Sci Rep. 2018; 8: 2766.
Online gepubliceerd 2018 Feb 9. doi: 10.1038/s41598-018-21046-0
PMCID: PMC5807356
Abstract
Keuren die de beschikbaarheid van smakelijk voedsel signaleren, verwerven het vermogen om het zoeken naar en het consumeren van voedsel te versterken. De huidige studie maakte gebruik van een combinatie van gedrags-, farmacologische en analytische technieken om de rol van Pavloviaanse stimulantiemotivatie in cue-gepotentieerde voeding te onderzoeken. We laten zien dat een cue die gepaard gaat met sucrose-oplossing (CS +) de controle over het eten kan overdragen om de sucroseconsumptie in een nieuw vat te stimuleren, en dat dit effect afhangt van de activering van D1-dopaminereceptoren, waarvan bekend is dat het andere vormen van cue-gemotiveerd beïnvloedt gedrag, maar niet smaak smakelijkheid. Microstructurele analyses van sucrose-likgedrag onthulden dat de CS + de neiging had om de frequentie te verhogen waarmee ratten betrokken waren bij actieve aanvallen van likken zonder een betrouwbaar effect te hebben op de duur van die likdoorlopen, een maatregel die in plaats daarvan werd geassocieerd met sucrose-smakelijkheid. Verder vonden we dat individuele verschillen in CS + opgewekte toenames in frequentie van de aanval geassocieerd waren met de totale inname van sucrose bij de test, hetgeen de mening ondersteunde dat dit proces gerelateerd was aan zinvolle ontregeling van eetgedrag. Het huidige onderzoek toont daarom aan dat (1) een dopamine-afhankelijk Pavloviaans motiveringsproces stimuleert cue-gepotentieerde voeding en (2) een experimentele en analytische benadering voor het parseren van dit aspect van gedrag.
Introductie
Omgevingsfactoren die wijzen op de beschikbaarheid van smakelijke voedingsmiddelen kunnen leiden tot krachtige hunkering naar voedsel1-3 en bevorderen het eten in afwezigheid van honger, een effect waargenomen bij knaagdieren4,5 en mensen6-9. Deze gedragsmatige invloed, waarvan wordt gedacht dat het een belangrijke rol speelt bij overeten en obesitas10-13, kan worden bestudeerd met behulp van de cue-potentiated feeding (CPF) -taak. In een typische CPF-studie ondergaan hongerige dieren pavloviaanse conditionering, bestaande uit herhaalde paringen tussen een geconditioneerde stimulus (CS +, bijv. Een auditieve toon) en een kleine hoeveelheid smakelijk voedsel of vocht, zoals sucrose-oplossing, die ze uit een beker consumeren. bevindt zich op een vaste positie in de experimentele kamer. Vervolgens krijgen ze onbeperkte toegang tot hun onderhoudsvoeders om ervoor te zorgen dat ze volledig zijn voordat ze worden getest. Dieren worden dan teruggevoerd naar de kamer en toegestaan om sucrose vrij uit de beker te consumeren, terwijl de CS + met tussenpozen wordt gepresenteerd op een niet-vasthoudende wijze. Onder dergelijke omstandigheden vertonen dieren een uitgesproken verhoging van de voedselconsumptie tijdens testsessies met de CS + ten opzichte van sessies met een ongepaarde stimulus (CS-).
Hoewel dergelijke bevindingen aangeven dat externe signalen onafhankelijk van fysiologische honger kunnen werken om het voeden te bevorderen, zijn de psychologische processen die aan dit effect ten grondslag liggen, niet stevig vastgesteld. Een mogelijkheid is dat signalen die verband houden met eetbare voedselconsumptie reflexieve of gebruikelijke controle krijgen over voeding (dwz gebaseerd op stimulusrespons). Als dit het primaire mechanisme is dat CPF medieert, dan zou de CS + de consumptie moeten stimuleren door het specifieke voedingsgedrag dat werd vastgesteld tijdens Pavloviaanse conditionering op te wekken. Deze respons leren weergave is aannemelijk wanneer de bron van voedsel is vastgesteld bij training en testen, zoals in het hierboven beschreven voorbeeld. Hoewel dit scenario van toepassing is op de meeste demonstraties van CPF, zijn er ook rapporten geweest dat aan voedsel gerelateerde signalen het eten op nieuwe locaties kunnen activeren14-16, wat aangeeft dat ze indirecte voeding kunnen controleren. Een mogelijke verklaring is dat dergelijke aanwijzingen het voeden door hetzelfde Pavloviaanse stimuleringsmotivatieproces bevorderen dat hen in staat stelt om instrumentaal voedselzoekgedrag te ontlokken en te stimuleren.17,18. Deze motivationeel beeld voorspelt dat de CS + de drang oproept om naar voedsel te zoeken, wat ook zou leiden tot voeding wanneer voedsel direct beschikbaar is. Als alternatief, gezien het bewijs dat signalen voor smakelijk voedsel de hedonische evaluatie van smaakstimuli kunnen verbeteren19-21het is mogelijk dat cues een deel van de voeding versterken door het voedsel smakelijker te maken. Hoewel deze hedonische weergave mechanisch verschilt van de motiverende visie, sluiten deze accounts elkaar niet uit en kunnen ze verschillende aspecten van CPF verklaren10,22.
Een manier om onderscheid te maken tussen de motiverende en hedonistische rekeningen van CPF is om te bepalen hoe voedselparen aanwijzingen de microstructuur van het voeren beïnvloeden. Wanneer knaagdieren vrijelijk sucrose-oplossing of andere eetbare vloeistoffen mogen consumeren, nemen zij deel aan likperiodes van verschillende tijdsduren die worden gescheiden door perioden van inactiviteit. Overwegende dat de gemiddelde duur van deze likken periodes een betrouwbare en selectieve meting van de vloeibaar smakelijkheid23,24, men gelooft dat de frequentie van deze periodes wordt gecontroleerd door motivatieprocessen25-28. Dus als de CS + de voeding stimuleert door het verbeteren van de smakelijkheid van sucrose, dan zou die cue de duur, maar niet noodzakelijkerwijs de frequentie, van het likken van aanvallen moeten verlengen. In tegenstelling hiermee voorspelt de motivationele zienswijze dat de CS + het zoeken naar en zoeken naar sucrose zou moeten triggeren, zelfs wanneer dieren bezig zijn met andere activiteiten, hetgeen leidt tot frequenter, maar niet noodzakelijkerwijs langere, periodes van likken.
De huidige studie onderzocht de effecten van CS + -afgifte op sucrose-likmicrostructuur met behulp van twee CPF-protocollen, een waarin sucrose altijd beschikbaar was op dezelfde locatie (Experiment 1) en een waarin de bron was veranderd in training en testen (Experimenten 2 en 3), waardoor we de indirecte invloed van de CS + kunnen evalueren. Onze benadering voor het beoordelen van deze responsonafhankelijke (gegeneraliseerde) invloed van voedselparen op het eten werd gemodelleerd na de taak Pavlovian-to-instrumental transfer (PIT), die op grote schaal wordt gebruikt om de motiverende invloed van beloning-gepaarde aanwijzingen op motivatie te bestuderen. beloningszoekend gedrag18,29,30. We hebben ook de Pavloviaanse conditioning- en testparameters gebruikt die vaak in PIT-onderzoeken worden gebruikt om vergelijking met die literatuur te vergemakkelijken. Gegeven dat dopamine D1-receptoractiviteit cruciaal is voor de expressie van PIT en andere metingen van cue-gemotiveerd gedrag31-33 maar is relatief onbelangrijk voor hedonistische aspecten van voedingsgedrag25,28,34, we hebben ook de impact van D1-receptorblokkade op cue-gepotentieerde sucrose-likken (Experiment 3) beoordeeld als een verdere probe voor de rol van motivatie in dit effect. Tenslotte analyseerden we de microstructuur van sucrose-likgegevens van deze experimenten om te testen of CPF selectief geassocieerd was met toenames in de frequentie of de duur van aanvallen van sucrose-likken, zoals voorspeld zou worden door respectievelijk de motiverende en hedonische weergaven van CPF.
Resultaten
Cue-gepotentieerde voeding met een keu die de voedselbron aangeeft
In ons eerste experiment pasten we een conventioneel responscongruent CPF-ontwerp toe, waarbij de specifieke respons die vereist was om sucrose te consumeren hetzelfde was in de trainings- en testfasen. Hongerige ratten kregen 10 d van Pavloviaanse conditionering om de CS + vast te stellen als richtsnoer voor de beschikbaarheid van sucrose bij een voedselbeker aan één kant van de kamer. Op de laatste dag van de conditionering waren de bekerinvoeringen (± between-subjects SEM) significant hoger tijdens de CS + (23.72 ± 2.79 per minuut) versus het inter trial-interval [18.27 ± 3.25 per minuut; gepaarde monsters t-test, t(15) = 3.13, p = 0.007]. Het aantal bekers tijdens de CS− (8.60 ± 1.91 per minuut) verschilde niet significant van het interval tussen de proeven [10.69 ± 2.00 per minuut; gepaarde monsters t-test, t(15) = -1.60, p = 0.130].
Vervolgens kregen de ratten twee CPF-tests in een voedsel-verzadigde toestand om de effecten van de CS + op sucrose-likken te karakteriseren. Bij elke test hadden ratten gratis toegang tot 2% of 20% sucrose-oplossing, waardoor we de invloed van sucrose-smakelijkheid op CPF konden beoordelen. Figuur 1a toont het totale aantal likstenen waargenomen tijdens CS-proeven als een functie van CS-periode, CS-type en sucroseconcentratie. Gegevens werden geanalyseerd met behulp van gegeneraliseerde lineaire modellen met gemengde effecten (aanvullende tabel S1). Belangrijk was dat er een significante CS-periode × CS Type interactie was, t(116) = 12.70, p <0.001. Verdere analyse (ineenstorten door concentratie) onthulde een significante toename voor CS + -proeven, p <0.001, maar geen CS− trials, p = 0.118, wat aangeeft dat de CS + effectiever was dan de CS- bij het verhogen van het likken van sucrose, vergeleken met pre-CS-niveaus. Onze analyse toonde ook aan dat deze keu-selectiviteit significant werd beïnvloed door de sucroseconcentratie (3-weg interactie, p <0.001). In het bijzonder, hoewel de CS + zeer effectief was in het verhogen van het likken van sucrose in zowel 2% als 20% omstandigheden, ps <0.001, had de CS− geen significante invloed op de likpercentages in de 2% -test, p = 0.309, maar veroorzaakte een bescheiden maar significante toename in de 20% -test, p = 0.039. Dus hoewel de voedselparenkeu over het algemeen effectiever was in het beheersen van de voeding, leek de ongepaarde keu een vergelijkbare invloed uit te oefenen wanneer ratten tijdens de test een zeer smakelijke sucrose-oplossing mochten consumeren.
Overdracht van cue-gepotentieerde voeding naar een nieuwe voedselbron
Omdat sucrose op dezelfde bron beschikbaar was tijdens training en testen in Experiment 1, is het onduidelijk of het waargenomen CPF-effect afhankelijk was van het vermogen van de CS + om (1) motiveren ratten om sucrose op te zoeken en te consumeren of (2) wekken direct een specifiek op geconditioneerde reflexof gewoonte. Experiment 2 legde meer nadruk op de eerste hypothese door te testen of een CS + geassocieerd met de toediening van sucrose in een voedselbeker sucrose-likken vanuit een tuit aan de andere kant van de kamer tijdens de test zou kunnen motiveren, vergelijkbaar met gedragsverschijnselen waargenomen in PIT.
Ratten werden getraind met dezelfde Pavlovische conditioneringsprocedure die werd gebruikt in Experiment 1, resulterend in cue-specifiek anticiperend naderingsgedrag tegen de laatste dag van conditionering van Pavlovian. Voedingscupbenaderingen (± tussen-onderwerpen SEM) waren groter gedurende de CS + (18.71 ± 1.73 per minuut) ten opzichte van het inter-proefinterval [12.49 ± 0.98 per minuut; gepaarde monsters t-test, t(15) = 3.02, p = 0.009]. Er waren geen significante verschillen tussen de CS− (9.41 ± 0.98 per minuut) en het interval tussen de proeven [8.44 ± 0.88 per minuut; gepaarde monsters t-test, t(15) = 0.98, p = 0.341].
Aangezien de effecten van de CS + op sucrose-likken in Experiment 1 iets duidelijker waren toen ratten werden getest met 2% sucrose, waren onze eerste testen met sucrose beschikbaar bij een nieuwe bron (uitloop, met voedingscup bedekt met een ondoorzichtig paneel - Zie Methoden) gericht op deze aandoening. In deze test verschilde sucrose-likken echter niet significant tussen CS + (328.1 ± 84.8-licks) en pre-CS + -perioden [245.6 ± 45.9 likt; gepaarde monsters t-test, t(15) = 1.07, p = 0.300]. Om responscompetitie verder te ontmoedigen en het drinken van sucrose uit de tuit te versterken, kregen ratten 5 extra trainingssessies om uit de tuit te likken voor 20% sucrose onder voedselgebrek in afwezigheid van de CS's. Ratten werden vervolgens volledig verzadigd met thuisvoer en kregen twee CPF-tests met sucrose beschikbaar bij de metalen tuit. Tijdens tests hadden ratten continu toegang tot 2% of 20% sucrose-oplossing in afzonderlijke tests (binnen proefpersonen, volgorde gecompenseerd).
Figuur 1b laat zien dat tijdens deze testronde de CS + effectief was in het promoten van sucrosedrinken op de nieuwe locatie, hoewel dat signaal nooit rechtstreeks aan dit gedrag was gekoppeld. Modelanalyse met gemengde effecten (aanvullende tabel S2) vond een significante CS Type × CS Periode-interactie, t(120) = 15.16, p <0.001, wat aangeeft dat de CS + effectiever was in het verhogen van sucrose-likken boven de basislijnniveaus (CS vs. pre-CS-periode, p <0.001) dan de CS− (CS vs. pre-CS periode, p = 0.097), zoals in experiment 1. De sucroseconcentratie had geen significante invloed op de cue-selectiviteit van dit effect (3-weg interactie, p = 0.319). Belangrijk is dat hoewel de likpercentages verhoogd leken te zijn tijdens de pre-CS- ten opzichte van de pre-CS + -perioden, gepaarde monsters t-tests gaven aan dat dit verschil niet statistisch significant was in de 2% -voorwaarde, t(15) = 1.66, p = 0.118, of in de 20% -voorwaarde, t(15) = 1.56, p = 0.139. Dit is te verwachten gezien de pseudo-willekeurige onderzoeksstructuur die wordt gebruikt tijdens training en testen, die systematische (inter-trial) overdrachtseffecten voorkomt en anticipatie op een toekomstig type onderzoek (of timing) uitsluit. Het is ook vermeldenswaard dat deze zelfde dieren vergelijkbare CS + -specifieke verhogingen in likken vertoonden in Experiment 3 toen hun pre-CS- en pre-CS + likpercentages meer vergelijkbaar waren (zie Fig. 1cvoertuig).
Afhankelijkheid van dopamine-receptoren van het D1-type
De resultaten van Experiment 2 geven aan dat de CS + het vermogen heeft verworven om sucrose-consumptie te potentiëren door een voedingsgedrag op gang te brengen dat nooit rechtstreeks was geassocieerd met die keu, consistent met een PIT-achtige motivationele invloed. Gezien het belang van dopamine-receptoren van het D1-type in de motivatie van Pavlovische stimulansen31-33, Experiment 3 onderzocht of blokkerende activiteit bij deze receptoren CPF-expressie zou verstoren. Dezelfde ratten die werden gebruikt in Experiment 2 kregen een laatste paar CPF-tests (20% sucrose) na voorbehandeling met SCH-23390 (0.04 mg / kg), een selectieve D1-antagonist of drager. Testresultaten worden getoond in Fig. 1c (ook aanvullende tabel S3).
Analyse onthulde een belangrijk effect van medicamenteuze behandeling, t(120) = -2.15, p = 0.034, in die zin dat het likken van sucrose in het algemeen werd onderdrukt door SCH-23390. Belangrijk is dat we een significante interactie tussen geneesmiddel × CS-periode × CS-type vonden, t(120) = -20.91, p <0.001, wat aangeeft dat SCH-23390 specifiek de expressie van CPF verstoorde. Verdere analyse toonde inderdaad aan dat hoewel de CS + het likken van sucrose aanzienlijk verhoogde ten opzichte van pre-CS + -niveaus in de voertuigtest, p <0.001, er was geen effect van de CS + in de SCH-23390-test, p = 0.982. Vergelijkbaar met de cue-generalisatie die werd waargenomen in Experiment 1, veroorzaakte de CS een marginaal significante toename van het likken van sucrose in beide medicijnomstandigheden, ps ≤ 0.049. Het dopamine-receptorantagonisme van het D1-type via SCH-23390 toediening verslechterde de door CS + opgewekte voeding aanzienlijk, consistent met een incentive-motivatierekening van CPF.
Microstructurele analyse van de effecten van sucrose-gepaarde cues en sucrose-concentratie op voeding
De resultaten van Experimenten 2 en 3 suggereren dat het hier gebruikte nieuwe PIT-achtige protocol een incentive motiverende vorm van CPF ondersteunt, omdat de signalen in staat waren het voedingsgedrag te motiveren op een locatie die verschilt van de voedselbron die wordt gesignaleerd door de cue. Om dit account verder te testen, hebben we onderzocht of de exciterende effecten van CS + op sucrose drinken gerelateerd waren aan een specifieke verandering in de microstructurele organisatie van likgedrag. Zoals hierboven beschreven, varieert de duur van het likken met de vloeibaar smakelijkheid23,24, de frequentie waarmee ratten nieuwe likken aangaan, wordt verondersteld een afzonderlijk motiveringsproces te weerspiegelen25-28. We hebben de sucroseconcentratie gevarieerd om de smakelijkheid ervan te manipuleren, zoals in eerdere rapporten23,35. Hoewel de hoge en lage sucroseconcentraties ook verschillen in calorische inhoud, heeft uitgebreid onderzoek aangetoond dat de duur van de duur van de periode een gevoelige en selectieve meting is van de invloed van orosensorische beloning en dissocieerbaar is van post-consumerende calorieverwerking35-38. Een CS + die motivatie voor prikkels induceert, moet dus de frequentie van aanvallen verhogen, terwijl een CS + die de inname verhoogt door sucrose smakelijker te maken, langere duur van de cyclus moet bevorderen.
Om voldoende statistische kracht te garanderen39, we hebben gegevens samengevouwen over alle niet-medicamenteuze testcondities die hierboven zijn beschreven (2% en 20% testen voor experiment 1 en experiment 2, en de voertuigconditie voor experiment 3). De gecombineerde gegevens worden getoond in Fig. 2, afzonderlijk uitgezet als totale licks (a), boutfrequentie (b) en boutduur (c). Figuur 2d toont rastergrafieken van het likkende gedrag van twee representatieve ratten tijdens pre-CS + en CS + perioden waarin 2% en 20% sucrose beschikbaar waren tijdens de test. In overeenstemming met de motiverende interpretatie van CPF hadden deze ratten de neiging om tijdens de CS + meer aanvallen van sucrose te krijgen dan tijdens de pre-CS + -periode. In tegenstelling hiermee, duurde de neiging om langer te duren wanneer de ratten de meer smakelijke 20% sucrose-oplossing consumeerden dan wanneer ze 2% sucrose consumeerden, een effect dat duidelijk was tijdens pre-CS + en CS + -perioden. De duur van de aanval werd dus niet sterk beïnvloed door de sucrose-gepaarde keu. Inderdaad, de patronen in Fig. 2d werden gestaafd door gegeneraliseerde lineaire mixed-effects-modellen van de gecombineerde dataset (zie Fig. 2a-c en aanvullende tabel S4). Secundaire gemengde effectenanalyses onthulden dat de categorische factor van "Experiment" (1, 2, 3) de CS-periode × CS-type-interacties niet significant matigde op duur van de aanval of duur, ps ≥ 0.293, waardoor we deze gegevens kunnen combineren voor latere analyses. Interessant is dat het vermogen van de CS + om afkickgedrag te motiveren ook tot uiting kwam in een significant snellere latentie om likken te initiëren40-42 na CS + vs. CS-onset [gegeneraliseerd lineair gemengde effecten model (responsverdeling = gamma, linkfunctie = logboek); t(306) = -2.71, p = 0.007], hoewel het ruwe verschil in latenties relatief bescheiden was (CS +: 1.16 seconden ± 0.47; CS-: 2.79 seconden ± 0.79).
Mediane analyse van CS-periode effect
Gezien deze bevindingen hebben we een statistische bemiddelingsanalyse uitgevoerd43 op de gecombineerde gegevens (Fig. 2) om te bepalen of CS + evoked sucrose drinking bij voorkeur gerelateerd was aan veranderingen in frequentie of duur. Figuur 3a toont de meervoudige bemiddelingsmodelstructuur voor deze analyse (CS-periode). Er was een significant algemeen effect (Totaal; c) van CS-periode op likgedrag, t(156) = 4.11, p <0.001, c = 5.22 [2.71, 7.73], in die zin dat er meer licks waren tijdens de CS + dan de pre-CS + -periode. We hebben vervolgens getest of de CS + op dezelfde manier de likmicrostructuur beïnvloedde, en vonden een significante cue-geïnduceerde verhoging van de boutfrequentie (M2), t(156) = 3.27, p = 0.001, a2 = 0.70 [0.28, 1.12], maar niet duur (M1), t(141) = 1.89, p = 0.061, a1 = 0.34 [-0.02, 0.69]. Dus op groepsniveau leek het CS + -effect op de frequentie van de aanval, maar niet op de duur, meer op het effect op likken in het algemeen.
Als het effect van de CS + op likken werd gemedieerd door het effect ervan op de banningfrequentie, dan (1) zouden deze maatregelen gecorreleerd moeten zijn en (2) het CS + effect op de banningfrequentie moet rekening houden met het CS + effect op de totale likmaat. Een beoordeling van de eerste voorspelling wees uit dat, hoewel de CS-periode genegeerd werd, zowel de frequentie als de duur van de aanval significant correleerden met de totale licks, ps <0.001, wat niet verwonderlijk is gezien het feit dat deze microstructurele maatregelen een intrinsieke relatie hebben met totale licks. Onze beoordeling van de tweede voorspelling was echter onthullend. We hebben een meervoudig bemiddelingsmodel geconstrueerd om te onderzoeken of deze microstructurele metingen CS + -gerelateerde variantie in de totale likmaat verklaarden door boutfrequentie en boutduur op te nemen als vaste effecten, samen met CS-periode. Met andere woorden, we vroegen of het controleren voor variantie in deze lick-bout-maatregelen het CS + -effect verzwakte ten opzichte van de sterkte ervan in het eenvoudiger (gereduceerde) model dat hierboven is beschreven. In overeenstemming met bemiddeling vonden we dat dit directe effect van CS-periode op likstenen (c') was niet significant, t(139) = 0.90, p = 0.370, c'= 0.41 [-0.49, 1.30], tijdens het besturen van de frequentie en duur van de actie. We schatten vervolgens de invloed van CS + op likken door elk van deze potentiële bemiddelaars en vonden dat er een significant indirect effect was van de frequentie van aanvallen op licks, a2b2 = 2.90 [1.18, 4.76], maar niet van duur, a1b1 = 1.71 [-0.09, 3.35]. Deze gegevens geven dus aan dat door CS + geïnduceerde verhogingen van het likken voornamelijk worden veroorzaakt door verhogingen van de frequentie van de aanval in tegenstelling tot een toename van de duur van de aanval, consistent met een motiverende in plaats van een hedonistische rekening van CPF.
Mediane analyse van het sucrose-concentratie-effect
We voerden een tweede mediale analyse uit op de gecombineerde gegevens (Fig. 2) om te bevestigen dat sucrose-smakelijkheid (concentratie) verband hield met een selectieve toename in duur van de duur (Fig. 3b, Concentratie). Het vereenvoudigde model (geen vaste effecten voor frequentie of duur) vond dat het totale effect van concentratie op totale likstenen niet significant was, t(156) = 0.42, p = 0.678, c = 0.57 [-2.13, 3.27], wat aangeeft dat de algehele niveaus van sucrose-likken bij de test niet sterk afhankelijk waren van de sucroseconcentratie. Dit is te verwachten, aangezien het effect van de smakelijkheid van sucrose op het likken het duidelijkst is tijdens de eerste 2-3 minuten van consumptie44, ruim voor de eerste pre-CS-periode in onze testsessies. Desondanks had sucrose-concentratie een significant effect op de duur van de aanval (M1), t(141) = 5.20, p <0.001, a1 = 0.88 [0.54, 1.21], waarbij 20% sucrose langere drinkperiodes ondersteunt dan 2% sucrose. Interessant genoeg had de sucroseconcentratie een significant onderdrukkend effect op de frequentie van aanvallen (M2), t(156) = -3.84, p <0.001, a2 = −0.83 [−1.26, −0.40], in die zin dat ratten de neiging hadden om minder aanvallen te maken bij het drinken van een smakelijkere oplossing. Concentratiegerelateerde verhogingen van de duur van de aanval werden dus gecompenseerd door een afname van de frequentie van de aanval. In overeenstemming hiermee gaf ons volledige bemiddelingsmodel, dat vaste effecten voor duur en frequentie omvatte, geen direct effect aan van concentratie op licks, t(139) = 0.45, p = 0.650, c'= 0.23 [-0.76, 1.22]. Er waren echter significante indirecte, maar tegenovergestelde effecten van de banningfrequentie, a2b2 = −3.49 [−5.50, −1.58], en duur van de periode, a1b1 = 4.46 [2.96, 5.95], op totaal likgedrag.
Individuele verschillen in het effect van CS-periode en concentratie op likmicrostructuur
De bemiddelingsmodellen onthulden dat gevechtsfrequentie en -duur verschillende rollen spelen bij het bemiddelen van de effecten van de CS + en sucroseconcentratie op likken op groepsniveau, maar bespreken niet hoe dergelijke effecten worden uitgedrukt over individuele ratten, wat belangrijk kan zijn voor het begrijpen van individuele kwetsbaarheden voor te veel eten. Gegeven de resultaten van de bemiddelingsanalyse, voorspelden we dat individuele ratten een netto toename in duurfrequentie zouden vertonen tijdens de CS + -periode, ten opzichte van baseline, maar geen consistente of betrouwbare verandering in duur van de duur zouden vertonen. Bovendien werd voorspeld dat individuele ratten langere, maar minder frequente, aanvallen zouden vertonen bij het nuttigen van 20% sucrose, in verhouding tot de 2% -test. Fig. 3c en d tonen individuele verschillen in de effecten van CS-periode (CS + - pre-CS +) en sucroseconcentratie (20% -2%), respectievelijk, op frequentie en duur (analyse van gecombineerde dataset in Fig. 2). De CS + verhoogde frequentie in 67% van de ratten (Fig. 3c), waarbij ongeveer evenveel van deze ratten ook een toename in duur van de duur (34%) of niet (33%) vertoonden. Een chi-kwadraat goedheid van fit-test uitgaande van uniform gedistribueerde datapunten over de vier kwadranten onthulde een significante asymmetrie van verdeling, χ2(3) = 10.91, p = 0.012. Inderdaad, het gemiddelde van de ΔFrequentie distributie was significant groter dan 0, t(66) = 4.80, p <0.001, terwijl het gemiddelde van ΔDuur distributie verschilde niet significant van 0, t(66) = 1.80, p = 0.076. Met betrekking tot het concentratie-effect (Fig. 3d), vertoonde de meerderheid van de ratten (58%) langer en minder frequente aanvallen met 20% versus 2% sucrose en een chi-kwadraat goedheid van fit-test bevestigden dat de gegevens niet uniform over kwadranten waren verdeeld, χ2(3) = 31.85, p <0.001. We ontdekten inderdaad dat het gemiddelde van de ΔFrequentie distributie was aanzienlijk minder dan 0, t(51) = -4.22, p <0.001, terwijl het gemiddelde van de ΔDuur distributie was significant groter dan 0, t(51) = 4.18, p <0.001.
Microstructurele voorspellers van sucrose-consumptie
De gegevens in Fig. 3c suggereren dat er een aanzienlijke variabiliteit was in het effect van de CS + op frequentie, en dat sommige ratten bijzonder gevoelig waren voor deze motivationele invloed. Hoewel het mogelijk is dat deze ratten in staat waren om hun totale sucrose-inname te beheersen door minder te drinken in afwezigheid van de CS +, verdere analyse van de gecombineerde gegevensverzameling (Fig. 2) bevestigd dat deze door CS + veroorzaakte stijgingen van de frequentie van aanvallen verband hielden met overeten. Concreet vonden we dat ratten die positief Δ vertoondenFrequentie scores tijdens CS + trials (subgroepen Freq ↑, Dur ↓ en Freq ↑, Dur ↑ in Fig. 3C) aanzienlijk meer sucrose verbruikt dan ratten die dat niet deden (subgroepen Freq ↓, Dur ↓ en Freq ↓, Dur ↑), t(63) = 2.27, p = 0.026 (afb. 4a). Deze relatie werd behouden toen AFrequentie werd behandeld als een continue variabele, t(63) = 2.19, p = 0.032 (afb. 4b), en was niet afhankelijk van de sucroseconcentratie, concentratie × ΔFrequentie, t(63) = 0.64, p = 0.528.
Discussie
We ontdekten dat een cue-signalerende beschikbaarheid van sucrose de sucrose-inname bij ratten kon versterken, ongeacht of die cue ook de specifieke acties signaleerde die nodig waren om sucrose te verkrijgen (Experiment 1) of niet (Experimenten 2 en 3). De laatste bevinding is van bijzonder belang omdat het onwaarschijnlijk is dat deze afhankelijk is van de uitvoering van reeds bestaande geconditioneerde voedingsresponsen (of gewoontes van stimulusrespons), en in plaats daarvan suggereert dat dergelijke aanwijzingen affectieve en / of motivationele eigenschappen verkrijgen die hen in staat stellen om flexibel over te dragen hun controle over voedingsacties. Deze neiging tot omgevingsstimuli om de voedselconsumptie te bevorderen, zelfs wanneer gevestigde voedingsroutines niet direct beschikbaar zijn, lijkt daarom een nuttig en selectief diermodel te bieden voor het Pavlovische proces dat door trek opgewekte voedselhonger en overeten bij mensen ondersteunt1-3. Hoewel er eerdere rapporten zijn dat voedsel-gepaarde stimuli het voeden op een responsonafhankelijke manier kunnen bevorderen14-16, de meeste CPF-experimenten houden de voedselbron gefixeerd in de trainings- en testfasen en bieden daarom slechts beperkte informatie over de aard van de psychologische processen die aan dit effect ten grondslag liggen. De huidige studie biedt een demonstratie van de gegeneraliseerde opwindende invloed van voedselparen op het voedingsgedrag met behulp van een procedure gemodelleerd naar de PIT-taak, die op grote schaal wordt gebruikt om de gegeneraliseerde motivationele invloed van voedsel-gekoppelde aanwijzingen op voedselzoekend gedrag te bestuderen. Bijvoorbeeld, zoals in PIT, kan de huidige taak worden gebruikt om de neiging van een keu vast te stellen om motiverende eigenschappen te verkrijgen die generaliseren naar een nieuwe locatie. We hebben ook trainings- en testparameters geleend (bijv. Actieduur, interproefintervallen en versterkingsschema) die vaak worden gebruikt voor PIT, waardoor vergelijkingen tussen verschillende onderzoeken mogelijk zijn. Deze aanpak kan daarom een grotere experimentele controle bieden voor toekomstig onderzoek naar mogelijke verschillen in de psychologische en / of biologische processen die ten grondslag liggen aan de Pavloviaanse controle over instrumentaal versus consumerend gedrag.
De huidige studie heeft aangetoond dat activering van D1-dopaminereceptoren essentieel is voor de expressie van deze responsonafhankelijke vorm van CPF, wat een incentive motiverende interpretatie ondersteunt, gegeven het belang van dopamine-signalering in het algemeen, en D1-receptoractivering specifiek in de expressie van Pavlovian- naar instrumentale overdracht18,29-32,45,46. Gegeven bewijs dat dopamine relatief onbelangrijk is voor het verwerken van de hedonistische eigenschappen van voedselstimuli25,28,34, het lijkt onwaarschijnlijk dat de D1-antagonist zijn effect had door de capaciteit van de CS + te verstoren om de smakelijkheid van sucrose bij de test te veranderen. Deze motivationele interpretatie wordt ook ondersteund door onze microstructurele likanalyse, die aantoonde dat de aanwijzingen de voeding verhoogden, voornamelijk door meer aanvallen uit te lokken, dan door de duur van die periodes te verlengen. In plaats daarvan varieerden de tijdsduren met sucrose-smakelijkheid, zoals goed is vastgesteld23,24,26,27. Interessant is dat onze statistische bemiddelingsanalyse onthulde dat, hoewel ratten langer bezig waren met het liken van 20% versus 2% sucrose, ze ook een compenserende afname in frequentie van aanvallen lieten zien. Daarom leek deze manipulatie van smakelijkheid van invloed op de manier waarop ratten hun sucrose-inname vormden zonder hun algehele voedingsniveau te beïnvloeden. Een dergelijk compenserend effect was daarentegen niet duidelijk tijdens proeven met de CS +, die de netto toename van het likgedrag die bij proeven met die cue werd waargenomen, lijkt te verklaren. Bovendien vertoonden ratten die toenamen in frequentie van aanvallen tijdens CS + -proeven ook verhoogde niveaus van totale inname van sucrose. Dergelijke bevindingen suggereren dat voedsel-gepaarde cues (1) het voedingsgedrag kunnen ontregelen en (2) effectiever zijn in het veroorzaken van te veel eten dan manipulaties van sucrose-smakelijkheid, tenminste onder de omstandigheden die hier worden getest.
De huidige resultaten werpen ook licht op de rol van dopamine in de regulatie van het voedingsgedrag in de afwezigheid van expliciete voedselparen. Eerdere studies hebben aangetoond dat systemische toediening van de D1-dopamine-antagonist SCH23390 onderdrukt uncued sucrose consumptie door het verminderen van boutfrequentie zonder de duur van de duur te wijzigen25,26, wat vergelijkbaar is met het patroon van likken dat wordt vertoond door dopamine-deficiënte muizen47. Hoewel de psychologische mechanismen die de frequentie van gevechten controleren in dergelijke situaties niet duidelijk zijn, is gesuggereerd dat contextuele en / of interoceptieve signalen die geassocieerd zijn geworden met het voeden het vermogen verwerven om heimelijk nieuwe aanvallen van eten en consumptie te motiveren.25,26. Onze resultaten bieden enige ondersteuning voor de aannemelijkheid van deze interpretatie door aan te tonen dat nieuwe periodes van likken kunnen worden opgewekt door expliciete, met voedsel gepaard gaande signalen en dat dit effect ook afhangt van D1-dopaminereceptoractivatie.
Zoals elders vermeld5,10, er is relatief weinig eerder onderzoek gedaan naar de rol van dopamine in CPF. Een vroege studie wees echter uit dat toediening van de niet-specifieke dopamine-receptorantagonist α-flupenthixol CS + het zoeken naar voedsel verzachtte maar het vermogen van de cue om voedsel te consumeren intact liet48, wat op gespannen voet lijkt te staan met onze bevinding dat D1-antagonisme cue-geïnduceerde sucrose-likken verstoort. Er zijn talloze procedurele verschillen tussen de twee onderzoeken die deze schijnbare discrepantie zouden kunnen verklaren. Het kan bijvoorbeeld zijn dat onze selectieve manipulatie van D1 dopamine-overdracht effectiever is in het verstoren van de invloed van CS + op de voedselinname. Bovendien, in deze vorige studie48ratten die van voedsel beroofd waren, werden getraind en getest in hun thuiskooien met behulp van een unieke pavloviaanse conditioneringsprocedure waarbij een keu werd gebruikt om voersessies te signaleren die met tussenpozen gedurende de dag werden verspreid. Later werd aangetoond dat die keu effectief was bij het bevorderen van het voeren, zelfs wanneer ratten in een niet-geprivilegieerde toestand werden getest. De aard en omvang van deze training en het feit dat de vereiste voedingsreacties ongewijzigd waren gedurende de trainings- en testfasen, suggereren dat dit CPF-protocol mogelijk het gebruik van een gebruikelijke (stimulusrespons) voedingsreactie tijdens het testen heeft aangemoedigd. Gegeven dat overtraining kan leiden tot cue-evoked food seeking ongevoelig voor manipulaties van dopamine-signalering49, het kan zijn dat deze potentieel op gewoonte gebaseerde vorm van CPF minder afhankelijk is van dopamine dan de hier beschreven motivatie.
Hoewel er nog veel moet worden bepaald over de rol van dopamine in CPF, is bekend dat dit gedragsfenomeen afhankelijk is van de ghreline.50-52 en melanine-concentrerend hormoon53 neuropeptidesystemen, die fundamenteel betrokken zijn bij het reguleren van beide voedingsgedrag10 en dopamine-signalering54-56. Interessant is dat de eetluststimulerende effecten van ghreline afhangen van het vermogen van dit hormoon om mesolimbische dopamine-signalering te moduleren57-60. Zo kan de neiging van ghrelin om het opzoeken en consumeren van voedsel te verbeteren zonder de smakelijkheid van voedsel te beïnvloeden (likperiode) worden geremd door gelijktijdige toediening van de D1-dopaminereceptorantagonist SCH-2339060. Op basis van dergelijke bevindingen zou men kunnen verwachten dat een vergelijkbare interactie tussen ghrelin en dopamine ten grondslag kan liggen aan de motivationele invloed van aan voedsel gekoppelde signalen over voeding.
Hoewel de huidige bevindingen aantonen dat voedselparen aanwijzingen het overeten kunnen stimuleren door nieuwe periodes van voeding te motiveren, zijn dergelijke aanwijzingen waarschijnlijk ook van invloed op de voeding via andere processen. Impliciet in onze transfer-of-control-benadering is de erkenning dat voedingsrichtlijnen de inname kunnen triggeren door specifiek voedingsgedrag direct te veroorzaken. Hoewel de CS + de duur van het onderzoek in het huidige onderzoek niet op betrouwbare wijze heeft gewijzigd, vond een recent onderzoek dat een conventioneler CPF-protocol met een vaste voedselbron toepaste, echter wel bewijs dat aanwijzingen voor het geven van voedingsstoffen het likken van periodes kunnen verlengen.53. In overeenstemming hiermee zijn er eerdere rapporten dat signalen in verband met smakelijk voedsel de expressie van appetijtelijke orofaciale reacties op smaakstimuli kunnen vergroten.19-21, nog een maatstaf van smaak hedonics of "liking". Aldus is het waarschijnlijk dat voedselaanwijzingen aanleiding kunnen zijn om zich door meerdere routes te voeden, door hunkeren te veroorzaken, door specifieke voedingsresponsen teweeg te brengen en / of door voedsel beter te maken10. Deze processen kunnen ten grondslag liggen aan verschillende kwetsbaarheden voor cue-potentiated overeating, misschien verklaren individuele verschillen in vatbaarheid voor dit effect1,61,62. De huidige bevindingen laten een effectieve benadering zien voor het selectief ontleden van de motiverende component van CPF in ratten.
Methoden
Onderwerpen en apparaten
Volwassen mannelijke Long Evans-ratten (N = 32 totale ratten; n = 16 voor Experiment 1 en n = 16 voor Experiment 2 en 3), met een gewicht van 370-400 g bij aankomst, werden per paar gehuisvest in transparante plastic kooien in een temperatuur- en vochtigheidsgraad. -gecontroleerd vivarium. Ratten hadden ad libitum toegang tot water in hun huiskooien gedurende het hele experiment. Ratten werden geplaatst op een voedselrestrictieschema gedurende bepaalde fasen van het experiment, zoals hieronder gespecificeerd. De houderij en de experimentele procedures werden goedgekeurd door de UC Irvine Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) en waren in overeenstemming met de National Research Council Guide for Care and Use of Laboratory Animals.
Gedragsprocedures werden uitgevoerd in identieke kamers (ENV-007, Med Associates, St. Albans, VT, VS), gehuisvest in geluids- en lichtverzwakken cabines. Sucroseoplossing kon worden afgeleverd via een injectiepomp in een verzonken plastic beker die centraal in één eindwand van elke kamer was geplaatst, 2.5 cm boven de roestvast stalen roostervloer. Een fotobuigdetector die bij de ingang van de voedselhouder was geplaatst, werd gebruikt voor het bewaken van kopinvoer geassocieerd met sucroseconsumptie, evenals geconditioneerde naderingsreacties tijdens pavloviaanse conditioneringssessies. In bepaalde testsessies (experimenten 2 en 3) kon sucrose-oplossing worden verkregen door een zwaartekracht-gevoede metalen drinktuit die ~ 0.5 cm was gepositioneerd in een gat van 1.3 cm op de eindwand tegenover de voedselbeker te likken. Individuele likstenen van de voedselbeker en metalen uitloop werden continu vastgelegd tijdens testsessies met behulp van een contactlickometerapparaat (ENV-250B, Med Associates, St. Albans, VT, VS). Een wit opaak plexiglas paneel werd gepositioneerd voor de eindwand die de voedselbeker huisvestte gedurende alle sessies wanneer sucrose kon worden verkregen uit de metalen uitloop. Een huislamp (3 W, 24 V) zorgde voor verlichting en een ventilator zorgde voor ventilatie en achtergrondgeluid.
Pavloviaanse conditionering
Ratten werden op een voedselbeperkingsschema geplaatst om hun lichaamsgewicht op ongeveer 85% van hun vrij-voerende lichaamsgewichten te houden voorafgaand aan het ondergaan van 2 d van tijdschrifttraining, waarin zij 60-afleveringen van 20% sucroseoplossing (0.1 ml) in elk kregen dagelijkse sessie (1 h). Ratten ontvingen vervolgens 10 d van Pavloviaanse conditionering. Elke dagelijkse conditioneringsessie bestond uit een reeks 6-presentaties van een 2-min audio-signaal (CS +; ofwel 80-dB witte ruis of 10-Hz clicker), met proeven gescheiden door een variabel 3-min interval (bereik 2-4) . Tijdens elke CS + -proef werden 0.1 ml-hoeveelheden (afgeleverd over 2 sec) van 20% sucrose-oplossing (w / v) in de voedselbeker afgeleverd volgens een willekeurige 30-sec tijdsplanning, wat resulteerde in een gemiddelde van vier sucrose-afleveringen per proef . Op de laatste dag van conditionering kregen ratten ook een tweede sessie waarin de alternatieve cue (CS-; alternatieve auditieve stimulus) op dezelfde manier werd gepresenteerd als de CS + maar niet met sucrose-oplossing werd gepaard. Anticiperend gedrag werd gemeten door de snelheid van cupbenaderingen (fotobundelbreuken) tijdens de periode tussen het CS-begin en de eerste sucrose-afgifte te vergelijken (om detectie van ongeconditioneerd voedingsgedrag te voorkomen), wat in contrast stond met de snelheid van cupbenaderingen tijdens proefinterval. Alle ratten kregen daarna vijf dagen ad libitum toegang tot hun onderhoudsdieet na de laatste sessie van Pavlovian conditioning alvorens aanvullende testen te ondergaan.
Cue-gepotentieerde voedingstest
experiment 1
Dit experiment beoordeelde de impact van de CS + op de consumptie van sucrose-oplossing uit dezelfde voedselbeker die werd gebruikt tijdens de training, zodanig dat de geconditioneerde respons op die cue (dwz bekerbenadering) compatibel was met het gedrag dat nodig was om bij de test sucrose te verkrijgen. Na het terugwinnen van verloren gewicht tijdens de Pavloviaanse conditionering ontvingen ratten een paar CPF-tests, die werden gescheiden door 48 h, gedurende welke ratten ongestoord bleven in hun homecages. Tijdens elke CPF-sessie (86 min. In totale duur) werd continu 2% of 20% sucroseoplossing beschikbaar gemaakt in de voedselbeker door die beker opnieuw te vullen met 0.1 ml sucrose telkens wanneer de rat de fotobundel passeerde (bekerbenaderingen). Om overvulling van de beker te voorkomen, werd de aflevering van sucrose echter alleen toegediend als ten minste 4 s waren verlopen sinds de laatste aflevering van sucrose en als de rat in de tussenliggende periode ten minste vijf likken had uitgevoerd. In de loop van deze sessie was elk van de 2-min-auditieve stimuli niet-ontegenzeggelijk 4-tijden in een pseudo-willekeurige volgorde (ABBABAAB), gescheiden door een vast 8-min-interval. De eerste proef begon met 8 min. Na het begin van de sessie om de inductie van verzadiging mogelijk te maken voorafgaand aan het beoordelen van de gedragsmatige invloed van de signalen. De proeforde werd gecompenseerd met de Pavloviaanse trainingsvoorwaarden, zodat de eerste CS die werd gepresenteerd de CS + was voor de helft van de proefpersonen en de CS voor de resterende helft van de proefpersonen. De volgorde van sucrose-concentratietesten werd ook gecompenseerd, waarbij de helft van elke conditie eerst de 2% -test ontving en de 20% -test de tweede en de andere helft de tegenovergestelde opstelling (dwz alle dieren ontvingen beide concentraties in afzonderlijke testen).
experiment 2
In dit experiment onderzochten we het effect van de CS + op de consumptie van sucrose-oplossing uit een andere bron dan de beker die werd gebruikt tijdens Pavloviaanse conditionering, zodanig dat de geconditioneerde respons op die keu onverenigbaar was met gedrag dat nodig was om sucrose tijdens de test te consumeren. De eerste test die we hebben uitgevoerd, omvatte alleen de 2% sucrose-toestand. Nadat de ratten het gewicht verloren hadden gelaten tijdens Pavloviaanse conditionering, kregen ze twee dagelijkse sessies (86 min. Duur) waarin ze onbeperkte toegang hadden tot 2% sucrose-oplossing van een metalen uitloop (zwaartekracht-gevoed via fles) geplaatst in een klein gaatje in de eindwand tegenover de voedselbeker. Een wit paneel van plexiglas werd gepositioneerd voor de wand die de voedselbeker bevat tijdens sessies met uitlooptoegang (inclusief daaropvolgende CPF-tests) om dieren te ontmoedigen om op deze locatie naar sucrose te zoeken. Deze sessies zijn ontworpen om ratten het drinken van sucrose uit een nieuwe bron te laten ervaren zonder de auditieve signalen. De volgende dag ontvingen ratten een enkele CPF-testsessie zoals beschreven in Experiment 1, behalve dat 2% sucrose continu beschikbaar was bij de metalen tuit in plaats van bij de beker.
Omdat er weinig bewijs was van CPF in deze eerste test, vermoedelijk als gevolg van responsconcurrentie tussen CS + evoked food cup en tuitaanpakgedrag, hebben we ratten extra tuittraining gegeven (in afwezigheid van de CS +) om sucrose te zoeken aan de tuit en te ontmoedigen voedselbeker aanpak wanneer de uitloop beschikbaar was (omdat het was bedekt met een paneel). Ratten werden daarom teruggeplaatst op een voedselrestrictieschema (hetzelfde als tijdens de Pavloviaanse conditioneringsfase) voordat ze 5 kregen van extra uitlooptrainingssessies, waarbij elk van deze sessies bestond uit 10 min van toegang tot 20% sucrose-oplossing. Ratten kregen vervolgens 4 d van ad libitum toegang tot home chow om hen in staat te stellen om gewicht te verliezen verloren tijdens deze fase. Vervolgens werden ratten acuut voedsel onthouden (20 h) voorafgaand aan het ontvangen van Pavloviaanse herscholingssessies met de CS + en CS-, zoals tijdens de laatste dag van de initiële training (dat wil zeggen, met 20% sucrose afgeleverd in voedselbeker tijdens CS + -proeven). Merk op dat de uitloop uit de kamer werd verwijderd tijdens deze en alle daaropvolgende herhalingstrajecten van Pavlov. Ratten kregen vervolgens ~ 20 h van ad libitum toegang tot chow thuis voorafgaand aan het ondergaan van twee CPF-tests met behulp van de metalen uitloop, die identiek waren aan de eerste test, behalve dat ratten toegang kregen tot 2% of 20% in twee afzonderlijke tests (zoals in Experiment 1).
experiment 3
Na het vinden van meer substantieel bewijs van CPF tijdens de laatste testronde met de tuit, werden ratten van Experiment 2 extra getest om de afhankelijkheid van dit effect op dopamine-signalering bij D1-dopaminereceptoren te beoordelen. Aan ratten werd eerst een 10-min-sessie van tuit-herscholing gegeven, waarbij ze toegang kregen tot 20% sucrose-oplossing. Omdat ratten snel terugkeerden naar het normale lichaamsgewicht wanneer ze werden teruggebracht naar ad libitum home chow na acute 20-h voedseldeprivatie, gebruikten we deze procedure om ervoor te zorgen dat ratten honger hadden tijdens deze herscholingstraining en tijdens daaropvolgende Pavloviaanse omscholing (CS + en CS-sessies, zoals eerder), die werd uitgevoerd op de dag vóór elke de twee laatste CPF-tests. Ratten kregen ten minste 20 h van ad libitum voer chow-toegang uit voor elke testsessie. Tijdens deze laatste ronde van CPF-testen hadden ratten continu toegang tot 20% sucrose uit de tuit tijdens beide testsessies. Vijftien minuten voor elke test kregen ratten een ip-injectie (1 ml / kg) van ofwel steriele zoutoplossing of SCH-23390 (selectieve D1-dopaminereceptorantagonist) met een dosis (0.04 mg / kg) waarvan bekend is dat deze voldoende is om sucroseconsumptie te onderdrukken.25,34,63. Ratten werden getest in beide medicatie-omstandigheden, counterbalancing voor testorde.
Data-analyse
De primaire afhankelijke maat was individuele licks, die werden opgenomen met een resolutie van 10 ms met behulp van een contactlickometer tijdens alle CPF-sessies. Zeer zelden ontdekten we artefacten in onze lickometermetingen die werden veroorzaakt door langdurig contact tussen de rat (poot of mond) en sucrose (of metalen tuit). Deze artefacten namen de vorm aan van hoogfrequente lickometerresponsen (> 20 Hz). Aangezien ratten een maximale liksnelheid van <10 Hz vertonen64, we hebben alle mogelijke likresponsies uitgesloten die binnen 0.05 seconden van de laatste (niet-artefact) lik optreden, overeenkomend met een 20-Hz afsnijfrequentie. Sessies waarbij ten minste 20% van de likresponsies waren uitgesloten gezien dit criterium, werden volledig uit de analyse verwijderd (1-sessie van 1 rat in Experiment 1).
Likken gedrag
Voor elke sessie bepaalden we het totale aantal licks over periodetypen (Pre-CS +, CS +, Pre-CS-, CS-). Omdat onze primaire afhankelijke maat (totale licks) een telvariabele is, werden deze gegevens geanalyseerd met behulp van gegeneraliseerde lineaire mixed-effects-modellen met een Poisson-responsverdeling en een loglinkfunctie 65-68. Deze statistische benadering maakt parameterschatting mogelijk als een functie van de conditie (vaste effecten) en de individuele (willekeurige effecten). In Experimenten 1 en 2 omvatte de structuur met de vaste effecten een algemeen snijpunt, de drieweginteractie tussen CS-periode (Pre, CS) × CS-type (CS-, CS +) × concentratie (2%, 20%) en alle lagere-orde hoofdeffecten en interacties. Voor experiment 3 werd geneesmiddel (vehiculum, SCH) in de plaats gesteld voor concentratie om de verandering in experimenteel ontwerp op te vangen. Deze variabelen waren allemaal variabelen binnen individuen, behandeld als categorische voorspellers en gecodeerd met effecten. Selectie van willekeurige effectenmodellen betrof het bepalen van het model dat het Akaike-informatiecriterium minimaliseerde 69, terwijl er ook voor werd gezorgd dat het aantal gegevenspunten per parameter niet onder 10 kwam 70,71. Aan de hand van deze criteria heeft de beste willekeurige effectenstructuur in experimenten betrekking op niet-gecorreleerde intercepts van niet-subjecten aangepast voor CS-periode, CS-type en concentratie (of medicijn)72. Alle statistische analyses werden uitgevoerd in MATLAB (The Math Works; Natick, MA). Het alfaniveau voor alle tests was 0.05. Omdat alle voorspellers categorisch waren, werd de effectgrootte weergegeven door de niet-gestandaardiseerde regressiecoëfficiënt 73, gerapporteerd als b in-tekst en in modeluitvoerstabellen. Post hoc-analyses van interacties werden uitgevoerd met behulp van post hoc F-testen van de eenvoudige effecten binnen de omnibusanalyse met behulp van de coefTest functie in MATLAB.
Microstructurele analyse van likgedrag
Individuele likjes werden gecategoriseerd als een begin of een likdoorbraak. Een aanval werd afgebakend als meerdere opeenvolgende licks waarbij de intervalintervallen (ILI) 1 s niet overschreden.74. Toen er op zijn minst 1 s waren overgegaan van de laatste lik, werd de volgende lik als het begin van een nieuwe aanval aangewezen. De frequentie en duur van Bout werden berekend door de sessies eerst in pre-CS- en CS-perioden te partitioneren, zoals gedaan voor totale licks in de bovenstaande analyses. In die periodes werd elke lik die werd voorafgegaan door een periode van ten minste 1 s aangewezen als een wedstrijd. De duur van elk gevecht werd berekend als het tijdsinterval tussen de eerste en laatste lik in dat gevecht. Afzonderlijke likken die op zichzelf stonden, werden niet meegeteld als onderdeel van een gevecht. Om de steekproefomvang voor de daaropvolgende mediale analyses te maximaliseren39, de boutfrequentie- en duurregistratiegegevens zijn samengevouwen in experimenten om algemene effecten van CS-periode, CS-type en concentratie op deze microstructurele metingen te evalueren. Gegevens van de SCH-23390-voorwaarde in Experiment 3 waren niet opgenomen in deze analyses.
Deze gegevens werden geanalyseerd via gegeneraliseerde lineaire mixed-effects-modellen met een fixed-effects-structuur van CS-periode × CS Type × concentratie (en alle interacties van lagere orde en hoofdeffecten) en een structuur met willekeurige effecten van niet-gecorreleerde onderschepte bij-onderwerpen gecorrigeerd voor CS-periode , CS-type en concentratie. Net als bij de analyse van het totale likgedrag, werd één sessie voor één rat van Experiment 1 uit de analyse verwijderd. De boutfrequentieanalyse gebruikte een Poisson-responsverdeling met een loglinkfunctie als gevolg van de teltype aard van frequentiegegevens. De duuranalyse van de bout maakte gebruik van een gamma-responsverdeling met een logkoppelingsfunctie omdat de duur van de bout een continue maat is die wordt begrensd tussen 0 en + ∞. Ter vergelijking, deze zelfde analyse werd uitgevoerd op totale licks samengevouwen over experimenten, waarbij de analyse een Poisson-responsverdeling veronderstelde met een log-linkfunctie zoals in de individuele experimenten totale likanalyses. Om er zeker van te zijn dat de kritieke interactie tussen de CS-periode × CS-type niet afhing van het experiment waarin elke rat zich bevond, werd een tweede reeks modellen uitgevoerd op de periode en duur van de aanval, identiek aan de zojuist beschreven analyse maar met een extra voorspeller met een vast effect van Experiment × CS Periode × CS Type. Experiment was een categorische factor. Ten slotte als een bevestigingsmaatregel voor gemotiveerd likken40-42, we analyseerden de latentie tot de eerste lik na CS onset met behulp van een gegeneraliseerd lineair mixed-effects-model met een gamma-responsverdeling en een loglink-functie (n = 310). Dit model omvatte een structuur met vaste effecten van CS-type × concentratie (en alle interacties van lagere orde en hoofdeffecten) en een structuur met willekeurige effecten van onderscheppingen van bij-proefpersonen, aangepast voor CS-type, concentratie en CS-type × concentratie.
Mediationale analyse van frequentie en duur van de aanval
Twee meerdere bemiddelingsmodellen43,75,76 werden uitgevoerd om te bepalen of de effecten (of het gebrek daaraan) van de CS-periode (Pre, CS) en de concentratie (2%, 20%) op CPF significant werden gemedieerd door de banningfrequentie en / of duur van de bout. In het CS-periodemodel, de variabele X was CS-periode (Pre, CS), de uitkomstvariabele Y was het totale aantal licks in die periode, en de bemiddelaars hadden een frequentie (M1) en duur (M2). In het concentratiemodel de variabele X was sucroseconcentratie. Omdat cue-evoked licking vooral evident was voor CS + -proeven (zie Resultaten), alleen CS + -proeven werden geanalyseerd. Voor elke rat en voor elke testsessie werd het gemiddelde aantal licks en periodes en de gemiddelde duur van elke periode bepaald voor pre-CS + en CS + -perioden. Deze analyses omvatten alle ratten van Experimenten 1 en 2 (16-ratten per experiment × 2-experimenten × 2-concentraties × 2 CS-periodes = 128-gegevenspunten) en de voertuigconditiedata van Experiment 3 (16-ratten × 2 CS-periodes = 32-gegevenspunten) . Net als bij de analyse van het totale likgedrag, werd één sessie voor één rat van Experiment 1 uit de analyse verwijderd, waardoor een totaal van 158-gegevenspunten overblijft. Zelden likten de ratten niet tijdens de pre-CS + of CS + -perioden tijdens een sessie (9 / 158; 9.5%). In deze gevallen werd het gemiddelde aantal licks en periodes gecodeerd als "0" en de waarde voor de gemiddelde duur van de bout werd achtergelaten als een lege cel. Wanneer dezelfde modellen werden uitgevoerd in de veronderstelling dat ze op de juiste manier werden gewist (dat wil zeggen, rijen verwijderen waarin de boutduur een lege cel was), werden vergelijkbare patronen behouden. Omdat deze analyses betrekking hebben op algemene lineaire modellen (dat wil zeggen, eenvoudige of meervoudige lineaire regressie), werden de duurfrequentie en totale likgegevens vierkant-wortel getransformeerd en werden de duurgegevens van de duur log-getransformeerd om te corrigeren voor positieve scheefheid. De significantie van het indirecte effect werd bepaald door 95% percentiel bootstrapping met 10,000-iteraties. Regressiecoëfficiënten worden gerapporteerd in overeenstemming met traditionele mediale analyse rapporten (bijv. c'= direct effect van X on Y)43,75.
Individuele verschillen in cue-evoked changes in bout frequentie en duur
Met de bovengenoemde analyses konden we het effect van de CS + op de likmicrostructuur op groepsniveau beoordelen. We hebben ook individuele verschillen in de expressie van dit effect gekarakteriseerd. Voor elke rat werden twee verschilscores berekend voor de metingen van de frequentie en de duur van de aanval. Parallel aan het CS-periodemodel werd de boutfrequentie tijdens de pre-CS + -periode afgetrokken van de boutfrequentiewaarde tijdens de CS + -periode (dwz CS + - pre-CS +); voor het concentratiemodel werd de frequentie tijdens de 2% sucrosetest afgetrokken van de overeenkomstige waarde tijdens de 20% -test (dwz 20% –2%). Deze berekeningen leverden metingen op die de verandering in boutfrequentie (ΔFrequentie). Dezelfde berekeningen werden gedaan voor de duur van de aanval (dwz, ΔDuur). Dus, voor elk paar Pre-CS + / CS + en 2% / 20% gegevenspunten, werden veranderingen in duurfrequentie en duur van de bout bepaald. De gemiddelden van deze distributies werden via een steekproef vergeleken met 0 t-test (α = 0.05) om verdelingsschommelingen te evalueren zonder enige algemene wijziging. Elk van deze gegevenspunten werd gecategoriseerd door verhogingen en / of verlagingen in frequentie en duur en voorgesteld door een bivariate scatterplot (bijv. Toename in frequentie / overlijdensperiode tijdens CS + -begin), waardoor de hoeveelheid gegevens kon worden bepaald punten in elk 2 × 2-kwadrant (duurfrequentie / duur × toename / afname). Datapunten waarbij de verschilscore gelijk was aan nul, werden gecategoriseerd als een afname (dus geen toename). Chi-kwadraat (χ2) Goedheid van fit-tests voor zowel de CS-periode als de concentratiegegevens bepaalden of de distributies van deze datapunten verschillend waren van uniform gedistribueerde gegevens over deze vier categorieën (α = 0.05). Om te bepalen of er een ongeveer gelijke verdeling was van deze gegevenspunten over de vier kwadranten voor elk experiment, werden eenvoudige correlatieanalyses voor de CS-periode en concentratiegegevens uitgevoerd om de relatie te evalueren tussen het aantal gegevenspunten in elk kwadrant in elk experiment en het corresponderende verwachte aantal datapunten, geschat op basis van de totale verhoudingen in elk kwadrant.
Microstructurele voorspellers van sucrose-consumptie
Een laatste reeks van gegeneraliseerde lineaire gemengde effectenanalyses werden uitgevoerd om te bepalen of het totale volume van de sucrose-oplossing geconsumeerd over hele testsessies was voorspeld door de verandering van de rat in frequentie en duur van de pre-CS + tot CS + -perioden. Analyses omvatten gegevens van alle niet-medicamenteuze omstandigheden (dwz 2% en 20% sucrose-testen voor experimenten 1 en 2, en de voertuigconditie van Experiment 3). De analyses veronderstelden een gamma-responsverdeling met een loglinkfunctie. De eerste analyse regressie totaal geconsumeerd sucrose-oplossing (ml) op de belangrijkste effecten van en interacties tussen de 2 × 2 categorische groeperingen van verhogingen / verlagingen in duurfrequentie / duur zoals hierboven beschreven. De tweede analyse regressed totale sucrose consumptie op de belangrijkste effecten van en interactie tussen de continue waarde van ΔFrequentie en sucroseconcentratie.
Beschikbaarheid van data
De datasets die tijdens de huidige experimenten zijn geanalyseerd, zijn op redelijke aanvraag verkrijgbaar bij de corresponderende auteur.
Elektronisch aanvullend materiaal
Danksagung
Dit onderzoek werd ondersteund door NIH-subsidies AG045380, DK098709, DA029035 en MH106972 aan SBO. De financiers hadden geen rol in onderzoeksontwerp, gegevensverzameling en -analyse, besluit tot publicatie of voorbereiding van het manuscript.
Bijdragen van auteurs
SBO bedacht en ontwierp de experimenten; BH en ATL voerden experimenten uit; ATM en SBO hebben de gegevens geanalyseerd. Alle auteurs schreven het artikel en bekeken het manuscript.
Opmerkingen
Concurrerende belangen
De auteurs verklaren geen concurrerende belangen.
voetnoten
Elektronisch aanvullend materiaal
Aanvullende informatie begeleidt dit artikel bij 10.1038 / s41598-018-21046-0.
Opmerking van de uitgever: Springer Nature blijft neutraal met betrekking tot rechtsvorderingen in gepubliceerde kaarten en institutionele voorkeuren.
Bijdrager informatie
Andrew T. Marshall, e-mail: ude.icu@1aahsram.
Sean B. Ostlund, e-mail: ude.icu@dnultsos.
Referenties
;
