Az elhízásra fogékony populációkban fokozódik az affektív pavlovi motiváció; az elhízás ösztönző motivációjának következményei

Keresse meg ezt a szerzőt a Google Tudósban
Keresse meg ezt a szerzőt a PubMed oldalon
Keresse meg ezt a szerzőt ezen a webhelyen
Levelezés céljából: [email protected]

Absztrakt

I. BEVEZETÉS

Az elhízás aránya az egész világon továbbra is növekszik, ami komoly egészségügyi problémát jelent (Finkelstein et al., 2009; N.C.D.R, 2016). A legalapvetőbb szinten az elhízás oka a hiperkalórikus étrend krónikus túlzott fogyasztása, amely zsírfelhalmozódáshoz vezet (Akiyama et al., 1996; Horton et al., 1995; Nascimento et al., 2008). Ezért a fokozott táplálékkereséshez és fogyasztáshoz hozzájáruló tényezők azonosítása kritikus lépés az elhízás etiológiájának megértése felé (Matikainen-Ankney és Kravitz, 2018; Stice és mtsai, 2013). Míg sok tényező járul hozzá, a genetikai variáció egyes személyeket hajlamosabbá tesz az étrend által kiváltott súlygyarapodásra. Az embereknél a testtömeg- és a testtömeg-indexeket erősen befolyásolja a genetika, a populáció varianciájának 80% -át genetikai tényezők okozzák (Hur et al., 2008; Maes et al., 1997). Hasonló eltérések és öröklődés mutatkozik a tenyésztett patkánypopulációkban, egyes egyedek túlevnek és nagyobb súlyt kapnak, mint mások (Levin et al., 1997; Madsen et al. 2010). Viselkedésszerűen úgy gondolják, hogy az étkezési és táplálkozási magatartást befolyásoló motivációs tényezők iránti érzékenység fenotípusos különbségei hozzájárulnak a fogékony populációk súlygyarapodásához (Alonso-Caraballo et al., 2018; Dagher, 2009; Ferrario, 2018; Stice et al., 2013). Ezért az elhízás iránti fogékonysághoz kapcsolódó viselkedés azonosítása fontos lépés a neurobehavioral under-pinings megértése felé.

A jelenlegi tanulmányban két kiegészítő rágcsáló-modell alkalmazásával határoztuk meg az elhízásra fogékony és rezisztens populációkban az elhízásra fogékony és a rezisztens populációkban fokozott mértékben az SS és az általános PIT-t. Az 1. kísérletben a tenyésztett Sprague Dawley patkányokat teszteltük e viselkedés kifejeződése előtt, mielőtt mérsékelten cukros és zsíros ócska étel-étrendre helyeztük őket, annak érdekében, hogy meghatározzuk az egyéni hajlamot a súlygyarapodásra. Ezután korrelációs elemzéseket végeztünk az szja viselkedése és a testsúly között 5 hét után ezen a diétán. Tudomásunk szerint ez az első vizsgálat annak megvizsgálására, hogy a PIT súlygyarapodás előtti alap expressziója korrelál-e az utólagosan azonosított elhízási hajlammal a tenyésztett patkánypopulációkban. A 2. kísérletben meghatároztuk, hogy az SS és/vagy az Általános PIT fokozódik-e a szelektíven tenyésztett, elhízásra hajlamos és elhízásra rezisztens patkányokban. Ez kibővíti korábbi munkánkat (Derman és Ferrario, 2018) azáltal, hogy kifejezetten meghatároztuk, hogy az szja mely formája fokozott az elhízásra fogékony populációkban. Ezek az adatok együttesen kulcsfontosságú betekintést nyújtanak az elhízás sebezhetőségének pszichológiai aspektusaiba, és rámutatnak olyan specifikus idegi áramkörökre, amelyek döntő szerepet játszhatnak ebben a sebezhetőségben.

II. ANYAGOK ÉS METÓDUSOK

A. Általános megközelítések

Tárgyak

Az Envigótól vásárolt felnőtt Sprague Dawley hím patkányokat használtuk az 1. kísérlethez (N = 39). Az Envigótól vásárolt felnőtt Sprague Dawley hím patkányokat használtuk az 1. kísérlethez (N = 39). Felnőtt hím elhízásra hajlamos (OP: N = 15) és elhízás-rezisztens patkányokat (OR: N = 15) használtunk a 2. kísérlethez. Az elhízásra hajlamos és elhízás-rezisztens patkányokat a Michigani Egyetemen tenyésztettük Poiley-rotációval. rendszer, soronként 12 tenyészpárral. Ezeket a patkányvonalakat eredetileg Barry Levin (1997) fejlesztette ki. A patkányokat két vagy három csoportban helyezték el, és fordított világos-sötét cirkadián cikluson tartották (12/12). A kísérleteket ennek a ciklusnak a sötét szakaszában végeztük. Valamennyi eljárást a Michigani Egyetem Intézményi Állattenyésztési és Felhasználási Bizottsága hagyta jóvá. Az összes eljárásról és a lakhatásról további részletek találhatók: https://sites.google.com/a/umich.edu/ferrario-lab-public-protocols/.

Általános képzési eljárások

A képzést és tesztelést a Med Associates szokásos operáns kamráiban hajtották végre, hangtompító szekrényekben elhelyezve. Mindegyik kamrát egy süllyesztett étkezési csészével látták el, amelybe 45 mg-os pelleteket lehetett szállítani egy csövön keresztül, amely külsőleg elhelyezett ételtartályokra volt rögzítve. Az ételpoharat infravörös sugárzó vevőegységgel látták el, amely észlelte az ételcsészébe való bejutást. Két hajlításra érzékeny visszahúzható kar szegélyezte az ételpoharat. Két hangszórót szereltek a falra, szemben az ételcsészével, az egyik hang-, a másik pedig zaj-ingert adott. Ezen kívül ugyanarra a falra külsőleg egy kattintásgenerátort is szereltek. A LED piros és az infravörös fénysávokat házfényként használták, hogy lehetővé tegyék az edzés és a tesztelés videóinak rögzítését a fejre szerelt mini kamerákkal (Surveilzone, CC156).

Az 1. és 2. kísérletben alkalmazott képzési eljárások azonosak voltak. A kiképzést megelőzően a patkányokat az ad libitum súlyuk 85-90% -ára korlátozták és ennél a súlynál tartották a viselkedési tréning és tesztelés végéig. A műszeres tréning, a pavlovi kondicionálás és a PIT tesztelés mind Corbit és Balleine (2005; 2011) adatait adaptálták. Az 1. táblázat a reakció-kimenetel (R-O) és az inger-kimenetel (S-O) összefüggések általános leírását tartalmazza az edzés során, valamint a PIT tesztet; Az egyes komponensek részleteit az alábbiakban adjuk meg. A patkányokat kezdetben arra tanították, hogy az operáns kamrában lévő étkezési csészékből három külön ülésen vegyenek ki élelmiszerpelleteket, három külön ízesített 45 mg-os pellettel (Bioserv: Unflavored # F0021; Banana # F0059; Chocolate # F0299). Mindegyik foglalkozás 20 percig tartott, amelynek során 20 pelletet egy ízből 60 másodpercig változó időtartamú (VT) ütemezéssel szállítottunk (tartomány, 30-90 másodperc)

A PIT Training kísérleti tervezése. Az első szakaszban, az Instrumental Training-ben, a patkányokat 2 különálló instrumentális R-O asszociáció megszerzésére képeztük. A második fázisban, a pavlovi kondicionálásban, a patkányokat 3 különálló CS-O asszociációval kondicionáltuk, ahol 2 kimenet átfedésben volt az instrumentális képzés eredményeivel (O1 és O2). Az utolsó fázisban, a PIT tesztelés során, a patkányok hozzáférést kaptak a karokhoz, és bemutatták a CS-eknek, hogy megmérjék a CS bemutatásának az instrumentális válaszra gyakorolt hatását. A teszteket kihalási körülmények között végeztük.

Hangszeres képzés

Pavlovi kondicionálás

Pavlovian - Instrumental Transfer Testing

A PIT-tesztet 2 és 4 nappal az utolsó pavlovi kondicionáló munkamenet után hajtották végre. A patkányok az összes szja-tesztet megelőző napon kaptak egy műszeres emlékeztető edzést, amely megegyezett a fent leírt edzésekkel. Az PIT-teszt 44 percig tartott, mindkét kar egész idő alatt elérhető volt, de a munkamenet során nem szállítottak pelletet. Az ülés mindkét kar egyidejű behelyezésével kezdődött a kamrákba. 10 perc elteltével mindhárom CS-t háromszor, kvázi véletlenszerű sorrendben mutattuk be, az előadásokat fix 2 perces ITI választotta el. Karnyomásokat, étkezési poharak beírását és videofelvételeket rögzítették. Mindegyik patkányt két alkalommal teszteltük, egy napos műszeres emlékeztető edzéssel.

Instrumentális és pavlovi kondicionálás kinőtt patkányokban; N = 39. A) A hangszeres képzés vázlata. B) A megszerzés kritériumának eléréséhez szükséges teljes idő a folyamatos megerősítő képzés során. C) A változó intervallumú (VI) műszeres edzés során a kar reagálásának átlagos aránya a VI hosszának növekedésével nőtt. D) A megszerzett pelletek átlagos száma csökkent a VI képzés során. E) Pavlovi képzés vázlata. F) A CS-kimenet kapcsolatok vázlata, négy pellet szállítását ábrázolva minden 2 perces CS előadáson belül. Az időskála fölött látható szürke mező azt a 10 másodperces ablakot szemlélteti, amely során a CS kezdetét követően nem kerülnek pelletek eladásra. G) Az előzetes feltételes megközelítés a CS bemutatásának első 10 másodpercében nőtt az 1. és 2. ülés között, azután stabil maradt, és hasonló volt a CS-ek között. H) Az étkezési csészébe való belépés késleltetése a CS kezdete után gyors és stabil volt az edzés során, míg a CS eltolódás utáni belépés késleltetése az edzés során növekedett. Minden adat átlagként ± SEM jelenik meg, hacsak másképp nem jelezzük.

Az ócska ételek utáni súly pozitívan korrelál az általános szja mértékével, de nem az SS szja-val. A) A gyorsételes étrend-fogyasztás számos súlygyarapodást eredményezett az öt hetes étrend-expozíció során. B) A zsír, a sovány és a folyékony tömeg átlagos százalékos változása a kiindulási értékhez képest a gyorsétel-fogyasztás után. C) Az SS PIT nagysága (vagyis az azonos és a különböző karokra történő átvitel közötti különbség) negatívan korrelál a tömeggel. D) Az ugyanarra a kartra való áthelyezés nem korrelált a gyorsétel utáni tömeggel. E) Az áthelyezés a különbözõ karra szoros összefüggésben volt a gyorsétel tömegével. F) A CS3 által kiváltott általános transzfer szoros összefüggésben volt a későbbi súlygyarapodással. G) A Broad General PIT (CS3 és különböző transzferek) szintén szoros összefüggésben volt a szemététel utáni tömeggel.

B. Szelektíven tenyésztett, elhízásra hajlamos patkányok fokozott affektív motivációt mutatnak

Míg a túlnövekedett populációkon végzett vizsgálatok értékesek, ennek a kültéri modellnek az alkalmazása az alapvető mechanizmusok vagy a már meglévő neuronális különbségek tanulmányozására, amelyek sebezhetővé teszik az egyéneket, rendkívül nagy kihívást jelenthet, és egyes esetekben lehetetlen. Szerencsére a szelektíven tenyésztett vonalak fejlesztése lehetővé teszi ezt a fajta kutatást, a priori egyének azonosításával, akik érzékenyek a rezisztensekre (Alonso-Caraballo és mtsai, 2018). Laboratóriumunk korábbi munkája kimutatta, hogy az elhízásra hajlamos patkányok erősebb egyszeri eredetű PIT-t mutatnak, mint az elhízás-rezisztens patkányok (Derman és Ferrario, 2018). A PIT ezen változata azonban nem tesz különbséget szenzoros specifikus és affektív kontrollmechanizmusok között, ezért ennek a hatásnak a mögöttes pszichológiai mechanizmusa nem volt világos. Így a 2. kísérletben meghatároztuk, hogy a szelektíven tenyésztett, elhízásra hajlamos és elhízás-rezisztens patkányokban milyen mértékű javulás mutatkozik az affektív pavlovi motivációban. Ezen túlmenően, ez biztosítja az elhízásra fogékony és a rezisztens populációk fenotípusos különbségeinek keresztmodelles megerősítését.

A patkányokat az 1. kísérletből származó kinőtt patkányokkal azonos módon képeztük ki és teszteltük. A PIT-teszt során az elhízásra hajlamos patkányok mind a három transzfertényezőnél sokkal erősebb transzferhatást mutattak, mint az elhízás-rezisztens patkányok (Same, Different és CS3 General; 5B. Ábra). Sőt, a Broad General PIT erősebb volt az elhízásra hajlamos és a rezisztens patkányokban (5.C ábra). Az erősebb affektív pavlovi motiváció tűnik tehát az elhízásra fogékony és a rezisztens populációk közötti különbségek elsődleges mozgatórugója. Ezek az adatok összhangban vannak az elhízásra hajlamos, illetve az elhízás-rezisztens patkányokkal szembeni erősebb egyszeri kimenetelű PIT-vel, valamint a kitermelt patkányokban tárgyalt eredményekkel. Ezek a kísérletek együttesen meghatározzák a fokozott pavlovi affektív motivációt, amely az elhízásra fogékony populációkban az erőteljesebb jelzéssel kiváltott ételkeresés közös közvetítője.

A PIP-adatok egyik kiemelkedő szempontja a 2. kísérletben az, hogy a robusztus általános átadás a különböző karra elrejtette az SS PIT mérésének képességét az azonos és a különböző válaszadás klasszikus meghatározásával. Így az itt szereplő adatok nem zárják ki annak lehetőségét, hogy lehetnek olyan körülmények, amelyek között az SS PIT különbözik az elhízásra hajlamos és az elhízás-rezisztens csoportok között. Ezt olyan eljárások alkalmazásával lehet megoldani, amelyek megkönnyíthetik az SS PIT kifejeződését a különböző karokra történő általános átvitel helyett. Például a jelenlegi vizsgálatban a CS-ket a három különböző ízű ételpellet egyikével párosították, ahol az íz és az illat volt az elsődleges megkülönböztető érzékszervi tulajdonság. Azonban a különálló eredmények, például a folyadék vagy a pellet erősítők alkalmazása valószínűleg elősegíti a szenzoros specifikus kódolást és jobban rögzíti az SS PIT-t. Az ilyen eljárási módosítások maximalizálhatják az SS PIT csoportok közötti különbségek megfigyelésének képességét vagy az elhízás megjelenését a jövőbeli tanulmányokban.

Az 1. és 2. kísérlet adatai együttesen azt mutatják, hogy az elhízásra való hajlam erősebb általános PIT-hez kapcsolódik. Így mind a természetben előforduló érzékenység, mind a szelektív tenyésztéssel felerősödött fogékonyság mindkettő fokozott általános affektív pavlovi motivációval jár. Ezenkívül sem a tenyésztett, sem a szelektíven tenyésztett patkányok nem mutattak jelentős javulást az SS PIT-ben, ami arra utal, hogy a fogékony populációban a fokozott pavlovi ösztönző motiváció elsődleges mozgatórugója elsősorban egy általános affektív folyamat révén merül fel.

C. A feltételes megközelítés viselkedésének különbségei

D. A neurobiológiai különbségek következményei

Összegzés és tágabb következmények

Szerző közreműködései

Az RCD kísérleteket tervezett, elemezte az adatokat és megírta a kéziratot. A CRF kísérleteket tervezett, elemezte az adatokat és megírta a kéziratot.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a munkát az Országos Egészségügyi Intézetek [NIDDK 1F31-DK111194-01 az RCD-nek és az R01DK106188-nak, az R01DK115526-ot a CRF-nek ítélték] támogatták.