Самостоятельное введение в медицинском смысле представляет собой процесс введения субъектом фармакологического вещества самому себе. Клиническим примером этого является подкожная «самоинъекция» инсулина пациентом с диабетом .
В экспериментах на животных самостоятельное введение — это форма оперантного обусловливания , при которой наградой является лекарство. Этот препарат можно вводить дистанционно через имплантированную внутривенную линию или интрацеребровентрикулярную инъекцию. Самостоятельный прием наркотиков, предположительно вызывающих привыкание, считается одной из наиболее достоверных экспериментальных моделей для изучения поведения , связанного с поиском и употреблением наркотиков. Чем выше частота, с которой подопытное животное демонстрирует оперантное поведение, тем более полезным (и вызывающим привыкание ) считается исследуемое вещество. Самостоятельное введение препаратов, вызывающих привыкание, изучалось с использованием людей, [1] приматов, [2] мышей, [3] беспозвоночных, таких как муравьи, и, чаще всего, крыс.
Самостоятельное употребление героина и кокаина используется для проверки наркотиков на предмет возможного воздействия на снижение поведения, связанного с употреблением наркотиков, особенно на восстановление потребления наркотиков после исчезновения . Препараты с таким эффектом могут быть полезны для лечения людей, страдающих наркотической зависимостью, помогая им достичь воздержания или снижая вероятность рецидива употребления психоактивных веществ после периода воздержания.
В известной модели самостоятельного введения, разработанной Джорджем Кообом , крысам разрешается самостоятельно вводить кокаин в течение 1 часа каждый день (короткий доступ) или 6 часов каждый день (длительный доступ). Те животные, которым разрешено принимать самостоятельно в течение 6 часов в день, демонстрируют поведение, напоминающее кокаиновую зависимость, например, увеличение общей дозы, принимаемой во время каждого сеанса, и увеличение дозы, принимаемой, когда кокаин впервые становится доступным. [4]
Поведенческая парадигма «самоуправления» служит животной поведенческой моделью человеческой патологии зависимости. Во время выполнения задания животных оперантно приучают выполнить одно действие, обычно нажатие рычага, чтобы получить лекарство. Подкрепление (путем использования препарата) происходит в зависимости от того, выполняет ли субъект желаемое поведение. Дозирование препарата в исследованиях самостоятельного приема зависит от реакции. Это важный элемент создания модели заболевания наркозависимостью у человека, поскольку независимое от ответа введение лекарств связано с повышенной токсичностью и различными нейробиологическими, нейрохимическими и поведенческими эффектами. [5] Таким образом, эффекты дозирования препарата, зависящего от ответа, значительно отличаются от дозирования препарата, независимого от ответа, и исследования самостоятельного приема адекватно отражают это различие.
Еще в середине 20-го века исследователи исследовали склонность животных потреблять вещества, вызывающие привыкание, чтобы лучше понять процессы привыкания у человека. Спрэгг был одним из первых исследователей, создавших модель хронического морфинизма у шимпанзе, чтобы изучить роль оперантного обусловливания в отношении зависимости от наркотиков. Лишенные и еды, и морфия, шимпанзе неоднократно пытались найти лекарство по своему выбору, вплоть до того, что физически затаскивали экспериментатора в комнату с морфием и шприцами. [6] Уикс (1962) опубликовал отчет о первом истинном использовании парадигмы внутривенного самостоятельного введения в исследовании, направленном на моделирование морфиновой зависимости у непринужденных крыс. Впервые вызывающее привыкание вещество послужило оперантным подкреплением, и крысы самостоятельно вводили морфин до насыщения по стереотипным моделям реакций. [7]
Научное сообщество быстро приняло парадигму самоуправления как поведенческий метод изучения процессов зависимости и адаптировало ее к приматам. Томпсон и Шустер (1964) изучали свойства относительного усиления морфина у обездвиженных макак-резус при внутривенном самостоятельном введении. Значительные изменения в реакции на другие типы подкреплений (например, еду, избегание шока) наблюдались у наркозависимых субъектов. [8] В 1969 году Дено, Янагита и Сиверс предоставили макакам свободный доступ к различным веществам, вызывающим привыкание, для исследования того, будут ли приматы, кроме человека, добровольно инициировать самостоятельное введение этих веществ. Начало и поддержание самостоятельного приема вызывало зависимость и токсичность у обезьян, тем самым более точно приближая важные аспекты наркозависимости у людей и позволяя провести первые современные исследования самостоятельного приема. [9]
Процедура проверки эффективности фармакологического агента в качестве подкрепления вскоре станет стандартным анализом. Чаще всего исследования проводились на приматах, не являющихся человеком, для выявления потенциала привыкания, как того требует процесс разработки лекарств. В 1983 году Коллинз и др. опубликовали знаковую статью, в которой крыс подвергали воздействию группы из 27 психоактивных веществ. Команда сравнила уровень самостоятельного приема тестируемого препарата с уровнем самостоятельного приема физиологического раствора. Если животные самостоятельно вводили препарат со скоростью, значительно большей, чем у транспортных средств, препарат считался активным подкреплением с потенциалом привыкания. За некоторыми исключениями, склонность к злоупотреблению, наблюдаемая у крыс, аналогична наблюдаемой в предыдущих исследованиях на обезьянах. В свете этого сходства между различными моделями на животных было установлено, что потенциал привыкания к психоактивным веществам можно исследовать с использованием крыс, а не приматов. [10]
Оперантное обусловливание представляет собой поведенческую парадигму, лежащую в основе исследований самоуправления. Хотя это и не всегда требуется, субъектов можно сначала предварительно научить выполнять некоторые действия, например, нажимать на рычаг или тыкать носом, чтобы получить награду за еду или воду (в условиях ограничения еды или воды соответственно). После первоначального обучения подкрепление заменяется тестируемым препаратом, который вводится одним из следующих методов: перорально, ингаляционно, внутримозгово, внутривенно. Чаще всего используется внутривенная катетеризация, поскольку она максимизирует биодоступность и имеет быстрое начало действия, хотя она не подходит для пероральных препаратов, таких как алкоголь. Люди, страдающие зависимостью, часто прибегают к внутривенному употреблению наркотиков по тем же причинам, поэтому этот путь введения увеличивает валидность конструкции. [11]
При представлении препарата испытуемому можно было манипулировать рядом экспериментальных переменных для проверки гипотез:
И люди, и животные будут корректировать скорость и количество вливаний наркотиков, чтобы поддерживать стабильный полезный уровень наркотиков в крови, таких как кокаин. Разбавленная доза кокаина будет вводиться внутривенно быстрее, чем концентрированная доза кокаина. [13]
Непрерывное подкрепление: одна оперантная реакция вызывает выдачу одной дозы подкрепления. Период тайм-аута может следовать за каждой оперантной реакцией, которая успешно дает дозу подкрепления; в этот период рычаг, используемый при обучении, может быть втянут, чтобы животное не могло реагировать дальше. Альтернативно, оперантные реакции не смогут привести к введению лекарства, позволяющему предыдущим инъекциям подействовать. Более того, тайм-ауты также помогают предотвратить передозировку субъектов во время экспериментов по самостоятельному введению дозы. Исследования с фиксированным соотношением требуют заранее определенного количества оперантных ответов для выдачи одной единицы подкрепления. Стандартные схемы подкрепления с фиксированным соотношением включают FR5 и FR10, требующие 5 и 10 оперантных ответов для выдачи единицы подкрепления соответственно. В схемах подкрепления с прогрессивным соотношением используется мультипликативное увеличение количества оперантных ответов, необходимых для выдачи единицы подкрепления. Например, последовательные испытания могут потребовать 5 оперантных ответов на единицу вознаграждения, затем 10 ответов на единицу вознаграждения, затем 15 и так далее. Количество оперантных ответов, необходимых на единицу подкрепления, может быть изменено после каждого испытания, каждого сеанса или любого другого периода времени, определяемого экспериментатором. Графики прогрессивного подкрепления предоставляют информацию о степени усиления фармакологического агента через точку останова. Точка останова — это количество оперантных ответов, при которых субъект прекращает самоуправление, определяемое некоторым периодом времени между оперантными ответами (обычно до часа). Схемы с фиксированными интервалами (FI) требуют, чтобы между инфузиями лекарств проходило определенное количество времени, независимо от того, сколько раз достигается желаемый ответ. Этот «рефрактерный» период может предотвратить передозировку животного препаратом. Схемы подкрепления с переменным интервалом (VI) идентичны графикам FI, за исключением того, что количество времени между подкрепленными оперантными реакциями варьируется, что затрудняет для животного предсказание того, когда будет введено лекарство.
Схемы подкрепления второго порядка основаны на базовых схемах подкрепления путем введения условного стимула, который ранее был связан с подкреплением (например, освещением света). Графики второго порядка строятся на основе двух более простых графиков; завершение первого графика приводит к предъявлению сокращенного варианта условного раздражителя, после завершения фиксированного интервала лекарственное средство подается вместе с полным условным раздражителем. Графики второго порядка приводят к очень высокой частоте оперантных реакций, когда предъявление условного подкрепления само по себе становится подкреплением. Преимущества этого графика включают возможность исследовать мотивацию к поиску препарата без вмешательства собственных фармакологических эффектов препарата, поддержание высокого уровня ответа при относительно небольшом количестве инфузий препарата, снижение риска самостоятельной передозировки и внешнюю валидность для группы людей, где окружающий контекст может оказать сильное подкрепляющее воздействие на употребление наркотиков. [14]
Угасание предполагает прекращение применения определенного подкрепления в ответ на оперантное поведение, например, замену инфузии подкрепляющего препарата физиологическим раствором. Когда подкрепляющий элемент оперантной парадигмы больше не присутствует, постепенное снижение оперантных реакций приводит к конечному прекращению или «угасанию» оперантного поведения. Восстановление — это восстановление оперантного поведения для приобретения подкрепления, часто вызываемое внешними событиями/сигналами или воздействием самого исходного подкрепления. Восстановление можно разделить на несколько широких категорий:
Восстановление, вызванное наркотиком: воздействие подкрепляющего препарата после исчезновения оперантного поведения, связанного с поиском наркотика, часто может восстановить поиск наркотика и может даже произойти, когда новый препарат, подвергшийся воздействию, отличается от исходного подкрепления. Считается, что это тесно связано с сенсибилизацией к наркотикам [15]. Восстановление, вызванное сигналами: сигналы окружающей среды, связанные с приемом препарата, могут вызвать восстановление приема препарата, действуя как условные стимулы, даже во время воздержания от наркотиков [16].
1. Окружающая среда, а также поведение или действия, связанные с употреблением наркотиков, могут служить сигналами окружающей среды.
2. Восстановление, вызванное стрессом: во многих случаях стрессор может возобновить поиск наркотиков у животных, воздерживающихся от употребления наркотиков. Это может включать (но не ограничиваться ими) острые стрессоры, такие как шок от удара ногой или стресс социального поражения. Во многих случаях оказывается, что социальный стресс может способствовать возобновлению употребления наркотиков так же сильно, как и воздействие самого наркотика [17].
Эксперименты по самостоятельному введению препарата на животных обычно проводятся в стандартных камерах оперантного кондиционирования, приспособленных для катетеров, используемых для внутривенной доставки лекарства. Катетер прикрепляется к животному с помощью ремня безопасности или спинной пластины и привязан к защитному поводку, который проходит вверх через отверстие в верхней части камеры, где он прикрепляется к вращающемуся шарниру на механической руке, который позволяет субъекту передвигаться. свободно. В камере находятся два рычага: один, нажатие которого приводит к доставке лекарства, и другой, нажатие которого ничего не дает. Активность этих рычагов можно использовать для измерения приема лекарства (через активность рычага, вызывающего прием препарата), а также изменений в неспецифическом поведении, которые отражают краткосрочные и долгосрочные эффекты препарата (через активность неиндуцирующего рычага). . Стерильный внутривенный катетер, используемый для доставки лекарства в кровоток субъекта, обычно состоит из гибкой пластиковой, силиконовой трубки и нейлоновой сетки, помещаемой подкожно. [19] Он прикреплен к механическому насосу, который можно откалибровать для подачи определенного количества лекарства при нажатии одного из рычагов в камере. Другие модификации камеры необходимы, если лекарство будет доставляться перорально или посредством ингаляции, например, контейнеры с жидкостью или механизм распределения аэрозоля. [20] [21]
Исследования самостоятельного приема уже давно считаются «стандартом» в исследованиях зависимости с использованием моделей как на животных, так и на людях. Проведение исследований по самостоятельному назначению на животных моделях обеспечивает гораздо больший уровень экспериментальной гибкости, чем на людях, поскольку исследование эффектов новых фармакологических препаратов создает значительно меньше этических и практических барьеров. В 1999 году Пилла и его коллеги опубликовали в журнале Nature исследование, подтверждающее эффективность частичного D3-агониста (BP-897) в снижении тяги к кокаину, вызванной внешними сигналами, и уязвимости к рецидивам. [22] Интересным аспектом этого исследования было использование схем подкрепления второго порядка для выявления диссоциации в эффектах BP-897, поскольку препарат ингибирует индуцированный сигналом поиск кокаина, но не оказывает эффекта первичного подкрепления. Последнее условие важно для любого фармакологического агента, используемого для лечения зависимости: лекарства, используемые для лечения зависимости, должны быть менее подкрепляющими, чем препарат, зависимость от которого они лечат, и в оптимальном случае не иметь усиливающих эффектов. [23]
Исследование 2010 года, опубликованное в журнале Nature, показало повышение уровня микроРНК-212 в дорсальном полосатом теле крыс, ранее подвергавшихся воздействию кокаина в течение длительного периода времени. [24] Животные, инфицированные вирусным вектором, сверхэкспрессирующим миР-212 в дорсальном полосатом теле, получали такие же начальные уровни потребления кокаина; однако потребление наркотиков постепенно снижалось по мере увеличения чистого воздействия кокаина. Авторы исследования отметили, что у инфицированных вирусом животных наблюдалось снижение оперантной реакции в период тайм-аута после инфузии, и предположили, что это демонстрирует снижение компульсивного поведения, связанного с поиском лекарств. (Hollander et al. ) миР-212 действует через Raf1. повысить эффективность реагирования CREB; Известно, что CREB-TORC отрицательно регулирует усиливающий эффект кокаина. (Hollander et al. ) Это исследование обеспечивает один пример (миР-212, вследствие его усиления CREB) исследования самостоятельного введения, которое может обеспечить потенциальные терапевтические цели для лечения наркомании кокаина. Одним из наиболее важных достижений в исследованиях самостоятельного приема является поведенческая модель зависимости у животных. [25] Эта модель основана на наблюдении трех отдельных явлений, позволяющих классифицировать крысу как «зависимую»: 1) « Настойчивость в поиске наркотика : Зависит от попыток крыс получить наркотик во время тайм-аута или отсутствия периодов в себе». - аппарат управления. 2) Устойчивость к наказанию : измеряется тем, насколько крысы сохраняют способность самостоятельно принимать наркотики, когда вливание кокаина сочетается с электрошоком. 3) Мотивация к приему препарата : измеряется по контрольной точке при прогрессивном коэффициенте подкрепления.
Исследователи использовали дополнительный тест, чтобы дополнительно подтвердить классификацию крыс как «зависимых», измеряя частоту рецидивов во время парадигм восстановления. Сообщается, что у людей-наркоманов рецидивы происходят с частотой> 90%, если судить по первоначальному диагнозу. Крыс, которые реагировали с высокой частотой после некоторой формы восстановления, вызванного сигналом, можно считать вероятным рецидивом. Эта модель обеспечила важный прогресс в методе самостоятельного приема наркотиков, поскольку позволяет моделям на животных лучше отображать физиологические и поведенческие аспекты наркозависимости у людей.
Эксперименты по самостоятельному введению также можно сочетать с такими методами, как электрофизиология in vitro или молекулярная биология, чтобы понять влияние зависимости на нервные цепи. Исследования самостоятельного приема позволили исследователям обнаружить ошеломляющее количество изменений в передаче сигналов мозга, которые происходят при зависимости. [26] Одним из примеров такого исследования было изучение синаптической пластичности у крыс, подвергшихся поведенческому сдвигу в сторону зависимости. [27] Используя критерии классификации крыс на «наркоманов» и «не наркоманов», предложенные Deroche-Gamonet et al., было обнаружено, что у зависимых крыс наблюдается длительное и стойкое нарушение mGluR2/3-зависимого долго- Термин Депрессия. Несмотря на использование той же парадигмы самоуправления, контрольные крысы восстановили эту форму синаптической пластичности. Авторы исследования предлагают важное объяснение своих результатов тем, что эта специфическая потеря пластичности в течение длительного периода ответственна за прогрессирующую утрату контролируемого употребления наркотиков. Это представляет собой потенциальный молекулярный механизм, благодаря которому наркозависимые могут отличаться от независимых и подвергаться патологическим процессам обучения во время развития зависимости.
Подобно исследованиям на животных, эксперименты на людях, сочетающие исследования самостоятельного приема с дополнительными нейробиологическими методами, дают уникальное представление о болезни зависимости. Исследования самостоятельного введения препарата на людях получили импульс благодаря широкому использованию технологии фМРТ для измерения ЖИРНЫХ сигналов. Визуализация мозга в сочетании с лабораторными исследованиями по самостоятельному приему препарата человеком привела к разработке трехэтапной модели нейросхемы зависимости человека: переедание/интоксикация, озабоченность/ожидание и абстиненция/негативный эффект. [28] Куб, Ллойд и Мейсон рассмотрели лабораторные модели, аппроксимирующие каждую стадию модели человеческой зависимости. Фаза запойного опьянения традиционно моделировалась самоупотреблением наркотиков или алкоголя; психологические последствия зависимости можно смоделировать на основе повышенной мотивации к самостоятельному приему наркотиков, наблюдаемой у животных, страдающих зависимостью от наркотиков. Исследования самостоятельного приема хорошо моделируют соматические последствия зависимости, но многие из наиболее пагубных последствий, связанных с наркозависимостью, можно считать психологическими по своей природе. Модели, подобные модели, опубликованной Дерош-Гамонет и его коллегами в 2004 году, лучше отражают влияние зависимости на физиологию и психологию, но модели на животных по своей сути ограничены в своей способности воспроизводить человеческое поведение.
Использование методологии самостоятельного приема наркотиков для моделирования наркозависимости человека дает мощное представление о физиологических и поведенческих последствиях заболевания. В то время как эксперименты по самостоятельному введению препарата на людях и животных создают уникальные препятствия на пути к полному пониманию зависимости, научное сообщество продолжает вкладывать большие усилия в оба направления исследований в надежде улучшить понимание и лечение зависимости.