对大鼠可口食物摄入量的低控制与习惯行为和复发脆弱性相关：个体差异（）2013

Johannes W. de Jong,¹ Karin E. Meijboom,¹ Louk JMJ Vanderschuren,^1,2 和 Roger AH Adan^1,*

全球肥胖流行病对公众健康构成巨大且日益严重的威胁。 然而，暴饮暴食和肥胖的神经行为机制尚不完全清楚。 已经提出类似成瘾的过程可能是某些形式的肥胖的基础，特别是与暴食症有关的那些。 为了研究类似成瘾的过程在肥胖中的作用，我们采用了一种可卡因成瘾样行为的模型来响应高度可口的食物。 在这里，我们测试了老鼠是否对高度可口的巧克力做出反应确保会出现三种类似成瘾行为的标准，即高动力，继续寻求，尽管有信号不可用，尽管有厌恶的后果仍然持续寻求。 我们还调查了暴露于狂欢模型（由有限的食物获取和获得高度可口食物的交替时期组成的饮食）是否会促进食物成瘾行为的出现。 我们的数据显示了对可口食物寻求和服用的控制方面存在显着的个体差异，但是没有明显的亚群动物表现出类似成瘾的行为。 相反，我们观察到从可控食物摄入的低控制到高控制的广泛范围。 然而，暴露于狂欢模型并不影响对可口食物寻求和服用的控制。 对可口食物摄入量控制较低的动物（即在三种类似成瘾行为的标准上得分较高）对食物奖励的贬值较不敏感，更容易受到食物引起的熄灭反应的恢复，表明对可口食物的控制较差食物摄入量与习惯性食物摄入量和易复发性有关。 总之，我们提出了一个动物模型来评估对食物寻求和服用的控制。 由于对食物摄入的控制减少是肥胖发展的主要因素，因此了解其行为和神经基础可能有助于改善肥胖流行的管理。

道德声明

实验经乌得勒支大学动物伦理委员会批准，并与荷兰法律（Wet op de Dierproeven，1996）和欧洲法规（指南86 / 609 / EEC）达成一致。

动物

将在实验开始时体重6-150克的200周大的雄性Wistar大鼠（查尔斯河，德国苏尔兹菲尔德）在受控条件下分别圈养在Macrolon笼子中（L = 40 cm，W = 25 cm，H = 18 cm）。温度20–21°C，相对湿度55±15％），并在相反的12小时明暗循环下（在19.00 h亮起）。 可免费获得松狮犬和水。 所有实验均在昼夜周期的黑暗阶段进行。

实验概述

为了使Deroche-Gamonet模型失去对可卡因的控制以寻求可口的食物寻求，我们在一项试验性研究中发现，即使是温和的电击足以抑制所有寻求食物。 因此，我们选择使用可口食物的奎宁掺假来衡量“继续寻求惩罚”[49]。 该试验性实验比较了4饮食（如下所述）对诱发食物成瘾行为的效力。 在这种情况下，对24动物（每组n = 6）进行训练并测试三种行为，如[37]。 有趣的是，当动物进行第三个标准测试（抵抗轻度电击足）时，即使冲击强度降至0.35 mA，也能完全抑制寻找巧克力。 在不同饮食组之间没有发现在休克范例下的响应差异（ANOVA p = 0.1146 F = 2.243 df = 23）。 另外，我们没有观察到在四个饮食组之间的强化的累进比例表中的响应的显着差异（数据未显示）。 然而，当我们考虑所有三个标准时，我们确实观察到暴露于狂欢模型的动物中成瘾样行为增加的趋势。 由于电击足以抑制所有的奖励寻求，我们选择以不同的方式测量抗逆性的标准，即通过将动物暴露于掺有2 mM奎宁的可口食物。 在本研究中描述的主要实验中，我们将暴露于暴食模型（n = 36）的组与饲喂饲料的对照组（n = 12）进行比较。 对于该实验，对于5周的三个标准对动物进行预训练，然后进行8周的饮食。 我们没有观察到饮食前饮食组之间操作性反应的差异。 然后，我们继续对三个标准进行再培训和测试，然后是10灭绝课程和两个恢复（提示和巧克力诱导）课程。

饮食

在该研究中使用四种不同的饮食，并且将动物暴露于各自的饮食中8周。 对照饮食由自由采食（SDS，3.3 kcal / g，77.0％碳水化合物，2.8％脂肪，17.3％蛋白质）组成。 限制进食饮食包括自由采食，补充3h获取巧克力确保^TM （Abbott Laboratories，Abbott Park，IL，USA），每周5天（来自12.00-15.00h）。 高脂肪高蔗糖选择饮食包括自由采食和自由采食的饱和脂肪（牛脂（Ossewit / Blanc de Boeuf），比利时Vandemoortele，9.1 kcal / g）和30％蔗糖溶液（商业级）自来水中的蔗糖，1.2 kcal / ml）。 狂欢饮食包括4天的15.0-15.5g食物/天与随意的3天交替添加随意的奥利奥饼干（纳贝斯克，东汉诺威，新泽西州，美国，4.7 kcal / g，74％碳水化合物，21％脂肪） ，3％蛋白质）。 在这种情况下，奥利奥饼干可以在24h /天内使用三天。 15g食品/日是基于Hagan等人以前的工作。 其中动物仅限于66％的ad-lib食物。 该模型是Hagan等人的修改版本。 没有暴饮模型的压力成分[39,50]。 除测试期间外，始终可以使用自来水。 一项试点研究比较了所有四种饮食。 在进入饮食的8周之前和之后测试动物。 本文的主要实验比较了8周的暴饮食和8周的食物。 我们继续进行暴饮暴食，因为来自文献的数据以及我们自己的试验数据表明，如上所述的暴饮食最有可能引起类似食物成瘾的行为[39].

设备

大鼠在手术调理室中训练（30.5 x 24.1 x 21.0 cm； Med Associates Inc，美国佛蒙特州圣奥尔本斯）。 每个腔室配有两个可伸缩杆（4.8 x 1.9厘米）。 在每个操纵杆上方放置一个提示灯（用于大鼠的ENV-221M刺激灯，28V，100mA； Med Associates Inc），并放置一个室内灯（用于鼠室的ENV-215M家用灯，28V，100mA； Med Associates Inc）在对面的墙上。 腔室的地板覆盖有金属栅栏，栅栏间隔为1厘米。 将该室放置在装有通风风扇的消音柜中，以最大程度地减少外部噪音。 通过将尼龙管连接到放置在室内的单速注射泵（PHM-100-3.33; Med Associates Inc）上的尼龙管，将Chocolatesure输送到位于两个杠杆之间的食物容器中。 手术室由MED-PC（版本IV）研究控制和数据采集系统软件控制。

收购巧克力确保自我管理

如前所述，训练动物对食物作出反应[51,52]。 大鼠首先接受持续10 h的1操作训练课程。 在这些会议期间，有两个杠杆，其中一个被指定为有效杠杆。 活动和非活动杆的位置在动物之间是平衡的。 会议开始时插入两个杠杆和照明房屋灯。 在第一次使用期间，使用固定比率（FR）1加固计划，这意味着每个主动杠杆按压导致0.2 ml巧克力的输送确保，两个杠杆的收缩为20秒并且照明提示灯高于活动10秒的杠杆，在此期间关闭房屋灯。 在第二和第三阶段，响应要求增加到FR2加固计划。 从第四届会议开始，实施了FR5强化计划。

超时响应

超时程序基于[37虽然使用较短的会话持续时间来防止饱腹感对反应的影响。 会话由5块10 min chocolate组成。确保可用性与4 min的5块互换，期间巧克力确保无法使用。 在可用性块期间，通过照明房屋灯向动物指示响应 - 偶然存在的奖励。 可用性块期间的自我管理程序与上述相同，即使用FR5强化计划。 在不可用阻挡期间，房屋灯关闭，两个控制杆上的响应没有预定的后果。 在会议的后几个阶段，回应变得更加变化，可能是由于饱足感。 因此，我们使用在第一个5 min不可用性块期间作出的响应量作为关键参数，因为该块的两侧是两个可用性块，其中动物总是在可用时间内获得最大量的奖励。 动物在饮食前接受10疗程，在饮食后接受15疗程。 在最后一次4会话的第一次不可用性块期间的平均响应次数被用作动物的超时得分。

加固的渐进比率表

根据加强的累进比率计划，动物必须满足主动杠杆的响应要求，在每个获得的巧克力确保奖励（1，2，4，6，9，12，15，20，25等等）之后逐渐增加。53]）。 会议开始时照明房屋灯（表示奖励的可用性）以及插入活动和非活动杆。 满足主动杠杆的响应要求导致两个杠杆缩回，主动杆上方的提示灯照射10秒并输送0.2 ml巧克力确保。 在20秒超时后，开始新的循环。 当动物未能在60分钟内获得奖励时，会话结束。 动物在饮食之前接受4 PR会话并且在饮食之后接受4 PR会话。 在两种情况下，4会话上的主动杠杆响应的平均值被用作动物的PR分数。

惩罚回应

该程序改编自Deroche-Gamonet等人。 （2004）。 在此过程中，动物在操作性调节室中进行测试，所述操作调节室与训练，超时和PR期间使用的那些不同。 会议开始于房屋灯的照明和两个杠杆的呈现。 在这些会议期间，动物根据FR5强化计划做出回应，其中每个1st杠杆按压都会产生一种音调和每个4^th 4th 和5th 轴车削中心^th 杠杆按压导致电击脚（0.35mA，2sec）呈现，通过网格地板进行管理。 每个5^th 杠杆压力导致0.2 ml巧克力的交付确保。 在4之后关闭了音调^th 杠杆按压或当动物未能在4分钟内做出1响应时，在这种情况下开始新的FR5循环。 结果指标是动物在一次训练中所做的杠杆按压量占基线响应的百分比（前一天4 FR5训练的平均值）。 我们在一项试验性研究中评估了这种模式下的反应（如上所述），其中电动冲击几乎完全抑制了所有动物对食物的反应。

奎宁掺假

使动物自由进食未掺假或掺假的巧克力（使用2 mM奎宁； Sigma，荷兰），在不同的日子在家里的笼子中放置30分钟。 一项先导实验表明，浓度为2 mM的奎宁会导致个体差异较大，而较高的浓度会抑制几乎所有动物的摄入量，而较低的浓度对巧克力确保摄入量的影响很小。 抑制率的计算公式如下：（（无污染的消耗量-污染的消耗量/无污染的消耗量））* 100，因此抑制率100表示​​完全抑制摄入量，比率0表示完全没有抑制作用。 。

奖励贬值

在2 min的操作期之前立即给予动物20 h自由获取巧克力确保在家庭笼中，在此期间房屋灯被照亮并且在整个会话期间存在两个杠杆。 有效和无效的杠杆响应都没有预定的后果。 贬值分数计算为动物在贬值后进行的主动杠杆按压量。 将结果与前一天正常20 min非贬值FR5会话期间的杠杆按压量进行比较。

灭绝和恢复

动物每天接受12 1操作会话，在此期间，杠杆按压没有预定的后果。 房屋灯（之前标明的奖励可用性）在整个会话期间开启。 在第13天，如下测试提示诱导的恢复。 会话开始时，照亮主动杆上方的提示灯，持续10秒。 在此会话期间，满足FR5对主动杆的要求导致两个杆的缩回和提示灯的照明10秒，但没有提供奖励。 动物在14和15日接受正常的消退疗程。 在16当天，测试巧克力确保诱导的恢复。 会议开始时提供0.6 ml巧克力确保。 本次会议期间的杠杆印刷机没有预定的后果。

数据分析

基于这三个标准，根据Belin等人计算“成瘾评分”。 [54]。 通过从每只动物中减去所有动物的平均值并除以整个组的标准偏差来进行标准化。 这导致标准分数具有0的平均值和每个标准的1的标准偏差。 然后将成瘾分数计算为三个归一化分数的总和。 我们还根据Deroche-Gamonet等对动物进行了分类，这意味着我们计算了动物在66之间得分的标准数量。^th 4th 和5th 轴车削中心^th 分布的百分位数[37]。 使用学生t检验将两个饮食组相互比较。 在适当的情况下，使用单向ANOVA和土耳其的多重比较事后检验比较标准组。 可根据要求提供原始数据集。

狂欢模型不会影响对食物寻求的控制

我们没有观察到狂欢模型对任何类似成瘾行为的三个标准的影响（数字1 和 and2）.2）。 然而，我们观察到暴露于暴食模型后体重增加的增加。 目前的饮食是基于Hagan等人的一项研究，该研究显示，即使在30天退出这种饮食后，接触过相似饮食的动物的可口食物也会增加暴饮[50]。 与Hagan等人相反，我们使用雄性大鼠。 因此，我们不能排除如果我们使用雌性大鼠，我们可能已经获得了更明显的暴食效果。 事实上，BED在人类女性中比在男性中更普遍[55]。 另一方面，已经反复证明，在适当的情况下，雄性和雌性大鼠都会在可口的食物上狂欢[56–58]。 另一种常用的暴食模式，导致大鼠两性的暴食，使用交替的12h / 12h期间的食物剥夺与获得10％蔗糖溶液[59,60]。 此前的研究还表明，持续获得高脂肪的高蔗糖饮食可以提高PR的时间表，并在PR计划下做出反应，然后在4周期获得高脂肪高剂量后，获得饮食与腹部脂肪储存呈正相关雄性大鼠的糖饮食[51]。 因此，暴露于某些类型的致肥食物可导致暴食并增加食物的动力。 然而，我们的数据表明长期暴露于暴饮暴食本身并不足以引起明显的成瘾行为。

没有“食物成瘾”的证据，但控制可口的食物摄入量的个体差异很大

与已发现的可卡因相反，在所有三个标准的上三分位中进行的大鼠亚组不大于预期的偶然性（3,6％）。 因此，可以合理地得出结论，在我们的研究中没有出现针对巧克力的成瘾行为的明确迹象。 即使在没有这种“成瘾的亚群”的情况下，本研究中观察到的对食物寻求的控制范围也是高度相关的。 也就是说，即使在没有明显的成瘾行为的情况下，对人类食物摄入的控制减少也可能导致暴饮暴食和长时间的轻度暴饮暴食导致某些个体肥胖。 在本研究中，对可口食物摄入的控制减少并不能预测体重增加，这可能是由于大鼠（与人类相反）不会试图阻止体重增加。 因此，对食物寻找和服用的这种持续控制背后的神经机制对于研究是重要的，并且我们当前的模型提供了这样做的行为工具。

对食物摄入量控制减弱的动物对奖赏贬值不太敏感

我们观察到在集团层面贬值后的回应显着减少（图6a）。 有趣的是，贬值的影响存在巨大的个体差异，这与成瘾评分相关（图6b）。 有人提出，从目标导向的结果驱动行为转向习惯性刺激驱动的行为，可以促进成瘾的发展[46]。 前者被认为是由纹状体的腹侧和内侧部分介导，而后者依赖于背外侧纹状体[61]。 事实上，一再表明，长期使用可卡因自我管理会招募寻找药物的背外侧纹状体机制[62–65并且背外侧纹状体的病变或失活减少了习惯性行为[66–69]。 由于对食物摄入控制较少的动物表现出更多的习惯行为，这些研究结果表明减少对食物摄入的控制与更大的背外侧纹状体参与控制进食有关。

低控制动物更容易恢复熄灭食物

成瘾的一个突出特点是复发的高风险[70,71]。 这可以使用动物模型进行研究，该动物模型研究动物在操作性反应消退后恢复药物寻求的倾向。 寻求药物可以使用药物相关的线索，一小部分“引发”药物或通过压力来恢复[38]。 为了评估对食物寻求控制较少的动物是否更有可能恢复熄灭食物，我们测试了动物的线索和奖励引起的恢复。 如图所示 图7C只有用巧克力味奖励引发动物才会在4标准组之间引起恢复的显着差异。 在这种情况下，2标准动物在恢复期间的反应明显更多。 3标准动物可能也更有可能恢复，但由于该组动物数量较少，因此很难在统计学上证明这一点。

总之，我们提出了一个模型，可用于衡量控制饮食行为的变化。 该模型产生了从非常高到低的控制的连续行为，其极端可能被称为食物成瘾，但至少在当前的实验中，“上瘾”和“非成瘾”动物之间没有明确的界限。 ，可能被归类为显示出类似成瘾行为的动物亚群也不是偶然的。 另一方面，我们发现对食物摄入的低控制与可口的食物引起的复发倾向和对巧克力的习惯性反应的增加有关，这表明与对成瘾行为相关的行为改变可以在对可口的低控制的动物中看到食物的摄入量。 因此，该模型提供了一种有价值的工具来研究对进食的控制及其神经基础。 当我们认为即使没有严格的食物成瘾分类，对饮食的控制减少可能导致严重的健康问题，这也是非常相关的。