir sekali, sebagai langkah pengesahan bermotivasi40-42, kami menganalisis latensi untuk menjilat pertama berikutan permulaan CS menggunakan model bercampur bercampur linear umum dengan taburan tindak balas gamma dan fungsi pautan log (n = 310). Model ini merangkumi struktur kesan tetap Jenis CS × Kepekatan (dan semua interaksi urutan rendah dan kesan utama) dan struktur kesan rawak bagi intersepsi subjek yang disesuaikan untuk Jenis CS, Kepekatan, dan Jenis CS × Kepekatan.
Analisis pertengahan mengenai kekerapan dan tempoh pertarungan
Dua model pengantaraan berganda43,75,76 telah dijalankan untuk menentukan sama ada kesan (atau kekurangannya) dari tempoh CS (Pra, CS) dan kepekatan (2%, 20%) pada CPF dikawal dengan ketara oleh kekerapan dan / atau tempoh pertarungan. Dalam Model Masa CS, pembolehubah X adalah tempoh CS (Pra, CS), pembolehubah hasil Y adalah jumlah licks dalam tempoh itu, dan perantara adalah kekerapan (M1) dan tempoh pertarungan (M2). Dalam Model Konsentrasi, pembolehubah X adalah kepekatan sukrosa. Kerana cubaan membangkitkan isyarat jelas untuk ujian CS + (lihat Hasil), hanya percubaan CS + dianalisis. Bagi setiap tikus dan untuk setiap sesi ujian, purata bilangan licks dan serangan dan tempoh purata setiap pertarungan ditentukan untuk tempoh pra-CS + dan CS +. Analisis ini merangkumi semua tikus dari Eksperimen 1 dan 2 (16 tikus per eksperimen × 2 eksperimen × kepekatan 2 × 2 CS tempoh = mata data 128) dan data kenderaan keadaan dari Eksperimen 3 (16 tikus × 2 CS tempoh = mata data 32) . Seperti dalam analisis jumlah tingkah laku menjilat, satu sesi untuk satu tikus dari Eksperimen 1 dikeluarkan dari analisis, meninggalkan sejumlah titik data 158. Jarang, tikus tidak menjilat semasa tempoh pra-CS + atau CS + semasa sesi (9 / 158; 9.5%). Dalam keadaan ini, bilangan purata licks dan serangan dikodkan sebagai "0" dan nilai untuk tempoh pertengahan purata ditinggalkan sebagai sel kosong. Apabila model yang sama dijalankan dengan mengambil alih pemadaman mengikut senarai (iaitu, menghapus baris di mana tempoh pertarungan adalah sel kosong), corak yang sama dipegang. Oleh kerana analisis ini melibatkan model linear umum (iaitu, regresi linear sederhana atau berganda), kekerapan dan jumlah data menjilat adalah berubah-ubah akar dan data durasi bertukar menjadi log untuk mengubah kecondongan positif. Kepentingan kesan tidak langsung telah ditentukan oleh pembentukkan pembentukkan 95% dengan lelaran 10,000. Koefisien regresi dilaporkan dalam surat-menyurat dengan laporan analisis mediasi tradisional (misalnya, c'= kesan langsung daripada X on Y)43,75.
Perbezaan individu dalam perubahan isyarat dalam kekerapan dan jangka masa
Analisis yang disebutkan di atas membolehkan kami menilai kesan CS + terhadap menjilat struktur mikro di peringkat kumpulan. Kami juga mencirikan perbezaan individu dalam ekspresi kesan ini. Untuk setiap tikus, dua skor perbezaan dihitung untuk mengukur frekuensi pertarungan dan jangka masa pertarungan. Sebagai selari dengan Model Periode CS, frekuensi pertarungan selama periode pra-CS + dikurangkan dari nilai frekuensi pertarungan selama tempoh CS + (iaitu, CS + - pra-CS +); untuk Model Konsentrasi, kekerapan pertarungan semasa ujian sukrosa 2% dikurangkan dari nilai yang sepadan semasa ujian 20% (iaitu, 20% –2%). Pengiraan ini menghasilkan ukuran yang menggambarkan perubahan frekuensi pertarungan (ΔKekerapan). Pengiraan yang sama telah dilakukan untuk tempoh pertaruhan (iaitu, ΔTempoh). Oleh itu, bagi setiap pasangan mata data Pra-CS + / CS + dan 2% / 20%, perubahan dalam kekerapan dan tempoh pertarungan ditentukan. Cara pengedaran ini dibandingkan dengan 0 melalui satu sampel t-test (α = 0.05) untuk menilai peralihan distribusi dari tiada perubahan umum. Setiap mata data ini dikategorikan oleh kenaikan dan / atau penurunan dalam kekerapan dan jangka masa dan diwakili oleh plot bivariate (contohnya, peningkatan kekerapan / kematian dalam tempoh pertarungan apabila permulaan CS +), membenarkan penentuan bahagian data poin dalam setiap kuadran 2 × 2 (tempoh kekerapan / tempoh × peningkatan / penurunan). Titik data di mana skor perbezaan sama dengan sifar dikategorikan sebagai penurunan (iaitu, bukan kenaikan). Chi-squared (χ2) kebaikan ujian fit untuk kedua-dua tempoh CS dan data tumpuan menentukan sama ada pengagihan mata data ini berbeza daripada data seragam yang diedarkan di empat kategori ini (α = 0.05). Untuk menentukan sama ada terdapat pengagihan yang hampir sama antara mata-mata data ini ke empat kuadran untuk setiap eksperimen, analisis korelasi mudah untuk data CS Period dan Concentration telah dilakukan untuk menilai hubungan antara bilangan titik data dalam setiap kuadran dalam setiap eksperimen dan jumlah titik data yang dijangkakan sepadan, seperti yang dianggarkan oleh bahagian keseluruhan dalam setiap kuadran.
Prediktif mikrostruktur penggunaan sukrosa
Satu siri terakhir analisa kesan campuran linier yang terakhir telah dijalankan untuk menentukan sama ada jumlah jisim larutan sukrosa yang digunakan di seluruh sesi ujian telah diramalkan oleh perubahan tikus dalam kekerapan dan jangka masa dari tempoh pra-CS + hingga CS +. Analisis termasuk data daripada semua keadaan bukan dadah, (contohnya, ujian 2% dan 20% sukrosa untuk Eksperimen 1 dan 2, dan keadaan kenderaan dari Eksperimen 3). Analisis dianalisis taburan tindak balas gamma dengan fungsi pautan log. Analisis pertama merundingkan larutan total sukrosa yang digunakan (mL) mengenai kesan utama dan interaksi antara kategori kategori 2 × 2 yang meningkat / berkurangan dalam tempoh kekerapan / durasi seperti yang dijelaskan di atas. Analisis kedua merundingkan jumlah penggunaan sukrosa pada kesan utama dan interaksi antara nilai berterusan ΔKekerapan dan kepekatan sukrosa.
Ketersediaan data
Dokumen yang dianalisis semasa eksperimen semasa boleh didapati daripada penulis yang berkaitan dengan permintaan yang munasabah.
Bahan tambahan elektronik
Penghargaan
Penyelidikan ini disokong oleh geran NIH AG045380, DK098709, DA029035, dan MH106972 kepada SBO. Para pendanaan tidak mempunyai peranan dalam reka bentuk kajian, pengumpulan data dan analisis, keputusan untuk menerbitkan, atau penyediaan manuskrip.
Sumbangan Pengarang
SBO mengandung dan merancang eksperimen; BH dan ATL melakukan percubaan; ATM dan SBO dianalisis data. Semua penulis menulis artikel itu dan meninjau naskahnya.
Nota
Kepentingan Bersaing
Para pengarang menyatakan tiada kepentingan bersaing.
Nota kaki
Bahan tambahan elektronik
Maklumat tambahan mengiringi kertas ini di 10.1038 / s41598-018-21046-0.
Nota penerbit: Alam Semula Jadi Springer tetap netral dengan mengambil kira tuntutan yurisdiksi dalam peta yang diterbitkan dan gabungan institusi.
Maklumat Penyumbang
Andrew T. Marshall, Emel: ude.icu@1aahsram.
Sean B. Ostlund, E-mel: ude.icu@dnultsos.
Rujukan