Đại diện Sci. KHAI THÁC; 2018: 8.
Xuất bản trực tuyến 2018 Tháng 2 9. doi: 10.1038/s41598-018-21046-0
PMCID: PMC5807356
Tóm tắt
Cues báo hiệu sự sẵn có của thực phẩm ngon miệng có được khả năng tăng cường tìm kiếm và tiêu thụ thực phẩm. Nghiên cứu hiện tại đã sử dụng kết hợp các kỹ thuật hành vi, dược lý và phân tích để thăm dò vai trò của động lực khuyến khích Pavlovian trong việc nuôi dưỡng bằng cue. Chúng tôi cho thấy rằng một cue kết hợp với dung dịch sucrose (CS +) có thể chuyển sự kiểm soát của nó đối với việc cho ăn để kích thích tiêu thụ sucrose ở một thụ thể mới, và hiệu ứng này phụ thuộc vào việc kích hoạt các thụ thể dopamine D1, được biết đến để điều chỉnh các dạng khác của cue hành vi nhưng không ngon miệng. Các phân tích vi cấu trúc về hành vi liếm sucrose cho thấy CS + có xu hướng tăng tần suất chuột tham gia vào các hành vi liếm hoạt động mà không có tác động đáng tin cậy trong thời gian của những lần liếm đó, một biện pháp thay vì liên quan đến sự ngon miệng. Hơn nữa, chúng tôi thấy rằng sự khác biệt cá nhân trong CS + gợi ra sự gia tăng tần số cơn có liên quan đến tổng lượng sucrose khi thử nghiệm, ủng hộ quan điểm rằng quá trình này có liên quan đến rối loạn hành vi ăn uống có ý nghĩa. Do đó, nghiên cứu hiện tại, (1) chứng minh rằng một quá trình thúc đẩy động lực Pavlovian phụ thuộc vào dopamine có thể làm trung gian cho việc nuôi dưỡng bằng cue, và (2) đưa ra một cách tiếp cận thử nghiệm và phân tích để phân tích khía cạnh hành vi này.
Giới thiệu
Các tín hiệu môi trường báo hiệu sự sẵn có của thực phẩm có thể ăn được có thể gây ra cảm giác thèm ăn mạnh mẽ1–3 và thúc đẩy ăn uống khi không có đói, một hiệu ứng quan sát thấy ở loài gặm nhấm4,5 và con người6–9. Ảnh hưởng hành vi này, được cho là đóng một vai trò quan trọng trong việc ăn quá nhiều và béo phì10–13, có thể được nghiên cứu bằng cách sử dụng nhiệm vụ cho ăn bằng cue (CPF). Trong một nghiên cứu CPF điển hình, động vật đói trải qua điều hòa Pavlovian bao gồm các cặp lặp lại giữa một kích thích có điều kiện (CS +; ví dụ, âm thanh thính giác) và một lượng nhỏ thức ăn hoặc chất lỏng có thể ăn được, chẳng hạn như dung dịch sucrose, chúng tiêu thụ từ cốc nằm ở một vị trí cố định trong buồng thí nghiệm. Tiếp theo, họ được cấp quyền truy cập không hạn chế vào chow bảo trì của họ để đảm bảo rằng chúng được sắp xếp đầy đủ trước khi thử nghiệm. Các động vật sau đó được đưa trở lại buồng và được phép tự do tiêu thụ sucrose từ cốc trong khi CS + được trình bày không liên tục theo cách không liên quan. Trong các điều kiện như vậy, động vật thể hiện mức tăng rõ rệt trong tiêu thụ thực phẩm trong các buổi thử nghiệm với CS + so với các phiên có kích thích không ghép đôi (CS−).
Trong khi những phát hiện như vậy chỉ ra rằng các tín hiệu bên ngoài có thể hoạt động độc lập với cơn đói sinh lý để thúc đẩy việc cho ăn, các quá trình tâm lý ẩn dưới tác dụng này không được thiết lập vững chắc. Một khả năng là các tín hiệu liên quan đến tiêu thụ thực phẩm hợp khẩu vị có thể kiểm soát phản xạ hoặc thói quen đối với việc cho ăn (nghĩa là dựa trên phản ứng kích thích). Nếu đây là cơ chế chính làm trung gian CPF, thì CS + nên kích thích tiêu dùng bằng cách khơi gợi các hành vi cho ăn cụ thể được thiết lập trong điều kiện Pavlovian. Điều này đáp ứng học tập Chế độ xem là hợp lý khi nguồn thực phẩm được cố định trong quá trình đào tạo và thử nghiệm, như trong ví dụ được mô tả ở trên. Mặc dù kịch bản này áp dụng cho hầu hết các cuộc biểu tình của CPF, nhưng cũng đã có báo cáo rằng tín hiệu liên quan đến thực phẩm có thể kích hoạt cho ăn tại các địa điểm mới14–16, chỉ ra rằng họ có thể kiểm soát việc cho ăn gián tiếp. Một lời giải thích có thể là những tín hiệu như vậy tăng cường cho ăn thông qua cùng một quá trình động lực khuyến khích Pavlovian cho phép họ khơi gợi và tiếp thêm sinh lực cho các hành vi tìm kiếm thức ăn17,18. Điều này quan điểm động lực dự đoán rằng CS + kích hoạt sự thôi thúc tìm kiếm thức ăn, điều này cũng sẽ dẫn đến việc cho ăn khi có sẵn thức ăn. Ngoài ra, bằng chứng cho thấy tín hiệu cho thực phẩm ngon miệng có thể tăng cường đánh giá khoái lạc của kích thích vị giác19–21, có thể các tín hiệu tăng cường cho ăn một phần bằng cách làm cho thức ăn ngon miệng hơn. Mặc dù quan điểm khoái lạc này khác biệt về mặt cơ học với quan điểm động lực, các tài khoản này không loại trừ lẫn nhau và có thể giải thích các khía cạnh khác nhau của CPF10,22.
Một cách để phân biệt giữa các tài khoản động lực và khoái lạc của CPF là xác định các dấu hiệu kết hợp thực phẩm ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô của việc cho ăn. Khi động vật gặm nhấm được phép tự do tiêu thụ dung dịch sucrose hoặc các chất lỏng có thể ăn được khác, chúng tham gia vào việc liếm từng cơn với thời lượng khác nhau được phân tách bằng các khoảng thời gian không hoạt động. Trong khi đó thời gian trung bình của những cơn liếm này cung cấp một thước đo đáng tin cậy và có chọn lọc về độ ngon miệng của chất lỏng23,24, người ta tin rằng tần suất của những cơn này được kiểm soát bởi các quá trình tạo động lực25–28. Do đó, nếu CS + kích thích cho ăn bằng cách tăng cường độ ngon miệng sucrose, thì gợi ý đó sẽ tăng thời lượng, nhưng không nhất thiết là tần suất, của các lần liếm. Ngược lại, quan điểm động lực dự đoán rằng CS + sẽ kích hoạt tìm kiếm và tiêu thụ sucrose ngay cả khi động vật bận tâm với các hoạt động khác, dẫn đến việc liếm thường xuyên hơn, nhưng không nhất thiết là lâu hơn.
Nghiên cứu hiện tại đã điều tra các tác động của việc cung cấp CS + đối với cấu trúc vi rút liếm sucrose bằng hai giao thức CPF, một trong đó sucrose luôn có sẵn tại cùng một địa điểm (Experiment 1) và một trong đó nguồn được thay đổi trong quá trình đào tạo và thử nghiệm (Thử nghiệm 2 và 3), cho phép chúng tôi đánh giá ảnh hưởng gián tiếp của CS +. Cách tiếp cận của chúng tôi để đánh giá ảnh hưởng độc lập (tổng quát) của phản ứng này đối với việc cho ăn thức ăn được mô hình hóa sau nhiệm vụ chuyển giao công cụ Pavlovian sang công cụ (PIT), được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu tác động động lực khuyến khích của các dấu hiệu được thưởng hành vi tìm kiếm phần thưởng18,29,30. Chúng tôi cũng đã áp dụng các thông số thử nghiệm và điều hòa Pavlovian thường được sử dụng trong các nghiên cứu PIT để tạo điều kiện so sánh với tài liệu đó. Cho rằng hoạt động của thụ thể dopamine D1 là rất quan trọng để biểu hiện PIT và các biện pháp khác của hành vi thúc đẩy cue31–33 nhưng tương đối không quan trọng đối với các khía cạnh khoái lạc của hành vi cho ăn25,28,34, chúng tôi cũng đã đánh giá tác động của phong tỏa thụ thể D1 đối với việc liếm sucrose mạnh bằng cue (Experiment 3) như là một thăm dò thêm về vai trò của động lực trong hiệu ứng này. Cuối cùng, chúng tôi đã phân tích cấu trúc vi mô của dữ liệu liếm sucrose từ các thí nghiệm này để kiểm tra xem CPF có liên quan có chọn lọc với sự gia tăng tần suất hoặc thời gian của các lần liếm sucrose hay không, như được dự đoán bởi các quan điểm động lực và khoái lạc của CPF, tương ứng.
Kết quả
Cho ăn bằng cue với một tín hiệu báo hiệu nguồn thức ăn
Trong thử nghiệm đầu tiên của chúng tôi, chúng tôi đã áp dụng một thiết kế CPF phù hợp thông thường, trong đó các phản ứng cụ thể cần thiết để tiêu thụ sucrose là giống nhau trong các giai đoạn đào tạo và thử nghiệm. Những con chuột đói đã được đưa ra 10 d của điều hòa Pavlovian để thiết lập CS + như một gợi ý cho sự sẵn có của sucrose tại một cốc thức ăn ở một bên của buồng. Vào ngày cuối cùng của điều hòa, các mục nhập cốc (± giữa các đối tượng SEM) cao hơn đáng kể trong CS + (23.72 ± 2.79 mỗi phút) so với khoảng thời gian thử nghiệm [18.27 ± 3.25 mỗi phút; cặp mẫu t-kiểm tra, t(15) = 3.13, p = 0.007]. Các mục nhập cốc trong CS− (8.60 ± 1.91 mỗi phút) không khác biệt đáng kể so với khoảng thời gian giữa các thử nghiệm [10.69 ± 2.00 mỗi phút; mẫu ghép nối t-kiểm tra, t(15) = −1.60, p = 0.130].
Chuột sau đó đã được thực hiện hai xét nghiệm CPF ở trạng thái thực phẩm để xác định tác động của CS + đối với việc liếm sucrose. Trong mỗi thử nghiệm, chuột có quyền truy cập miễn phí vào giải pháp sucrose 2% hoặc 20%, cho phép chúng tôi đánh giá ảnh hưởng của độ ngon miệng sucrose đối với CPF. Nhân vật 1a cho thấy tổng số lần liếm quan sát trong các thử nghiệm CS là một chức năng của thời kỳ CS, loại CS và nồng độ sucrose. Dữ liệu được phân tích bằng các mô hình hiệu ứng hỗn hợp tuyến tính tổng quát (Bảng bổ trợ S1). Điều quan trọng là đã có tương tác Loại CS đáng kể × t(116) = 12.70, p <0.001. Phân tích sâu hơn (thu gọn theo nồng độ) cho thấy sự gia tăng đáng kể đối với các thử nghiệm CS +, p <0.001, nhưng không phải là thử nghiệm CS−, p = 0.118, cho thấy CS + hiệu quả hơn CS - trong việc tăng sự liếm đường sucrose, so với mức trước CS. Phân tích của chúng tôi cũng phát hiện ra rằng độ chọn lọc tín hiệu này bị ảnh hưởng đáng kể bởi nồng độ sucrose (tương tác 3 chiều, p <0.001). Cụ thể, mặc dù CS + có hiệu quả cao trong việc nâng cao sự liếm đường sucrose ở cả hai điều kiện 2% và 20%, ps <0.001, CS− không ảnh hưởng đáng kể đến tỷ lệ liếm trong thử nghiệm 2%, p = 0.309, nhưng đã tạo ra mức tăng khiêm tốn nhưng đáng kể trong thử nghiệm 20%, p = 0.039. Do đó, mặc dù dấu hiệu được ghép đôi thức ăn thường hiệu quả hơn trong việc kiểm soát việc cho ăn, nhưng dấu hiệu không được ghép đôi dường như có ảnh hưởng tương tự khi chuột được phép tiêu thụ dung dịch đường sucrose rất ngon miệng khi thử nghiệm.
Chuyển thức ăn có nguồn gốc từ cue sang nguồn thức ăn mới
Do sucrose được cung cấp tại cùng một nguồn trong quá trình đào tạo và thử nghiệm trong Thử nghiệm 1, nên không rõ hiệu ứng CPF được quan sát có phụ thuộc vào khả năng của CS + đối với (1) động viên chuột để tìm kiếm và tiêu thụ sucrose hoặc (2) trực tiếp gợi ra một cách cụ thể phản xạ có điều kiện, hoặc là thói quen. Thí nghiệm 2 tập trung hơn vào giả thuyết trước đây bằng cách kiểm tra xem liệu CS + có liên quan đến việc cung cấp sucrose vào cốc thực phẩm có thể thúc đẩy việc liếm sucrose từ vòi ở phía đối diện của buồng thử nghiệm hay không, có thể so sánh với các hiện tượng hành vi được quan sát trong PIT.
Chuột được huấn luyện với quy trình điều hòa Pavlovian tương tự được sử dụng trong Thí nghiệm 1, dẫn đến hành vi tiếp cận dự đoán cụ thể của cue vào ngày cuối cùng của điều hòa Pavlovian. Cách tiếp cận cốc thực phẩm (± giữa các đối tượng SEM) lớn hơn trong CS + (18.71 ± 1.73 mỗi phút) so với khoảng thời gian thử nghiệm [12.49 ± 0.98 mỗi phút; cặp mẫu t-kiểm tra, t(15) = 3.02, p = 0.009]. Không có sự khác biệt đáng kể giữa CS− (9.41 ± 0.98 mỗi phút) và khoảng thời gian giữa các thử nghiệm [8.44 ± 0.88 mỗi phút; mẫu ghép nối t-kiểm tra, t(15) = 0.98, p = 0.341].
Cho rằng tác động của CS + đối với việc liếm sucrose trong Thí nghiệm 1 có phần rõ ràng hơn khi chuột được thử nghiệm với 2% sucrose, thử nghiệm ban đầu của chúng tôi với sucrose có sẵn tại một nguồn mới (vòi, với cốc thức ăn được bao phủ bởi một bảng điều khiển mờ đục - Xem Phương pháp) tập trung vào điều kiện này. Tuy nhiên, trong thử nghiệm này, liếm sucrose không khác biệt đáng kể giữa các lần liếm CS + (328.1 ± 84.8) và giai đoạn tiền CS + [245.6 ± 45.9 liếm; cặp mẫu t-kiểm tra, t(15) = 1.07, p = 0.300]. Để tiếp tục ngăn cản cạnh tranh phản ứng và tăng cường uống sucrose từ vòi, chuột được huấn luyện thêm 5 buổi huấn luyện cách liếm từ vòi để lấy 20% sucrose trong điều kiện thiếu thức ăn khi không có CS. Chuột sau đó được định lượng đầy đủ trên thức ăn chow tại nhà và thực hiện hai bài kiểm tra CPF với đường sucrose có sẵn ở vòi kim loại. Trong các thử nghiệm, chuột được tiếp cận liên tục với dung dịch sucrose 2% hoặc 20% trong các thử nghiệm riêng biệt (trong đối tượng, thứ tự đối trọng).
Hình 1b cho thấy trong vòng thử nghiệm này, CS + đã có hiệu quả trong việc thúc đẩy uống sucrose tại địa điểm mới, mặc dù gợi ý đó không bao giờ liên quan trực tiếp đến hành vi này. Phân tích mô hình hiệu ứng hỗn hợp (Bảng bổ trợ S2) đã tìm thấy tương tác Loại CS đáng kể × Thời gian CS, t(120) = 15.16, p <0.001, chỉ ra rằng CS + hiệu quả hơn trong việc nâng cao sự liếm đường sucrose trên mức cơ bản (CS so với giai đoạn trước CS, p <0.001) so với CS− (CS so với thời kỳ trước CS, p = 0.097), như trong Thí nghiệm 1. Nồng độ sacaroza không ảnh hưởng đáng kể đến độ chọn lọc tín hiệu của hiệu ứng này (tương tác 3 chiều, p = 0.319). Quan trọng là, trong khi tỷ lệ lấp đầy dường như được tăng lên trong giai đoạn trước CS - so với giai đoạn trước CS +, các mẫu được ghép nối t-tests chỉ ra rằng sự khác biệt này không có ý nghĩa thống kê trong điều kiện 2%, t(15) = 1.66, p = 0.118, hoặc ở điều kiện 20%, t(15) = 1.56, p = 0.139. Điều này được mong đợi do cấu trúc thử nghiệm giả ngẫu nhiên được sử dụng trong quá trình đào tạo và thử nghiệm, điều này ngăn cản các tác động mang tính hệ thống (giữa các thử nghiệm) và ngăn cản dự đoán về kiểu thử nghiệm trong tương lai (hoặc thời gian). Cũng cần lưu ý rằng những con vật giống nhau này cho thấy mức độ liếm cụ thể tương tự CS + trong Thí nghiệm 3 khi tỷ lệ liếm trước CS - và trước CS + của chúng tương đương nhau hơn (xem Hình. 1c, phương tiện).
Sự phụ thuộc vào các thụ thể dopamine loại D1
Kết quả của Thí nghiệm 2 chỉ ra rằng CS + có được khả năng tăng cường tiêu thụ sucrose bằng cách kích hoạt hành vi cho ăn chưa bao giờ liên quan trực tiếp đến gợi ý đó, phù hợp với ảnh hưởng động lực giống như thuế TNCN. Do tầm quan trọng của các thụ thể dopamine loại D1 trong động lực khuyến khích Pavlovian31–33, Thí nghiệm 3 đã kiểm tra xem liệu hoạt động chặn tại các thụ thể này có phá vỡ biểu hiện CPF hay không. Những con chuột tương tự được sử dụng trong Thí nghiệm 2 đã được cung cấp một cặp thử nghiệm CPF cuối cùng (20% sucrose) sau khi tiền xử lý với SCH-23390 (0.04 mg / kg), một chất đối kháng D1 chọn lọc hoặc phương tiện. Kết quả thử nghiệm được thể hiện trong hình. 1c (cũng là bảng bổ trợ S3).
Phân tích cho thấy một tác dụng chính của điều trị bằng thuốc, t(120) = −2.15, p = 0.034, trong đó sự liếm đường sucrose nói chung bị suy giảm bởi SCH-23390. Quan trọng là, chúng tôi nhận thấy có sự tương tác đáng kể giữa Thuốc × Thời gian CS × Loại CS, t(120) = −20.91, p <0.001, cho thấy rằng SCH-23390 đặc biệt làm gián đoạn biểu hiện của CPF. Thật vậy, phân tích sâu hơn cho thấy rằng trong khi CS + tăng đáng kể sự liếm đường sucrose trên các mức trước CS + trong thử nghiệm xe, p <0.001, không có ảnh hưởng của CS + trong thử nghiệm SCH-23390, p = 0.982. Tương tự như sự tổng quát hóa tín hiệu được quan sát trong Thí nghiệm 1, CS - gây ra sự gia tăng đáng kể một cách đáng kể đối với sự liếm đường sucrose trong cả hai điều kiện thuốc, ps ≤ 0.049. Do đó, sự đối kháng thụ thể dopamine loại D1 thông qua quản trị SCH-23390 làm suy yếu đáng kể việc cho ăn CS +, phù hợp với tài khoản động lực khuyến khích của CPF.
Phân tích vi cấu trúc về tác động của các dấu hiệu ghép sucrose và nồng độ sucrose khi cho ăn
Kết quả của các thí nghiệm 2 và 3 cho thấy giao thức giống PIT mới được sử dụng ở đây hỗ trợ một hình thức động lực khuyến khích của CPF, vì các tín hiệu có thể thúc đẩy hành vi cho ăn tại một địa điểm tách biệt với nguồn thực phẩm được báo hiệu bởi cue. Để kiểm tra thêm tài khoản này, chúng tôi đã kiểm tra xem các tác động kích thích của CS + đối với việc uống sucrose có liên quan đến một sự thay đổi cụ thể trong tổ chức vi cấu trúc của hành vi liếm hay không. Như đã mô tả ở trên, trong khi thời gian liếm liếm thay đổi theo độ ngon miệng của chất lỏng23,24, tần suất chuột tham gia vào những lần liếm mới được cho là phản ánh một quá trình tạo động lực riêng biệt25–28. Chúng tôi đã thay đổi nồng độ sucrose để thao túng sự ngon miệng của nó, như trong các báo cáo trước đây23,35. Mặc dù nồng độ sucrose cao và thấp cũng khác nhau về hàm lượng calo, nhưng nghiên cứu sâu rộng đã chỉ ra rằng thước đo thời gian cơn là một biện pháp nhạy cảm và chọn lọc về ảnh hưởng của phần thưởng orosensory và có thể phân tán từ quá trình xử lý calo sau khi tiêu thụ35–38. Do đó, một CS + tạo ra động lực khuyến khích sẽ làm tăng tần suất cơn, trong khi CS + làm tăng lượng tiêu thụ bằng cách làm cho sucrose trở nên ngon miệng hơn sẽ thúc đẩy thời gian cơn dài hơn.
Để đảm bảo đủ sức mạnh thống kê39, chúng tôi đã thu gọn dữ liệu trên tất cả các điều kiện thử nghiệm không dùng thuốc được mô tả ở trên (các thử nghiệm 2% và 20% cho Thử nghiệm 1 và Thử nghiệm 2 và điều kiện phương tiện cho Thử nghiệm 3). Dữ liệu kết hợp được hiển thị trong Hình. 2, được vẽ riêng như tổng số lần liếm (a), tần số xuất phát (b) và thời lượng xuất phát (c). Nhân vật 2d cho thấy các sơ đồ raster về hành vi liếm của hai con chuột đại diện trong giai đoạn tiền CS + và CS + khi 2% và 20% sucrose có sẵn trong thử nghiệm. Theo cách giải thích động lực của CPF, những con chuột này có xu hướng tham gia vào nhiều lần liếm sucrose hơn trong CS + so với thời kỳ trước CS +. Ngược lại, thời gian xuất hiện có xu hướng dài hơn khi chuột tiêu thụ dung dịch 20% sucrose ngon miệng hơn so với khi sử dụng 2% sucrose, một hiệu ứng rõ ràng trong giai đoạn tiền CS + và CS +. Do đó, thời gian xuất hiện không bị ảnh hưởng mạnh bởi tín hiệu ghép sucrose. Thật vậy, các mẫu nhìn thấy trong hình. 2d được chứng thực bằng các mô hình hiệu ứng hỗn hợp tuyến tính tổng quát của tập dữ liệu kết hợp (xem hình. 2a c và bảng bổ trợ S4). Các phân tích hiệu ứng hỗn hợp thứ cấp cho thấy rằng yếu tố phân loại của thí nghiệm cảm xúc (1, 2, 3) không điều chỉnh đáng kể các tương tác Loại thời gian CS × CS về tần suất hoặc thời gian xuất hiện, ps ≥ 0.293, cho phép chúng tôi kết hợp các dữ liệu này cho các phân tích tiếp theo. Điều thú vị là, khả năng CS + thúc đẩy hành vi liếm cũng được phản ánh trong độ trễ nhanh hơn đáng kể để bắt đầu liếm40–42 sau khi khởi động CS + so với CS− [mô hình hiệu ứng hỗn hợp tuyến tính tổng quát (phân phối đáp ứng = gamma, chức năng liên kết = log); t(306) = −2.71, p = 0.007], mặc dù sự khác biệt thô về độ trễ tương đối khiêm tốn (CS +: 1.16 giây ± 0.47; CS−: 2.79 giây ± 0.79).
Phân tích trung gian về hiệu ứng thời kỳ CS
Với những phát hiện như vậy, chúng tôi đã thực hiện phân tích hòa giải thống kê43 trên dữ liệu kết hợp (Hình. 2) để xác định xem CS + gợi lên việc uống sucrose có liên quan tốt hơn đến những thay đổi về tần suất hoặc thời gian cơn hay không. Nhân vật 3a hiển thị cấu trúc mô hình hòa giải nhiều cho phân tích này (Thời kỳ CS). Có một hiệu ứng tổng thể đáng kể (Tổng cộng; c) của thời kỳ CS về hành vi liếm, t(156) = 4.11, p <0.001, c = 5.22 [2.71, 7.73], trong đó có nhiều lần liếm trong thời kỳ CS + hơn so với thời kỳ trước CS +. Sau đó, chúng tôi đã kiểm tra xem CS + có ảnh hưởng tương tự đến cấu trúc vi mô liếm hay không, và nhận thấy sự gia tăng đáng kể do tín hiệu gây ra trong tần số cơn (M2), t(156) = 3.27, p = 0.001, a2 = 0.70 [0.28, 1.12], nhưng không phải thời lượng của cơn (M1), t(141) = 1.89, p = 0.061, a1 = 0.34 [−0.02, 0.69]. Do đó, ở cấp độ nhóm, hiệu ứng CS + đối với tần suất cơn, nhưng không phải thời gian của cơn, giống với ảnh hưởng của nó đối với hành động liếm nói chung.
Nếu hiệu ứng của CS + đối với việc liếm được trung gian bởi ảnh hưởng của nó đối với tần số cơn, thì (1) các biện pháp này phải được tương quan và (2) hiệu ứng CS + trên tần số cơn nên tính đến hiệu ứng CS + trên tổng số lần liếm. Một đánh giá về dự đoán đầu tiên cho thấy, bỏ qua giai đoạn CS, cả tần suất xuất hiện và thời gian xuất phát có mối tương quan đáng kể với tổng số lần liếm, ps <0.001, điều này không có gì đáng ngạc nhiên khi các biện pháp vi cấu trúc này có mối quan hệ nội tại với tổng số các sai sót. Tuy nhiên, đánh giá của chúng tôi về dự đoán thứ hai đã tiết lộ nhiều hơn. Chúng tôi đã xây dựng một mô hình dàn xếp nhiều lần để kiểm tra xem liệu các biện pháp vi cấu trúc này có giải thích được phương sai liên quan CS + trong tổng số đo lường bằng cách bao gồm tần suất cơn và thời gian cơn như những tác động cố định, cùng với khoảng thời gian CS. Nói cách khác, chúng tôi đã hỏi liệu việc kiểm soát phương sai trong các thước đo cơn liếm này có làm giảm hiệu ứng CS + hay không, so với sức mạnh của nó trong mô hình đơn giản (giảm) được mô tả ở trên. Nhất quán với dàn xếp, chúng tôi nhận thấy rằng điều này trực tiếp ảnh hưởng của thời kỳ CS đến liếm (c') không đáng kể, t(139) = 0.90, p = 0.370, c'= 0.41 [−0.49, 1.30], khi kiểm soát tần suất và thời lượng cơn. Sau đó, chúng tôi đã ước tính ảnh hưởng của CS + đối với việc liếm qua từng trung gian tiềm năng này và thấy rằng có một tác động gián tiếp đáng kể của tần số cơn trên các lần liếm, a2b2 = 2.90 [1.18, 4.76], nhưng không tính đến thời lượng cơn, a1b1 = 1.71 [−0.09, 3.35]. Do đó, những dữ liệu này chỉ ra rằng sự gia tăng CS + gây ra khi liếm chủ yếu được thúc đẩy bởi sự gia tăng tần suất cơn thay vì tăng thời gian cơn, phù hợp với động cơ thúc đẩy chứ không phải là lý do hưởng thụ của CPF.
Phân tích trung gian về hiệu quả tập trung sucrose
Chúng tôi đã thực hiện phân tích trung gian thứ hai trên dữ liệu kết hợp (Hình. 2) để xác nhận rằng độ ngon miệng sucrose (nồng độ) có liên quan đến sự gia tăng có chọn lọc trong thời gian xuất hiện (Hình. 3b, Sự tập trung). Mô hình đơn giản hóa (không có hiệu ứng cố định cho tần suất hoặc thời gian xuất hiện) cho thấy tổng hiệu ứng của nồng độ trên tổng số lần liếm là không đáng kể, t(156) = 0.42, p = 0.678, c = 0.57 [−2.13, 3.27], chỉ ra rằng mức độ liếm đường sucrose tổng thể ở phép thử không phụ thuộc nhiều vào nồng độ đường sucrose. Điều này được mong đợi, vì ảnh hưởng của cảm giác ngon miệng của sucrose đối với sự liếm là rõ ràng nhất trong 2-3 phút đầu tiên tiêu thụ44, trước thời kỳ tiền CS đầu tiên trong các phiên kiểm tra của chúng tôi. Tuy nhiên, nồng độ sucrose có ảnh hưởng đáng kể đến thời gian cơn (M1), t(141) = 5.20, p <0.001, a1 = 0.88 [0.54, 1.21], với 20% sucrose hỗ trợ các cuộc uống rượu kéo dài hơn so với 2% sucrose. Điều thú vị là nồng độ đường sucrose có tác dụng ức chế đáng kể tần suất cơn (M2), t(156) = −3.84, p <0.001, a2 = −0.83 [−1.26, −0.40], trong đó chuột có xu hướng tham gia ít cơn hơn khi uống một loại dung dịch ngon miệng hơn. Do đó, sự gia tăng liên quan đến nồng độ trong thời gian cơn được bù đắp bằng sự giảm tần suất cơn. Nhất quán với điều này, mô hình dàn xếp đầy đủ của chúng tôi, bao gồm các hiệu ứng cố định cho thời gian và tần suất của cơn, chỉ ra rằng không có ảnh hưởng trực tiếp của sự tập trung lên những cú liếm, t(139) = 0.45, p = 0.650, c'= 0.23 [−0.76, 1.22]. Tuy nhiên, có những ảnh hưởng gián tiếp đáng kể, nhưng ngược lại, của tần số cơn, a2b2 = −3.49 [−5.50, −1.58], và thời lượng cơn, a1b1 = 4.46 [2.96, 5.95], trên tổng số hành vi liếm.
Sự khác biệt cá nhân trong ảnh hưởng của thời kỳ CS và sự tập trung vào việc liếm cấu trúc vi mô
Các mô hình hòa giải tiết lộ rằng tần suất và thời gian xuất hiện đóng vai trò khác biệt trong việc làm trung gian tác động của CS + và nồng độ sucrose khi liếm ở cấp độ nhóm, nhưng không giải quyết cách các hiệu ứng đó được thể hiện trên từng con chuột, điều này có thể quan trọng để hiểu từng cá nhân lỗ hổng để ăn quá nhiều. Dựa vào kết quả phân tích hòa giải, chúng tôi dự đoán rằng những con chuột riêng lẻ sẽ cho thấy sự gia tăng ròng về tần số cơn trong giai đoạn CS +, so với đường cơ sở, nhưng sẽ không cho thấy bất kỳ thay đổi nhất quán hoặc đáng tin cậy nào trong thời gian xuất hiện. Hơn nữa, những con chuột riêng lẻ được dự đoán sẽ xuất hiện lâu hơn, nhưng ít gặp hơn, những cơn liếm khi tiêu thụ 20% sucrose, liên quan đến thử nghiệm 2%. Sung. 3c và d cho thấy sự khác biệt riêng lẻ về ảnh hưởng của giai đoạn CS (CS + - trước CS +) và nồng độ sucrose (20% –2%) tương ứng đối với tần suất và thời gian của cơn (phân tích bộ dữ liệu kết hợp trong Hình. 2). CS + tăng tần số cơn trong 67% chuột (Hình. 3c), với số lượng gần bằng nhau của những con chuột này cũng cho thấy sự gia tăng thời gian xuất hiện (34%) hoặc không (33%). Một mức độ chi bình phương của kiểm tra sự phù hợp giả sử các điểm dữ liệu được phân phối đồng đều trên bốn góc phần tư cho thấy sự bất cân xứng phân phối đáng kể,2(3) = 10.91, p = 0.012. Thật vậy, giá trị trung bình của Δtần số phân phối lớn hơn đáng kể so với 0, t(66) = 4.80, p <0.001, trong khi giá trị trung bình của ΔĐộ dài khóa học phân phối không khác biệt đáng kể so với 0, t(66) = 1.80, p = 0.076. Liên quan đến hiệu ứng nồng độ (Hình. 3d), phần lớn chuột (58%) được trưng bày lâu hơn và Các cơn ít gặp hơn với 20% so với 2% sucrose và kiểm tra mức độ phù hợp bình phương đã xác nhận rằng dữ liệu không được phân phối đồng đều trên các góc phần tư,2(3) = 31.85, p <0.001. Thật vậy, chúng tôi thấy rằng giá trị trung bình của Δtần số phân phối ít hơn đáng kể so với 0, t(51) = −4.22, p <0.001, trong khi giá trị trung bình của ΔĐộ dài khóa học phân phối lớn hơn đáng kể so với 0, t(51) = 4.18, p <0.001.
Dự đoán vi cấu trúc của tiêu thụ sucrose
Các dữ liệu trong hình. 3c cho thấy có sự thay đổi đáng kể về tác động của CS + đối với tần suất xuất hiện và một số chuột đặc biệt nhạy cảm với ảnh hưởng động lực này. Mặc dù có thể những con chuột này có thể kiểm soát tổng lượng sucrose của chúng bằng cách uống ít hơn khi không có CS +, phân tích thêm về bộ dữ liệu kết hợp (Hình. 2) đã xác nhận rằng các CS + kích hoạt tăng tần số cơn này có liên quan đến việc ăn quá nhiều. Cụ thể, chúng tôi thấy rằng những con chuột biểu hiện tích cựctần số điểm số trong các thử nghiệm CS + (các nhóm nhỏ Freq, Dur và Freq, Dur trong hình. 3C) tiêu thụ nhiều sucrose hơn những con chuột không (phân nhóm Freq, Dur và Freq, Dur), t(63) = 2.27, p = 0.026 (Hình. 4a). Mối quan hệ này được duy trì khitần số được coi là một biến liên tục, t(63) = 2.19, p = 0.032 (Hình. 4b) và không phụ thuộc vào nồng độ sucrose, Nồng độ ×Tần số, t(63) = 0.64, p = 0.528.
Thảo luận
Chúng tôi thấy rằng khả năng cung cấp sucrose báo hiệu có thể tăng cường lượng sucrose ở chuột bất kể liệu cue đó có báo hiệu các hành động cụ thể cần thiết để thu được sucrose (Thử nghiệm 1) hay không (Thử nghiệm 2 và 3). Phát hiện thứ hai được đặc biệt quan tâm bởi vì không có khả năng phụ thuộc vào việc thực hiện các phản ứng cho ăn có điều kiện trước đó (hoặc thói quen phản ứng kích thích), và thay vào đó gợi ý rằng các tín hiệu đó có được các đặc tính tình cảm và / hoặc động lực cho phép chúng chuyển đổi linh hoạt kiểm soát của họ trên các hành động cho ăn. Xu hướng kích thích môi trường này để thúc đẩy tiêu thụ thực phẩm ngay cả khi thói quen cho ăn được thiết lập là không có sẵn do đó dường như cung cấp một mô hình động vật hữu ích và chọn lọc của quy trình Pavlovian hỗ trợ thèm ăn và ăn quá mức ở người1–3. Mặc dù có những báo cáo trước đây rằng các kích thích kết hợp với thực phẩm có thể thúc đẩy việc cho ăn theo cách không phụ thuộc vào phản ứng14–16, hầu hết các thí nghiệm CPF giữ nguồn thực phẩm cố định trong các giai đoạn đào tạo và thử nghiệm, và do đó chỉ cung cấp thông tin hạn chế về bản chất của các quá trình tâm lý làm ảnh hưởng đến hiệu ứng này. Nghiên cứu hiện tại cho thấy một ảnh hưởng kích thích tổng quát của các tín hiệu kết hợp thực phẩm đối với hành vi cho ăn bằng cách sử dụng một quy trình được mô phỏng theo nhiệm vụ PIT, được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu ảnh hưởng động lực chung của các tín hiệu kết hợp thực phẩm đối với hành vi tìm kiếm thức ăn. Ví dụ, như trong PIT, nhiệm vụ hiện tại có thể được sử dụng để đánh giá xu hướng cho một gợi ý để có được các thuộc tính động lực khái quát đến một vị trí mới. Chúng tôi cũng đã mượn các tham số đào tạo và thử nghiệm (ví dụ: thời gian cue, khoảng thời gian thử nghiệm và lịch trình tăng cường) thường được sử dụng cho thuế TNCN, tạo điều kiện so sánh giữa các nghiên cứu. Do đó, cách tiếp cận này có thể cung cấp sự kiểm soát thử nghiệm lớn hơn cho các nghiên cứu trong tương lai về sự khác biệt tiềm năng trong quá trình tâm lý và / hoặc sinh học làm cơ sở cho sự kiểm soát của Pavlovian đối với hành vi công cụ so với hành vi tiêu dùng.
Nghiên cứu hiện tại cho thấy việc kích hoạt thụ thể dopamine D1 rất quan trọng đối với biểu hiện của dạng CPF độc lập đáp ứng này, giúp hỗ trợ giải thích động lực khuyến khích cho tầm quan trọng của tín hiệu dopamine nói chung và kích hoạt thụ thể D1 cụ thể trong biểu hiện của Pavlovian- chuyển giao công cụ18,29–32,45,46. Đưa ra bằng chứng rằng dopamine tương đối không quan trọng để xử lý các đặc tính khoái lạc của các kích thích thực phẩm25,28,34, có vẻ như chất đối kháng D1 không có tác dụng bằng cách phá vỡ khả năng của CS + để thay đổi độ ngon miệng sucrose khi thử nghiệm. Giải thích động lực này cũng được hỗ trợ bởi phân tích liếm vi cấu trúc của chúng tôi, phát hiện ra rằng các tín hiệu tăng cho ăn chủ yếu bằng cách khơi gợi nhiều cơn liếm hơn là kéo dài thời gian của những cơn đó. Thay vào đó, thời lượng cơn thay đổi với độ ngon miệng sucrose, như đã được thiết lập tốt23,24,26,27. Thật thú vị, phân tích hòa giải thống kê của chúng tôi cho thấy rằng mặc dù chuột tham gia vào các cơn dài hơn khi liếm 20% so với 2% sucrose, nhưng chúng cũng cho thấy sự giảm tần số bù. Do đó, sự thao túng của sự ngon miệng này dường như ảnh hưởng đến cách thức con chuột ăn theo đường sucrose mà không ảnh hưởng đến mức độ cho ăn chung của chúng. Ngược lại, không có hiệu ứng bù nào như vậy rõ ràng trong các thử nghiệm với CS +, dường như sẽ giải thích cho sự gia tăng ròng trong hành vi liếm quan sát được trên các thử nghiệm với gợi ý đó. Hơn nữa, những con chuột cho thấy sự gia tăng tần số cơn trong các thử nghiệm CS + cũng cho thấy mức độ tổng lượng sucrose tăng cao. Những phát hiện này cho thấy tín hiệu kết hợp thực phẩm (1) có thể gây rối loạn hành vi cho ăn và (2) có hiệu quả hơn trong việc lái xe ăn quá nhiều so với các thao tác của khẩu vị sucrose, ít nhất là trong các điều kiện được thử nghiệm ở đây.
Các kết quả hiện tại cũng làm sáng tỏ vai trò của dopamine trong việc điều chỉnh hành vi cho ăn trong trường hợp không có dấu hiệu kết hợp thực phẩm rõ ràng. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng sử dụng thuốc đối kháng D1 dopamine SCH23390 đàn áp chưa bao giờ tiêu thụ sucrose bằng cách giảm tần suất cơn mà không làm thay đổi thời gian cơn25,26, tương tự như mô hình liếm được biểu hiện bởi những con chuột bị thiếu dopamine47. Mặc dù các cơ chế tâm lý kiểm soát tần suất cơn trong các tình huống như vậy là không rõ ràng, nhưng có ý kiến cho rằng các dấu hiệu theo ngữ cảnh và / hoặc tiêm truyền có liên quan đến việc cho ăn có khả năng thúc đẩy lén lút tìm kiếm và tiêu thụ thực phẩm mới25,26. Kết quả của chúng tôi cung cấp một số hỗ trợ cho tính hợp lý của cách giải thích này bằng cách chứng minh rằng những cơn liếm mới có thể được gợi ra bằng các dấu hiệu kết hợp thực phẩm rõ ràng và hiệu ứng này cũng phụ thuộc vào kích hoạt thụ thể dopamine D1.
Như đã lưu ý ở nơi khác5,10, đã có tương đối ít nghiên cứu trước đây về vai trò của dopamine trong CPF. Tuy nhiên, một nghiên cứu ban đầu đã phát hiện ra rằng việc sử dụng chất đối kháng thụ thể dopamine không đặc hiệu α-flupenthixol làm giảm khả năng tìm kiếm thức ăn nhưng vẫn còn nguyên vẹn rằng khả năng tăng tiêu thụ thực phẩm48, có vẻ như mâu thuẫn với phát hiện của chúng tôi rằng sự đối kháng D1 phá vỡ sự liếm láp sucrose do cue gây ra. Có nhiều sự khác biệt về thủ tục giữa hai nghiên cứu có thể giải thích sự khác biệt rõ ràng này. Ví dụ, có thể là thao tác chọn lọc của chúng tôi đối với việc truyền dopamine D1 có hiệu quả hơn trong việc phá vỡ ảnh hưởng của CS + đối với lượng thức ăn. Hơn nữa, trong nghiên cứu trước đây48, những con chuột thiếu thức ăn đã được huấn luyện và thử nghiệm trong chuồng tại nhà của chúng bằng cách sử dụng quy trình điều hòa Pavlovian duy nhất trong đó một gợi ý được sử dụng để báo hiệu các buổi cho ăn được phân phối không liên tục trong ngày. Sau đó, gợi ý đó đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc thúc đẩy việc cho ăn ngay cả khi chuột được thử nghiệm ở trạng thái không bị bệnh. Bản chất và mức độ của khóa đào tạo này và thực tế là các phản ứng cho ăn cần thiết không thay đổi trong các giai đoạn huấn luyện và thử nghiệm cho thấy giao thức CPF này có thể khuyến khích sử dụng phản ứng cho ăn theo thói quen (phản ứng kích thích) trong quá trình thử nghiệm. Cho rằng việc tập luyện quá sức có thể khiến thực phẩm gợi lên không nhạy cảm với các thao tác truyền tín hiệu dopamine49, có thể là dạng CPF dựa trên thói quen có khả năng này ít phụ thuộc vào dopamine hơn dạng động lực được mô tả ở đây.
Mặc dù vẫn còn nhiều điều phải xác định về vai trò của dopamine trong CPF, hiện tượng hành vi này được biết là phụ thuộc vào ghrelin50–52 và hormone tập trung melanin53 hệ thống neuropeptide, về cơ bản liên quan đến việc điều chỉnh cả hành vi cho ăn10 và tín hiệu dopamine54–56. Thật thú vị, tác dụng kích thích sự thèm ăn của ghrelin phụ thuộc vào khả năng điều chỉnh tín hiệu dopamine của mesolimbic57–60. Ví dụ, xu hướng ghrelin tăng cường tìm kiếm và tiêu thụ thực phẩm mà không ảnh hưởng đến độ ngon miệng của thực phẩm (thời gian chờ đợi) có thể bị ức chế bằng cách sử dụng thuốc đối kháng thụ thể dopamine D1 SCH-2339060. Dựa trên những phát hiện như vậy, người ta có thể mong đợi rằng một tương tác tương tự giữa ghrelin và dopamine có thể tạo ra ảnh hưởng động lực của các tín hiệu kết hợp thực phẩm so với việc cho ăn.
Trong khi những phát hiện hiện tại chứng minh rằng các tín hiệu kết hợp thực phẩm có thể kích thích ăn quá nhiều bằng cách thúc đẩy những cơn cho ăn mới, những tín hiệu như vậy cũng có khả năng ảnh hưởng đến việc cho ăn thông qua các quá trình khác. Ẩn ý trong cách tiếp cận kiểm soát chuyển giao của chúng tôi là sự thừa nhận rằng tín hiệu cho ăn có thể kích hoạt lượng ăn vào bằng cách trực tiếp khơi gợi các hành vi cho ăn cụ thể. Hơn nữa, mặc dù CS + không thay đổi đáng kể thời lượng cơn trong nghiên cứu hiện tại, một nghiên cứu gần đây sử dụng giao thức CPF thông thường hơn với nguồn thực phẩm cố định đã tìm thấy bằng chứng cho thấy tín hiệu cho ăn có thể kéo dài cơn liếm53. Cùng với điều này, có những báo cáo trước đây cho thấy tín hiệu liên quan đến thực phẩm hợp khẩu vị có thể làm tăng biểu hiện của phản ứng orofacial ngon miệng đối với kích thích vị giác19–21, một biện pháp khác của khoái lạc hương vị hay kiểu Thích thích. Vì vậy, có khả năng các tín hiệu thức ăn có thể thúc đẩy việc cho ăn qua nhiều tuyến đường, bằng cách gây ra cảm giác thèm ăn, bằng cách kích hoạt các phản ứng cho ăn cụ thể và / hoặc bằng cách làm cho thức ăn ngon hơn10. Các quy trình này có thể thể hiện các lỗ hổng riêng biệt đối với việc ăn quá mức có hiệu lực, có lẽ giải thích sự khác biệt cá nhân về tính nhạy cảm đối với hiệu ứng này1,61,62. Những phát hiện hiện tại chứng minh một cách tiếp cận hiệu quả để phân tích có chọn lọc thành phần động lực của CPF ở chuột.
Phương pháp
Đối tượng và bộ máy
Chuột Long Evans đực trưởng thành (tổng số chuột N = 32; n = 16 đối với Thí nghiệm 1 và n = 16 đối với Thí nghiệm 2 và 3), nặng 370–400 g khi đến nơi, được ghép đôi trong lồng nhựa trong suốt ở nhiệt độ và độ ẩm - bể cá có kiểm soát. Chuột đã quảng cáo tự do tiếp cận với nước trong lồng nhà của họ trong suốt thí nghiệm. Chuột được đặt trong một lịch trình hạn chế thực phẩm trong các giai đoạn nhất định của thí nghiệm, như được chỉ định dưới đây. Chăn nuôi và các quy trình thí nghiệm đã được phê duyệt bởi Ủy ban Chăm sóc và Sử dụng Động vật Thể chế UC (IACUC) và tuân theo Hướng dẫn của Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia về Chăm sóc và Sử dụng Động vật trong Phòng thí nghiệm.
Các thủ tục hành vi được tiến hành trong các buồng giống hệt nhau (ENV-007, Med Associates, St Albans, VT, USA), được đặt trong các khối âm thanh và ánh sáng. Dung dịch Sucrose có thể được phân phối thông qua một bơm tiêm vào một cốc nhựa lõm nằm ở trung tâm trong một bức tường của mỗi buồng, 2.5 cm trên sàn lưới thép không gỉ. Một máy dò photobeam được đặt ở lối vào của thùng đựng thực phẩm đã được sử dụng để theo dõi các mục đầu liên quan đến tiêu thụ sucrose, cũng như các phản ứng tiếp cận có điều kiện trong các phiên điều hòa Pavlovian. Trong một số phiên thử nghiệm nhất định (Thí nghiệm 2 và 3), có thể thu được dung dịch sucrose bằng cách liếm một vòi uống bằng kim loại có trọng lực được đặt ở vị trí ~ 0.5 cm vào lỗ 1.3 nằm trên thành cuối đối diện với cốc đựng thức ăn. Các lần liếm riêng lẻ từ cốc thực phẩm và vòi kim loại liên tục được ghi lại trong các buổi thử nghiệm bằng thiết bị đo độ tiếp xúc (ENV-250B, Med Associates, St Albans, VT, USA). Một tấm plexiglass màu trắng đục được đặt ở phía trước bức tường cuối chứa cốc thức ăn trong tất cả các phiên khi sucrose có thể thu được từ vòi kim loại. Một houselight (3 W, 24 V) cung cấp ánh sáng và một quạt cung cấp thông gió và tiếng ồn nền.
Điều hòa Pavlovian
Chuột được đặt trong một lịch trình hạn chế thực phẩm để duy trì trọng lượng cơ thể của chúng ở mức xấp xỉ 85% trọng lượng cơ thể cho ăn tự do trước khi trải qua tập luyện 2 d, trong đó chúng nhận được các giải pháp 60% sucrose (20 ml) trong mỗi phiên hàng ngày (0.1 h). Chuột sau đó nhận được 1 d của điều hòa Pavlovian. Mỗi phiên điều hòa hàng ngày bao gồm một loạt các bài thuyết trình 10 của một tín hiệu âm thanh 6-min (CS +; tiếng ồn trắng 2-dB hoặc clicker 80-Hz), với các thử nghiệm được phân tách bằng khoảng cách 10-min (phạm vi 3-2) . Trong mỗi thử nghiệm CS +, các phần dịch ml 4 (được phân phối qua 0.1 giây) của dung dịch 2% sucrose (w / v) được đưa vào cốc thực phẩm theo lịch trình thời gian ngẫu nhiên 20-giây, dẫn đến trung bình bốn lần giao hàng sucrose mỗi lần dùng thử . Vào ngày cuối cùng của điều hòa, chuột cũng được tham gia phiên thứ hai trong đó gợi ý thay thế (CS−; kích thích thính giác thay thế) được trình bày theo cách tương tự như CS + nhưng không được kết hợp với giải pháp sucrose. Hành vi dự đoán được đo lường bằng cách so sánh tốc độ tiếp cận cốc (phá vỡ photobeam) trong khoảng thời gian giữa lúc khởi phát CS và lần sinh sucrose đầu tiên (để tránh phát hiện hành vi cho ăn vô điều kiện), trái ngược với tốc độ tiếp cận cốc trong thời gian giữa các lần tiếp cận cốc khoảng thời gian dùng thử. Tất cả chuột sau đó đã được đưa ra năm ngày quảng cáo tự do truy cập vào chế độ ăn uống bảo trì của họ sau phiên điều hòa Pavlovian cuối cùng trước khi trải qua thử nghiệm bổ sung.
Thử nghiệm cho ăn bằng cue
Thử nghiệm 1
Thí nghiệm này đã đánh giá tác động của CS + đối với việc tiêu thụ dung dịch sucrose từ cùng một cốc thực phẩm được sử dụng trong quá trình đào tạo, sao cho phản ứng có điều kiện đối với gợi ý đó (nghĩa là phương pháp cốc) tương thích với hành vi cần thiết để thu được sucrose khi thử nghiệm. Sau khi lấy lại cân nặng đã giảm trong điều kiện Pavlovian, chuột đã nhận được một cặp xét nghiệm CPF, được phân tách bằng 48 h, trong đó chuột vẫn không bị xáo trộn trong nhà của chúng. Trong mỗi phiên CPF (tổng thời gian 86 tối thiểu), dung dịch sucrose 2% hoặc 20% liên tục được cung cấp trong cốc thực phẩm bằng cách đổ đầy cốc đó bằng 0.1 ml sucrose mỗi khi chuột vượt qua photobeam (cách tiếp cận cốc). Tuy nhiên, để ngăn chặn việc đổ đầy cốc, việc phân phối sucrose chỉ được thực hiện nếu ít nhất là 4 đã trôi qua kể từ lần giao sucrose cuối cùng và nếu chuột đã thực hiện ít nhất năm lần liếm trong giai đoạn can thiệp. Trong suốt phiên này, mỗi kích thích thính giác 2-min không được trình bày liên tục các lần 4 theo thứ tự giả ngẫu nhiên (ABBABAAB), cách nhau bởi một khoảng thời gian 8-min cố định. Thử nghiệm đầu tiên đã bắt đầu 8 tối thiểu sau khi bắt đầu phiên để cho phép gây ra cảm giác no trước khi đánh giá ảnh hưởng hành vi của các tín hiệu. Lệnh thử nghiệm được đối trọng với các điều kiện đào tạo của Pavlovian, sao cho CS đầu tiên được trình bày là CS + cho một nửa số đối tượng và CS− cho nửa còn lại của các đối tượng. Thứ tự kiểm tra nồng độ sucrose cũng được đối trọng, với một nửa mỗi điều kiện nhận thử nghiệm 2% trước và thử nghiệm 20% thứ hai, và một nửa nhận được sự sắp xếp ngược lại (nghĩa là tất cả các động vật đều nhận được cả hai nồng độ trong các thử nghiệm riêng biệt).
Thử nghiệm 2
Trong thí nghiệm này, chúng tôi đã nghiên cứu ảnh hưởng của CS + đối với việc tiêu thụ dung dịch sucrose từ một nguồn khác so với cốc được sử dụng trong điều hòa Pavlovian, sao cho phản ứng có điều kiện đối với cue đó không tương thích với hành vi cần thiết để tiêu thụ sucrose khi thử nghiệm. Thử nghiệm đầu tiên chúng tôi tiến hành chỉ bao gồm điều kiện 2% sucrose. Sau khi cho phép chuột lấy lại cân nặng đã giảm trong điều kiện Pavlovian, chúng được cho hai buổi hàng ngày (thời gian 86 tối thiểu) trong đó chúng có quyền truy cập không giới hạn vào dung dịch sucrose% từ vòi kim loại (được cho ăn bằng trọng lực) được đặt trong một lỗ nhỏ bức tường cuối đối diện cốc thức ăn. Một bảng Plexiglas trắng được đặt ở phía trước bức tường chứa cốc thức ăn trong các phiên có quyền truy cập vòi (bao gồm các xét nghiệm CPF tiếp theo) để ngăn cản động vật tìm kiếm sucrose tại vị trí này. Các phiên này được thiết kế để cung cấp cho chuột trải nghiệm uống sucrose từ một nguồn mới trong trường hợp không có tín hiệu thính giác. Vào ngày hôm sau, chuột nhận được một phiên kiểm tra CPF duy nhất như được mô tả trong Thí nghiệm 2, ngoại trừ việc 1% sucrose liên tục có sẵn ở vòi kim loại, thay vì ở cốc.
Do có ít bằng chứng về CPF trong thử nghiệm đầu tiên này, có lẽ là do sự cạnh tranh phản ứng giữa CS + gợi lên cốc thức ăn và hành vi tiếp cận vòi, chúng tôi đã cho chuột tập huấn thêm về vòi (không có CS +) để tăng cường tìm kiếm sucrose ở vòi và không khuyến khích cách tiếp cận cốc thực phẩm khi vòi có sẵn (vì nó được phủ bằng một bảng điều khiển). Do đó, chuột được đặt lại trong lịch trình hạn chế thực phẩm (giống như trong giai đoạn điều hòa Pavlovian) trước khi được đưa ra 5 d các buổi huấn luyện phun bổ sung, với mỗi phiên này bao gồm 10 phút truy cập vào giải pháp sucrose%. Chuột sau đó đã được đưa ra 20 d quảng cáo tự do truy cập vào chow nhà để cho phép họ lấy lại cân nặng đã mất trong giai đoạn này. Tiếp theo, chuột bị thiếu thức ăn (20 h) trước khi nhận được các buổi đào tạo lại Pavlovian với CS + và CS−, như trong ngày cuối cùng của khóa huấn luyện ban đầu (ví dụ, với 20% sucrose được đưa vào cốc thực phẩm trong các thử nghiệm CS +). Lưu ý rằng vòi đã được loại bỏ khỏi buồng trong thời gian này và tất cả các phiên đào tạo lại Pavlovian sau đó. Chuột sau đó đã được đưa ra ~ 20 h quảng cáo tự do truy cập vào chow tại nhà trước khi trải qua hai thử nghiệm CPF bằng cách sử dụng vòi kim loại, giống hệt với thử nghiệm đầu tiên, ngoại trừ chuột được cấp quyền truy cập 2% hoặc 20% trong hai thử nghiệm riêng biệt (như trong Thử nghiệm 1).
Thử nghiệm 3
Sau khi tìm thấy bằng chứng đáng kể hơn về CPF trong đợt thử nghiệm cuối cùng với vòi, chuột từ Thí nghiệm 2 đã được thử nghiệm bổ sung để đánh giá sự phụ thuộc của hiệu ứng này vào tín hiệu dopamine ở các thụ thể dopamine D1. Những con chuột đầu tiên được cung cấp một phiên tái chế spout trong thời gian ngắn, trong đó chúng được cấp quyền truy cập vào giải pháp 10% sucrose. Bởi vì chuột nhanh chóng trở lại trọng lượng bình thường khi trở về quảng cáo tự do chow tại nhà sau khi thiếu thức ăn 20-h cấp tính, chúng tôi đã sử dụng quy trình này để đảm bảo chuột đói trong phiên đào tạo lại vòi này và trong các buổi đào tạo lại Pavlovian (các phiên CS + và CS−, như trước), được tiến hành vào ngày trước mỗi hai bài kiểm tra CPF cuối cùng. Chuột được cho ít nhất là 20 h quảng cáo tự do truy cập chow nhà trước mỗi phiên kiểm tra. Trong vòng thử nghiệm CPF cuối cùng này, chuột đã truy cập liên tục vào 20% sucrose từ vòi trong cả hai phiên kiểm tra. Mười lăm phút trước mỗi thử nghiệm, chuột được tiêm ip (1 ml / kg) nước muối vô trùng hoặc SCH-23390 (chất đối kháng thụ thể dopamine D1 chọn lọc) sử dụng liều lượng (0.04 mg / kg) đủ để ức chế tiêu thụ sucrose25,34,63. Chuột được thử nghiệm trong cả hai điều kiện thuốc, đối trọng cho thứ tự thử nghiệm.
Phân tích dữ liệu
Phép đo phụ thuộc chính là các lần liếm riêng lẻ, được ghi lại với độ phân giải 10 ms bằng dụng cụ đo điểm tiếp xúc trong tất cả các phiên CPF. Rất hiếm khi chúng tôi phát hiện ra các hiện vật trong các phép đo liếm của chúng tôi gây ra bởi sự tiếp xúc lâu dài giữa chuột (chân hoặc miệng) và đường sucrose (hoặc vòi kim loại). Những đồ tạo tác này có dạng phản ứng của máy đo tần số cao (> 20 Hz). Cho rằng chuột thể hiện tốc độ liếm tối đa là <10 Hz64, chúng tôi đã loại trừ tất cả các phản hồi lick tiềm năng xảy ra trong vòng 0.05 giây của lần liếm cuối cùng (không tạo tác), tương ứng với tần số cắt 20-Hz. Các phiên trong đó ít nhất là 20% phản hồi liếm đã bị loại trừ do tiêu chí này đã bị xóa hoàn toàn khỏi phân tích (phiên 1 từ chuột 1 trong Thử nghiệm 1).
Hành vi liếm
Đối với mỗi phiên, chúng tôi đã xác định tổng số lần liếm qua các loại thời gian (Pre-CS +, CS +, Pre-CS−, CS−). Bởi vì thước đo phụ thuộc chính của chúng tôi (tổng số lần liếm) là một biến đếm, những dữ liệu này được phân tích bằng các mô hình hiệu ứng hỗn hợp tuyến tính tổng quát với phân phối phản hồi Poisson và chức năng liên kết nhật ký 65–68. Phương pháp thống kê này cho phép ước tính tham số như là một hàm của điều kiện (hiệu ứng cố định) và cá nhân (hiệu ứng ngẫu nhiên). Trong Thử nghiệm 1 và 2, cấu trúc hiệu ứng cố định bao gồm đánh chặn tổng thể, tương tác ba chiều giữa Thời kỳ CS (Pre, CS) × CS Type (CS−, CS +) × Nồng độ (2%, 20%) và tất cả hiệu ứng chính và thứ tự thấp hơn. Đối với Thử nghiệm 3, Thuốc (Xe, SCH) đã được thay thế cho Nồng độ để phù hợp với sự thay đổi trong thiết kế thử nghiệm. Các biến này là tất cả các biến bên trong chủ thể, được coi là các yếu tố dự đoán phân loại và mã hóa hiệu ứng. Lựa chọn mô hình hiệu ứng ngẫu nhiên liên quan đến việc xác định mô hình giảm thiểu tiêu chí thông tin Akaike 69, đồng thời đảm bảo rằng số điểm dữ liệu trên mỗi tham số không giảm xuống dưới 10 70,71. Sử dụng các tiêu chí này, cấu trúc hiệu ứng ngẫu nhiên tốt nhất trong các thử nghiệm được bao gồm bởi các đối tượng không tương quan được điều chỉnh theo Thời gian CS, Loại CS và Nồng độ (hoặc Thuốc)72. Tất cả các phân tích thống kê được thực hiện trong MATLAB (The Math Works; Natick, MA). Cấp độ alpha cho tất cả các thử nghiệm là 0.05. Vì tất cả các yếu tố dự đoán là phân loại, kích thước hiệu ứng được biểu thị bằng hệ số hồi quy không đạt tiêu chuẩn 73, báo cáo là b trong văn bản và trong các bảng đầu ra mô hình. Phân tích bài hoc về tương tác được thực hiện bằng cách sử dụng bài hoc F-các thử nghiệm của các hiệu ứng đơn giản trong phân tích omnibus bằng cách sử dụng coefTest chức năng trong MATLAB.
Phân tích vi cấu trúc của hành vi liếm
Lick cá nhân được phân loại là bắt đầu hoặc tiếp tục một cơn liếm. Một cơn đã được phân định thành nhiều lần liếm liên tiếp trong đó các khoảng thời gian xen kẽ (ILI) không vượt quá 1 s74. Khi ít nhất các 1 đã vượt qua từ lần liếm cuối cùng, lần liếm tiếp theo được chỉ định là sự khởi đầu của một cơn gió mới. Tần suất và thời lượng xuất hiện được tính bằng cách phân vùng đầu tiên thành các giai đoạn tiền CS và CS, như được thực hiện cho tổng số lần liếm trong các phân tích ở trên. Trong những khoảng thời gian đó, mọi lần liếm trước một khoảng thời gian ít nhất là 1 đều được chỉ định là một cơn. Thời lượng của mỗi cơn được tính là khoảng thời gian giữa lần liếm đầu tiên và lần cuối cùng trong lần xuất hiện đó. Các lần liếm riêng lẻ xảy ra trong sự cô lập không được tính là một phần của cơn. Để tối đa hóa kích thước mẫu cho các phân tích trung gian tiếp theo39, tần số cơn và dữ liệu thời gian xuất phát đã được thu gọn trong các thí nghiệm để đánh giá tác động chung của thời kỳ CS, loại CS và nồng độ đối với các biện pháp vi cấu trúc này. Dữ liệu từ điều kiện SCH-23390 trong Thí nghiệm 3 không được bao gồm trong các phân tích này.
Các dữ liệu này được phân tích thông qua các mô hình hiệu ứng hỗn hợp tuyến tính tổng quát kết hợp cấu trúc hiệu ứng cố định của Giai đoạn CS × Loại CS × Nồng độ (và tất cả các tương tác bậc thấp và hiệu ứng chính) và cấu trúc hiệu ứng ngẫu nhiên của các đối tượng phụ không được điều chỉnh theo Thời gian CS , Loại CS và Nồng độ. Như trong phân tích tổng hành vi liếm, một phiên cho một con chuột từ Thí nghiệm 1 đã bị xóa khỏi phân tích. Phân tích tần số cơn đã sử dụng phân phối đáp ứng Poisson với chức năng liên kết nhật ký do tính chất loại dữ liệu tần số. Phân tích thời lượng cơn đã sử dụng phân phối phản hồi gamma với chức năng liên kết nhật ký vì thời lượng cơn là một phép đo liên tục giới hạn giữa 0 và +. Để so sánh, phân tích tương tự này được thực hiện trên tổng số lần thử nghiệm được thu gọn trong các thử nghiệm, trong đó phân tích giả định phân phối phản hồi Poisson với chức năng liên kết nhật ký như trong các phân tích tổng thử nghiệm thử nghiệm riêng lẻ. Để đảm bảo rằng tương tác Loại CS quan trọng × Loại CS không phụ thuộc vào thử nghiệm của từng con chuột, một loạt mô hình thứ hai được chạy trên tần số cơn và thời gian xuất hiện, giống hệt như phân tích được mô tả nhưng có thêm yếu tố dự đoán hiệu ứng cố định của thí nghiệm × Thời gian CS × Loại CS. Thí nghiệm là một yếu tố phân loại. Cuối cùng, như một biện pháp xác nhận của động lực liếm40–42, chúng tôi đã phân tích độ trễ cho lần liếm đầu tiên sau khi khởi phát CS bằng mô hình hiệu ứng hỗn hợp tuyến tính tổng quát với phân phối phản hồi gamma và chức năng liên kết nhật ký (n = 310). Mô hình này bao gồm cấu trúc hiệu ứng cố định của Loại CS × Nồng độ (và tất cả các tương tác bậc thấp hơn và các hiệu ứng chính) và cấu trúc hiệu ứng ngẫu nhiên của các chặn theo chủ thể được điều chỉnh cho Loại CS, Nồng độ và Loại CS × Nồng độ.
Phân tích trung gian về tần suất cơn và thời gian xuất phát
Hai mô hình hòa giải nhiều43,75,76 đã được tiến hành để xác định xem các ảnh hưởng (hoặc thiếu) của giai đoạn CS (Pre, CS) và nồng độ (2%, 20%) trên CPF có qua trung gian đáng kể bởi tần suất xuất hiện và / hoặc thời gian xuất hiện. Trong mô hình giai đoạn CS, biến X là thời kỳ CS (Pre, CS), biến kết quả Y là tổng số lần liếm trong khoảng thời gian đó và các trung gian là tần số xuất phát (M1) và thời lượng cơn (M2). Trong mô hình tập trung, biến X là nồng độ sucrose. Bởi vì liếm gợi ý chủ yếu là rõ ràng cho các thử nghiệm CS + (xem Kết quả), chỉ có các thử nghiệm CS + được phân tích. Đối với mỗi con chuột và cho mỗi phiên kiểm tra, số lần liếm và cơn trung bình và thời lượng trung bình của mỗi lần được xác định cho các giai đoạn tiền CS + và CS +. Những phân tích này bao gồm tất cả chuột từ Thí nghiệm 1 và 2 (chuột 16 trên mỗi thí nghiệm × thí nghiệm 2 × nồng độ 2 × thời gian 2 CS = điểm dữ liệu 128) và dữ liệu điều kiện phương tiện từ các điểm thử nghiệm 3 . Như trong phân tích tổng hành vi liếm, một phiên cho một con chuột từ Thử nghiệm 16 đã bị xóa khỏi phân tích, để lại tổng số điểm dữ liệu 2. Hiếm khi, chuột không liếm trong khoảng thời gian trước CS + hoặc CS + trong một phiên (32 / 1; 158%). Trong các trường hợp này, số lần liếm và cơn trung bình được mã hóa là Điên 9 và giá trị cho thời gian xuất phát trung bình được để lại dưới dạng một ô trống. Khi các mô hình tương tự được chạy với giả định xóa theo chiều kim loại (nghĩa là loại bỏ các hàng trong đó thời lượng xuất phát là một ô trống), các mẫu tương tự được giữ. Bởi vì các phân tích này liên quan đến các mô hình tuyến tính tổng quát (nghĩa là hồi quy tuyến tính đơn giản hoặc đa tuyến tính), tần số cơn và tổng dữ liệu liếm được chuyển đổi căn bậc hai và dữ liệu thời lượng cơn được chuyển đổi để điều chỉnh độ lệch dương. Tầm quan trọng của hiệu ứng gián tiếp được xác định bằng cách khởi động phần trăm 158% với các lần lặp 9.5. Các hệ số hồi quy được báo cáo tương ứng với các báo cáo phân tích trung gian truyền thống (ví dụ: c'= hiệu ứng trực tiếp của X on Y)43,75.
Sự khác biệt cá nhân trong thay đổi gợi ý về tần suất và thời lượng
Các phân tích nói trên cho phép chúng tôi đánh giá tác động của CS + đối với việc lấp đầy cấu trúc vi mô ở cấp độ nhóm. Chúng tôi cũng xác định sự khác biệt của từng cá nhân trong biểu hiện của hiệu ứng này. Đối với mỗi con chuột, hai điểm số khác biệt được tính toán cho các thước đo tần suất cơn và thời gian cơn. Song song với Mô hình giai đoạn CS, tần số cơn trong khoảng thời gian trước CS + được trừ khỏi giá trị tần số cơn trong khoảng thời gian CS + (tức là CS + - trước CS +); đối với Mô hình cô đặc, tần suất cơn trong quá trình thử nghiệm 2% sucrose được trừ đi giá trị tương ứng trong quá trình thử nghiệm 20% (tức là 20% –2%). Các tính toán này tạo ra các thước đo mô tả sự thay đổi tần số cơn (Δtần số). Những tính toán tương tự đã được thực hiện trong thời gian chờ đợi (nghĩa là,Độ dài khóa học). Do đó, đối với mỗi cặp điểm dữ liệu Pre-CS + / CS + và 2% / 20%, các thay đổi về tần suất xuất phát và thời lượng xuất phát đã được xác định. Phương tiện của các bản phân phối này được so sánh với 0 thông qua một mẫu t-test (α = 0.05) để đánh giá sự dịch chuyển phân phối khỏi sự thay đổi chung. Mỗi điểm dữ liệu này được phân loại theo mức tăng và / hoặc giảm về tần suất và thời lượng của cơn và được biểu thị bằng biểu đồ phân tán bivariate (ví dụ: tăng tần số / giảm thời gian xuất hiện khi khởi phát CS +), cho phép xác định tỷ lệ dữ liệu điểm trong mỗi góc phần tư 2 × 2 (tần số xuất hiện / thời gian × tăng / giảm). Điểm dữ liệu trong đó điểm khác biệt bằng 0 được phân loại là giảm (nghĩa là không tăng). Chi bình phương (χ2) mức độ phù hợp của các thử nghiệm phù hợp cho cả thời kỳ CS và dữ liệu nồng độ đã xác định liệu phân phối của các điểm dữ liệu này có khác với dữ liệu phân phối đồng đều trên bốn loại này hay không (α = 0.05). Để xác định xem có sự phân phối xấp xỉ bằng nhau của các điểm dữ liệu này trên bốn góc phần tư cho mỗi thử nghiệm hay không, các phân tích tương quan đơn giản cho Thời gian CS và dữ liệu Tập trung được thực hiện để đánh giá mối quan hệ giữa số lượng điểm dữ liệu trong mỗi góc phần tư trong mỗi thử nghiệm và số lượng điểm dữ liệu dự kiến tương ứng, được ước tính bằng tỷ lệ chung trong mỗi góc phần tư.
Dự đoán vi cấu trúc của tiêu thụ sucrose
Một loạt các phân tích hiệu ứng hỗn hợp tuyến tính tổng quát đã được tiến hành để xác định xem tổng khối lượng dung dịch sucrose tiêu thụ trong toàn bộ các phiên kiểm tra có được dự đoán bởi sự thay đổi tần số và thời gian xuất phát từ giai đoạn trước CS + sang CS + hay không. Các phân tích bao gồm dữ liệu từ tất cả các điều kiện không phải là thuốc, (ví dụ, các thử nghiệm sucrose% 2% và 20% cho các thí nghiệm 1 và 2, và tình trạng phương tiện từ Thí nghiệm 3). Các phân tích giả định phân phối phản hồi gamma với chức năng liên kết nhật ký. Phân tích đầu tiên đã hồi quy tổng dung dịch sucrose tiêu thụ (mL) về tác dụng chính và tương tác giữa các nhóm phân loại 2 × 2 tăng / giảm tần suất / thời gian xuất hiện như mô tả ở trên. Phân tích thứ hai đã hồi quy tổng mức tiêu thụ sucrose về các tác động chính và tương tác giữa giá trị liên tục củatần số và nồng độ sucrose.
Dữ liệu sẵn có
Các bộ dữ liệu được phân tích trong các thử nghiệm hiện tại có sẵn từ tác giả tương ứng theo yêu cầu hợp lý.
Vật liệu bổ sung điện tử
Lời cảm ơn
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi NIH tài trợ AG045380, DK098709, DA029035 và MH106972 cho SBO. Các nhà tài trợ không có vai trò trong thiết kế nghiên cứu, thu thập và phân tích dữ liệu, quyết định xuất bản hoặc chuẩn bị bản thảo.
Sự đóng góp của tác giả
SBO quan niệm và thiết kế các thí nghiệm; BH và ATL đã thực hiện thử nghiệm; ATM và SBO đã phân tích dữ liệu. Tất cả các tác giả đã viết bài báo và xem xét bản thảo.
Chú ý
Lợi ích cạnh tranh
Các tác giả tuyên bố không có lợi ích cạnh tranh.
Chú thích
Vật liệu bổ sung điện tử
Thông tin bổ sung kèm theo bài báo này tại 10.1038 / s41598-018-21046-0.
Ghi chú của nhà xuất bản: Springer Nature vẫn giữ được tính trung lập trong các tuyên bố về quyền tài phán trong các bản đồ được xuất bản và các tổ chức liên kết.
Thông tin Người đóng góp
Andrew T. Marshall, Email: ude.icu@1aahsram.
Sean B. Ostlund, Email: ude.icu@dnultsos.
dự án
;