• Намерете този автор в Google Scholar
  • Намерете този автор в PubMed
  • Потърсете този автор на този сайт
  • За кореспонденция: [email protected]

Резюме

ВЪВЕДЕНИЕ

Процентът на затлъстяването по целия свят продължава да се увеличава, което представлява основна тревога за здравето (Finkelstein et al., 2009; N.C.D.R, 2016). На най-основното си ниво причината за затлъстяването е хроничното свръхконсумиране на хиперкалорични диети, водещо до натрупване на мазнини (Akiyama et al., 1996; Horton et al., 1995; Nascimento et al., 2008). Следователно идентифицирането на фактори, които допринасят за повишеното търсене и консумация на храна, е критична стъпка към разбирането на етиологията на затлъстяването (Matikainen-Ankney and Kravitz, 2018; Stice et al., 2013). Докато много фактори допринасят, генетичните вариации правят някои индивиди по-податливи на индуцирано от диетата наддаване на тегло. При хората индексите на телесното тегло и телесната маса са силно повлияни от генетиката, като 80% от вариацията на популацията се дължи на генетични фактори (Hur et al., 2008; Maes et al., 1997). Подобни вариации и наследственост се срещат и при популации на безпородни плъхове, като някои индивиди преяждат и набират повече тегло от други (Levin et al., 1997; Madsen et al. 2010). Поведението се счита, че фенотипните различия в чувствителността към мотивационни фактори, които влияят на поведението при търсене на храна и хранене, допринасят за увеличаване на теглото при податливи популации (Alonso-Caraballo et al., 2018; Dagher, 2009; Ferrario, 2018; Stice et al., 2013). Следователно, идентифицирането на поведения, свързани със податливостта към затлъстяване, е важна стъпка към разбирането на нейните невро-поведенчески недостатъци.

ефективната

В настоящото проучване определихме степента, до която SS и General PIT се повишават при чувствителност към затлъстяване спрямо резистентни популации преди появата на затлъстяване, използвайки два допълнителни модела на гризачи. В експеримент 1 тествахме безпородни плъхове Sprague Dawley за изразяване на това поведение, преди да ги поставим на умерено захарна и мазна диета с нездравословна храна, за да идентифицираме индивидуалната чувствителност към наддаване на тегло. След това направихме корелационни анализи между поведението на PIT и телесното тегло след 5 седмици на тази диета. Доколкото ни е известно, това е първото проучване, което изследва дали базалната експресия на PIT преди увеличаване на теглото е корелирана с идентифицирана впоследствие чувствителност към затлъстяване при популации на безпородни плъхове. В експеримент 2 определихме дали SS и/или General PIT са подобрени при селективно отглеждани плъхове, склонни към затлъстяване спрямо резистентни към затлъстяване. Това се разширява върху предишната ни работа (Derman and Ferrario, 2018) чрез изрично идентифициране на коя форма на PIT е засилена при популации, податливи на затлъстяване. Колективно тези данни предоставят ключова информация за психологическите аспекти на уязвимостта при затлъстяване и сочат към специфични невронни вериги, които могат да играят решаваща роля в тази уязвимост.

II. МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ

А. Общи подходи

Субекти

Възрастни мъжки плъхове на Sprague Dawley, закупени от Envigo, бяха използвани за експеримент 1 (N = 39). Възрастни мъжки плъхове на Sprague Dawley, закупени от Envigo, бяха използвани за експеримент 1 (N = 39). Възрастни мъжки склонни към затлъстяване (OP: N = 15) и резистентни към затлъстяване плъхове (OR: N = 15) са използвани за експеримент 2. Плъхове, склонни към затлъстяване и устойчиви на затлъстяване, са били отглеждани в Университета в Мичиган с помощта на ротация на Poiley система с 12 разплодни двойки на линия. Тези линии на плъхове първоначално са разработени от Бари Левин (1997). Плъховете са настанени на групи от по двама или трима и се поддържат в обратен светло-тъмен циркаден цикъл (12/12). Експериментите бяха проведени по време на тъмната фаза на този цикъл. Всички процедури са одобрени от институционалния комитет по грижа и употреба на животните в Университета в Мичиган. Допълнителни подробности за всички процедури и настаняване можете да намерите на: https://sites.google.com/a/umich.edu/ferrario-lab-public-protocols/.

Общи процедури за обучение

Обучението и тестването бяха проведени в стандартни оперантни камери на Med Associates, поместени в шумозаглушаващи шкафове. Всяка камера беше снабдена с вградена чаша за храна, в която пелети от 45 mg могат да бъдат доставени чрез тръба, прикрепена към външно разположени бункери за храна. Чашата за храна е оборудвана с приемник с инфрачервен излъчвател, който засича влизания в чашата за храна. Две прибиращи се лоста, чувствителни към огъване, обградиха чашата с храна. Два високоговорителя бяха монтирани на стената, противоположна на чашата с храна, единият подаваше тон, а другият шум. Освен това генератор на щракания също е монтиран външно на същата тази стена. Светодиодните червени и инфрачервени светлинни ленти бяха използвани като домашни светлини, за да позволят видеозапис на тренировки и тестови сесии чрез мини камери, монтирани отгоре (Surveilzone, CC156).

Процедурите за обучение, използвани в експеримент 1 и 2, са идентични. Преди тренировка, плъховете са били ограничени до 85-90% от теглото им ad libitum и са били поддържани с това тегло до края на поведенческото обучение и тестване. Инструменталното обучение, кондиционирането на Павлов и изпитването на PIT бяха адаптирани от Corbit and Balleine (2005; 2011). Таблица 1 предоставя общо описание на връзката отговор-резултат (R-O) и стимул-резултат (S-O) по време на обучение и изпитване на PIT; конкретни подробности за всеки компонент са дадени по-долу. Първоначално плъховете са били обучени да извличат хранителни гранули от хранителните чашки в оперантните камери в три отделни сесии, като се използват три ясно овкусени гранули от 45 mg (Bioserv: Unflavored # F0021; Banana # F0059; Chocolate # F0299). Всяка сесия продължи 20 минути, по време на които бяха доставени 20 гранули с един вкус при график с променливо време (VT) от 60 секунди (диапазон, 30-90 секунди)

Експериментален дизайн на PIT Training. В първата фаза, Инструментално обучение, плъховете бяха обучени да придобият 2 отделни инструментални R-O асоциации. Във втората фаза, Pavlovian Conditioning, плъховете бяха кондиционирани с 3 отделни CS-O асоциации, където 2 от резултатите се припокриваха с резултатите от инструменталното обучение (O1 и O2). В последната фаза, PIT тестване, плъховете получиха достъп до лостовете и им се представиха CS, за да се измери влиянието на представянето на CS върху инструменталния отговор. Тестването е проведено при условия на изчезване.

Инструментално обучение

Павловска кондиция

Павлов на инструментално изпитване за трансфер

Тестването на PIT беше проведено 2 и 4 дни след последната сесия за кондициониране на Павлов. Плъховете получиха инструментално обучение за напомняне, идентично на тренировките, описани по-горе, ден преди всеки тест за PIT. Тестването на PIT продължи 44 минути, и двата лоста бяха на разположение през цялото време, но в рамките на сесията не бяха доставени пелети. Сесията започна с едновременно вкарване на двата лоста в камерите. След 10 минути всяка от трите CS беше представена три пъти в квазислучайна последователност, с презентации, разделени с фиксиран 2-минутен ITI. Преси с лост, записи за чаши за храна и видеозаписи бяха записани през цялото време. Всеки плъх е тестван два пъти с един ден инструментална тренировка за напомняне между тях.

Инструментално и павловско кондициониране при безпородни плъхове; N = 39. А) Схема на инструментално обучение. Б) Общо време за достигане на критерия за придобиване по време на непрекъснато обучение за подсилване. ° С) Средната скорост на реагиране на лоста по време на инструментално обучение с променлив интервал (VI) се увеличава с увеличаване на дължините на VI. Д) Средният брой спечелени пелети намалява през VI обучение. Д) Схема на обучението на Павлов. Е) Схема на връзките CS-Outout, изобразяваща доставката на четири пелети в рамките на всяка 2-минутна презентация на CS. Сивото поле над времевия мащаб илюстрира 10-секунден прозорец, през който не се доставят пелети след началото на CS. Ж) Очакваният обусловен подход през първите 10 секунди от представянето на CS се увеличи между сесии 1 и 2, остана стабилен след това и беше подобен между CS. З) Латентността за влизане в чашата с храна след началото на CS беше бърза и стабилна по време на тренировка, докато латентността за влизане след компенсиране на CS се увеличава през тренировката. Всички данни са показани като средни стойности ± SEM, освен ако не е посочено друго.

Теглото след нежелана храна е положително корелирано с величината на общия PIT, но не и SS PIT. А) Консумацията на диети с нежелана храна води до набор от наддаване на тегло през петте седмици на диета. Б) Средна процентна промяна в мазнините, слабата маса и течността спрямо изходното ниво след консумация на нездравословна храна. ° С) Величината на SS PIT (т.е. разликата между прехвърлянето към едни и същи спрямо различни лостове) е в отрицателна корелация с теглото. Д) Прехвърлянето към същия лост не корелира с теглото след нежелана храна. Д) Прехвърлянето към различния лост беше силно корелирано с теглото след нездравословна храна. Е) CS3, предизвикан от общия трансфер, е силно корелиран с последващото наддаване на тегло. Ж) Общият общ PIT (CS3 и различен трансфер) също е силно корелиран с теглото след нежелана храна.

Б. Селективно отглежданите плъхове, склонни към затлъстяване, проявяват засилена афективна мотивация

Въпреки че проучванията при безпородни популации са ценни, използването на този безпороден модел за изследване на базални механизми или съществуващи невронални различия, които правят хората уязвими, може да бъде изключително предизвикателно и в някои случаи невъзможно. За щастие, развитието на селективно отглеждани линии позволява този тип изследвания чрез идентифициране на априорни индивиди, които са податливи спрямо резистентни (Alonso-Caraballo et al., 2018). Предишна работа от нашата лаборатория демонстрира, че плъховете, склонни към затлъстяване, показват по-силен PIT еднократен резултат от плъховете, устойчиви на затлъстяване (Derman and Ferrario, 2018). Този вариант на PIT обаче не прави разлика между сензорни специфични и афективни механизми на контрол, поради което основният психологически механизъм на този ефект остава неясен. По този начин в експеримент 2 определихме степента, до която се откриват подобрения в афективната мотивация на Павлов при селективно отглеждани плъхове, склонни към затлъстяване и устойчиви на затлъстяване. В допълнение, това осигурява кръстосано моделиране на фенотипни разлики в чувствителността към затлъстяване спрямо резистентните популации.

Плъховете са били обучавани и тествани идентично с безплодните плъхове от експеримент 1. По време на тестването на PIT, плъховете, склонни към затлъстяване, са проявявали много по-силни трансферни ефекти от плъховете, устойчиви на затлъстяване, и при трите трансферни мерки (Същото, Различното и CS3 Общи; Фигура 5В) Освен това, Broad General PIT е по-силен при плъхове, склонни към затлъстяване спрямо устойчиви на затлъстяване (Фигура 5C). По този начин, по-силната афективна мотивация на Павлов изглежда е основният двигател на разликите между чувствителните към затлъстяване и резистентните популации. Тези данни са в съгласие с по-силен PIT на единичен резултат при плъхове, склонни към затлъстяване спрямо резистентни към затлъстяване (Derman and Ferrario, 2018), и с обсъдени резултати при безплодни плъхове. Заедно тези експерименти идентифицират засилената афективна мотивация на Павлов като общ медиатор на по-силно търсене на храна, предизвикано от реплика при популации, чувствителни към затлъстяване.

Едно от изключителните съображения за данните за PIT в експеримент 2 е, че наличието на стабилен общ трансфер към различния лост прикрива способността ни да измерваме SS PIT чрез класически дефинираното сравнение между реагиране на същия и различен. По този начин данните тук не изключват възможността да има обстоятелства, при които SS PIT се различава между групи, склонни към затлъстяване и устойчиви на затлъстяване. Това може да бъде решено чрез използване на процедури, които могат да улеснят изразяването на SS PIT върху общия трансфер към различния лост. Например, в настоящото проучване CS бяха сдвоени с една от трите хранително-вкусови гранули с различен вкус, където вкусът и ароматът бяха основните отличителни сензорни свойства. Въпреки това използването на по-различни резултати, например течни срещу пелетни усилватели, вероятно ще насърчи специфично сензорно кодиране и по-добро улавяне на SS PIT. Процедурни модификации като тази могат да максимизират способността да се наблюдават разликите в SS PIT между групите или след появата на затлъстяване в бъдещи проучвания.

Колективно данните от експерименти 1 и 2 показват, че податливостта към затлъстяване е свързана с по-силен общ PIT. По този начин, както естествено възникващата податливост, така и чувствителността, която се усилва чрез селективно размножаване, са придружени от засилена обща афективна мотивация на Павлов. Освен това нито безпородните, нито селективно отглежданите плъхове показват забележителни подобрения в SS PIT, което предполага, че основният двигател за засилена мотивация на павловския стимул при податлива популация възниква особено чрез общ афективен процес.

В. Различия в поведението на обусловения подход

Г. Последици за невробиологичните разлики

Обобщение и по-широки последици

Принос на автора

RCD проектира проведени експерименти, анализира данни и пише ръкописа. CRF проектира експерименти, анализира данни и пише ръкописа.

Благодарности

Тази работа беше подкрепена от Националните здравни институти [NIDDK 1F31-DK111194-01, присъдени на RCD и R01DK106188, R01DK115526, присъдени на CRF].