Sci Rep. 2018; 8: 2766.
Publicerad online 2018 Feb 9. doi: 10.1038/s41598-018-21046-0
PMCID: PMC5807356
Abstrakt
Ledsignaler som signalerar tillgången på välsmakande mat får förmågan att potentiera matsökning och konsumtion. Den aktuella studien använde en kombination av beteendemässiga, farmakologiska och analytiska tekniker för att undersöka rollen av Pavlovsk incitamentmotivation i cue-potentierad matning. Vi visar att en cue parad med sackaroslösning (CS+) kan överföra sin kontroll över utfodring för att stimulera sackaroskonsumtion vid en ny behållare, och att denna effekt beror på aktivering av D1 dopaminreceptorer, som är känd för att modulera andra former av cue-motiverade beteende men inte smaksmak. Mikrostrukturanalyser av sackaros-slickningsbeteende visade att CS+ tenderade att öka frekvensen med vilken råttor engagerade sig i aktiva slickbeteende utan att ha en tillförlitlig effekt på varaktigheten av dessa slickningsanfall, ett mått som istället var förknippat med sackarossmaklighet. Dessutom fann vi att individuella skillnader i CS+ framkallade ökningar i anfallsfrekvens var associerade med totalt sackarosintag vid testet, vilket stöder uppfattningen att denna process var relaterad till meningsfull dysreglering av ätbeteende. Den aktuella studien visar därför (1) att en dopaminberoende Pavlovsk incitamentmotivationsprocess kan förmedla cue-potentierad matning, och (2) lägger fram ett experimentellt och analytiskt tillvägagångssätt för att analysera denna aspekt av beteende.
Beskrivning
Miljösignaler som signalerar tillgången på välsmakande livsmedel kan utlösa kraftfulla matbegär1-3 och främja att äta i frånvaro av hunger, en effekt som observeras hos gnagare4,5 och människor6-9. Denna beteendepåverkan, som tros spela en viktig roll vid överätande och fetma10-13, kan studeras med hjälp av uppgiften cue-potentiated feeding (CPF). I en typisk CPF-studie genomgår hungriga djur Pavlovian-konditionering som består av upprepade parningar mellan en betingad stimulus (CS+; t.ex. en hörselton) och en liten mängd välsmakande mat eller vätska, såsom sackaroslösning, som de konsumerar från en kopp placerad i ett fast läge i experimentkammaren. Därefter får de obegränsad tillgång till sin underhållsmat för att säkerställa att de är helt mätta före testning. Djuren återförs sedan till kammaren och får fritt konsumera sackaros från koppen medan CS+ intermittent presenteras på ett icke-kontingent sätt. Under sådana förhållanden uppvisar djur en uttalad ökning av matkonsumtionen under testsessioner med CS+ jämfört med sessioner med oparad stimulus (CS−).
Även om sådana fynd indikerar att externa signaler kan agera oberoende av fysiologisk hunger för att främja matning, är de psykologiska processerna som ligger bakom denna effekt inte fast etablerade. En möjlighet är att ledtrådar förknippade med välsmakande matkonsumtion får reflexiv eller vanemässig kontroll över utfodring (dvs. stimulus-responsbaserad). Om detta är den primära mekanismen som förmedlar CPF, bör CS+ stimulera konsumtionen genom att framkalla de specifika matningsbeteenden som etablerades under Pavlovsk konditionering. Detta responsinlärning synen är rimlig när matkällan är fixerad genom utbildning och testning, som i exemplet som beskrivs ovan. Även om detta scenario gäller för de flesta demonstrationer av CPF, har det också förekommit rapporter om att matrelaterade signaler kan utlösa matning på nya platser14-16, vilket indikerar att de kan kontrollera utfodringen indirekt. En möjlig förklaring är att sådana signaler förstärker matning genom samma Pavlovianska incitamentmotivationsprocess som gör att de kan framkalla och stärka instrumentella matsökande beteenden17,18. Detta motiverande syn förutspår att CS+ utlöser en lust att söka efter mat, vilket också skulle leda till matning när maten är lättillgänglig. Alternativt, givet bevis för att signaler för välsmakande mat kan förbättra hedonisk utvärdering av smakstimuli19-21, är det möjligt att signaler förstärker matningen delvis genom att göra maten mer välsmakande. Även om denna hedoniska syn är mekaniskt skild från den motiverande synen, utesluter inte dessa konton varandra och kan förklara olika aspekter av CPF10,22.
Ett sätt att skilja mellan de motiverande och hedoniska redogörelserna för CPF är att bestämma hur matparade ledtrådar påverkar utfodringens mikrostruktur. När gnagare tillåts fritt konsumera sackaroslösning eller andra välsmakande vätskor, deltar de i slickande anfall av varierande varaktighet som skiljs åt av perioder av inaktivitet. Medan den genomsnittliga varaktigheten av dessa slickande anfall ger ett tillförlitligt och selektivt mått på vätskesmak23,24, man tror att frekvensen av dessa anfall styrs av motivationsprocesser25-28. Således, om CS+ stimulerar matning genom att förbättra sackarossmakligheten, bör den signalen öka varaktigheten, men inte nödvändigtvis frekvensen, av slickningsanfall. Däremot förutspår den motiverande uppfattningen att CS+ bör utlösa sackarossökning och -konsumtion även när djuren är upptagna av andra aktiviteter, vilket leder till oftare, men inte nödvändigtvis längre, slickande.
Den aktuella studien undersökte effekterna av CS+-leverans på sackarosslickande mikrostruktur med hjälp av två CPF-protokoll, ett där sackaros alltid var tillgängligt på samma plats (experiment 1), och ett där källan ändrades under träning och testning (experiment 2 och 3), så att vi kan utvärdera den indirekta påverkan av CS+ . Vårt tillvägagångssätt för att bedöma detta svarsoberoende (generaliserade) inflytande av matparade ledtrådar på utfodring modellerades efter uppgiften Pavlovian-to-instrumental transfer (PIT), som används allmänt för att studera incitamentens motiverande inverkan av belöningsparade ledtrådar på belöningssökande beteende18,29,30. Vi antog också Pavlovska konditionerings- och testparametrar som vanligtvis används i PIT-studier för att underlätta jämförelsen med den litteraturen. Med tanke på att dopamin D1-receptoraktivitet är avgörande för uttryck av PIT och andra mått på cue-motiverat beteende31-33 men är relativt oviktigt för hedoniska aspekter av utfodringsbeteende25,28,34, bedömde vi också effekten av D1-receptorblockad på cue-potentierad sackaroslickning (experiment 3) som en ytterligare undersökning av motivationens roll i denna effekt. Slutligen analyserade vi mikrostrukturen för sackaroslickningsdata från dessa experiment för att testa om CPF var selektivt associerad med ökningar av antingen frekvensen eller varaktigheten av sackaroslickningsanfall, vilket skulle förutsägas av de motiverande och hedoniska synpunkterna på CPF, respektive.
Resultat
Köförstärkt matning med en kö som signalerar matkällan
I vårt första experiment tillämpade vi en konventionell responskongruent CPF-design, där de specifika svaren som krävdes för att konsumera sackaros var desamma över tränings- och testfaser. Hungriga råttor gavs 10 d Pavlovian-konditionering för att etablera CS+ som en signal för sackarostillgänglighet vid en matkopp på ena sidan av kammaren. Vid den sista konditioneringsdagen var koppinträdena (±mellan-subjekt SEM) signifikant högre under CS+ (23.72 ± 2.79 per minut) jämfört med inter-försöksintervallet [18.27 ± 3.25 per minut; parade prover t-testa, t(15) = 3.13, p = 0.007]. Cupanmälningar under CS− (8.60 ± 1.91 per minut) skilde sig inte signifikant från mellanförsöksintervallet [10.69 ± 2.00 per minut; parade prover t-testa, t(15) =−1.60, p = 0.130].
Råttor fick sedan två CPF-tester i ett matsött tillstånd för att karakterisera effekterna av CS+ på sackarosslickning. I varje test hade råttor fri tillgång till 2% eller 20% sackaroslösning, vilket gjorde det möjligt för oss att bedöma påverkan av sackarossmaklighet på CPF. Figur 1a visar det totala antalet slickningar som observerats under CS-försök som en funktion av CS-period, CS-typ och sackaroskoncentration. Data analyserades med hjälp av generaliserade linjära blandade effekter modeller (kompletterande tabell S1). Viktigt är att det fanns en betydande CS Period × CS Type interaktion, t(116) = 12.70, p < 0.001. Ytterligare analys (kollaps över koncentration) avslöjade en signifikant ökning för CS+-försök, p < 0.001, men inte CS−-försök, p = 0.118, vilket indikerar att CS+ var effektivare än CS− för att öka sackarosslickningen, i förhållande till nivåerna före CS. Vår analys fann också att denna cue-selektivitet påverkades signifikant av sackaroskoncentration (3-vägsinteraktion, p < 0.001). Specifikt, även om CS+ var mycket effektivt för att höja sackarosslickning i både 2 % och 20 % förhållanden, ps < 0.001, påverkade CS− inte signifikant slickfrekvensen i 2%-testet, p = 0.309, men framkallade en blygsam men signifikant ökning i 20%-testet, p = 0.039. Således, även om den matparade köet i allmänhet var mer effektivt för att kontrollera utfodring, verkade det oparade köet utöva ett liknande inflytande när råttor fick konsumera en mycket välsmakande sackaroslösning vid test.
Överföring av cue-potentierad utfodring till en ny matkälla
Eftersom sackaros gjordes tillgängligt vid samma källa under träning och testning i experiment 1, är det oklart om den observerade CPF-effekten var beroende av förmågan hos CS+ att (1) motivera råttor att söka upp och konsumera sackaros eller (2) direkt framkalla en specifik konditionerad reflex, eller vana. Experiment 2 fokuserade mer rakt på den tidigare hypotesen genom att testa om en CS+ associerad med leverans av sackaros i en matkopp kunde motivera sackarosslickning från en pip på motsatt sida av kammaren vid testet, jämförbart med beteendefenomen som observerats i PIT.
Råttor tränades med samma Pavlovian-konditioneringsprocedur som användes i Experiment 1, vilket resulterade i cue-specifikt anticiperande tillvägagångssätt senast den sista dagen av Pavlovian-konditioneringen. Tillvägagångssätt för matkoppen (± SEM mellan försökspersoner) var större under CS+ (18.71 ± 1.73 per minut) i förhållande till inter-försöksintervallet [12.49 ± 0.98 per minut; parade prover t-testa, t(15) = 3.02, p = 0.009]. Det fanns inga signifikanta skillnader mellan CS− (9.41 ± 0.98 per minut) och inter-försöksintervallet [8.44 ± 0.88 per minut; parade prover t-testa, t(15) = 0.98, p = 0.341].
Med tanke på att effekterna av CS+ på sackarosslickning i experiment 1 var något mer uppenbara när råttor testades med 2 % sackaros, var vårt första test med sackaros tillgängligt vid en ny källa (pip, med matbägare täckt av en ogenomskinlig panel – Se Metoder) fokuserat på detta tillstånd. I detta test skilde sig dock inte sackarosslickning signifikant mellan CS+ (328.1 ± 84.8 slickningar) och pre-CS+ perioder [245.6 ± 45.9 slickningar; parade prover t-testa, t(15) = 1.07, p = 0.300]. För att ytterligare motverka responskonkurrens och stärka sackarosdrickande från pipen, fick råttor 5 extra träningspass för att slicka från pipen för 20 % sackaros under matbrist i frånvaro av CSs. Råttorna mättades sedan helt på hemmafoder och administrerades två CPF-tester med sackaros tillgängligt vid metallpipen. Under testerna hade råttor kontinuerlig tillgång till 2% eller 20% sackaroslösning i separata tester (inom försökspersonerna, ordningsföljd motvägd).
Figur 1b visar att under den här testomgången var CS+ effektivt för att främja sackarosdrickande på den nya platsen, även om den signalen aldrig var direkt associerad med detta beteende. Modellanalys med blandade effekter (kompletterande tabell S2) hittade en signifikant CS Type × CS Period interaktion, t(120) = 15.16, p < 0.001, vilket indikerar att CS+ var effektivare för att höja sackaroslickning över baslinjenivåer (CS kontra pre-CS period, p < 0.001) än CS− (CS vs pre-CS period, p = 0.097), som i experiment 1. Sackaroskoncentrationen påverkade inte signifikant cue-selektiviteten för denna effekt (3-vägsinteraktion, p = 0.319). Viktigt är att medan slickfrekvensen verkade vara förhöjd under pre-CS− i förhållande till pre-CS+ perioderna, parade prover t-tester visade att denna skillnad inte var statistiskt signifikant i 2%-tillståndet, t(15) = 1.66, p = 0.118, eller i 20 % skick, t(15) = 1.56, p = 0.139. Detta kan förväntas med tanke på den pseudo-slumpmässiga försöksstrukturen som används under träning och testning, vilket förhindrar systematiska (inter-trial) överföringseffekter och utesluter förutseende av framtida försökstyp (eller timing). Det är också värt att notera att samma djur visade liknande CS+-specifika höjningar i slickning i experiment 3 när deras pre-CS− och pre-CS+ slickhastigheter var mer jämförbara (se fig. 1c, fordon).
Beroende av D1-typ dopaminreceptorer
Resultaten av experiment 2 indikerar att CS+ förvärvade förmågan att potentiera sackaroskonsumtion genom att utlösa ett matningsbeteende som aldrig direkt hade associerats med den signalen, i överensstämmelse med en PIT-liknande motiverande påverkan. Med tanke på betydelsen av D1-typ dopaminreceptorer i Pavlovian incitamentmotivation31-33Experiment 3 undersökte om blockerande aktivitet vid dessa receptorer skulle störa CPF-uttryck. Samma råttor som användes i experiment 2 gavs ett sista par CPF-tester (20 % sackaros) efter förbehandling med SCH-23390 (0.04 mg/kg), en selektiv Dl-antagonist eller vehikel. Testresultaten visas i fig. 1c (även tilläggstabell S3).
Analys avslöjade en huvudeffekt av läkemedelsbehandling, t(120) = -2.15, p = 0.034, genom att sackarosslickning i allmänhet undertrycktes av SCH-23390. Viktigt är att vi hittade en signifikant interaktion mellan läkemedel × CS-period × CS-typ, t(120) = -20.91, p < 0.001, vilket indikerar att SCH-23390 specifikt störde uttrycket av CPF. Faktum är att ytterligare analys avslöjade att även om CS+ signifikant ökade sackarosslickandet över nivåerna före CS+ i fordonstestet, p < 0.001, det fanns ingen effekt av CS+ i SCH-23390-testet, p = 0.982. I likhet med cue-generaliseringen som observerades i experiment 1, framkallade CS- marginellt signifikanta ökningar av sackarosslickning under båda läkemedelstillstånden, ps ≤ 0.049. Således försämrade D1-typ dopaminreceptorantagonism via SCH-23390 administrering signifikant CS+-framkallad matning, i överensstämmelse med en motiverande motiverande redogörelse för CPF.
Mikrostrukturanalys av effekterna av sackarosparade signaler och sackaroskoncentration på utfodring
Resultaten av experiment 2 och 3 tyder på att det nya PIT-liknande protokollet som används här stöder en motiverande form av CPF, eftersom ledtrådarna kunde motivera matningsbeteende på en plats skild från matkällan som signalerades av signalen. För att ytterligare testa detta konto undersökte vi om de excitatoriska effekterna av CS+ på sackarosdrickande var relaterade till en specifik förändring i den mikrostrukturella organisationen av slickbeteende. Som beskrivits ovan, medan slickningsperiodens varaktighet varierar med vätskans smaklighet23,24, frekvensen med vilken råttor engagerar sig i nya slickande anfall tros återspegla en separat motivationsprocess25-28. Vi varierade sackaroskoncentrationen för att manipulera dess smaklighet, som i tidigare rapporter23,35. Även om höga och låga sackaroskoncentrationer också skiljer sig åt i kaloriinnehåll, har omfattande forskning visat att varaktighetsmåttet är ett känsligt och selektivt mått på påverkan av orosensorisk belöning och är dissocierbar från post-konsumtionskaloribearbetning35-38. Således bör en CS+ som inducerar incitamentmotivation öka anfallsfrekvensen, medan en CS+ som ökar intaget genom att göra sackaros mer välsmakande bör främja längre anfallsperioder.
För att säkerställa tillräcklig statistisk kraft39, kollapsade vi data över alla icke-läkemedelstestförhållanden som beskrivs ovan (2 % och 20 % tester för experiment 1 och experiment 2, och vehikeltillståndet för experiment 3). De kombinerade uppgifterna visas i fig. 2avsatta separat som totala slickningar (a), anfallsfrekvens (b) och anfallslängd (c). Figur 2d visar rasterdiagram av två representativa råttors slickbeteende under pre-CS+ och CS+ perioder när 2 % och 20 % sackaros var tillgängliga vid testet. I enlighet med den motiverande tolkningen av CPF, tenderade dessa råttor att delta i fler anfall av sackarosslickning under CS+ än under perioden före CS+. Däremot tenderade anfallsvaraktigheterna att vara längre när råttorna konsumerade den mer välsmakande 20 % sackaroslösningen än när de konsumerade 2 % sackaros, en effekt som var uppenbar under pre-CS+ och CS+ perioder. Anfallslängden påverkades således inte starkt av den sackaros-parade signalen. Faktum är att mönstren som ses i fig. 2d bekräftades av generaliserade linjära blandade effekter modeller av den kombinerade datamängden (se fig. 2a-c och kompletterande tabell S4). Sekundära analyser av blandade effekter avslöjade att den kategoriska faktorn för "Experiment" (1, 2, 3) inte signifikant modererade CS Period × CS Type interaktioner på matchfrekvens eller varaktighet, ps ≥ 0.293, vilket tillåter oss att kombinera dessa data för efterföljande analyser. Intressant nog återspeglades förmågan hos CS+ att motivera slickbeteende också i en betydligt snabbare latens för att initiera slickning40-42 efter CS+ vs. CS− debut [generaliserad linjär modell med blandade effekter (svarsfördelning = gamma, länkfunktion = log); t(306) = -2.71, p = 0.007], även om den råa skillnaden i latenser var relativt blygsam (CS+: 1.16 sekunder ± 0.47; CS−: 2.79 sekunder ± 0.79).
Mediationsanalys av CS-periodeffekt
Med tanke på sådana fynd utförde vi en statistisk medlingsanalys43 på de kombinerade data (fig. 2) för att avgöra om CS+ framkallade sackarosdrickande företrädesvis var relaterat till förändringar i anfallsfrekvens eller varaktighet. Figur 3a visar strukturen för multipelmedlingsmodellen för denna analys (CS-period). Det fanns en signifikant övergripande effekt (Totalt; c) av CS-perioden på slickbeteende, t(156) = 4.11, p <0.001, c = 5.22 [2.71, 7.73], genom att det var fler slickningar under CS+ än före CS+-perioden. Vi testade sedan om CS+ på liknande sätt påverkade slickningsmikrostrukturen och fann en signifikant cue-inducerad höjning av anfallsfrekvensen (M2), t(156) = 3.27, p = 0.001, a2 = 0.70 [0.28, 1.12], men inte matchens varaktighet (M1), t(141) = 1.89, p = 0.061, a1 = 0.34 [-0.02, 0.69]. Således, på gruppnivå, liknade CS+-effekten på anfallsfrekvensen, men inte anfallslängden, dess effekt på slickning mer allmänt.
Om effekten av CS+ på slickning förmedlades av dess effekt på anfallsfrekvensen, bör (1) dessa mått korreleras, och (2) CS+-effekten på anfallsfrekvensen bör svara för CS+-effekten på det totala slickmåttet. En bedömning av den första förutsägelsen visade att, om man bortser från CS-perioden, var både anfallsfrekvensen och anfallslängden signifikant korrelerade med totala slickningar, ps < 0.001, vilket är föga förvånande med tanke på att dessa mikrostrukturella åtgärder har ett inneboende samband med totala slickningar. Vår bedömning av den andra förutsägelsen var dock mer avslöjande. Vi konstruerade en multipel medlingsmodell för att undersöka om dessa mikrostrukturella åtgärder förklarade CS+-relaterad varians i det totala slickmåttet genom att inkludera anfallsfrekvens och anfallslängd som fasta effekter, tillsammans med CS-period. Med andra ord frågade vi om kontroll av varians i dessa slickningsåtgärder försvagade CS+-effekten, i förhållande till dess styrka i den enklare (reducerade) modellen som beskrivs ovan. I enlighet med medling fann vi att detta rikta effekt av CS-period på slickningar (c') var inte signifikant, t(139) = 0.90, p = 0.370, c' = 0.41 [−0.49, 1.30], vid kontroll för matchfrekvens och varaktighet. Vi uppskattade sedan påverkan av CS+ på slickning genom var och en av dessa potentiella mediatorer, och fann att det fanns en signifikant indirekt effekt av anfallsfrekvensen på slickningar, a2b2 = 2.90 [1.18, 4.76], men inte av matchens varaktighet, a1b1 = 1.71 [-0.09, 3.35]. Således indikerar dessa data att CS+-inducerade höjningar i slickning främst drivs av ökningar i anfallsfrekvens i motsats till ökningar i anfallslängd, i överensstämmelse med en motiverande snarare än en hedonisk redogörelse för CPF.
Mediationsanalys av sackaroskoncentrationseffekt
Vi utförde en andra medlingsanalys på de kombinerade data (Fig. 2) för att bekräfta att sackaros smaklighet (koncentration) var relaterad till en selektiv ökning av varaktigheten (Fig. 3bkoncentration). Den förenklade modellen (inga fasta effekter för anfallsfrekvens eller varaktighet) fann att den totala effekten av koncentration på totala slickningar inte var signifikant, t(156) = 0.42, p = 0.678, c = 0.57 [−2.13, 3.27], vilket indikerar att de totala nivåerna av sackarosslickning vid testet inte var starkt beroende av sackaroskoncentrationen. Detta är att förvänta, eftersom effekten av sackarossmak på slickning är mest påtaglig under de första 2–3 minuterna av konsumtionen44, långt före den första pre-CS-perioden i våra testsessioner. Ändå hade sackaroskoncentrationen en signifikant effekt på varaktigheten (M1), t(141) = 5.20, p <0.001, a1 = 0.88 [0.54, 1.21], med 20 % sackaros stödjer längre dricksperioder än 2 % sackaros. Intressant nog hade sackaroskoncentrationen en signifikant undertryckande effekt på anfallsfrekvensen (M2), t(156) = -3.84, p <0.001, a2 = −0.83 [−1.26, −0.40], eftersom råttor tenderade att delta i färre anfall när de drack en mer välsmakande lösning. Sålunda kompenserades koncentrationsrelaterade ökningar i anfallslängd av minskningar i anfallsfrekvens. I enlighet med detta indikerade vår fullständiga medlingsmodell, som inkluderade fasta effekter för matchens varaktighet och frekvens, ingen direkt effekt av koncentration på slickningar, t(139) = 0.45, p = 0.650, c' = 0.23 [−0.76, 1.22]. Det fanns dock betydande indirekta, men motsatta, effekter av matchfrekvens, a2b2 = −3.49 [−5.50, −1.58], och matchens varaktighet, a1b1 = 4.46 [2.96, 5.95], på totalt slickbeteende.
Individuella skillnader i effekten av CS-period och koncentration på slickningsmikrostruktur
Medlingsmodellerna avslöjade att anfallsfrekvens och varaktighet spelar distinkta roller för att mediera effekterna av CS+ och sackaroskoncentrationen på slickning på gruppnivå, men tar inte upp hur sådana effekter uttrycks i enskilda råttor, vilket kan vara viktigt för att förstå individen. sårbarheter för att äta för mycket. Med tanke på resultaten av medlingsanalysen förutspådde vi att enskilda råttor skulle visa en nettoökning i anfallsfrekvensen under CS+-perioden, i förhållande till baslinjen, men inte skulle visa någon konsekvent eller tillförlitlig förändring i anfallslängd. Dessutom förutspåddes individuella råttor visa längre, men mindre frekventa, slickande anfall när de konsumerade 20 % sackaros, i förhållande till 2 %-testet. Fikon. 3c och d visa individuella skillnader i effekterna av CS-perioden (CS+ – pre-CS+) och sackaroskoncentrationen (20%–2%), respektive, på anfallsfrekvens och varaktighet (analys av kombinerad datauppsättning i fig. 2). CS+ ökade anfallsfrekvensen hos 67% av råttorna (Fig. 3c), med ungefär lika många av dessa råttor som också visar en ökning i anfallslängd (34 %) eller inte (33 %). Ett chi-kvadratmässigt godhetstest som antar enhetligt fördelade datapunkter över de fyra kvadranterna avslöjade signifikant fördelningsasymmetri, χ2(3) = 10.91, p = 0.012. Medelvärdet av ΔFrekvens fördelningen var betydligt större än 0, t(66) = 4.80, p < 0.001, medan medelvärdet av ΔDuration fördelningen skilde sig inte signifikant från 0, t(66) = 1.80, p = 0.076. När det gäller koncentrationseffekten (fig. 3d), uppvisade majoriteten av råttorna (58%) längre tid och mindre frekventa anfall med 20 % kontra 2 % sackaros, och ett chi-kvadrat-test för god passform bekräftade att data inte var jämnt fördelade över kvadranter, χ2(3) = 31.85, p < 0.001. Vi fann faktiskt att medelvärdet av ΔFrekvens fördelningen var betydligt mindre än 0, t(51) = -4.22, p < 0.001, medan medelvärdet av ΔDuration fördelningen var betydligt större än 0, t(51) = 4.18, p <0.001.
Mikrostrukturella prediktorer för sackaroskonsumtion
Uppgifterna i fig. 3c tyder på att det fanns avsevärd variation i effekten av CS+ på anfallsfrekvensen och att vissa råttor var särskilt känsliga för denna motiverande påverkan. Även om det är möjligt att dessa råttor kunde kontrollera sitt totala sackarosintag genom att dricka mindre i frånvaro av CS+, ytterligare analys av den kombinerade datamängden (Fig. 2) bekräftade att dessa CS+ utlöste ökningar av anfallsfrekvensen var associerade med överätande. Specifikt fann vi att råttor som uppvisade positiv ΔFrekvens poäng under CS+-försök (undergrupperna Freq↑, Dur↓ och Freq↑, Dur↑ i fig. 3C) konsumerade betydligt mer sackaros än råttor som inte gjorde det (undergrupperna Freq↓, Dur↓ och Freq↓, Dur↑), t(63) = 2.27, p = 0.026 (fig. 4a). Detta förhållande bibehölls när ΔFrekvens behandlades som en kontinuerlig variabel, t(63) = 2.19, p = 0.032 (fig. 4b) och berodde inte på sackaroskoncentration, Koncentration × ΔFrekvens, t(63) = 0.64, p = 0.528.
Diskussion
Vi fann att en signal som signalerade sackarostillgänglighet kunde potentiera sackarosintag hos råttor oavsett om den signalen också signalerade de specifika åtgärder som behövs för att erhålla sackaros (experiment 1) eller inte (experiment 2 och 3). Det sistnämnda fyndet är av särskilt intresse eftersom det är osannolikt att det beror på utförandet av redan existerande betingade matningssvar (eller stimulus-responsvanor) och antyder istället att sådana signaler förvärvar affektiva och/eller motiverande egenskaper som gör att de kan överföras flexibelt. deras kontroll över matningsåtgärder. Denna tendens till miljöstimulans för att främja matkonsumtion även när etablerade utfodringsrutiner inte är lättillgängliga tycks därför ge en användbar och selektiv djurmodell av den Pavlovska processen som stöder cue-framkallade matbegär och överätande hos människor1-3. Medan det finns tidigare rapporter om att matparade stimuli kan främja utfodring på ett svarsoberoende sätt14-16, de flesta CPF-experiment håller matkällan fixerad över tränings- och testfaser och ger därför endast begränsad information om arten av de psykologiska processer som ligger bakom denna effekt. Den aktuella studien ger en demonstration av den generaliserade excitatoriska inverkan av matparade ledtrådar på utfodringsbeteende med hjälp av en procedur modellerad efter PIT-uppgiften, som ofta används för att studera den generaliserade motiverande inverkan av matparade ledtrådar på matsökande beteende. Till exempel, som i PIT, kan den aktuella uppgiften användas för att bedöma tendensen för en cue att förvärva motiverande egenskaper som generaliserar till en ny plats. Vi lånade också tränings- och testparametrar (t.ex. cue-längd, inter-trial intervaller och förstärkningsschema) som vanligtvis används för PIT, vilket underlättar jämförelser mellan studier. Detta tillvägagångssätt kan därför ge större experimentell kontroll för framtida undersökningar av potentiella skillnader i de psykologiska och/eller biologiska processerna som ligger till grund för Pavlovs kontroll över instrumentellt kontra fullbordande beteende.
Den aktuella studien fann att aktivering av D1-dopaminreceptorer är avgörande för uttrycket av denna svarsoberoende form av CPF, vilket hjälper till att stödja en motiverande tolkning med tanke på vikten av dopaminsignalering i allmänhet, och D1-receptoraktivering specifikt vid uttrycket av Pavlovian- till instrumentell överföring18,29-32,45,46. Givet bevis på att dopamin är relativt oviktigt för att bearbeta de hedoniska egenskaperna hos matstimuli25,28,34, förefaller det osannolikt att D1-antagonisten hade sin effekt genom att störa förmågan hos CS+ att förändra sackarossmakligheten vid testet. Denna motiverande tolkning stöds också av vår mikrostrukturella slickanalys, som fann att signalerna ökade matningen främst genom att framkalla fler slickningsanfall, snarare än genom att förlänga varaktigheten av dessa anfall. Istället varierade anfallslängderna med sackarossmaklighet, vilket är väl etablerat23,24,26,27. Intressant nog visade vår statistiska förmedlingsanalys att även om råttor engagerade sig i längre anfall när de slickade 20 % kontra 2 % sackaros, visade de också en kompenserande minskning av anfallsfrekvensen. Därför verkade denna manipulering av smakligheten påverka hur råttor mönstrade sitt sackarosintag utan att påverka deras totala matningsnivå. Däremot var ingen sådan kompenserande effekt uppenbar under försök med CS+, vilket tycks stå för den nettoökning i slickbeteende som observerats i försök med den signalen. Dessutom visade råttor som visade ökningar i anfallsfrekvens under CS+-försök också förhöjda nivåer av totalt sackarosintag. Sådana fynd tyder på att matparade signaler (1) kan dysregulera matningsbeteende och (2) är mer effektiva för att driva överätande än manipulationer av sackarossmak, åtminstone under de förhållanden som testas här.
De aktuella resultaten belyser också dopamins roll i regleringen av ätbeteende i frånvaro av explicita matparade ledtrådar. Tidigare studier har visat att systemisk administrering av D1-dopaminantagonisten SCH23390 undertrycker uncued sackaroskonsumtion genom att minska anfallsfrekvensen utan att ändra anfallslängden25,26, vilket liknar mönstret av slickning som uppvisas av möss med brist på dopamin47. Även om de psykologiska mekanismerna som styr anfallsfrekvensen i sådana situationer inte är tydliga, har det föreslagits att kontextuella och/eller interceptiva ledtrådar som har blivit förknippade med matning förvärvar förmågan att i smyg motivera nya anfall av matsökning och konsumtion25,26. Våra resultat ger ett visst stöd för rimligheten i denna tolkning genom att visa att nya slickningsanfall kan framkallas av explicita matparade ledtrådar och att denna effekt också beror på D1-dopaminreceptoraktivering.
Som nämnts på annat håll5,10, har det förekommit relativt lite tidigare forskning om dopamins roll i CPF. En tidig studie fann dock att administrering av den ospecifika dopaminreceptorantagonisten α-flupentixol försvagade CS+ framkallade matsökning men lämnade intakt den signalens förmåga att öka matkonsumtionen48, vilket verkar vara i strid med vår upptäckt att D1-antagonism stör cue-inducerad sackaroslickning. Det finns många processuella skillnader mellan de två studierna som kan förklara denna uppenbara avvikelse. Till exempel kan det vara så att vår selektiva manipulation av D1-dopaminöverföring är mer effektiv för att störa påverkan av CS+ på födointag. Dessutom i denna tidigare studie48, matberövade råttor tränades och testades i sina hemburar med hjälp av en unik Pavlovian-konditioneringsprocedur där en signal användes för att signalera matningssessioner som distribuerades intermittent under dagen. Senare visades den signalen vara effektiv för att främja utfodring även när råttor testades i ett icke-berövat tillstånd. Karaktären och omfattningen av denna utbildning och det faktum att de erforderliga matningssvaren var oförändrade över tränings- och testfaser tyder på att detta CPF-protokoll kan ha uppmuntrat användningen av ett vanligt (stimulussvar) matningssvar under testningen. Med tanke på att överträning kan göra cue-framkallad matsökning okänslig för manipulationer av dopaminsignalering49, kan det vara så att denna potentiellt vanebaserade form av CPF är mindre beroende av dopamin än den motivationsform som beskrivs här.
Även om mycket återstår att fastställa om dopamins roll i CPF, är detta beteendefenomen känt för att bero på ghrelin50-52 och melaninkoncentrerat hormon53 neuropeptidsystem, som är fundamentalt involverade i att reglera både matningsbeteende10 och dopaminsignalering54-56. Intressant nog beror ghrelins aptitstimulerande effekter på detta hormons förmåga att modulera mesolimbisk dopaminsignalering57-60. Till exempel kan tendensen för ghrelin att öka matsökning och konsumtion utan att påverka matsmakligheten (slickningsperiodens varaktighet) inhiberas genom att samtidigt administrera D1-dopaminreceptorantagonisten SCH-2339060. Baserat på sådana fynd kan man förvänta sig att en liknande interaktion mellan ghrelin och dopamin kan ligga bakom den motiverande påverkan av matparade signaler över utfodring.
Medan de aktuella resultaten visar att matparade ledtrådar kan stimulera överätande genom att motivera nya anfall av matning, kommer sådana signaler sannolikt också att påverka matning genom andra processer. Implicit i vår överföring av kontroll-metoden är insikten att matningssignaler kan utlösa intag genom att direkt framkalla specifika matningsbeteenden. Dessutom, även om CS+ inte på ett tillförlitligt sätt ändrade anfallslängderna i den aktuella studien, fann en färsk studie som använder ett mer konventionellt CPF-protokoll med en fast födokälla bevis för att matningssignaler kan förlänga slickningsperioder53. I linje med detta finns det tidigare rapporter om att signaler förknippade med välsmakande mat kan förstärka uttrycket av aptitliga orofaciala reaktioner på smakstimuli19-21, ett annat mått på smakhedonik eller "gillande". Det är därför troligt att matsignaler kan leda till matning via flera vägar, genom att orsaka sug, genom att utlösa specifika matningssvar och/eller genom att få mat att smaka bättre10. Dessa processer kan ligga bakom distinkta sårbarheter för cue-potentierad överätning, vilket kanske förklarar individuella skillnader i mottaglighet för denna effekt1,61,62. De nuvarande resultaten visar ett effektivt tillvägagångssätt för att selektivt analysera den motiverande komponenten av CPF hos råttor.
Metoder
Ämnen och apparater
Vuxna Long Evans-råttor av hankön (N = totalt 32 råttor; n = 16 för experiment 1 och n = 16 för experiment 2 och 3), som vägde 370–400 g vid ankomst, inhystes i par i transparenta plastburar i en temperatur- och luftfuktighet -kontrollerat vivarium. Råttor hade AD libitum tillgång till vatten i sina hemburar under hela experimentet. Råttor placerades på ett matrestriktionsschema under vissa faser av experimentet, såsom specificeras nedan. Uppfödning och experimentella förfaranden godkändes av UC Irvine Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) och var i enlighet med National Research Council Guide for Care and Use of Laboratory Animals.
Beteendeförfaranden utfördes i identiska kammare (ENV-007, Med Associates, St Albans, VT, USA), inrymda i ljud- och ljusdämpade bås. Sackaroslösning kunde levereras via en sprutpump till en försänkt plastkopp som var centralt placerad i en ändvägg av varje kammare, 2.5 cm ovanför gallergolvet av rostfritt stål. En fotostråledetektor placerad vid ingången till matbehållaren användes för att övervaka huvudentréer associerade med sackaroskonsumtion, såväl som konditionerade närmandesvar under Pavlovian-konditioneringssessioner. I vissa testsessioner (experiment 2 och 3) kunde sackaroslösning erhållas genom att slicka en gravitationsmatad drickspip av metall som var placerad ~0.5 cm i ett 1.3 cm hål placerat på ändväggen mittemot matkoppen. Individuella slickningar från matkoppen och metallpipen registrerades kontinuerligt under testsessioner med användning av en kontakt lickometeranordning (ENV-250B, Med Associates, St Albans, VT, USA). En vit ogenomskinlig plexiglaspanel placerades framför ändväggen som innehöll matkoppen under alla sessioner när sackaros kunde erhållas från metallpipen. En huslampa (3 W, 24 V) gav belysning och en fläkt gav ventilation och bakgrundsljud.
Pavlovian konditionering
Råttor placerades på ett födoschema för att bibehålla sin kroppsvikt på ungefär 85 % av sin kroppsvikt som äter gratis innan de genomgick 2 dagars magasinträning, där de fick 60 leveranser av 20 % sackaroslösning (0.1 ml) i varje daglig session (1 h). Råttor fick sedan 10 d av Pavlovsk konditionering. Varje daglig konditioneringssession bestod av en serie om 6 presentationer av en 2-minuters ljudsignal (CS+; antingen 80-dB vitt brus eller 10-Hz klicker), med försök åtskilda av ett variabelt 3-minutersintervall (intervall 2–4) . Under varje CS+-försök levererades 0.1 ml alikvoter (tillförda under 2 sekunder) av 20 % sackaroslösning (vikt/volym) i matkoppen enligt ett 30-sekunders slumpmässigt tidsschema, vilket resulterade i i genomsnitt fyra sackarosleveranser per försök . På den sista konditioneringsdagen fick råttor också en andra session där den alternativa signalen (CS−; alternativ auditiv stimulus) presenterades på samma sätt som CS+ men inte parades med sackaroslösning. Föregripande beteende mättes genom att jämföra frekvensen av koppinflygningar (fotostråleavbrott) under perioden mellan CS-debut och den första sackarostillförseln (för att undvika upptäckt av obetingat matningsbeteende), vilket kontrasterades med graden av koppinflygningar under inter- försöksintervall. Alla råttor fick sedan fem dagar AD libitum tillgång till sin underhållsdiet efter den sista sessionen med Pavlovian-konditionering innan de genomgår ytterligare tester.
Cue-potentierat matningstest
experiment 1
Detta experiment bedömde effekten av CS+ på konsumtionen av sackaroslösning från samma matkopp som användes under träningen, så att det betingade svaret på den signalen (dvs. koppmetoden) var kompatibel med det beteende som behövdes för att få sackaros vid testet. Efter att ha gått tillbaka i vikt under den Pavlovska konditioneringen fick råttor ett par CPF-tester, som separerades med 48 timmar, under vilka råttor förblev ostörda i sina hemburar. Under varje CPF-session (86 minuter i total varaktighet) gjordes kontinuerligt 2% eller 20% sackaroslösning tillgänglig i matkoppen genom att fylla på den koppen med 0.1 ml sackaros när råttan korsade fotostrålen (koppen närmar sig). För att förhindra överfyllning av bägaren administrerades dock sackarostillförseln endast om minst 4 s hade förflutit sedan den senaste sackarostillförseln och om råttan hade utfört minst fem slickningar under den mellanliggande perioden. Under loppet av denna session presenterades var och en av de 2-minuters auditiva stimulierna noncontingent 4 gånger i en pseudoslumpmässig ordning (ABBABAAB), åtskilda av ett fast 8-minutersintervall. Det första försöket började 8 minuter efter starten av sessionen för att möjliggöra induktion av mättnad innan man bedömer signalernas beteendeinverkan. Försöksordningen motsvarades av Pavlovska träningsförhållanden, så att den första CS som presenterades var CS+ för hälften av försökspersonerna och CS− för den återstående hälften av försökspersonerna. Ordningen för testning av sackaroskoncentration motverkades också, där hälften av varje tillstånd fick 2%-testet först och 20%-testet andra, och hälften fick det motsatta arrangemanget (dvs alla djur fick båda koncentrationerna i separata tester).
experiment 2
I detta experiment undersökte vi effekten av CS+ på konsumtion av sackaroslösning från en annan källa än koppen som användes under Pavlovian-konditionering, så att det konditionerade svaret på den signalen var oförenligt med beteende som behövs för att konsumera sackaros vid testet. Det första testet vi utförde inkluderade endast 2% sackarostillståndet. Efter att ha låtit råttor gå upp i vikt igen under Pavlovian-konditioneringen, fick de två dagliga sessioner (86 minuter) där de hade obegränsad tillgång till 2 % sackaroslösning från en metallpip (gravitationsmatad via flaska) placerad i ett litet hål i ändväggen mittemot matkoppen. En vit plexiglaspanel placerades framför väggen som inrymmer matkoppen under sessioner med pipåtkomst (inklusive efterföljande CPF-tester) för att avskräcka djur från att söka efter sackaros på denna plats. Dessa sessioner utformades för att ge råttor erfarenhet av att dricka sackaros från en ny källa i avsaknad av hörselsignaler. Följande dag fick råttor en enda CPF-testsession enligt beskrivning i experiment 1, förutom att 2 % sackaros var kontinuerligt tillgänglig vid metallpipen, snarare än vid koppen.
Eftersom det fanns få bevis för CPF i det här första testet, förmodligen på grund av responskonkurrens mellan CS+-framkallad matkopp och pip-tillvägagångssätt, gav vi råttor ytterligare pipeträning (i avsaknad av CS+) för att stärka sackarossökningen vid pipen och motverka matkopp när pipen var tillgänglig (eftersom den var täckt med en panel). Råttorna placerades därför tillbaka på ett matrestriktionsschema (samma som under Pavlovs konditioneringsfas) innan de fick 5 dagars extra pipträningssessioner, där var och en av dessa sessioner bestod av 10 min tillgång till 20 % sackaroslösning. Råttor fick sedan 4 d av AD libitum tillgång till hemmat för att de ska kunna gå upp i vikt under denna fas. Därefter fick råttor akut föda (20 timmar) innan de fick Pavlovian omskolningssessioner med CS+ och CS−, som under den sista dagen av den första träningen (dvs med 20% sackaros levererad i matkoppen under CS+-försök). Observera att pipen togs bort från kammaren under dessa och alla efterföljande Pavlovian-omskolningssessioner. Råttorna fick sedan ~20 timmar AD libitum tillgång till hemmat innan de genomgick två CPF-tester med hjälp av metallpipen, som var identiska med det första testet, förutom att råttor fick tillgång till 2% eller 20% i två separata tester (som i experiment 1).
experiment 3
Efter att ha hittat mer betydande bevis för CPF under den sista testomgången med pipen, fick råttor från experiment 2 ytterligare tester för att bedöma beroendet av denna effekt på dopaminsignalering vid D1-dopaminreceptorer. Råttorna fick först en 10-minuters session med omträning av pipen där de fick tillgång till 20 % sackaroslösning. Eftersom råttor snabbt återgick till normal kroppsvikt när de återvände till AD libitum hemmat efter akut 20-timmars födobrist, använde vi denna procedur för att säkerställa att råttor var hungriga under denna pipomträning och under efterföljande Pavlovian omträning (CS+ och CS−sessioner, som tidigare), som genomfördes dagen före varje de två sista CPF-testerna. Råttor fick minst 20 timmar AD libitum tillgång till hemmat före varje testpass. Under denna sista omgång av CPF-testning hade råttor kontinuerlig tillgång till 20 % sackaros från pipen under båda testsessionerna. Femton minuter före varje test gavs råttor en ip-injektion (1 ml/kg) av antingen steril koksaltlösning eller SCH-23390 (selektiv D1-dopaminreceptorantagonist) med användning av en dos (0.04 mg/kg) känd för att vara tillräcklig för att undertrycka sackaroskonsumtion25,34,63. Råttor testades under båda läkemedelsförhållandena, vilket motverkade testordningen.
Dataanalys
Det primära beroende måttet var individuella slickningar, som registrerades med en 10-ms upplösning med hjälp av en kontakt lickometer under alla CPF-sessioner. Mycket sällan upptäckte vi artefakter i våra lickometermätningar som orsakades av ihållande kontakt mellan råttan (tass eller mun) och sackaros (eller metallpip). Dessa artefakter tog formen av högfrekventa lickometersvar (>20 Hz). Med tanke på att råttor uppvisar en maximal slickhastighet på <10 Hz64, uteslöt vi alla potentiella slicksvar som inträffade inom 0.05 sekunder efter det sista (icke-artefakt) slicket, motsvarande en 20-Hz gränsfrekvens. Sessioner där minst 20 % av slicksvaren uteslöts med tanke på detta kriterium togs helt bort från analysen (1 session från 1 råtta i experiment 1).
Slickbeteende
För varje session bestämde vi det totala antalet licks över periodtyper (Pre-CS+, CS+, Pre-CS−, CS−). Eftersom vårt primära beroende mått (totalt slick) är en räknevariabel, analyserades dessa data med hjälp av generaliserade linjära blandade effekter-modeller med en Poisson-svarsfördelning och en logglänkfunktion 65-68. Detta statistiska tillvägagångssätt möjliggör parameteruppskattning som en funktion av tillstånd (fasta effekter) och individen (slumpmässiga effekter). I experiment 1 och 2 inkluderade strukturen med fasta effekter en övergripande intercept, trevägsinteraktionen mellan CS-period (Pre, CS) × CS-typ (CS−,CS+) × Koncentration (2%, 20%) och alla huvudeffekter och interaktioner av lägre ordning. För Experiment 3 ersattes Drug (Vehicle, SCH) för Koncentration för att tillgodose förändringen i experimentell design. Dessa variabler var alla inom ämnesvariabler, behandlade som kategoriska prediktorer och effektkodade. Val av slumpmässiga effekter involverade att bestämma den modell som minimerade Akaike-informationskriteriet 69, samtidigt som man säkerställer att antalet datapunkter per parameter inte sjunker under 10 70,71. Med hjälp av dessa kriterier inkluderade den bästa strukturen för slumpmässiga effekter över experimenten okorrelerade intercepts för biämnen justerade för CS-period, CS-typ och koncentration (eller drog)72. Alla statistiska analyser utfördes i MATLAB (The Math Works; Natick, MA). Alfanivån för alla tester var 0.05. Eftersom alla prediktorer var kategoriska representerades effektstorleken av den ostandardiserade regressionskoefficienten 73, rapporterad som b i text och i modellutdatatabeller. Post hoc analyser av interaktioner utfördes med användning av post hoc F-tester av de enkla effekterna inom omnibusanalysen med hjälp av coefTest funktion i MATLAB.
Mikrostrukturanalys av slickbeteende
Individuella slickningar kategoriserades som antingen början eller fortsätter en slickningsmatch. En match avgränsades som flera på varandra följande slickningar där interlick-intervallen (ILI) inte översteg 1 s74. När minst 1 s hade passerat från det sista slicket, betecknades nästa slick som början på en ny match. Anfallsfrekvens och varaktighet beräknades genom att först dela upp sessionerna i pre-CS- och CS-perioder, som gjorts för totala slickningar i analyserna ovan. Under dessa perioder betecknades varje slick som föregicks av en period på minst 1 s som ett anfall. Varaktigheten av varje anfall beräknades som tidsintervallet mellan den första och sista slickningen i den matchen. Enskilda slickningar som inträffade isolerat räknades inte som en del av en match. För att maximera provstorleken för de efterföljande medlingsanalyserna39, anfallsfrekvensen och anfallsvaraktigheten kollapsades över experiment för att utvärdera allmänna effekter av CS-period, CS-typ och koncentration på dessa mikrostrukturella åtgärder. Data från SCH-23390-tillståndet i experiment 3 inkluderades inte i dessa analyser.
Dessa data analyserades via generaliserade linjära blandade effektmodeller som inkluderade en struktur med fasta effekter av CS Period × CS Typ × Koncentration (och alla lägre ordningens interaktioner och huvudeffekter) och en struktur med slumpmässiga effekter av okorrelerade intercepts av biämnen justerade för CS Period , CS-typ och koncentration. Liksom i analysen av totalt slickningsbeteende togs en session för en råtta från experiment 1 bort från analysen. Anfallsfrekvensanalysen använde en Poisson-svarsfördelning med en logglänkfunktion på grund av frekvensdatas räkningstyp. Anfallsvaraktighetsanalysen använde en gammasvarsfördelning med en logglänksfunktion eftersom anfallsvaraktigheten är ett kontinuerligt mått avgränsat mellan 0 och + ∞. Som jämförelse kördes samma analys på totala slickningar kollapsade över experiment, där analysen antog en Poisson-svarsfördelning med en logglänkfunktion som i de individuella experimentens totala slickanalyser. För att säkerställa att den kritiska CS-perioden × CS-typinteraktionen inte berodde på vilket experiment varje råtta var i, kördes en andra serie modeller på anfallsfrekvensen och anfallslängden, identisk med analysen som just beskrivits men med en extra fast effektprediktor av experiment × CS-period × CS-typ. Experiment var en kategorisk faktor. Slutligen, som ett bekräftande mått på motiverat slickande40-42, analyserade vi latensen till den första slickningen efter CS-start med hjälp av en generaliserad linjär modell med blandade effekter med en gammasvarsfördelning och en logglänkfunktion (n = 310). Denna modell inkluderade en struktur med fasta effekter av CS-typ × koncentration (och alla lägre ordningsinteraktioner och huvudeffekter) och en struktur med slumpmässiga effekter av avlyssningar av biämnen justerade för CS-typ, koncentration och CS-typ × koncentration.
Mediationsanalys av matchens frekvens och matchens varaktighet
Två multipla medlingsmodeller43,75,76 genomfördes för att bestämma om effekter (eller brist på sådan) av CS-perioden (Pre, CS) och koncentrationen (2%, 20%) på CPF var signifikant medierade av anfallsfrekvens och/eller anfallslängd. I CS Period Model, variabeln X var CS period (Pre, CS), utfallsvariabeln Y var det totala antalet slickningar under den perioden, och mediatorerna var anfallsfrekvensen (M1) och matchens varaktighet (M2). I koncentrationsmodellen är variabeln X var sackaroskoncentrationen. Eftersom cue-framkallad slickning främst var uppenbar för CS+-försök (se Resultat), endast CS+-försök analyserades. För varje råtta och för varje testsession bestämdes det genomsnittliga antalet slickningar och anfall och den genomsnittliga varaktigheten av varje anfall för perioder före CS+ och CS+. Dessa analyser inkluderade alla råttor från experiment 1 och 2 (16 råttor per experiment × 2 experiment × 2 koncentrationer × 2 CS-perioder = 128 datapunkter) och fordonets konditionsdata från experiment 3 (16 råttor × 2 CS-perioder = 32 datapunkter) . Liksom i analysen av totalt slickbeteende togs en session för en råtta från experiment 1 bort från analysen, vilket lämnade totalt 158 datapunkter. I sällsynta fall slickade inte råttor under pre-CS+- eller CS+-perioderna under en session (9/158; 9.5%). I dessa fall kodades det genomsnittliga antalet slickningar och anfall som "0" och värdet för den genomsnittliga matchens varaktighet lämnades som en tom cell. När samma modeller kördes med antagande om radering av listor (dvs. ta bort rader där matchens varaktighet var en tom cell), hölls liknande mönster. Eftersom dessa analyser involverar generella linjära modeller (dvs enkel eller multipel linjär regression), transformerades anfallsfrekvensen och totala slickdata kvadratrotstransformerade och anfallsvaraktigheten log-transformerades för att korrigera för positiv skevhet. Betydelsen av den indirekta effekten bestämdes genom 95% percentil bootstrapping med 10,000 XNUMX iterationer. Regressionskoefficienter rapporteras i överensstämmelse med traditionella medlingsanalysrapporter (t.ex. c' = direkt effekt av X on Y)43,75.
Individuella skillnader i cue-framkallade förändringar i matchfrekvens och varaktighet
De tidigare nämnda analyserna gjorde det möjligt för oss att bedöma effekten av CS+ på slickningsmikrostruktur på gruppnivå. Vi karakteriserade också individuella skillnader i uttrycket av denna effekt. För varje råtta beräknades två skillnadspoäng för anfallsfrekvensen och anfallsvaraktigheten. Som en parallell till CS-periodmodellen subtraherades anfallsfrekvensen under perioden före CS+ från anfallsfrekvensvärdet under CS+-perioden (dvs. CS+ – pre-CS+); för koncentrationsmodellen subtraherades anfallsfrekvensen under 2 % sackarostestet från motsvarande värde under 20 % testet (dvs. 20 %–2 %). Dessa beräkningar producerade mått som beskriver förändringen i anfallsfrekvensen (ΔFrekvens). Samma beräkningar gjordes för matchens varaktighet (dvs ΔDuration). För varje par av Pre-CS+/CS+ och 2%/20% datapunkter bestämdes förändringar i anfallsfrekvens och anfallslängd. Medelvärdena för dessa fördelningar jämfördes med 0 via ett ensampling t-test (α = 0.05) för att utvärdera distributionsförskjutningar bort från någon generell förändring. Var och en av dessa datapunkter kategoriserades efter ökningar och/eller minskningar i anfallsfrekvens och varaktighet och representerades av en bivariat spridningsplot (t.ex. ökning i anfallsfrekvens/avklingning i anfallslängd vid CS+-debut), vilket möjliggör bestämning av andelen data poäng i varje 2 × 2 kvadrant (om frekvens/varaktighet × ökning/minska). Datapunkter där skillnadspoängen var lika med noll kategoriserades som en minskning (dvs inte en ökning). Chi-kvadrat (χ2) godhetstester för både CS-perioden och koncentrationsdata bestämde huruvida fördelningarna av dessa datapunkter skilde sig från enhetligt fördelade data över dessa fyra kategorier (α = 0.05). För att avgöra om det fanns en ungefär lika fördelning av dessa datapunkter över de fyra kvadranterna för varje experiment, utfördes enkla korrelationsanalyser för CS-perioden och koncentrationsdata för att utvärdera förhållandet mellan antalet datapunkter i varje kvadrant i varje experiment och motsvarande förväntade antal datapunkter, uppskattat av de totala proportionerna i varje kvadrant.
Mikrostrukturella prediktorer för sackaroskonsumtion
En sista serie av generaliserade linjära blandade effektersanalyser utfördes för att fastställa om den totala volymen sackaroslösning som konsumerades över hela testsessioner förutspåddes av råttans förändring i anfallsfrekvens och varaktighet från pre-CS+ till CS+-perioderna. Analyserna inkluderade data från alla icke-läkemedelstillstånd, (dvs 2 % och 20 % sackarostest för experiment 1 och 2, och vehikeltillståndet från experiment 3). Analyserna antog en gammasvarsfördelning med en logglänkfunktion. Den första analysen regresserade totalt förbrukad sackaroslösning (ml) på de huvudsakliga effekterna av och interaktionerna mellan de 2 × 2 kategoriska grupperingarna av ökningar/minskningar i anfallsfrekvens/varaktighet enligt beskrivningen ovan. Den andra analysen regresserade den totala sackaroskonsumtionen på de huvudsakliga effekterna av och interaktionen mellan det kontinuerliga värdet av ΔFrekvens och sackaroskoncentration.
Data tillgänglighet
Datauppsättningarna som analyserats under de aktuella experimenten är tillgängliga från motsvarande författare på rimlig begäran.
Elektroniskt kompletterande material
Tack
Denna forskning stöddes av NIH-anslag AG045380, DK098709, DA029035 och MH106972 till SBO. Finansiärerna hade ingen roll i studiedesign, datainsamling och analys, beslut att publicera eller förberedelse av manuskriptet.
Författarbidrag
SBO skapade och designade experimenten; BH och ATL utförde experiment; ATM och SBO analyserade uppgifterna. Alla författare skrev artikeln och granskade manuskriptet.
Anmärkningar
Konkurrerande intressen
Författarna förklarar inga konkurrerande intressen.
fotnoter
Elektroniskt kompletterande material
Kompletterande information medföljer detta dokument på 10.1038/s41598-018-21046-0.
Utgivarens anteckning: Springer Nature är fortsatt neutral när det gäller jurisdiktionsanspråk i publicerade kartor och institutionella anslutningar.
Bidragsgivare Information
Andrew T. Marshall, e-post: ude.icu@1aahsram.
Sean B. Ostlund, E-post: ude.icu@dnultsos.
Referensprojekt
;
