实验手册︱行为学成瘾系列（一）

自主给药实验

01.准备

• Article（文章）Prefrontal cortical regulation of brainwide circuit dynamics and reward-related behaviorIncubation of Cocaine Craving After Intermittent-Access Self-administration: Sex Differences and Estrous Cycle
• Materials and Reagents（材料与试剂）实验分组：对照组，自主给药时给生理盐水。实验组，自主给药时给受试药物。
• Equipment （仪器设备）
  Lafayette斯金纳箱-自主给药系统

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02.Principle（原理）

自主给药系统（自身给药实验）是行为药理研究的常用方法，它利用某些药物的正性强化作用，通过一定条件控制，使动物建立起行为与奖赏之间的联系，从而模拟人类药物滥用的一些情况。

1954年，詹姆斯·奥尔兹和皮特·米尔纳认识到脑内存在奖赏系统并运用动物自主给药系统：按压按钮使大鼠接受大脑中的对特定部位短暂的电刺激。

奖赏环路的分类

正性奖赏环路（增大奖赏效应）和负性奖赏环路（抑制奖赏效应），此处主要介绍正反馈自主给药实验。

1、正性奖赏环路

中脑边缘多巴胺（Dopamine，DA）系统是奖赏环路的中心。该系统主要起源于两个脑区：中脑腹侧被盖区（ventral tegmental area，VTA）和黑质致密部（Substantial nigra pars compacta，SNpc）。VTA多巴胺能神经元主要投射到伏隔核（Nucleus Accumbens，NAcc）、内侧前额叶皮层（Medial Prefrontal Cortex）和基底外侧杏仁核（basolateral nucleus of amygdale，）。此外，基底外侧杏仁核的谷氨酸能神经元可以通过 NAcc 间接投射到VTA。内侧前额叶皮层也能投射到VTA，这些脑区共同构成了正性奖赏环路。其中，VTA富含多巴胺能神经元，是调控奖赏功能的主要区域，这就是奖励对动物神经内分泌的作用的体现之一。

2、负性奖赏环路

研究表明LHb接收来自苍白球、下丘脑和前扣带回等脑区的输入，然后投射到VTA的多巴胺能神经元。这些通路共同构成了负性奖赏环路。外侧缰核（lateral habenula，LHb）是负性奖赏环路的主要区域。研究发现，向猴子进行厌恶刺激会强烈激活LHb神经元；用光遗传方法激活大鼠脚内核到LHb的输入会使得大鼠厌恶、逃避所探索的环境。这表明在啮齿类动物和非人灵长类动物中LHb均参与处理和编码厌恶信息，提示我们可通过激活LHb来抑制奖赏效应，从而治疗药物成瘾、抑制动物刻板行为的目的。

03.Procedure （方法步骤）

适应期

1. handle动物3-7天，使动物适应被抓取，不会产生过大的应激反应

学习期

1. 斯金纳箱预设程序，压杆一次给予糖水奖励（比较简单，无需禁食），每个实验周期设为10分钟或压杆20次；
2. 将动物放入斯金纳箱进行学习，每天1次；
3. 动物10分钟内按压压杆20次，且按压后进入食槽获得奖励概率大于85%，稳定重复2天，视为学会压杆；
4. 当有满足分组数量足够多的动物学会压杆操作后（每组额外预留多只动物，后续仍会有淘汰阶段），结束学习期，淘汰没有学会压杆的动物（淘汰动物可以用于其它实验）。

实验期

1. 对所有学会压杆的动物进行静脉埋管；
2. 埋管后重复一天斯金纳箱学习实验，剔除埋管导致压杆行为丧失的动物；
3. 将剩余动物按照实验需要进行分组；
4. 斯金纳箱预设程序 ，压杆一次给予药物注射一定时间，药物依据分组不同而不同。每个实验周期设为10分钟；
5. 将动物放入斯金纳箱中进行实验，每天1次，共计2天。

04.检测数据

实验期动物按压压杆的次数。

正性奖赏环路实验中，对照组一般注射溶剂或者生理盐水等动物不会产生成瘾反应的液体，动物会在实验过程中发生行为消退，两次实验过程中按压压杆次数会减少。若药物对于动物有成瘾作用，则动物会视药物注射为奖励，压杆操作则不会因为消退而导致减少，甚至可能会产生更多次的按压行为。负性奖赏环路实验中，对照组一般注射容易让动物产生成瘾反应的液体，从而动物在实验过程中不易发生行为消退，两次实验过程中压杆次数不会减少，甚至会增多。若受试药物对此有抑制作用，则动物会发生行为消退，两次实验过程中按压压杆次数会减少。

05.数据分析方法

*注意事项

1. 触鼻和压杆是两种经典斯金纳箱常用响应方式。之所以选择压杆而不是触鼻进行实验，是因为触鼻是动物本来就存在的一种行为，造模相对会比较类似于经典条件反射。
2. 实验期应对动物食槽进行遮挡，避免动物进入食槽时可能会扯掉给药导管。
3. 如果需要同时评估药物除了成瘾外的其它功能，如对动物记忆、注意力的作用等，则需使用更为复杂的斯金纳箱应用程序来进行实验，实验周期也会有所延长。若受试药物为兴奋剂类型的药物，动物可能会进入过度亢奋的状态，产生如四处乱跳等亢奋行为，会对压杆操作有一定的影响。此时建议结合视频录制来观察动物状态，确定药物是否有成瘾倾向

糖水偏好实验

01.准备

• Article（文章）Prefrontal cortical regulation of brainwide circuit dynamics and reward-related behaviorChemogenetic inhibition of lateral habenula projections to the dorsal raphe nucleus reduces passive coping and perseverative reward seeking in rats
• Materials and Reagents（材料与试剂）糖精、清洁水、千分秤
• Equipment （仪器设备）Lickometer舔舐行为测试系统

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02.Principle（原理）

糖水偏好测试是一项简单的任务，用于评估啮齿动物模型中的动机、抑郁(和无快感)及相关情绪状态，也用于更复杂的模型，如产后抑郁症和停药等。

1981年，Katz等人首次在抑郁大鼠造模过程中发现，应激后的大鼠蔗糖和糖精水的消耗减少达50%，并进一步发现三环类抗抑郁药丙咪嗪可显著增加模型组大鼠糖水的消耗量，随后Willner等使用糖水偏好实验对CUMS（Chronic unpredictable mild stress，慢性轻度不可预见刺激应激模型）大鼠进行评价，发现随着应激时间的延长和应激强度增加，模型大鼠的糖水消耗率明显下降，且该结果可被抗抑郁药物去甲丙咪嗪改善。该实验同时排除了大鼠糖水消耗减少是出于热量调节失调或应激后血糖升髙引起糖水摄入量降低的猜想。此重要发现说明了内源性抑郁症的核心特征是奖励机制缺陷和快感缺乏。现代研究表明，作为中脑“奖励中心”的单胺核团，多巴胺系统边缘通路与奖赏机制有关叫外侧缰核则是大脑的“反奖励中枢”，其簇状放电方式增强了对腹侧被盖区与中缝背核的抑制，进而导致了快感缺失与行为绝望，是抑郁症发生的充分条件。

03.Protocol （方法步骤）

1. Day1-3：适应实验房间（单笼饲养，双饮水瓶均装洁净自来水，自由饮水摄食）；Handle（5min/天将动物放在手上轻柔把玩）（测试开始于测试结束时均要称量记录水瓶重量）；
2. Day4：双瓶均为水（测试开始与测试结束时均要称量记录水瓶重量，剔除有饮水偏好的动物）；
3. Day5：双瓶均为1-2%糖水（测试开始与测试结束时均要称量记录水瓶重量）；
4. Day6：8am-2pm进行实验，动物可自由摄取两瓶水/糖水（测试开始与测试结束时均要称量记录水瓶重量）。

04.数据分析方法

糖水比例（%）=【糖水摄入量/（糖水摄入量+水摄入量）】*100%同时也可以分析舔舐次数变化。

*注意事项

1. 水瓶滴漏：避免水瓶地漏，造成称量重量出现偏差
2. 品系差异：如，李斯特（Lister）带帽的大鼠在浓度为1％时显示出明显的蔗糖偏爱，而威斯塔（Wistar）大鼠则没有。与C57BL / 6J小鼠相比，129P3 / J小鼠对蔗糖或麦芽糊精加糖溶液的偏爱性较低
3. 性别差异：如，Wistar Kyoto雄性大鼠的蔗糖偏爱率低于雌性。京都Wistar雄性大鼠表现出应激诱导的蔗糖偏爱损失，而雌性则没有。相反，雄性和雌性Sprague Dawley大鼠在慢性轻度应激后均表现出蔗糖偏爱的降低