Низкий контроль за потреблением продуктов питания на крысах связан с привычным поведением и рецидивирующей уязвимостью: индивидуальные различия () 2013

Йоханнес У. де Йонг,¹ Карин Э. Мейджом,¹ Louk JMJ Vanderschuren,^1,2 и Роджер АХ Адан^1,*

Всемирная эпидемия ожирения представляет огромную и растущую угрозу для здоровья населения. Тем не менее, нейроповеденческие механизмы переедания и ожирения не полностью поняты. Было высказано предположение, что зависимые от процесса процессы могут лежать в основе определенных форм ожирения, в частности тех, которые связаны с расстройством пищевого поведения. Чтобы исследовать роль зависимых от наркомании процессов в ожирении, мы адаптировали модель поведения, связанного с зависимостью от кокаина, у крыс, отвечающих за вкусную пищу. Здесь мы тестировали, реагируют ли крысы на шоколад с высоким вкусом. Убедитесь, что это приведет к появлению трех критериев поведения, связанного с зависимостью, т. Е. Высокой мотивации, продолжения поиска, несмотря на сигнализацию о недоступности и постоянстве поиска, несмотря на отвратительные последствия. Мы также исследовали, влияет ли воздействие на модель выпивки (диета, состоящая из чередующихся периодов ограниченного доступа к продуктам питания и доступа к пищу с высоким вкусом), способствует появлению поведения, связанного с зависимостью от пищи. Наши данные показывают существенные индивидуальные различия в контроле за вкусными приемами пищи и их взятием, но не может быть идентифицирована какая-либо отдельная подгруппа животных, демонстрирующая склонность к зависимости. Вместо этого мы наблюдали широкий диапазон, простирающийся от низкого до очень высокого контроля за вкусным приемом пищи. Однако воздействие модели выпивки не повлияло на контроль вкуса и вкуса пищи. Животные, которые демонстрировали низкий уровень контроля за потребляемым пищевым продуктом (т. Е. Набрали максимум по трем критериям поведения, связанным с зависимостью), были менее чувствительны к девальвации продовольственного вознаграждения и более склонны к восстановлению, вызванному пищевыми продуктами, с потушенным ответом, что указывает на то, что контроль над приемлемыми потребностями потребление пищи связано с привычным потреблением пищи и уязвимостью к рецидиву. В заключение мы представляем модель для животных, чтобы оценить контроль за поиском и потреблением пищи. Поскольку снижение контроля над потреблением пищи является основным фактором в развитии ожирения, понимание его поведенческих и нейронных подходов может способствовать улучшению управления эпидемией ожирения.

Заявление о этике

Эксперименты были одобрены Комитетом по этике животных Университета Утрехта и проводились в соответствии с голландскими законами (Wet op de Dierproeven, 1996) и европейскими нормами (Руководство 86 / 609 / EEC).

Животные

6-недельных самцов крыс линии Wistar (Charles River, Sulzfeld, Германия) массой 150-200 граммов в начале эксперимента индивидуально содержали в клетках Macrolon (L = 40 см, W = 25 см, H = 18 см) в контролируемых условиях ( температура 20–21 ° C, относительная влажность 55 ± 15%) и при обратном 12-часовом цикле свет-темнота (свет включается в 19.00 ч). Еда и вода были в свободном доступе. Все эксперименты проводились во время темной фазы цикла день-ночь.

Экспериментальный обзор

Приспосабливая модель Deroche-Gamonet к потере контроля над кокаином, стремясь к приятному поиску пищи, мы обнаружили в пилотном исследовании, что даже мягкий электрический шок подавляет все виды пищи. Поэтому мы решили измерить «продолжающийся поиск, несмотря на наказание», используя хининную фальсификацию вкусной пищи [49]. Этот экспериментальный эксперимент сравнивал диеты 4 (описанные ниже), чтобы их потенция вызывала поведение, связанное с зависимостью от пищи. В этом случае животные 24 (n = 6 на группу) обучались и тестировались по трем типам поведения, как описано в [37]. Интересно, что, когда животных тестировали на третий критерий (устойчивость к мягкой электрической ногой), было обнаружено полное подавление поиска шоколада, даже когда интенсивность удара была снижена до 0.35 мА. Не было различий в ответах на ударную парадигму между различными группами диеты (ANOVA p = 0.1146 F = 2.243 df = 23). Кроме того, мы не наблюдали существенной разницы в ответе в соответствии с прогрессивным соотношением коэффициентов усиления между четырьмя группами диеты (данные не показаны). Однако мы наблюдали тенденцию к увеличению склонности к наркомании у животных, подвергшихся воздействию модели выпивки, когда мы учитывали все три критерия. Так как электрический footshock подавил все награды, мы решили измерить критерий сопротивления невзгодам по-другому, то есть подвергая животных приемлемой пище, фальсифицированной 2 мМ хинином. В основном эксперименте, описанном в настоящем исследовании, мы сравнили группу, подвергнутую модели binge (n = 36), с контрольной группой, переданной в чау (n = 12). Для этого эксперимента животные предварительно прошли обучение по трем критериям для недель 5, за которыми следуют недели 8 доступа к рациону. Мы не наблюдали разницы между оперантом, отвечающим между группами диеты перед диетой. Затем мы продолжили переподготовку и тестирование по трем критериям, за которыми следуют сеансы экстинкции 10 и два сеанса восстановления (сеансы, вызванные кией и шоколадом).

Диеты

В этом исследовании использовались четыре разных диеты, и животные подвергались воздействию соответствующих диет для недель 8. Контрольная диета состояла из ad libitum chow (SDS, 3.3 ккал / г, 77.0% углеводов, 2.8% жира, белка 17.3%). Диета с ограниченным доступом состояла из ad libitum chow, дополненной 3h доступом к шоколаду. Обеспечение^TM (Abbott Laboratories, Abbott Park, IL, USA), для 5 дней в неделю (от 12.00-15.00h). Диета с высоким содержанием жиров с высоким содержанием сахарозы состояла из ad libitum chow в сочетании с насыщенным жиром ad libitum (Beef Salow (Ossewit / Blanc de Boeuf), Vandemoortele, Бельгия, 9.1 ккал / г) и раствором 30% сахарозы (коммерческий сорт сахароза в водопроводной воде, 1.2 ккал / мл). Диета для выпивки состояла из 4 дней 15.0-15.5g чау / день, чередующихся с 3 днями ad libitum chow с добавлением ad libitum Oreo cookies (Nabisco, East Hanover, NJ, USA, 4.7 ккал / г, 74% углеводов, 21% жира , 3% белка). В этом случае печенье Oreo было доступно для 24h / day в течение трех дней. 15g chow / day был основан на предыдущей работе Hagan et al. где животные были ограничены 66% от чау-чау. Эта модель представляет собой модифицированную версию Hagan et al. без составляющей напряжений модели binge [39,50]. Водопроводная вода была доступна в любое время, кроме как во время тестирования. В пилотном исследовании сравнивались все четыре диеты. Животных тестировали до и после 8 недель доступа к диетам. Основной эксперимент этой статьи сравнивает 8 недель выпивки диеты с 8 недель ad-lib чау. Мы продолжили пищу диеты, потому что данные из литературы, а также наши собственные пилотные данные свидетельствуют о том, что диета для выпивки, как описано выше, скорее всего вызовет поведение, связанное с зависимостью от пищи [39].

Аппараты

Крыс обучали в камерах для кондиционирования (30.5 x 24.1 x 21.0 см; Med Associates Inc, Сент-Олбанс, Вирджиния, США). Каждая камера была оборудована двумя выдвижными рычагами (4.8 х 1.9 см). Над каждым рычагом был расположен световой сигнал (стимулирующий свет ENV-221M для крыс, 28 В, 100 мА; Med Associates Inc) и помещен домашний свет (домашний светильник ENV-215M для камер крыс, 28 В, 100 мА; Med Associates Inc). на противоположной стене. Пол камеры был покрыт металлической сеткой с брусками, расположенными на расстоянии 1 см. Камера была помещена в звукоизолирующую кабину, оснащенную вентилятором для минимизации внешнего шума. Шоколад Ensure был доставлен в емкость для пищевых продуктов, расположенную между двумя рычагами, через нейлоновую трубку, прикрепленную к односкоростному шприцевому насосу (PHM-100-3.33; Med Associates Inc), расположенному вне камеры. Операционная камера контролировалась программным обеспечением системы управления исследованиями и сбора данных MED-PC (версия IV).

Приобретение шоколада

Животных обучали реагировать на пищу, как описано ранее [51,52]. Сначала крысы получили 10-тренировки, продолжающие 1 h. Во время этих сеансов присутствовали два рычага, один из которых был обозначен как активный. Положение активных и неактивных рычагов уравновешивалось между животными. Сессия началась с вставки обоих рычагов и освещения домашнего света. Во время первого сеанса использовался график фиксированного отношения (FR) 1 арматуры, что означало, что каждый активный рычажный пресс приводил к доставке шоколада 0.2 мл. Обеспечивал, оттягивал обе рычаги для 20 сек и подсветку сигнального света над активным рычаг для 10 сек, в течение которого свет дома был выключен. Требование об ответе было увеличено до графика FR2 подкрепления на второй и третьей сессиях. Начиная с четвертой сессии, был применен график усиления FR5.

Тайм-аут ответа

Процедура тайм-аута была основана на [37], хотя более короткая продолжительность сеанса была использована для предотвращения воздействия сытости на реакцию. Сессии состояли из блоков 5 шоколада 10 min. Обеспечение доступности было заменено блоками 4 с 5 мин, в течение которых шоколад Ensure был недоступен. Во время блоков доступности ответное присутствие награды указывалось животным посредством освещения домашнего света. Процедура самообслуживания в блоках доступности была такой же, как описано выше, т. Е. Использовался график FR5 арматуры. Во время блока недоступности свет дома был выключен, и ответы на оба рычага не имели запланированных последствий. Ответы стали более переменными во время последних блоков в сеансе, вероятно, в результате насыщения. Поэтому мы использовали количество ответов, сделанных в течение первого блока недоступности 5 min, в качестве критического параметра, потому что этот блок был окружен двумя блоками доступности, в которых животные всегда получали максимальную сумму вознаграждений за доступное время. Животные получали сеансы 10 перед диетой и сеансами 15 после диеты. Среднее количество ответов во время первого блока недоступности последних сеансов 4 использовалось в качестве показателя тайм-аута животного.

График прогрессивного соотношения арматуры

В соответствии с графиком прогрессивного соотношения арматуры животные должны были отвечать требованию к ответу на активный рычаг, который постепенно увеличивался после каждого заработанного шоколада. Награда за обеспечение (1, 2, 4, 6, 9, 12, 15, 20, 25 и т. Д. [53]). Сессия началась с освещения домашнего света (сигнализация наличия награды) и включения как активного, так и неактивного рычага. Соответствие требованиям ответа на активном рычаге приводило к оттягиванию обоих рычагов, освещению световой метки над активным рычагом для 10 сек и доставке шоколада 0.2 мл. Обеспечить. После тайм-аута 20 sec начался новый цикл. Сессия закончилась, когда животные не смогли заработать вознаграждение в течение 60 мин. Животные получили 4 PR-сессии до и 4 PR-сессии после диеты. В обоих случаях среднее значение активных сигналов рычага в течение сеансов 4 использовалось как показатель PR животного.

Наказанный ответ

Процедура была адаптирована из Deroche-Gamonet et al. (2004). Во время этой процедуры животных тестировали в камерах кондиционирования, которые отличались от тех, которые использовались во время тренировок, тайм-аута и сеансов PR. Сессия началась с освещения домашнего света и представления обоих рычагов. Во время этих сеансов животные реагировали в соответствии с графиком FR5 подкрепления, в котором каждое нажатие рычага 1st приводило к представлению тона и каждому 4^th и 5^th Привод рычага приводил к появлению электрического удара стопы (0.35mA, 2sec), управляемого через пол сетки. Каждый 5^th пресс-рычаг привел к доставке шоколада 0.2 мл. Тон был отключен после 4^th или когда животные не смогли выполнить 4-ответы в течение 1 минуты, и в этом случае начался новый цикл FR5. Мерой результата было количество рычажных прессов, которые животные произвели во время сеанса в процентах от базового ответа (среднее значение 4 FR5 сессий за предыдущие дни). Мы оценили реакцию в соответствии с этой парадигмой в экспериментальном исследовании (описанном выше), в котором электрическая нога почти полностью подавляла реакцию на пищу у всех животных.

Хинаиновая фальсификация

Животным был предоставлен свободный доступ к чистому или фальсифицированному (с использованием 2 мМ хинина; Sigma, Нидерланды) шоколаду. Храните в домашней клетке в течение 30 минут в разные дни. Пилотный эксперимент показал, что концентрация 2 мМ хинина привела к значительной индивидуальной вариабельности, в то время как более высокие концентрации подавляли потребление почти у всех животных, а более низкие концентрации имели очень незначительное влияние на шоколад. Убедитесь, что потребление. Коэффициент подавления был рассчитан следующим образом: ((потребление без фальсификации - потребление с фальсификацией) / потребление без фальсификации) * 100, так что коэффициент подавления 100 означал полное подавление потребления, а коэффициент 0 означал отсутствие подавления вообще .

Девальвация вознаграждения

Животным дали 2 h свободного доступа к шоколаду. Обеспечьте в домашней клетке непосредственно перед оперативным сеансом 20 мин, в течение которого освещался домашний свет, и оба рычага присутствовали на протяжении всего сеанса. Как активные, так и неактивные ответные реакции не имели запланированных последствий. Оценка девальвации рассчитывалась как количество активных рычажных прессов, сделанных животным после девальвации. Результаты сравнивались с количеством рычажных прессов во время нормальной недевенализированной FRNNUMX сессии 20 за день до этого.

Вымирание и восстановление

Животные получали 12 ежедневно 1 h операционных сессий, в течение которых рычажные прессы не имели запланированных последствий. Домашний свет (который ранее сигнализировал о доступности награды) включался на протяжении всего сеанса. В день 13 восстановление, вызванное кией, было протестировано следующим образом. Сессия началась с подсветки сигнальной лампы над активным рычагом для 10 сек. Во время этого сеанса выполнение требования FR5 на активном рычаге приводило к оттягиванию обоих рычагов и освещению световых сигналов для 10 сек, но награда не была доставлена. Животные получили нормальные сеансы экстинкции в день 14 и 15. В день 16 был протестирован шоколад, вызванный индуцированием. Сессия началась с доставки 0.6 мл шоколада Ensure. Рычажные прессы во время этой сессии не имели запланированных последствий.

Анализ данных

Основываясь на трех критериях, «оценка зависимости» рассчитывалась в соответствии с Belin et al. [54]. Нормализацию делали путем вычитания среднего числа всех животных из каждого отдельного животного и деления на стандартное отклонение всей группы. Это привело к оценке критерия со средним значением 0 и стандартным отклонением 1 для каждого критерия. Затем оценка зависимости была рассчитана как сумма трех нормированных баллов. Мы также классифицировали животных согласно Deroche-Gamonet et al., Что означает, что мы подсчитали количество критериев, за которые животное забило между 66^th и 99^th процентиль распределения [37]. Две диетические группы сравнивались друг с другом с использованием t-тестов Стьюдента. Группы критериев сравнивались с использованием однонаправленных ANOVA, а затем, если это необходимо, путем сопоставления множественных сравнений в Турции. Наборы данных необработанных данных доступны по запросу.

Модель выпивки не влияет на контроль над поиском пищи

Мы не наблюдали эффекта модели выпивки ни на одном из трех критериев поведения, связанного с зависимостью (Цифры 1 и and2) .2). Однако мы наблюдали увеличение прироста массы тела после воздействия модели выпивки. Текущая диета основана на исследовании, проведенном Hagan et al., Который продемонстрировал усиление побочных эффектов на вкусную пищу животных, которые были подвергнуты сопоставимой диете даже после того, как они были изъяты из этой диеты в течение 30 дней [50]. В отличие от Hagan et al., Мы использовали крыс-самцов. Поэтому мы не можем исключать, что мы могли бы получить более выраженные эффекты диеты при выпивке, если бы мы использовали самок крыс. Действительно, BED более распространена у человеческих самок, тогда у мужчин [55]. С другой стороны, неоднократно было показано, что, учитывая правильные обстоятельства, крысы самцов и самцов будут выпивать вкусную пищу [56–58]. Другая широко используемая модель выпивки, которая вызывает переедание у обоих полов крыс, использует чередующиеся периоды 12h / 12h лишения пищи в сочетании с доступом к раствору 10% сахарозы [59,60]. Предыдущие исследования также показали, что постоянный доступ к диете с высоким содержанием сахарозы с высоким содержанием жиров увеличивает ответные действия в соответствии с графиком PR и отвечает в соответствии с графиком PR, прежде чем доступ к диете положительно коррелирует с хранением брюшного жира после того, как 4weeks получит доступ к высокоурожайному высокоэффективному высокоэффективному сахарозу, сахарная диета у самцов крыс [51]. Таким образом, воздействие определенных видов обезболивающих диет может привести к разжиганию и усилению мотивации к пище. Однако наши данные свидетельствуют о том, что длительное воздействие диеты для выпивки само по себе недостаточно для того, чтобы вызвать явное поведение, связанное с зависимостью.

Нет доказательств «пищевой зависимости», но высокая индивидуальная изменчивость в контроле за потреблением пищи

Вопреки тому, что было обнаружено для кокаина, подгруппа крыс, которая выполнялась в верхнем третиле по всем трем критериям, была не намного вероятнее (3,6%). Поэтому разумно сделать вывод о том, что в нашем исследовании не было четких признаков склонности к зависимости, связанных с шоколадом. Даже в отсутствие такой «зависимой подгруппы» диапазон контроля за поиском пищи, наблюдаемый в настоящем исследовании, очень важен. То есть, уменьшенный контроль над потреблением пищи у людей, даже при отсутствии явного поведения, связанного с зависимостью, может вызвать переедание и длительное умеренное переедание, приводящее к ожирению у некоторых людей. В настоящем исследовании снижение контроля за потребляемым приемом пищи не предсказало прирост массы тела, что, вероятно, связано с тем, что крысы (в отличие от людей) не пытаются предотвратить увеличение массы тела. Таким образом, нейронные механизмы, лежащие в основе этого континуума контроля за поиском и потреблением пищи, важны для исследования, и наша нынешняя модель предоставляет поведенческие инструменты для этого.

Животные, демонстрирующие снижение контроля над потреблением пищи, менее чувствительны к девальвации вознаграждения

Мы наблюдали значительное снижение ответов после девальвации на уровне группы (Рисунок 6a). Интересно, что были большие индивидуальные различия в отношении влияния девальвации, которые коррелировали с оценкой зависимости (Рисунок 6b). Было высказано предположение, что развитию склонности способствует переход от целевого ориентированного на результат поведения к привычному поведению, стимулируемому стимулами [46]. Первый, как полагают, опосредуется вентральной и медиальной частями полосатого тела, тогда как последний зависит от дорсолатеральной стриатумы [61]. Действительно, неоднократно было показано, что длительное самообслуживание кокаина рекрутирует дорсолатеральные стригальные механизмы, лежащие в основе поиска наркотиков [62–65] и что поражения или инактивация дорсолатеральной стриатумы уменьшают привычное поведение [66–69]. Поскольку животные, которые демонстрируют меньший контроль над потреблением пищи, выражают более привычное поведение, эти данные свидетельствуют о том, что снижение контроля над потреблением пищи связано с более высоким дорсолатеральным стриатальным участием в контроле над едой.

Низкие контрольные животные более склонны восстанавливать исчезнувшие пищевые продукты

Характерной чертой наркомании является высокий риск рецидива [70,71]. Это можно исследовать с использованием моделей животных, которые изучают склонность животного к восстановлению лекарственного средства после исчезновения ответа операнта. Поиск лекарственного средства может быть восстановлен с использованием рецепта, связанного с лекарственным средством, небольшого количества «затравки» препарата или стресса [38]. Чтобы оценить, были ли животные с меньшим контролем за их поиском пищи, более вероятно, восстановили потушенную пищу, мы протестировали животных как для восстановления, вызванного репликацией, так и для вознаграждения. Как видно в Рисунок 7C, только приведение животных в награду с шоколадным вкусом вызвало значительную разницу в восстановлении между группами критериев 4. В этом случае животные с критериями 2 ответили значительно больше при восстановлении. Вполне вероятно, что животные с критериями 3 также с большей вероятностью будут восстанавливаться, но это было сложно продемонстрировать статистически из-за небольшого количества животных в этой группе.

В заключение мы представляем модель, которая может быть использована для измерения изменений в контроле над поведением пищи. Модель создает континуум поведения от очень высокого до низкого контроля, крайность которого можно назвать пищевой зависимостью, но по крайней мере в текущем эксперименте не может быть проведена четкая граница между «зависимыми» и «непривлекательными» животными , а также подгруппа животных, которая потенциально может быть классифицирована как показывающая поведение, подобное зависимости, более вероятное, чем ожидалось. С другой стороны, мы обнаружили, что низкий контроль над потреблением пищи был связан с высокой склонностью к приемлемым пищевым рецидивам и повышенным привычным ответом на шоколад, что указывает на то, что изменения поведения, связанные с аддиктивным поведением, можно наблюдать у животных с низким уровнем контроля над приемлемыми прием пищи. Таким образом, модель предоставляет ценный инструмент для изучения контроля над едой и ее нервных оснований. Это очень важно, если учесть, что снижение контроля над едой, даже без строгой классификации пищевой зависимости, может привести к серьезным проблемам со здоровьем.