Seguimiento estructurado del refuerzo del alcohol (STAR) para la investigación básica y traslacional del alcohol

Molecular Psychiatry volumen 28, páginas 1585–1598 (2023)Citar este artículo

1277 Accesos

18 Altmetric

Detalles de métricas

Existe una tensión inherente entre las metodologías desarrolladas para abordar preguntas de investigación básicas en especies modelo y aquellas destinadas a la traducción preclínica a clínica: las investigaciones básicas requieren flexibilidad en el diseño experimental ya que las hipótesis se prueban y revisan rápidamente, mientras que los modelos preclínicos enfatizan protocolos estandarizados y medidas de resultado específicas. Esta dicotomía es particularmente relevante en la investigación del alcohol, que abarca una amplia gama de ciencias básicas además de esfuerzos intensivos para comprender la fisiopatología del trastorno por consumo de alcohol (AUD). Para avanzar en estos objetivos, existe una gran necesidad de enfoques que faciliten la sinergia entre las áreas básicas y traslacionales de la investigación del alcohol no humano. En ratones machos y hembras, establecemos un paradigma de refuerzo de alcohol modular: seguimiento estructurado de refuerzo de alcohol (STAR). STAR proporciona una plataforma robusta para la evaluación cuantitativa de los dominios de comportamiento relevantes para AUD dentro de un marco flexible que permite la interconexión directa entre los estudios de orientación traslacional y mecanicista. Para lograr la integración de estudios cruzados, a pesar de los parámetros de tareas dispares, se utiliza un análisis de fenotipado multivariado sencillo para clasificar a los sujetos en función de la propensión al consumo elevado de alcohol y la insensibilidad al castigo. Al combinar STAR con modelos de alcohol preclínicos existentes, delineamos la dinámica del fenotipo longitudinal y revelamos neurobiomarcadores putativos de mayor vulnerabilidad al consumo de alcohol a través de perfiles neuroquímicos de tejidos corticales y del tronco encefálico. Juntos, STAR permite la cuantificación de los procesos bioconductuales resueltos en el tiempo esenciales para las preguntas de investigación básicas simultáneamente con el fenotipado longitudinal de los resultados clínicamente relevantes, proporcionando así un marco para facilitar la cohesión y la traducción en la investigación del alcohol.

El alcohol (etanol) se encuentra entre los compuestos químicos más estudiados de la historia [1] y sigue despertando gran interés entre los investigadores básicos de una amplia gama de disciplinas, incluida la química estructural [2], la farmacología [3], la toxicología [4] y la fisiología [ 5], biología evolutiva [6], neurociencia [7] y aprendizaje por refuerzo [8]. El alcohol se consume ampliamente por sus propiedades psicoactivas [9] y, aunque las consecuencias adversas graves solo ocurren en un subconjunto de bebedores [10], el consumo de alcohol sigue siendo una crisis de salud mundial en curso relacionada con más del 5% de todas las muertes prematuras en todo el mundo [11]. Como tal, existen esfuerzos de larga data en investigación traslacional y clínica destinados a comprender las consecuencias biológicas del consumo de alcohol para desarrollar intervenciones terapéuticas para el trastorno por consumo de alcohol (AUD) [12, 13]. Sin embargo, hay una falta de metodologías que permitan a los investigadores de todas las disciplinas investigar el alcohol en un marco común, lo que probablemente represente una oportunidad perdida para facilitar los avances en los criterios de valoración básicos y traslacionales.

Se necesita la integración a través de los muy diversos subcampos de la investigación del alcohol en sujetos no humanos para maximizar la comprensión y los avances obtenidos [14, 15]. De hecho, las evaluaciones retrospectivas de los modelos de enfermedades animales indican la utilidad de los marcos que explícitamente crean vías para que los investigadores sinteticen los hallazgos y brinden continuidad entre los subcampos [16,17,18,19,20,21]. En ausencia de un desarrollo intencionado de soluciones metodológicas, existe una tendencia natural a que los campos se dividan en líneas básicas y traslacionales a medida que los paradigmas altamente especializados son empujados hacia metas parcialmente divergentes: las investigaciones básicas requieren flexibilidad en el diseño experimental ya que las hipótesis se prueban y revisan rápidamente. mientras que los modelos animales destinados a la traducción preclínica a clínica enfatizan los protocolos estandarizados para permitir la comparación de medidas de resultado específicas [22, 23]. La tendencia a que los estudios experimentales básicos y las pruebas preclínicas utilicen metodologías que no se superpongan, sin esfuerzos explícitos para integrar las conclusiones, impide el progreso y la traducción [18, 24, 25, 26]. En consecuencia, es probable que la utilización de procedimientos flexibles que permitan modificaciones específicas del experimentador manteniendo la coherencia conceptual, a diferencia de los protocolos rígidos, catalice descubrimientos revolucionarios [16, 27, 28, 29, 30].

Aquí, guiados por evaluaciones metaanalíticas de éxitos y deficiencias en la investigación preclínica de enfermedades, buscamos diseñar un modelo cohesivo para unir las investigaciones básicas y traslacionales sobre la actividad bioconductual del alcohol. En ratones machos y hembras, establecemos el marco de seguimiento estructurado de refuerzo de alcohol (STAR), que proporciona un esquema para abordar preguntas básicas sobre el refuerzo y el consumo de alcohol simultáneamente con la evaluación de los resultados multivariados de consumo de alcohol y la dinámica del fenotipo dependiente de la experiencia. El marco STAR utiliza la autoadministración operante de alcohol que, al modificar los programas de refuerzo, permite a los experimentadores interrogar una amplia gama de procesos [31, 32]. El elemento unificador de STAR es la evaluación de dos medidas de resultado con validez predictiva y de construcción dentro de un marco de refuerzo: consumo de alcohol y consumo continuo a pesar del castigo. En lugar de un protocolo rígido, STAR implementa un análisis de fenotipado multivariante para categorizar a los sujetos en función de la variación relativa en el consumo de alcohol y la sensibilidad al castigo. Al describir la expresión de las amplias diferencias individuales engendradas por estos comportamientos utilizando valores normalizados de grupo, los fenotipos robustos se capturan consistentemente en una variedad de escenarios experimentales. STAR es compatible con la flexibilidad procesal requerida para responder preguntas de investigación básicas, proporciona lecturas de series temporales de alta resolución del comportamiento apetitivo y consumatorio, y está optimizado para permitir una interfaz perfecta con neurotecnologías para el interrogatorio en tiempo real de los fundamentos biológicos del refuerzo del alcohol. Críticamente, el marco STAR está diseñado explícitamente para permitir la integración, en lugar de la competencia, con los diversos modelos existentes que se han desarrollado en el campo preclínico del alcohol [13, 33,34,35]. Estas características están destinadas a facilitar la comunicación interdisciplinaria y avanzar en el valor de traducción con restricciones mínimas en el diseño experimental.

Con este fin, establecemos y parametrizamos el marco STAR, demostramos la integración con los métodos populares de exposición al alcohol, proporcionamos un repositorio de protocolos de acceso público y utilizamos análisis acoplados de cromatografía líquida-espectrometría de masas (LC-MS) de tejidos corticales y del tronco encefálico para revelar la neuroquímica. firmas asociadas con comportamientos de consumo de alcohol elevados y relevantes para AUD. Juntos, establecemos un marco novedoso destinado a facilitar la acumulación de conocimientos adquiridos a través de metodologías dispares en los subcampos del alcohol, al tiempo que conservamos la comparabilidad entre estudios mediante un proceso estandarizado para la clasificación de fenotipos multivariados.

Para informar el diseño del marco STAR, aprovechamos los esfuerzos recientes en varios campos para identificar las características de los modelos preclínicos que mejoran la probabilidad de traducción de animales a humanos. Los temas consistentes en la literatura incluyen la necesidad de (1) medidas de resultado cuantitativas de subdominios de enfermedades específicas (en lugar de intentar modelar el trastorno en su totalidad), (2) la utilización de la heterogeneidad de la muestra para definir fenotipos relevantes para la enfermedad a través de metodologías que pueden ser fácilmente entendido tanto por los investigadores básicos como por los médicos, y (3) un mayor énfasis en los criterios de valoración conductuales que han conservado los fundamentos biológicos en sujetos animales y humanos [13, 21, 24, 25, 28, 29, 36,37,38,39]. El consumo de alcohol y el consumo compulsivo (definido operativamente aquí como el grado en que el consumo es modulado por el castigo) son centrales para la sintomatología del AUD y son variables observables que pueden cuantificarse fácilmente en animales [40,41,42]. Recientemente identificamos patrones de actividad en una población de neuronas que se proyectan desde la corteza prefrontal hasta el área gris periacueductal como un neurobiomarcador putativo que diferencia los fenotipos de bajo consumo de alcohol, alto consumo de alcohol y consumo compulsivo en ratones [43]. Posteriormente, estos hallazgos se evaluaron explícitamente en dos estudios separados en humanos que encontraron relaciones altamente congruentes entre la actividad cortical del tronco encefálico y la vulnerabilidad al consumo de alcohol [44, 45]. Juntos, esto brinda un fuerte apoyo a la idea de que un marco cuantitativo centrado en las diferencias individuales definidas interseccionalmente por el consumo de alcohol y el consumo compulsivo puede representar una oportunidad para cumplir con las tres recomendaciones anteriores. Aquí, formalizamos un marco para cuantificar estos dominios dentro de una tarea de aprendizaje de refuerzo flexible y proporcionamos protocolos y recursos disponibles públicamente que, en conjunto, permiten que este enfoque se transfiera fácilmente a través de laboratorios y preguntas experimentales.

Los componentes sine qua non del marco STAR son la autoadministración operante de alcohol, donde se requiere esfuerzo para obtener acceso al alcohol (Fig. 1A), y un método simple y estandarizado de fenotipado multivariable donde los sujetos se clasifican según la variación relativa en el alcohol. beber y beber a pesar del castigo (es decir, beber compulsivamente) (Fig. 1B). Con base en la ingesta de alcohol durante las sesiones de autoadministración de alcohol castigadas y no castigadas, los sujetos se dividen en uno de tres fenotipos: (1) Los "bebedores bajos" muestran una ingesta por debajo del promedio con y sin castigo, (2) los "bebedores empedernidos" exhiben una ingesta superior al promedio consumo de alcohol solo, pero por debajo del consumo promedio cuando se les castiga, y (3) los "bebedores compulsivos" muestran un consumo de alcohol por encima del promedio a pesar del castigo (Fig. 1B).

A La metodología principal del marco STAR es la evaluación del consumo de alcohol durante una tarea de refuerzo de alcohol en la que la respuesta se refuerza bajo un programa de refuerzo de razón fija 10 mediante la extensión del sorbo de alcohol durante 10 s. B Los hallazgos que utilizan diversos procedimientos de refuerzo con alcohol se integran dentro de un marco conceptual común utilizando un análisis de fenotipo sencillo para categorizar a los sujetos en función de los niveles de consumo de alcohol y el consumo continuado a pesar del castigo. C Línea de tiempo experimental. Aquí utilizamos el marco STAR para examinar la aparición de diferencias individuales a lo largo del tiempo y la experiencia de beber. Todos los sujetos se prueban en condiciones experimentales idénticas y las asignaciones de grupo se asignan según el fenotipo de los datos posteriores a la prueba. Ingesta de alcohol (D) y respuesta operante (E) en tres sesiones de autoadministración de alcohol. Luego se agregan concentraciones graduadas de quinina a la solución de alcohol a lo largo de las sesiones para probar la sensibilidad del refuerzo de alcohol al castigo. Posteriormente, a los animales se les permite el libre acceso al alcohol durante un procedimiento de elección de dos botellas, lo que genera altos niveles de consumo de alcohol (F) y preferencia por el alcohol en comparación con el agua (G). Durante las sesiones de fenotipado STAR, hubo amplias diferencias individuales en la ingesta de alcohol con y sin castigo de quinina (H), así como en la respuesta operante para el acceso al alcohol (I). Bebedores bajos, n = 19; Bebedores empedernidos, n = 5; Bebedores compulsivos, n = 17. Las barras de error indican SEM.

Aquí, implementamos el marco STAR para investigar la dinámica longitudinal en la expresión de los comportamientos fenotípicos de consumo de alcohol y el grado en que los fenotipos definidos por el consumo de alcohol y el consumo compulsivo pueden relacionarse con otros dominios relevantes. Es importante destacar que los parámetros descritos a lo largo se seleccionaron para responder a estas preguntas específicas, y la justificación de este diseño se detalla a lo largo. Hemos proporcionado protocolos detallados y código de comportamiento para facilitar la implementación (consulte "Métodos"), pero los parámetros deben modificarse según sea necesario para responder mejor a la pregunta en cuestión, siempre que las definiciones y el cálculo del análisis de fenotipado en sí sean coherentes.

Primero buscamos determinar si se pueden observar diferencias fenotípicas en la ingesta de alcohol durante la exposición inicial al alcohol y evaluar la trayectoria de estos comportamientos en relación con la primera oportunidad de beber hasta la intoxicación en ratones macho. Para evaluar los comportamientos de consumo de alcohol en un paradigma de aprendizaje por refuerzo, los animales primero deben aprender una contingencia operante y para una interpretación clara de los comportamientos en este momento es necesario disociar el aprendizaje operante de las propiedades motivacionales del alcohol [46]. Por lo general, la adquisición de la autoadministración de alcohol en modelos de roedores se facilita mediante la adición de agentes edulcorantes [47] o la exposición previa no contingente al alcohol [48,49,50,51], cualquiera de los cuales oscurecería la evaluación clara de las conductas de refuerzo y bebida. a lo largo del inicio del consumo de alcohol. Para abordar esto, desarrollamos un protocolo para el entrenamiento operante controlado en el que los ratones están condicionados a responder para obtener acceso al alcohol sin el requisito de edulcorantes o exposición previa, y la oportunidad de ingesta de alcohol se limita hasta que se cumplan los criterios de aprendizaje operante. Para controlar el consumo, a lo largo de todas las sesiones de adquisición se limitó la ingesta de alcohol por lo que las sesiones se terminaron si se registraban 100 lamidas. En una cámara de condicionamiento operante estándar, los animales primero fueron entrenados para lamer el alcohol de un tubo de succión que contenía alcohol (etanol en agua, 15% v/v) que permaneció extendido durante una hora o hasta que se hicieron 100 lamidas, lo que ocurriera primero. Posteriormente, para obtener acceso al bebedor de alcohol, se requirió que los animales respondieran a un pinchazo en la nariz bajo diferentes programas de refuerzo (Fig. S1). La respuesta se reforzó inicialmente bajo un programa de proporción fija 1 (FR 1) en el que una sola respuesta en el movimiento activo de la nariz resultó en una extensión de 30 s del tubo de succión (Fig. S1A-D). Usando criterios escalonados (ver "Métodos"), se incrementó el requisito de respuesta y el período de acceso disminuyó a lo largo de las sesiones hasta que los animales mostraron una clara discriminación del movimiento de la nariz activo frente al inactivo bajo un programa FR 5 durante 10 s de acceso al alcohol (Fig. S1E –L).

Este protocolo produce la adquisición de la autoadministración de alcohol operante con bajas tasas de deserción (87% adquirido, Fig. S2A, B). Además, al imponer un límite fijo a la ingesta por sesión, la investigación del comportamiento inicial de autoadministración de alcohol se puede realizar independientemente de las variables combinadas relacionadas con la tasa de aprendizaje diferencial, lo que puede impulsar una mayor autoadministración independientemente de la propensión a beber per se, y limita variación en la exposición previa al alcohol en la vida entre sujetos (Fig. S2C). Los contactos de lameduras registrados en el sipper de alcohol se evaluaron en muchas sesiones, con y sin imponer un número máximo de lamidas, y se encontró que estaban altamente correlacionados con la evaluación volumétrica del alcohol consumido, así como con la concentración de alcohol en sangre resultante y, por lo tanto, proporciona un tiempo confiable. -lectura resuelta del consumo de alcohol a lo largo de la sesión (Fig. S3). Es importante destacar que, si bien este protocolo de adquisición es útil para analizar la pregunta experimental en cuestión, el comportamiento de autoadministración en la primera oportunidad de beber, no es una característica necesaria del marco STAR; como se discutió a lo largo, el uso de fenotipado normalizado permite que los parámetros experimentales se manipulen según sea necesario mientras se mantiene un marco común.

Una vez que se cumplieron los criterios de adquisición, se reforzó la respuesta durante todas las sesiones de autoadministración posteriores bajo un programa FR 10 para 10 s de acceso al sipper (Fig. 1A). Los animales fueron evaluados en tres sesiones diarias de una hora y se les permitió responder y beber alcohol, sin la restricción de la tapa de lamer impuesta durante las sesiones de adquisición, para evaluar las diferencias individuales en la propensión a obtener y consumir alcohol durante la primera oportunidad de los sujetos de beber hasta la intoxicación. (Fig. 1D, E). A continuación, se adulteró el alcohol con concentraciones crecientes del sabor amargo quinina durante las sesiones (0,25, 0,5, 0,75, 1 mM) para evaluar el consumo de alcohol frente al castigo (es decir, consumo compulsivo de alcohol). Esta evaluación inicial de la ingesta de alcohol y la sensibilidad al castigo de la quinina se conoce como la fase previa al atracón.

Además de la consideración de dominios conductuales multimodales que contribuyen a estados patológicos como AUD [52, 53], la investigación clínica ha destacado cada vez más la importancia de cuantificar los cambios longitudinales en la expresión de estos rasgos [54,55,56]. Los modelos preclínicos, donde las limitaciones de los diseños experimentales transversales pueden eludirse fácilmente, tienen una utilidad única para analizar el desarrollo de comportamientos relevantes para AUD longitudinalmente; [57, 58] sin embargo, hay una escasez de estudios en animales que cuantifiquen la dinámica longitudinal del fenotipo de los comportamientos de consumo de alcohol [13, 59]. Con este fin, usamos el marco STAR para examinar la evolución de los comportamientos de consumo de alcohol a lo largo del tiempo y la experiencia. Después de la evaluación previa al atracón del comportamiento de autoadministración, a los ratones se les dio libre acceso al alcohol en un procedimiento de elección de dos botellas, basado en el paradigma Drinking in the Dark [60, 61] pero con acceso simultáneo al agua, para 0, 2 o 4 ha día (Fig. 1C). La opción de dos botellas, donde los animales tienen acceso a una botella de agua y una botella de alcohol, es uno de los modelos animales de consumo de alcohol más ampliamente implementado [62]. Este enfoque tiene muchas variantes pero, en general, los protocolos de acceso abierto generan altos niveles de consumo con una variación individual relativamente pequeña [43, 63]. Después de dos semanas de prueba en el procedimiento de elección de dos botellas (Fig. 1F-G), los animales fueron devueltos a la cámara de condicionamiento operante para la evaluación del consumo de alcohol y la bebida sensible al castigo en condiciones idénticas a las sesiones de autoadministración previas al atracón ( Fig. 1H-I). Estas sesiones se usaron para realizar el fenotipado STAR mediante el cual cada animal se asignó a los grupos de bebedor bajo, alto o compulsivo, y luego se aplicó la asignación de grupo a todo el conjunto de datos.

Durante la autoadministración previa al atracón, hubo una variación limitada entre los sujetos (Fig. 2A). No encontramos diferencias entre los fenotipos en la ingesta de alcohol (Fig. 2B), pero los bebedores compulsivos mostraron una mayor respuesta operante para el acceso a sorbos (Fig. 2C) durante las sesiones de autoadministración previas a los atracones de alcohol no adulterado. Los fenotipos difirieron en la autoadministración cuando el consumo de alcohol se castigó mediante la adulteración con quinina, y los bebedores compulsivos mostraron una mayor ingesta que los bebedores bajos y los bebedores altos (Fig. 2D). Tanto los bebedores compulsivos como los bebedores empedernidos mostraron tasas más altas de respuesta que los bebedores bajos durante las sesiones de adulteración con quinina (Fig. 2E).

A Antes del atracón: distribuciones normalizadas de la ingesta de alcohol (eje y) y la ingesta de alcohol durante las sesiones de quinina (eje x) de las sesiones de autoadministración previas a la prueba. B La ingesta durante las tres sesiones de autoadministración de alcohol solo antes de los atracones no difiere según el fenotipo (ANOVA unidireccional anidado, F(2, 6) = 1,691, p = 0,2615; 3 grupos, 3 días por grupo, 122 valores totales ). C Las respuestas activas de hurgar en la nariz durante las tres sesiones de autoadministración previas a los atracones de alcohol difieren según el fenotipo: los bebedores compulsivos respondieron más que los bebedores escasos (ANOVA anidado de una vía, F(2, 119) = 4,667, p = 0,0112; 3 grupos, 3 días por grupo, 122 valores totales). D La ingesta durante las sesiones de autoadministración de alcohol + quinina antes de los atracones difiere según el fenotipo con una mayor ingesta en los bebedores compulsivos en comparación con los bebedores bajos o altos (ANOVA anidado de una vía, F (2, 161) = 15,31, p < 0,0001; 3 grupos , 4 días por grupo, 164 valores totales). E Las respuestas activas de hurgar en la nariz durante las sesiones de autoadministración de alcohol + quinina previas a los atracones difieren según el fenotipo, y los bebedores compulsivos y empedernidos muestran tasas de respuesta más altas en comparación con los bebedores bajos (ANOVA anidado unidireccional, F(2, 161) = 20,32, p < 0,0001; 3 grupos, 4 días por grupo, 164 valores totales). F Posterior al atracón: distribuciones normalizadas de la ingesta de alcohol (eje y) y la ingesta de alcohol durante las sesiones de quinina (eje x) de las sesiones de autoadministración posteriores al atracón. Los bebedores empedernidos y compulsivos muestran una mayor ingesta de alcohol durante las tres sesiones de autoadministración de alcohol después de los atracones en comparación con los bebedores bajos (ANOVA anidado de una vía, F(2, 6) = 20,13, p = 0,0022; 3 grupos, 3 días por grupo, 122 valores totales). H Los bebedores altos y compulsivos muestran respuestas activas más altas de hurgar en la nariz durante las tres sesiones de autoadministración de alcohol solo posteriores a la bebida en comparación con los bebedores bajos (ANOVA anidado de una vía, F (2, 120) = 44.15, p < 0.0001; 3 grupos , 3 días por grupo, 123 valores totales). Los bebedores compulsivos tienen una mayor ingesta durante las cuatro sesiones de autoadministración de alcohol + quinina posteriores al atracón en comparación con los bebedores altos y bajos (ANOVA anidado de una vía, F(2, 9) = 44,90, p < 0,0001; 3 grupos, 4 días por grupo, 164 valores totales). J Los bebedores empedernidos y compulsivos muestran mayores respuestas activas de hurgar en la nariz durante las cuatro sesiones de autoadministración de alcohol + quinina posteriores al atracón en comparación con los bebedores bajos (ANOVA anidado de una vía, F(2, 161) = 50,92, p < 0,0001; 3 grupos, 4 días por grupo, 164 valores totales). Todas las comparaciones post hoc utilizaron la prueba de Tukey: *p < 0,05; ** p < 0,01; *** p < 0,001; **** p < 0,0001. Días de solo alcohol: 3 grupos x 3 días (Bebedores bajos, n = 19; Bebedores altos, n = 5 Bebedores compulsivos, n = 17); alcohol+quinina días 3 grupos x 4 días (Bebedores Bajos, n = 19; Bebedores Altos, n = 5 Bebedores Compulsivos, n = 17). Las barras de error indican SEM.

Los fenotipos no difirieron en la ingesta total de alcohol durante el procedimiento de elección de dos botellas (Fig. S4). No obstante, surgieron amplias diferencias individuales en la autoadministración de alcohol y la sensibilidad al castigo después del consumo excesivo de alcohol (Fig. 2F). Durante las sesiones de autoadministración de fenotipado de STAR sin castigo, los bebedores compulsivos y empedernidos mostraron un mayor consumo de alcohol y una respuesta operante en comparación con los bebedores bajos (Fig. 2G, H). Aunque los Bebedores Compulsivos y Altos no difirieron en el comportamiento de autoadministración durante las sesiones de solo alcohol, el consumo de alcohol en los Bebedores Compulsivos fue mucho menos sensible al castigo en comparación con los Bebedores Altos y Bajos (Fig. 2I). Curiosamente, el impacto del castigo en la respuesta operante fue disociable de la ingesta y varió según el fenotipo, ya que tanto los bebedores compulsivos como los altos mostraron altas tasas de respuesta a lo largo de las sesiones de castigo a pesar de un consumo muy diferente (Fig. 2I-J). Es importante destacar que los comportamientos fenotípicos no se asociaron con diferencias en el peso del sujeto (Fig. S5), ni se debieron a la sensibilidad diferencial a la quinina en sí misma, ya que no hubo diferencias en la evitación de la quinina cuando se presentó en un ensayo de preferencia de sabor fuera del contexto del alcohol ( Figura S6).

Estos resultados confirman que beber repetidamente puede revelar rasgos conductuales latentes muy dispares, incluso cuando los sujetos están expuestos a cantidades similares de alcohol. De hecho, las diferencias limitadas en el comportamiento de consumo de alcohol observadas durante la prueba inicial se exacerbaron con el tiempo y la experiencia para formar fenotipos muy dispares, a pesar del consumo de alcohol equivalente durante la prueba de elección de dos botellas. Además, estos datos destacan que las evaluaciones multivariadas revelan fenotipos distintos que pasarían desapercibidos utilizando medidas unidimensionales. Por ejemplo, los grandes bebedores, que se definen por la covarianza entre dos rasgos, muestran una mayor respuesta operante durante las sesiones de fenotipado STAR castigadas a pesar de mostrar bajos niveles de consumo (Fig. 2G-J). Las medidas disociables de ingesta y respuesta proporcionan un eje adicional del comportamiento relacionado con la bebida mediante el cual evaluar a los sujetos, y pueden permitir una evaluación discreta de los procesos conductuales apetitivos y consumatorios que ocurren durante el consumo de alcohol [64, 65].

Los procedimientos y análisis presentados hasta ahora establecen una plataforma de alto rendimiento para la evaluación cuantitativa de múltiples medidas de resultado clínicamente relevantes, determinan la aparición de comportamientos fenotípicos entre sujetos y a lo largo del tiempo y, mediante la difusión de hallazgos empíricos dentro de un marco conceptual sencillo, pueden integrarse fácilmente. con literatura traslacional y clínica. Sin embargo, desde una perspectiva científica y práctica, para que el marco STAR facilite la cohesión entre los subcampos, este enfoque también debe ofrecer características que sean atractivas para los investigadores del alcohol con diversas preguntas experimentales y enfoques técnicos.

La integración de las neurotecnologías modernas con los procedimientos de consumo de alcohol en roedores representa un desafío continuo en el campo debido al requisito de estructuras de tareas específicas, hardware especializado y lecturas de comportamiento resueltas en el tiempo [23, 66, 67, 68]. STAR está explícitamente diseñado y optimizado para sortear estos desafíos. El uso de sippers motorizados para la entrega de alcohol y la detección de lameduras con precisión temporal permite implementar técnicas que requieren anclaje y hardware montado en la cabeza, como microscopios en miniatura o fotometría de fibra, sin alterar el procedimiento [43]. Además, las respuestas sobre la operanda activa e inactiva, las respuestas reforzadas y el consumo de alcohol están inherentemente espaciadas en el tiempo en virtud del uso de un programa de refuerzo FR 10, lo que permite comparaciones claras de mediciones neuronales resueltas en el tiempo a través de múltiples estímulos [23, 66] . Los datos de comportamiento de series temporales se registran a lo largo de todas las sesiones de autoadministración y proporcionan un medio para interactuar con las técnicas de manipulación y registro in vivo, así como la evaluación de los comportamientos granulares que ocurren durante la bebida, como los patrones microestructurales del comportamiento de lamer (Fig. S7).

Si bien el fenotipado STAR solo requiere la medición volumétrica de la ingesta de alcohol, que se registra como una sola medición por sesión, la inclusión de mediciones de series temporales también proporciona un medio para el fenotipado profundo. Por ejemplo, se pueden generar registros acumulativos de respuestas operantes para visualizar datos dentro de la sesión (Fig. 3A, B), lo que puede revelar una divergencia fenotípica adicional que no se puede observar con lecturas de comportamiento generales. De hecho, el análisis de series temporales de la respuesta y la tasa de lamido durante la primera oportunidad de los sujetos de beber hasta la intoxicación ilustra una amplia variación entre fenotipos y dentro de los patrones temporales de comportamiento (antes del atracón día 1, Fig. 3C), aunque hubo poca variación. y no se detectaron diferencias de grupo en la ingesta agregada de alcohol y la respuesta en este punto de tiempo (cf. Fig. 2A-C).

Se registra el tiempo preciso de los eventos de comportamiento (muestreados a 1 kHz, agrupados indicados por gráfico), lo que permite la interfaz en línea con técnicas para observar y manipular la actividad neuronal o con canalizaciones de análisis post hoc, sin alterar ninguno de los parámetros de la tarea. A Registros de eventos superpuestos de la tasa de respuesta para respuestas activas (azul, agrupamiento de 10 s), respuestas inactivas (gris, agrupamiento de 10 s) y lametones (coloreados por fenotipo del sujeto, agrupamiento de 1 s) para 15 sujetos durante el yo previo al atracón -Sesión de administración. Las diferencias individuales entre sujetos y fenotipos se pueden observar en patrones temporales de respuesta incluso cuando las respuestas totales en el transcurso de la sesión muestran una variabilidad limitada. B Registros acumulativos de respuestas activas (izquierda) e inactivas (derecha) para sujetos individuales desde la primera sesión de autoadministración previa al atracón. C Registros acumulativos de licks para sujetos individuales de la misma sesión. Bebedores bajos, n = 19; Bebedores empedernidos, n = 5; Bebedores compulsivos, n = 17.

El fenotipado multivariable es ostensiblemente útil, pero queda por probar empíricamente si las medidas de resultado específicas esenciales para STAR, la ingesta de alcohol sola y la ingesta frente al castigo, brindan información además de una sola medida. Alternativamente, estas medidas pueden representar simplemente una redundancia conceptualmente atractiva. Para comenzar a probar estas posibilidades, tratamos a un subconjunto de animales con la naltrexona farmacoterapéutica AUD aprobada por la FDA, que reduce la ingesta de alcohol en algunos pacientes AUD y disminuye de manera confiable la ingesta de alcohol en pruebas preclínicas de elección de dos botellas [33, 69]. Después de las sesiones de fenotipado STAR, se volvió a analizar un subconjunto de sujetos en una serie de tres sesiones de autoadministración de alcohol solo o con castigo (0, 0,25, adulteración con quinina 0,5 mM, orden ascendente). Esta serie se probó dos veces, una con tratamiento con naltrexona (1 mg/kg, ip) 30 minutos antes de la sesión conductual y otra con solución salina (equilibrio aleatorio del orden de tratamiento entre sujetos).

Encontramos que, en conjunto en todos los sujetos evaluados, el tratamiento con naltrexona disminuyó la ingesta de alcohol durante la autoadministración sin castigo en comparación con el tratamiento con solución salina (Fig. S8A). Por el contrario, aunque hubo cierta reducción en la ingesta durante las sesiones de castigo con quinina, estos efectos no alcanzaron significación estadística en ninguna de las sesiones de castigo (Fig. S8B, C). Además, la respuesta operante en el movimiento activo de la nariz no se vio alterada por el tratamiento con naltrexona durante las sesiones de castigo con quinina o solo con alcohol (Fig. S8D-F). La división de los datos por fenotipo del sujeto reveló que las reducciones inducidas por la naltrexona en la ingesta de alcohol no castigada fueron impulsadas por los bebedores compulsivos, mientras que no se observó ningún efecto de la naltrexona en los bebedores bajos (Fig. S9A). A pesar de que la naltrexona no tuvo efectos sobre la ingesta durante las sesiones de castigo o sobre la respuesta activa durante cualquier tipo de sesión, los bebedores compulsivos mostraron una variación excepcionalmente amplia entre los sujetos (Fig. S9B-F). Juntos, estos resultados son consistentes con estudios previos de que la ingesta de alcohol durante la autoadministración generalmente muestra traducibilidad inversa. Es importante destacar que también respaldan la idea de que el marco STAR proporciona información adicional a través de ejes disociables del comportamiento relacionado con la bebida y que la consideración de medidas multifacéticas dentro del sujeto proporciona una gran cantidad de información que no es redundante con la ingesta de alcohol solo.

A continuación, buscamos determinar si el fenotipado STAR captura una variación significativa en los dominios de comportamiento que no son explícitos para el análisis en sí. Para explorar esto, nos enfocamos en la influencia de los estímulos condicionados por el alcohol, que pueden desencadenar un comportamiento de búsqueda en ausencia de alcohol, un proceso que está separado del consumo continuo de alcohol y se cree que es de importancia crítica para precipitar eventos de recaída [65, 70]. Debido a que STAR utiliza un procedimiento operante en el que los animales aprenden las señales contextuales y discretas asociadas con el consumo de alcohol, las tasas de extinción operante, así como la fuerza motivacional de las señales condicionadas por el alcohol, pueden probarse fácilmente según sea necesario para preguntas experimentales específicas. Dos semanas después de completar las sesiones de fenotipado STAR, se evaluó la resistencia a la extinción de los animales en dos sesiones diarias de un procedimiento de extinción, seguido de dos sesiones de refuerzo condicionado para evaluar la fuerza motivacional de los estímulos asociados con el alcohol (Fig. 4A). Durante las sesiones de extinción, las respuestas no tenían consecuencias y el tubo sorbedor nunca se extendía. En las sesiones de refuerzo condicionado, se reforzó la primera respuesta en el lado activo, después de lo cual el horario volvió a FR 10 para el resto de las sesiones. La respuesta se refuerza con 10 s de extensión del sorbo, sin embargo, el sorbo está seco/vacío y no se puede obtener alcohol durante la sesión, aunque el resto de los parámetros experimentales fueron idénticos a los de las sesiones de fenotipado.

Una línea de tiempo experimental. Extinción: después de completar el procedimiento STAR y el fenotipado (Fig. 1), los animales se prueban para responder en condiciones de extinción donde las respuestas en el movimiento de nariz previamente activo no tienen consecuencias (Sesión 1–2). A continuación, se prueba a los animales para determinar el refuerzo condicionado que responde a las señales asociadas con el alcohol como una medida de la búsqueda de alcohol (sesión 3-4). Refuerzo condicionado (búsqueda de alcohol): durante el refuerzo condicionado, la primera respuesta en el movimiento activo de la nariz da como resultado la presentación del bebedor y la respuesta durante el resto de ambas sesiones se refuerza bajo un programa de refuerzo de proporción fija 10. Después de la primera presentación, la contingencia es idéntica a las sesiones de autoadministración previas al atracón y de fenotipado STAR con la excepción de que el sorbo no contiene ningún líquido y, por lo tanto, la tasa de respuesta se usa como una medida de la búsqueda de alcohol en ausencia. de acceso al alcohol. B Registros acumulativos individuales (izquierda) y promediados (derecha) de respuestas en las sesiones de extinción previamente activas (las dos sesiones de 60 minutos se concatenaron en un registro, indicado por la línea de puntos). C Respuestas sobre los toques de nariz previamente activos e inactivos durante las dos sesiones de extinción. Durante la primera sesión de extinción, los grandes bebedores mostraron una mayor respuesta en el toque de nariz previamente activo en comparación con los bebedores bajos (ANOVA de dos vías, toque de nariz F (1, 12) = 18.26, p = 0.0011; fenotipo, F (2, 12) = 2,067, p = 0,1693; picadura de nariz x fenotipo F(2, 12) = 2,040, p = 0,1727). Durante la segunda sesión de extinción, se mantuvo un efecto principal del toque de nariz pero no se detectaron diferencias entre los fenotipos (ANOVA de dos vías, toque de nariz F(1, 12) = 19,08, p = 0,0009; fenotipo, F(2, 12 ) = 1,695, p = 0,2248; picadura de nariz x fenotipo F(2, 12) = 1,377, p = 0,2895). D Registros acumulativos individuales (izquierda) y promediados (derecha) de respuestas en el movimiento activo de la nariz sobre sesiones de refuerzo condicionado (las dos sesiones de 60 minutos se concatenaron en un registro, indicado por la línea de puntos). E Respuestas sobre los pinchazos de nariz activos e inactivos durante las dos sesiones de refuerzo condicionado. Los bebedores empedernidos y compulsivos respondieron más en el consumo activo en la nariz en comparación con los bebedores bajos durante el primero (ANOVA de dos vías, consumo en la nariz F(1, 12) = 29,24, p = 0,0002; fenotipo, F(2, 12) = 3,644, p = 0,0580; nose-poke x fenotipo F(2, 12) = 4,118, p = 0,0435) y segundo (ANOVA de dos vías, nose-poke F(1, 12) = 45,97, p < 0,0001; fenotipo , F(2, 12) = 4,080, p = 0,0445; sesiones de nose-poke x fenotipo F(2, 12) = 4,674, p = 0,0315). Todas las comparaciones utilizaron la prueba de Tukey: *p < 0,05; ** p < 0,01. Bebedores bajos, n = 4; Bebedores empedernidos, n = 5; Bebedores compulsivos, n = 6. Las barras de error indican SEM.

Durante la extinción, los bebedores empedernidos respondieron más al operando previamente activo que los bebedores bajos durante la primera sesión de extinción, pero no en la segunda sesión de extinción (Fig. 4B, C), lo que sugiere que el fenotipo de los bebedores empedernidos está asociado con la resistencia a la extinción de responder al alcohol. . Durante el refuerzo condicionado, los animales mostraron una respuesta robusta para obtener acceso al estímulo asociado con el alcohol, y algunos sujetos respondieron varios cientos de veces en el transcurso de las dos sesiones de 60 minutos (Fig. 4D). Tanto los bebedores empedernidos como los compulsivos mostraron una mayor respuesta que los bebedores escasos en ambas sesiones (Fig. 4E), lo que demuestra que la pertenencia al fenotipo de bebedores empedernidos y compulsivos fue predictiva de una mayor conducta de refuerzo condicionada por el alcohol medida en ausencia de cualquier acceso al alcohol. Juntos, estos datos demuestran aún más las diversas preguntas de investigación que se pueden abordar dentro del marco STAR y resaltan la utilidad del método de fenotipado STAR para capturar fenotipos significativos que predicen la variación en dominios de comportamiento relacionados.

Un componente clave del marco STAR es su modularidad, que se basa en la normalización del grupo, de modo que el fenotipado se determina en función de los valores normalizados como un porcentaje de la media del grupo derivado de sujetos que se ejecutan en condiciones experimentales idénticas. Al igual que con cualquier análisis de diferencias individuales, el tamaño de la muestra es un determinante importante de los resultados del análisis, y es probable que la normalización del grupo amplifique aún más la influencia potencial del número de sujetos. Por lo tanto, determinar la estabilidad del fenotipado STAR en función del tamaño de la muestra es fundamental para su utilidad como marco común que se puede implementar en todos los laboratorios. Con este fin, implementamos una prueba de remuestreo permutado mediante la cual se generaron iterativamente muestras de diferentes tamaños a través de submuestreos aleatorios del conjunto de datos completo (tamaños de muestra de 2 a 41 sujetos, 100 iteraciones cada uno). Cada submuestra se analizó de forma independiente, de modo que la normalización del grupo se volvió a determinar cada vez y las asignaciones de fenotipo derivadas del análisis de la submuestra se compararon con las realizadas a partir del conjunto de datos completo. Por lo tanto, mediante pruebas de permutación, se determinó la probabilidad empírica de cambiar la asignación de fenotipos en función del tamaño de la muestra (Video complementario 1 y Fig. S10A). Demostramos que en tamaños de muestra ≥12 sujetos, la asignación de fenotipos se vuelve altamente estable en nuestro conjunto de datos (Fig. S10B). Para conocer las mejores prácticas en la implementación del fenotipado STAR en todos los laboratorios, recomendamos un tamaño de muestra mínimo predeterminado de al menos 15 sujetos, probados en condiciones experimentales idénticas, antes de realizar el fenotipado STAR. Esta recomendación pretende ser un punto de partida, después del cual los parámetros estadísticos exactos se pueden adaptar a la pregunta experimental y la variabilidad observada.

Como se discutió anteriormente, una recomendación importante de la literatura metaanalítica sobre modelos preclínicos es un mayor énfasis en los puntos finales de comportamiento que han conservado los fundamentos biológicos en sujetos animales y humanos. Este es, por supuesto, un objetivo amplio que no puede abordarse en un experimento singular o esperar que tenga una solución binaria singular. No obstante, avanzar hacia este objetivo es primordial. Por lo tanto, a continuación buscamos explorar los marcadores neurobiológicos potenciales que podrían distinguir los fenotipos STAR con el objetivo general de proporcionar una base para la evaluación continua de la congruencia con los factores que distinguen las diferencias individuales en los comportamientos de consumo de alcohol en humanos. Anteriormente hemos demostrado que las manipulaciones optogenéticas de las neuronas de la corteza prefrontal medial (mPFC) que se proyectan al área gris periacueductal dorsal (dPAG) producen una modulación bidireccional de los comportamientos compulsivos de beber [43]. Posteriormente, dos estudios independientes de neuroimagen en sujetos humanos evaluaron explícitamente hipótesis a priori basadas en nuestras conclusiones y encontraron hallazgos altamente congruentes que implican la actividad cortical del tronco encefálico como un neurobiomarcador de vulnerabilidad a los comportamientos de consumo compulsivo [44, 45]. Por lo tanto, centramos nuestros esfuerzos en mPFC y dPAG para promover esta investigación de subcampo cruzado de la base biológica de los comportamientos relevantes para AUD [43,44,45, 71].

Para buscar biomarcadores neurológicos que pudieran explicar la variación en los comportamientos de consumo de alcohol entre animales, utilizamos cromatografía líquida acoplada-espectrometría de masas (LC-MS) para realizar una evaluación neuroquímica siguiendo el procedimiento STAR. Veinticuatro horas después de una sesión final de autoadministración de alcohol, se sacrificaron los animales, se recolectaron muestras de mPFC y dPAG para su análisis y se determinaron las concentraciones de 23 neurotransmisores, precursores y metabolitos para cada región en 15 sujetos mediante LC-MS ( Tabla S1-3). Primero evaluamos los marcadores potenciales de consumo elevado de alcohol o consumo de alcohol resistente al castigo al correlacionar las concentraciones de cada analito por separado con las dos métricas de fenotipado STAR (ingesta normalizada de alcohol o alcohol + quinina) (Fig. 5). En mPFC, encontramos que los niveles de 5-HT, su metabolito principal 5-HIAA y el metabolito de dopamina DOPAC se correlacionaron positivamente con la ingesta de alcohol solo (Fig. 5B). No encontramos relaciones significativas entre los niveles de mPFC de ninguno de los 23 analitos y los valores normalizados de ingesta de alcohol + quinina de los sujetos, lo que sugiere que mPFC puede desempeñar un papel más importante en la distinción de un rasgo de alto consumo de alcohol que el consumo compulsivo. En el tejido dPAG, la ingesta de alcohol se asoció con mayores concentraciones de 5-HT y dopamina y sus metabolitos, así como con mayores concentraciones de GABA y glutamato (Fig. 5C). En contraste con mPFC, encontramos que las concentraciones de transmisores excitadores (glutamato, ácido aspártico) e inhibidores (GABA) y su precursor (glutamina) se correlacionaron positivamente con los valores de consumo de alcohol + quinina (Fig. 5C, consulte la Fig. S11 para obtener datos adicionales). visualización). Estos resultados son congruentes con los de Jia y colegas [44], lo que sugiere que el equilibrio excitatorio/inhibitorio en dPAG es un determinante crítico de la vulnerabilidad AUD, así como de los fenotipos dentro de AUD.

A Los animales se sacrificaron 24 h después de una última sesión de autoadministración de alcohol y se prepararon muestras de mPFC y dPAG para su análisis mediante cromatografía líquida-espectrometría de masas (LC-MS). Se cuantificaron veintitrés analitos en cada región y se realizaron correlaciones para determinar la relación entre el analito y la autoadministración durante las sesiones posteriores a la prueba para las sesiones de alcohol solo y alcohol + quinina. Los valores de B, C r para cada correlación se indican mediante el tamaño y el color del círculo. Las correlaciones estadísticamente significativas están marcadas con asteriscos. Las concentraciones de cada analito por fenotipo se pueden encontrar en las tablas complementarias 1–3. B En mPFC, hubo una correlación positiva entre la autoadministración de ácido aspártico, cisteína, 5-HIAAA, 5-HT y DOPAC y alcohol durante las sesiones posteriores a la prueba. Ningún analito se correlacionó con la ingesta durante las sesiones de alcohol+quinina posteriores a la prueba. C En dPAG, hubo fuertes correlaciones entre varios analitos y la autoadministración de alcohol solo. Además, las concentraciones de ácido aspártico, GABA, glutamato y glutamina se correlacionaron positivamente con la ingesta de alcohol y quinina. Coeficiente de correlación de Spearman: *p < 0,05; ** p < 0,01; *** p < 0,001. Bebedores bajos, n = 4; Bebedores empedernidos, n = 5; Bebedores compulsivos, n = 6.

Es fundamental para la investigación básica y traslacional que los estudios examinen sujetos masculinos y femeninos [72, 73]. En consecuencia, se probaron ratones hembra en el marco STAR usando la misma metodología descrita anteriormente para los sujetos masculinos para determinar si los mismos parámetros proporcionan una evaluación sólida de las diferencias individuales en el refuerzo del alcohol en ratones hembra también. Usando el mismo procedimiento de adquisición, las mujeres (Fig. S12) adquirieron fácilmente la respuesta operante para el alcohol (el 92 % cumplió con los criterios, Fig. S13A). De manera similar a los sujetos masculinos, los fenotipos no difirieron en los días hasta la adquisición o la ingesta total de alcohol durante la adquisición (Fig. S13C, D). Después de la adquisición, las mujeres fueron evaluadas en condiciones idénticas a las descritas anteriormente, primero evaluando el comportamiento de autoadministración en la primera oportunidad de beber hasta la intoxicación y luego realizando el fenotipo STAR después de un protocolo de consumo excesivo de alcohol de dos semanas (Fig. S14).

Reflejando los hallazgos de los ratones macho, en los ratones hembra no encontramos diferencias entre los fenotipos en la ingesta de alcohol (Fig. S15B), pero los bebedores compulsivos mostraron una mayor respuesta operante para el acceso a sorbos (Fig. S15C) durante las sesiones de autoadministración previas a los atracones de alcohol sin adulterar . Los fenotipos diferían en la autoadministración cuando el alcohol se castigaba mediante la adulteración con quinina, y los bebedores compulsivos mostraban una mayor ingesta que los bebedores escasos (Fig. S15D). Tanto los bebedores compulsivos como los bebedores altos mostraron tasas más altas de respuesta que los bebedores bajos durante las sesiones de adulteración con quinina (Fig. S15E).

En ratones hembra, los fenotipos no difirieron en la ingesta o preferencia de alcohol frente al agua durante el procedimiento de elección de dos botellas (Fig. S16). No obstante, al igual que en los sujetos masculinos, las amplias diferencias individuales en la autoadministración de alcohol y la sensibilidad al castigo fueron claramente evidentes durante las sesiones de fenotipado STAR realizadas después del consumo excesivo de alcohol (Fig. S15F). Durante las sesiones de autoadministración de fenotipado de STAR, los bebedores compulsivos y los bebedores compulsivos mostraron un mayor consumo de alcohol y una respuesta operante en comparación con los bebedores bajos (Fig. S15G, H). Aunque los bebedores empedernidos y compulsivos no difirieron en el comportamiento de autoadministración durante las sesiones de solo alcohol, el consumo de alcohol en los bebedores compulsivos fue mucho menos sensible al castigo en comparación con los bebedores empedernidos y bajos (Fig. S15I). Además, los bebedores compulsivos mostraron una mayor respuesta operante que los bebedores bajos durante las sesiones de alcohol + quinina (Fig. S15J). Es importante destacar que, al igual que en los hombres, los comportamientos fenotípicos no se asociaron con diferencias en el peso del sujeto (Fig. S17) ni se debieron a una sensibilidad diferencial a la quinina en sí misma, ya que no hubo diferencias en la evitación de la quinina cuando se presentó en un ensayo de preferencia de sabor fuera del ensayo. contexto del alcohol (Fig. S18). Juntos, estos resultados demuestran que STAR permite pruebas sólidas tanto en sujetos masculinos como femeninos. Los protocolos detallados, el código y los recursos relacionados para implementar STAR están disponibles gratuitamente (https://github.com/Siciliano-Lab/STAR).

El desarrollo de modelos preclínicos y el avance hacia criterios de valoración clínicos es una fortaleza de larga data en el campo del alcohol. Décadas de debate abierto, así como traducción directa e inversa a través de diversas especies de modelos, han impulsado constantemente la optimización rigurosa de los modelos animales, lo que finalmente produjo múltiples intervenciones farmacoterapéuticas aprobadas para AUD [33, 35, 74, 75]. Sin embargo, a medida que los objetivos clínicos se desplazan hacia estrategias de medicación personalizadas, aumenta la necesidad de modelos preclínicos de consumo de alcohol que capturen las diferencias individuales e incorporen evaluaciones multimodales de comportamientos específicos dentro del espectro AUD [52, 53]. Al mismo tiempo, los avances en neurotecnologías para interrogar la actividad celular in vivo en tiempo real han transformado rápidamente las neurociencias del comportamiento, pero a menudo son incompatibles con los modelos AUD establecidos, lo que da como resultado una divergencia de metodologías en todo el campo [43, 76, 77]. Aquí, para abordar estos problemas, establecemos un enfoque para el seguimiento estructurado del refuerzo con alcohol. Nosotros (1) validamos que el fenotipado STAR proporciona un método fácilmente transferible para extraer clasificaciones significativas de dinámicas longitudinales a través de dominios de comportamiento multimodal, (2) demostramos la modularidad de STAR para buscar de manera flexible una variedad de preguntas experimentales, incluida la incorporación de modelos preclínicos establecidos, y ( 3) identificar múltiples biomarcadores potenciales de vulnerabilidad al consumo de alcohol a través de perfiles neuroquímicos de mPFC y dPAG.

El aprendizaje por refuerzo se utiliza y comprende ampliamente en todas las disciplinas, lo que permite evaluar los hallazgos en todos los paradigmas y especies, incluidos los experimentos de laboratorio con humanos [78, 79]. En el marco STAR, el consumo voluntario de etanol y la bebida resistente al castigo se evalúan en una tarea de refuerzo operante. La medición de la ingesta de alcohol y la resistencia al castigo en condiciones de refuerzo operante y el enfoque de fenotipado posterior son los dos elementos centrales de STAR; cualquier número de preguntas experimentales puede abordarse de manera flexible incorporando pruebas adicionales dentro del marco operante (p. ej., refuerzo condicionado) o combinándolas con otros ensayos (p. ej., elección de dos botellas). El análisis de fenotipado en sí mismo es el único componente que es completamente rígido; recomendamos que el cálculo se realice de manera idéntica para permitir la comparación entre estudios (ver métodos y repositorio en línea).

STAR cumple con varios criterios que se han identificado en todas las disciplinas como características ventajosas para los modelos preclínicos. Demostramos que la variación en el consumo de alcohol y el consumo a pesar del castigo definen tres fenotipos, que denominamos bebedores bajos, altos y compulsivos. Es importante destacar que este enfoque relativamente simple captura la variación entre las medidas de resultado relevantes para AUD que no se incluyeron en el análisis de fenotipo. Por ejemplo, estos fenotipos también divergen en las tasas de respuesta operante durante la autoadministración de alcohol, la resistencia a la extinción y la búsqueda de alcohol. Además, estas medidas parecen ser lecturas de procesos disociables dentro del refuerzo del alcohol que se manifiestan de manera diferencial entre los fenotipos. Como se mencionó anteriormente, esta estructuración permite que se use el mismo marco para una variedad de aplicaciones y específicamente tiene la flexibilidad necesaria para las preguntas de ciencia básica, con el marco formal que es útil para las canalizaciones traslacionales preclínicas.

El ensayo de extinción y refuerzo condicionado, aunque no es un componente necesario de STAR, proporciona una lectura sólida del comportamiento de búsqueda de alcohol. La respuesta a los estímulos asociados con las drogas se ha utilizado ampliamente en la literatura sobre estimulantes como una medida del ansia por las drogas, pero los protocolos para la respuesta condicionada por el alcohol no están tan bien establecidos, particularmente en ratones. Curiosamente, vemos que la mayoría de los sujetos muestran tasas más altas de respuesta en la segunda sesión de refuerzo condicionado. Especulamos que este efecto puede ser análogo al fenómeno de "incubación" que ha sido ampliamente estudiado en la literatura preclínica sobre la cocaína, en el que la respuesta a los estímulos condicionados por la droga muestra aumentos dependientes del tiempo durante el curso de la abstinencia [80, 81]. En este caso, el aumento de la respuesta parece ocurrir en función de la exposición al reforzador condicionado por el alcohol, lo que puede ser más análogo a la literatura clínica que un fenómeno puramente dependiente del tiempo [82, 83]. Es importante destacar que, independientemente de los impulsores psicológicos subyacentes, este efecto es impulsado por la presentación del reforzador condicionado, ya que la respuesta en condiciones de extinción disminuyó en el transcurso de dos sesiones.

Usamos esta tarea para analizar fenotipos individuales que surgen con el tiempo e identificar biomarcadores potenciales para esta divergencia fenotípica. Usando LC-MS para evaluar una variedad de analitos en mPFC y dPAG, mostramos que los analitos relacionados con dopamina y 5-HT tanto en mPFC como en dPAG se correlacionaron positivamente con la ingesta durante la autoadministración de alcohol, pero que no hubo correlación. entre las concentraciones de cualquiera de las veintitrés moléculas que se cribaron y la ingesta de alcohol durante las sesiones castigadas. Por el contrario, los transmisores excitadores e inhibidores en el dPAG se correlacionaron positivamente con el consumo compulsivo de alcohol. Estos datos sugieren que la actividad de las monoaminas puede ser un biomarcador generalizado del alto consumo de alcohol, lo que es consistente con múltiples estudios clínicos que demuestran actividad elevada de dopamina y 5-HT en bebedores empedernidos, lo que se puede observar en varias regiones del cerebro y en el LCR circulante. Además, se suman a la creciente evidencia de que la actividad de dPAG es un biomarcador de la vulnerabilidad a los comportamientos de consumo compulsivo y puede representar un sustrato neurobiológico que diferencia los fenotipos compulsivos de los que beben mucho [43,44,45, 84].

Aunque establecemos el uso de STAR en ratones machos y hembras en experimentos paralelos, no hemos informado un análisis directo del efecto del sexo en las medidas de resultado, ya que creemos que la interpretación clara de cualquier posible dimorfismo sexual requiere experimentación adicional, que está en curso. . Cualitativamente, los ratones hembra mostraron, en general, una ingesta de alcohol considerablemente menor que los machos durante las sesiones de autoadministración (cf. Fig. 1 y Fig. S14), lo que invita a la conclusión de que los machos son, por lo tanto, más propensos a beber alcohol que las hembras. Sin embargo, durante la elección de dos biberones, en los mismos animales, estas diferencias no son evidentes (cf. Fig. S4A y S16A). Esto recuerda los hallazgos recientes tanto en la literatura sobre la cocaína como sobre los opioides que muestran que, a pesar de la opinión de larga data de que las mujeres tienen tasas más altas de autoadministración, esta relación se anula o incluso se invierte cuando se requiere esfuerzo para obtener la droga o cuando se presenta como una elección discreta entre reforzadores [85,86,87]. Nosotros y otros hemos pedido recientemente un mayor énfasis en las interacciones sexo x entorno, en lugar de afirmaciones de dimorfismo sexual, al interpretar los datos de autoadministración de drogas y alcohol [88,89,90]. STAR proporciona una plataforma para investigaciones en sujetos femeninos en el futuro, así como un marco cuantitativo para analizar las interacciones sexo x horario x entorno cuando se investigan las diferencias sexuales específicamente. Los experimentos presentados no fueron diseñados para analizar posibles efectos específicos del sexo y advertimos contra su interpretación como tales. Más bien, estos experimentos paralelos estaban destinados a establecer el uso de STAR para investigar sujetos masculinos y femeninos. La veracidad de este enfoque está respaldada por el hecho de que los fenotipos se pueden separar claramente en ambos casos y que la pertenencia al fenotipo se asigna a variables de comportamiento que no están incluidas en el análisis del fenotipo en sí (p. ej., presionar una palanca) con un notable grado de similitud entre los sexos

Juntos, establecemos un marco novedoso para abordar preguntas fundamentales sobre la actividad biológica del alcohol y hacemos que este protocolo esté disponible gratuitamente con la esperanza de que pueda facilitar la cohesión entre los subcampos para lograr una mayor comprensión de AUD (ver métodos para el depósito de recursos). Proponemos STAR como un nuevo modelo flexible para el estudio del desarrollo de AUD y otros SUD con el tiempo y la experiencia tanto en hombres como en mujeres. La capacidad de tener una sola tarea que rastree las diferencias individuales a lo largo del desarrollo de AUD sigue siendo de gran relevancia. La flexibilidad y la capacidad de STAR para integrarse fácilmente con las tecnologías y herramientas existentes lo convierten en un modelo sólido para estudiar el desarrollo individual del mayor consumo de alcohol y la compulsión desde una perspectiva de comportamiento, circuito y población.

Se usaron ratones macho y hembra C57BL/6 J para todos los experimentos (Jackson Laboratory). Los animales llegaron a las 8 semanas de edad y se les permitió aclimatarse a la instalación durante al menos una semana antes de realizar cualquier prueba. Los animales se alojaron en grupos de cinco bajo un ciclo inverso de luz-oscuridad de 12 horas con acceso al agua ad libitum. Chow (Picolab 5L0D, LabDiet) se administró diariamente a un nivel ligeramente superior a los requisitos calóricos, de modo que se mantuvo un peso adulto saludable durante el transcurso de los experimentos (machos: 2,9 a 3 g/animal/día, hembras: 2,6 a 2,7 g/animal/día). , correspondiente a aproximadamente 8,7 y 7,5 kcalME/día para hombres y mujeres, respectivamente) [91, 92]. Todos los experimentos que involucraron el uso de animales se realizaron de acuerdo con las pautas del NIH y fueron aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de Vanderbilt.

Todos los experimentos de acondicionamiento se realizaron en una cámara de acondicionamiento operante (Skinner box, Med Associates). Se colocaron dos puertos iluminados en la nariz a cada lado de un puerto de recompensa con un tubo de succión retráctil (Med Associates, ENV-352AW). Los pinchazos en la nariz se detectaron mediante roturas de rayos infrarrojos y los lametones se detectaron mediante un lickómetro de resistencia (Med Associates, ENV-250C). Todas las sesiones se llevaron a cabo en la oscuridad durante el ciclo de oscuridad de los animales, y los ratones se monitorearon continuamente a través de cámaras infrarrojas superiores (almacén de cámaras de seguridad).

Los sujetos fueron evaluados una vez al día en sesiones de una hora. A menos que se indique lo contrario, se usó etanol al 15 % (v/v), preparado a partir de una solución madre al 95 % y diluido en agua ultrapura. Los ratones se pesaron al final de cada sesión diaria y se alimentaron después de que todos los animales completaron su experimento del día. Los pinchazos en la nariz se iluminaron para señalar el inicio de cada sesión (excepto para el entrenamiento con revista) y la respuesta en el pinchazo en la nariz inactivo no tuvo ninguna consecuencia programada en todo momento (lado activo contrarrestado entre los animales).

Durante la adquisición, las sesiones terminaron cuando el animal alcanzó las 100 lamidas o después de una hora, lo que ocurriera primero. La adquisición se realizó en tres fases, que se describen a continuación. Si durante alguna fase los animales no cumplían con los criterios durante tres sesiones consecutivas, se les devolvía a la fase anterior hasta que se cumplieran de nuevo los criterios para avanzar. Si un sujeto volvía a una fase anterior tres veces en total, se lo retiraba del experimento (consulte las Figs. S2 y S12 para conocer las tasas de adquisición/desgaste).

Los animales se colocaron en la cámara de condicionamiento operante con el tubo sorbedor constantemente extendido. Una vez que se alcanzó el límite de 100 lamidas, se retrajo el sorbo y el sujeto pasó a la adquisición del condicionamiento operante al día siguiente.

Criterio 1: La respuesta sobre el movimiento activo de la nariz se reforzó con la extensión del sipper durante 30 s bajo un programa FR 1. Los animales pasaron al segundo criterio una vez que se alcanzó el límite de 100 lamidas durante dos días consecutivos.

Criterio 2: Se continuó reforzando la respuesta bajo un horario FR 1, pero el período de acceso se redujo a 10 s. Los animales pasaron a la fase de discriminación operante una vez que se alcanzó el límite de 100 lamidas durante dos días consecutivos.

El requisito de respuesta se elevó a un programa FR 5 para un acceso de 10 s. Se consideró que los animales habían adquirido una vez que mostraron una tasa de respuesta ≥ 70 % en el lado "Activo" (Activo/[Respuestas activas+inactivas]) y alcanzaron el límite de 100 lamidas durante dos sesiones consecutivas.

El día siguiente a la finalización de la adquisición, los animales corrieron durante una sesión de una hora por día (sin tapa para lamer) y las sesiones progresaron en un orden fijo independientemente del rendimiento. La respuesta se reforzó bajo un programa FR 10 mediante la presentación del sipper durante 10 s en todo momento.

Durante los días 1 a 3, el sorbo contenía 15 % de etanol (v/v). Durante los días 4 a 7, el etanol se adulteró con quinina en concentraciones crecientes para cada sesión (250, 500, 750 y 1000 µM en EtOH al 15 %).

El día siguiente a la finalización de la época previa al atracón, se les dio acceso a los animales al alcohol en un procedimiento de elección de dos botellas que se sabe que da como resultado niveles de consumo de atracón de forma fiable [43, 93]. Los animales se colocaron individualmente en una jaula casera limpia y se les permitió 30 minutos para que se aclimataran antes de colocar dos botellas que contenían etanol al 15 % (v/v) o agua en la parte superior de la jaula con el pico extendiéndose hacia la jaula (lado contrabalanceado durante días, botellas encendidas a las 2 horas del ciclo de oscuridad). Durante los primeros cuatro días, los animales tuvieron dos horas de acceso y el quinto día, los animales tuvieron cuatro horas de acceso. Los dos días siguientes fueron días de abstinencia en los que los animales permanecieron en sus jaulas originales. Este ciclo de una semana (cuatro días de acceso de 2 horas, un día de acceso de 4 horas y dos días de abstinencia) se repitió (14 días en total).

Las sesiones de fenotipado STAR comenzaron el día siguiente al último día de abstinencia de la época de atracones. El experimento fue idéntico en estructura y parámetros a la época previa al atracón.

Para realizar el fenotipado STAR, se calculan dos valores para cada animal y se expresan como un porcentaje de la media de la muestra: (1) g/kg promedio del sujeto consumido durante 3 sesiones de solo alcohol [ingesta de alcohol = (media del sujeto sesión 1–3 (g/ kg)/media de todos los sujetos día 1–3 (g/kg))*100], y (2) promedio de g/kg del sujeto durante 4 sesiones de alcohol+quinina [ingesta de alcohol+quinina = (media de sujeto sesión 4–7 ( g/kg)/media de todos los sujetos día 4–7 (g/kg))*100]. Sobre la base de los valores calculados para la ingesta de alcohol y la ingesta de alcohol + quinina, los animales se asignan a uno de los tres fenotipos. Los animales con valores por debajo del promedio tanto de alcohol como de alcohol+quinina se consideran "bajos bebedores" [alcohol <100 % y alcohol+quinina <100 %]; aquellos con valores por encima de la ingesta promedio de alcohol pero por debajo del promedio de alcohol+quinina fueron considerados "Altos Bebedores" [alcohol >100% & alcohol+quinina <100%]; los animales con valores de alcohol+quinina superiores a la media se consideraron 'bebedores compulsivos' [alcohol+quinina >100 %]. Para la visualización, recomendamos trazar los valores de todos los animales como un diagrama de dispersión donde x = [valores de alcohol+quinina] e y = [valores de solo alcohol].

Durante la extinción, los tubos de sorber se llenaron con alcohol y se colocaron en el succionador extensible idéntico a las sesiones anteriores, pero los pinchazos en la nariz no se reforzaron en ninguno de los lados y el succionador permaneció retraído en todo momento. Los animales se probaron en estas condiciones durante dos sesiones diarias consecutivas de una hora, seguidas de dos días de pruebas de refuerzo condicionado. Durante el refuerzo acondicionado, los tubos sipper se dejaron vacíos/secos, pero se colocaron en el puerto retráctil como de costumbre. El primer pinchazo en la nariz en el lado activo dio como resultado la presentación del sorbo seco durante 10 s. Después de la primera presentación, el requisito de respuesta para 10 s de acceso al sipper seco se elevó a FR 10 para el resto de la sesión.

Una vez que se completaron todos los experimentos, un subconjunto de animales realizó un último día de autoadministración de alcohol (FR 10 → 10 s de acceso a sorbos, sesiones de 1 h). En total, 24 h después de la autoadministración final, los animales se sacrificaron, los cerebros se congelaron rápidamente y luego se seccionaron en un criostato (Leica) en rodajas de 200 micras. Se utilizaron punzones de tejido (500 micras de diámetro) para obtener muestras de mPFC y dPAG de los cortes, que luego se almacenaron a -80 °C hasta justo antes del análisis. Brevemente, se homogeneizaron muestras de tejido, se cuantificaron simultáneamente 23 analitos de interés de cada muestra mediante LC/MS y se normalizaron las concentraciones de analitos al contenido de proteína total de la muestra (consulte Métodos complementarios para obtener más detalles).

Los análisis estadísticos se realizaron utilizando GraphPad Prism (V9). Las comparaciones entre tres o más variables se realizaron utilizando ANOVA de una vía o ANOVA de dos vías (seguidas de la prueba de Tukey cuando se realizaron comparaciones planificadas o se detectaron interacciones). Los valores de p < 0,05 se consideraron estadísticamente significativos.

Se han puesto a disposición programas para controlar las cajas operantes, así como procedimientos operativos estándar detallados, diseñados para ser accesibles a los investigadores que pueden no tener una amplia experiencia con el condicionamiento operante: https://github.com/Siciliano-Lab/STAR.

Rasmussen SC.. La búsqueda del aqua vitae: la historia y la química del alcohol desde la antigüedad hasta la Edad Media. SpringerBriefs en Ciencias Moleculares. Springer Cham; 2014. VIII, 111p.

Böhmer R, Gainaru C, Richert R. Estructura y dinámica de los alcoholes monohidroxilados: hitos hacia su comprensión microscópica, 100 años después de Debye. Phys Rep. 2014;545:125–95.

Artículo Google Académico

Begleiter H, Kissin B. La farmacología del alcohol y la dependencia del alcohol. (Prensa de la Universidad de Oxford, 1996).

Lachenmeier DW, Haupt S, Schulz K. Definición de niveles máximos de alcoholes superiores en bebidas alcohólicas y productos alcohólicos sustitutos. Regul Toxicol Pharmacol. 2008;50:313–21.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Los efectos del alcohol en los procesos fisiológicos y el desarrollo biológico. Alcohol Res Salud. 2004–2005; 28:125–31.

Carrigan MA, Uryasev O, Frye CB, Eckman BL, Myers CR, Hurley TD, et al. Los homínidos se adaptaron para metabolizar el etanol mucho antes de la fermentación dirigida por humanos. Proc Natl Acad Sci USA. 2015;112:458–63.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Abrahao KP, Salinas AG, Lovinger DM. El alcohol y el cerebro: dianas moleculares neuronales, sinapsis y circuitos. Neurona. 2017;96:1223–38.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lewis M.J. Refuerzo de alcohol y terapéutica neurofarmacológica. Alcohol Alcohol Supl. 1996; 31: 17–25.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Dietler M. Alcohol: perspectivas antropológicas/arqueológicas. Annu Rev. Anthropol. 2006;35:229–49.

Artículo Google Académico

Grant BF, Goldstein RB, Saha TD, Chou SP, Jung J, Zhang H, et al. Epidemiología del trastorno por consumo de alcohol DSM-5: resultados de la encuesta epidemiológica nacional sobre el alcohol y afecciones relacionadas III. JAMA Psiquiatría. 2015;72:757–66.

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Organización Mundial de la Salud. Informe sobre el estado mundial del alcohol y la salud 2018. (Organización Mundial de la Salud, 2019).

Litten RZ, Egli M, Heilig M, Cui C, Fertig JB, Ryan ML, et al. Desarrollo de medicamentos para tratar la dependencia del alcohol: una visión para la próxima década. Adicto Biol. 2012;17:513–27.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ray LA, Grodin EN, Leggio L, Bechtholt AJ, Becker H, Feldstein Ewing SW, et al. El futuro de la investigación traslacional sobre el trastorno por consumo de alcohol. Adicto Biol. 2021;26:e12903.

Artículo PubMed Google Académico

Gould TD, Gottesman II. Endofenotipos psiquiátricos y desarrollo de modelos animales válidos. Genes Brain Behav. 2006;5:113–9.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Barajaz AM, Kliethermes CL. Una evaluación de la utilización de la literatura modelo preclínica de roedores en ensayos clínicos de terapias putativas para el tratamiento de trastornos por consumo de alcohol. Drogas Alcohol Depende. 2017;181:77–84.

Artículo PubMed Google Académico

Lattanzi W, Ripoli C, Greco V, Barba M, Iavarone F, Minucci A, et al. Investigación básica y preclínica para la medicina personalizada. J Pers Med. 2021;11:354.

Wagar LE, DiFazio RM, Davis MM. Sistemas y herramientas de modelos avanzados para inmunología humana básica y traslacional. Genoma Med. 2018;10:73.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kimmelman J, Mogil JS, Dirnagl U. Distinguir entre investigación preclínica exploratoria y confirmatoria mejorará la traducción. PLoS Biol. 2014;12:e1001863.

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Seyhan AA. Lost in translation: el valle de la muerte a través de la división preclínica y clínica: identificación de problemas y superación de obstáculos. Transl Med Commun. 2019;4:1–19.

Artículo Google Académico

Henderson VC, Kimmelman J, Fergusson D, Grimshaw JM, Hackam DG. Amenazas a la validez en el diseño y realización de estudios preclínicos de eficacia: una revisión sistemática de las pautas para experimentos con animales in vivo. PLoS Med. 2013;10:e1001489.

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Millán MJ. CAPÍTULO 1—El descubrimiento y desarrollo de la farmacoterapia para los trastornos psiquiátricos: un estudio crítico de los modelos animales y traslacionales y las perspectivas para su mejora. en Modelos animales y traslacionales para el descubrimiento de fármacos en el SNC (eds. McArthur, RA & Borsini, F) 1–57 (Academic Press, 2008).

Aarons AR, Talan A, Schiffer WK. Protocolos experimentales para imágenes de comportamiento: ver modelos animales de abuso de drogas bajo una nueva luz. en Brain Imaging in Behavioral Neuroscience (eds. Carter, CS & Dalley, JW) 93–115 (Springer Berlin Heidelberg, 2012).

Siciliano CA, Tye KM. Aprovechamiento de las imágenes de calcio para iluminar la disfunción del circuito en la adicción. Alcohol. 2019;74:47–63.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Kaiser T, Feng G. Modelado de trastornos psiquiátricos para desarrollar tratamientos efectivos. Nat Med. 2015;21:979–88.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Jucker M. Los beneficios y limitaciones de los modelos animales para la investigación traslacional en enfermedades neurodegenerativas. Nat Med. 2010;16:1210–4.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Wagner PD, Srivastava S. Nuevos paradigmas en la investigación científica traslacional en biomarcadores de cáncer. Transl Res. 2012;159:343–53.

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Ogilvie LA, Kovachev A, Wierling C, Lange BMH, Lehrach H. Modelos de modelos: una ruta traslacional para el tratamiento del cáncer y el desarrollo de fármacos. Frente Oncol 2017;7:219.

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Machado-Vieira R. Seguimiento del impacto de la investigación traslacional en psiquiatría: estado del arte y perspectivas. J Transl Med. 2012;10:175.

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Pratt J, Winchester C, Dawson N, Morris B. Avance en el descubrimiento de fármacos para la esquizofrenia: optimización de modelos de roedores para cerrar la brecha de traducción. Nat Rev Descubrimiento de drogas. 2012;11:560–79.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Gordon JA. De la neurobiología a los nuevos medicamentos: un enfoque basado en principios para la traducción. Am J Psiquiatría. 2019;176:425–7.

Artículo PubMed Google Académico

Ferster CB, Skinner BF vol. 744 (Appleton-Century-Crofts, 1957).

Thompson T, Schuster CR. Farmacología del comportamiento. (1968).

Spanagel R. Modelos animales de adicción. Diálogos Clin Neurosci. 2017;19:247–58.

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Samson HH, Czachowski CL. Medidas conductuales de autoadministración de alcohol y control de la ingesta: modelos de roedores. Int Rev Neurobiol. 2003;54:107–43.

Artículo PubMed Google Académico

Becker HC, Ron D. Modelos animales de consumo excesivo de alcohol: avances recientes y desafíos futuros. Alcohol. 2014;48:205–8.

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

McArthur RA. Alineación de la fisiología con la psicología: neurociencia traslacional en el descubrimiento de fármacos neuropsiquiátricos. Neurosci Biobehav Rev. 2017;76:4–21.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Howe JR 6th, Bear MF, Golshani P, Klann E, Lipton SA, Mucke L, et al. El ratón como modelo para el desarrollo de fármacos neuropsiquiátricos. Curr Biol. 2018;28:R909–14.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sanders SJ, Sahin M, Hostyk J, Thurm A, Jacquemont S, Avillach P, et al. Un marco para la investigación de trastornos genéticos raros en neuropsiquiatría. Nat Med. 2019;25:1477–87.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Heilig M, Sommer WH, Spanagel R. La necesidad de biomarcadores traslacionales sensibles al tratamiento en la investigación del alcoholismo. en Neuropsicofarmacología Traslacional (eds. Robbins, TW & Sahakian, BJ) 151-71 (Springer International Publishing, 2016).

Hopf FW, Lesscher HMB. Modelos de roedores para la ingesta compulsiva de alcohol. Alcohol. 2014;48:253–64.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lüscher C, Robbins TW, Everitt BJ. La transición a la compulsión en la adicción. Nat Rev Neurosci. 2020;21:247–63.

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Kuhn BN, Kalivas PW, Bobadilla AC. Comprender la adicción utilizando modelos animales. Front Behavior Neurosci. 2019;13:262.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Siciliano CA, Noamany H, Chang CJ, Brown AR, Chen X, Leible D, et al. Un circuito cortical-tronco cerebral predice y gobierna el consumo compulsivo de alcohol. Ciencia. 2019;366:1008–12.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Jia T, Xie C, Banaschewski T, Barker GJ, Bokde ALW, Büchel C, et al. Red neuronal que involucra la corteza orbitofrontal medial y la regulación gris periacueductal dorsal en el abuso de alcohol humano. Ciencia avanzada 2021;7:eabd4074.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhao Y, Constable RT, Hien D, Chung T, Potenza MN. Patrones de covariación anatómica del cerebro vinculados al consumo excesivo de alcohol y la edad en el primer trago completo. Neuroimagen Clin. 2021;29:102529.

Artículo PubMed Google Académico

Thomsen M, Caine SB. Autoadministración de fármacos intravenosos en ratones: consideraciones prácticas. Comportamiento Genet. 2007;37:101–18.

Artículo PubMed Google Académico

Sansón H.H. Iniciación del refuerzo con etanol utilizando un procedimiento de sustitución de sacarosa en ratas saciadas de comida y agua. Alcohol Clin Exp Res. 1986; 10:436–42.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Roberts AJ, Heyser CJ, Koob GF. Autoadministración operante de etanol endulzado versus sin endulzar: efectos sobre los niveles de alcohol en sangre. Alcohol Clin Exp Res. 1999;23:1151–7.

CAS PubMed Google Académico

Carnicella S, Ron D, Barak S. Programa de acceso intermitente de etanol en ratas como modelo preclínico de abuso de alcohol. Alcohol. 2014;48:243–52.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Augier E, Flanigan M, Dulman RS, Pincus A, Schank JR, Rice KC, et al. Las ratas Wistar adquieren y mantienen la autoadministración de etanol al 20 % sin privación de agua, desvanecimiento de sacarina/sacarosa o entrenamiento de acceso extendido. Psicofarmacología. 2014;231:4561–8.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Roberts AJ, Heyser CJ, Cole M, Griffin P, Koob GF. Consumo excesivo de etanol después de una historia de dependencia: modelo animal de alostasis. Neuropsicofarmacología. 2000;22:581–94.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Kwako LE, Schwandt ML, Ramchandani VA, Diazgranados N, Koob GF, Volkow ND, et al. Dominios neurofuncionales derivados del fenotipado conductual profundo en el trastorno por consumo de alcohol. Am J Psiquiatría. 2019;176:744–53.

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Litten RZ, Ryan ML, Falk DE, Reilly M, Fertig JB, Koob GF. Heterogeneidad del trastorno por consumo de alcohol: comprensión de los mecanismos para avanzar en el tratamiento personalizado. Alcohol Clin Exp Res. 2015;39:579–84.

Artículo PubMed Google Académico

Ferrante M, Gordon JA. Fenotipado computacional y dinámica longitudinal para informar la toma de decisiones clínicas en psiquiatría. Neuropsicofarmacología. 2021;46:243–4.

Artículo PubMed Google Académico

Friston KJ, Redish AD, Gordon JA. Nosología computacional y precisión. Psiquiatría Comput Psychiatr. 2017;1:2–23.

Artículo PubMed Google Académico

Donovan JE, Chung T. Elaboración progresiva y validación cruzada de una tipología de clase latente de participación adolescente en el consumo de alcohol en una muestra nacional. J Stud Alcohol Drogas. 2015;76:419–29.

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Melugin PR, Nolan SO, Siciliano CA. Causalidad bidireccional entre la adicción y los déficits cognitivos. Int Rev Neurobiol. 2021;157:371–407.

Artículo PubMed Google Académico

Jentsch JD, Ashenhurst JR, Cervantes MC, Groman SM, James AS, Pennington ZT. Disección de la impulsividad y sus relaciones con las adicciones a las drogas. Ann NY Acad Sci. 2014;1327:1–26.

Académico de Google de PubMed

Goltseker K, Hopf FW, Barak S. Avances en modelos animales de comportamiento del trastorno por consumo de alcohol. Alcohol. 2019;74:73–82.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Crabbe, JC Capítulo 5—Uso de modelos animales de comportamiento relacionado con el alcohol. en Handbook of Clinical Neurology (eds. Sullivan, EV & Pfefferbaum, A) vol. 125 71–86 (Elsevier, 2014).

Wilcox MV, Cuzon Carlson VC, Sherazee N, Sprow GM, Bock R, Thiele TE, et al. El consumo compulsivo repetido de etanol altera los patrones de consumo de etanol y deprime la transmisión GABAérgica del cuerpo estriado. Neuropsicofarmacología. 2014;39:579–94.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Crabbe JC, Spence SE, Brown LL, Metten P. Preferencia de alcohol bebiendo en una línea de ratones criados selectivamente para beber mucho en la oscuridad. Alcohol. 2011;45:427–40.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Lyons AM, Lowery EG, Sparta DR, Thiele TE. Efectos de la disponibilidad de alimentos y la administración de agentes orexigénicos y anoréxicos en el consumo elevado de etanol asociado con los procedimientos de beber en la oscuridad. Alcohol Clin Exp Res. 2008;32:1962–8.

CAS PubMed PubMed Central Google Académico

Niaura RS, Rohsenow DJ, Binkoff JA, Monti PM, Pedraza M, Abrams DB. Relevancia de la reactividad de la señal para comprender la recaída en el alcohol y el tabaquismo. Psicología anormal J. 1988;97:133–52.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Witteman J, Post H, Tarvainen M, de Bruijn A, Perna Ede S, Ramaekers JG, et al. Cue reactividad y su relación con el deseo y la recaída en la dependencia del alcohol: un laboratorio combinado y estudio de campo. Psicofarmacología. 2015;232:3685–96.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lewis AS, Calipari ES, Siciliano CA. Hacia pautas estandarizadas para investigar el control del comportamiento del circuito neuronal en la investigación con animales. eNeuro. (2021) https://doi.org/10.1523/ENEURO.0498-20.2021.

Nagasaka Y, Shimoda K, Fujii N. Grabación multidimensional (MDR) e intercambio de datos: una plataforma ecológica abierta de investigación y educación para la neurociencia. Más uno. 2011;6:e22561.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Harris AZ, Golder D, Likhtik E. Grabaciones de electrofisiología multisitio en ratones para estudiar la comunicación interregional durante la ansiedad. Curr Protoc Neurosci. 80, 8.40.1-8.40.21 (2017).

de Laat B, Nabulsi N, Huang Y, O'Malley SS, Froehlich JC, Morris ED, et al. La ocupación del receptor opioide kappa por la naltrexona predice una reducción en el consumo de alcohol y las ansias. Mol Psiquiatría. 2021;26:5053–60.

Skinner MD, Aubin HJ. El lugar del deseo en la teoría de la adicción: contribuciones de los principales modelos. Neurosci Biobehav Rev. 2010;34:606–23.

Artículo PubMed Google Académico

Baranger D, Demers CH, Elsayed NM, Knodt AR, Radtke SR, Desmarais A, et al. Evidencia convergente de los efectos predisponentes del volumen de materia gris del cerebro sobre el consumo de alcohol. Psiquiatría Biol. 2020;87:645–55.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Shansky RM, Woolley CS. Considerar el sexo como una variable biológica será valioso para la investigación en neurociencia. J Neurosci. 2016;36:11817–22.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bale TL, Epperson CN. El sexo como variable biológica: quién, qué, cuándo, por qué y cómo. Neuropsicofarmacología. 2017;42:386–96.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Samson HH, Grant KA. Algunas implicaciones de los estudios de autoadministración de alcohol en animales para los problemas de alcohol en humanos. Drogas Alcohol Depende. 1990; 25:141–4.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Lester D, Liberado EX. Criterios para un modelo animal de alcoholismo. Pharmacol Biochem Comportamiento. 1973; 1:103–7.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Sipe G, Linares-Garcia I, Nguyen M, Vazey E, Huda R. 1 El consumo voluntario de alcohol interrumpe el acoplamiento de la actividad cortical prefrontal con la excitación. https://doi.org/10.1101/2021.02.01.429229.

Linsenbardt DN, Timme NM, Lapish CC. La codificación de la intención de beber alcohol por parte de la corteza prefrontal está atenuada en ratas con antecedentes familiares de consumo excesivo de alcohol. eNeuro. 2019;6:Euro.0489-18.2019.

Noworyta K, Cieslik A, Rygula R. Los sesgos cognitivos basados ​​en el refuerzo como factores de vulnerabilidad en la adicción al alcohol: de los modelos humanos a los animales. Preimpresiones de Authorea (2021) https://doi.org/10.22541/au.161579797.70578236/v1.

Maia TV, Frank MJ. Desde modelos de aprendizaje por refuerzo hasta trastornos psiquiátricos y neurológicos. Nat Neurosci. 2011;14:154–62.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Grimm JW, Hope BT, Wise RA, Shaham Y. Incubación del ansia de cocaína después de la abstinencia. Naturaleza 2001;412:141–2.

Pickens CL, Airavaara M, Theberge F, Fanous S, Hope BT, Shaham Y. Neurobiología de la incubación del ansia por las drogas. Tendencias Neurosci. 2011;34:411–20.

Drummond DC. ¿Qué tiene que ofrecer la reactividad cue a la investigación clínica? Adicción 2000;95 Suplemento 2:S129–44.

Szegedi A, Lörch B, Scheurich A, Ruppe A, Hautzinger M, Wetzel H. Exposición a señales en pacientes dependientes del alcohol: evidencia preliminar de diferentes tipos de reactividad a señales. J. Transm Neural. (Viena) 2000;107:721–30.

Domi E, Xu L, Toivainen S, Nordeman A, Gobbo F, Venniro M, et al. Un sustrato neural del consumo compulsivo de alcohol. ciencia avanzada 2021;7:eabg9045.

Townsend EA, Negus SS, Caine SB, Thomsen M, Banks ML. Diferencias de sexo en el refuerzo de opioides bajo un procedimiento de elección de alimentos frente a fentanilo en ratas. Neuropsicofarmacología. 2019;44:2022–9.

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Johnson AR, Thibeault KC, Lopez AJ, Peck EG, Sands LP, Sanders CM, et al. Las señales juegan un papel fundamental en la mejora del refuerzo de la cocaína dependiente del ciclo estral. Neuropsicofarmacología. 2019;44:1189–97.

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Nicolas C, Zlebnik NE, Farokhnia M, Leggio L, Ikemoto S, Shaham Y. Diferencias sexuales en el deseo y la recaída de opioides y psicoestimulantes: una revisión crítica. Pharmacol Rev. 2022;74:119–40.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Siciliano CA. Captar la complejidad de las diferencias sexuales requiere modelos de comportamiento multidimensionales. Neuropsicofarmaco. 2019;44:1997–8.

Artículo Google Académico

Zachry JE, Johnson AR, Calipari ES. Las diferencias de sexo en la toma de decisiones basadas en valores subyacen a los trastornos por uso de sustancias en las mujeres. Alcohólico Alcohólico. 2019;54:339–41.

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Radke AK, Sneddon EA, Frasier RM, Hopf FW. Perspectivas recientes sobre las diferencias sexuales en el consumo compulsivo y el consumo excesivo de alcohol. Int J Mol Sci. 2021;22:3788.

Keenan KP, Laroque P, Ballam GC, Soper KA, Dixit R, Mattson BA, et al. Los efectos de la dieta, la sobrealimentación ad libitum y la restricción dietética moderada en el bioensayo en roedores: la variable no controlada en la evaluación de la seguridad. ToxicolPatol. 1996; 24:757–68.

Artículo CAS PubMed Google Académico

Subcomité del Consejo Nacional de Investigación (EE. UU.) sobre nutrición de animales de laboratorio. Requerimientos de nutrientes del ratón. (Prensa de las Academias Nacionales (EE. UU.), 1995).

Lesscher HMB, van Kerkhof LWM, Vanderschuren LJMJ. Consumo de alcohol inflexible e indiferente en ratones machos. Alcohol Clin Exp Res. 2010;34:1219–25.

CAS PubMed Google Académico

Descargar referencias

Este trabajo fue apoyado por las subvenciones del NIH R00 DA04510 (NIDA), R01 AA030115 (NIAAA), U01 AA029971 (NIAAA), Alkermes Pathways Research Award, Brain Research Foundation y Whitehall Foundation (CAS). PRM cuenta con el apoyo de una beca NIH (F31 AA029626).

Departamento de Farmacología, Vanderbilt Brain Institute, Vanderbilt Center for Addiction Research, Vanderbilt University, Nashville, TN, 37232, EE. UU.

Alex R. Brown, Hannah E. Branthwaite, Zahra Z. Farahbakhsh, Snigdha Mukerjee, Patrick R. Melugin, Keaton Song y Cody A. Siciliano

Departamento de Neurobiología, Facultad de Medicina de Harvard, Boston, MA, EE. UU.

Habiba Noamany

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

ARB y CAS concibieron conjuntamente el proyecto. ARB, CAS, ZZF diseñaron los experimentos. Datos recopilados por ARB, HEB, ZZF, SM, PRM y KS. CAS y HN desarrollaron código de análisis MATLAB. ARB, ZZF, CAS realizaron análisis. ARB y CAS crearon las cifras y escribieron el documento.

Correspondencia a Cody A. Siciliano.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Brown, AR, Branthwaite, HE, Farahbakhsh, ZZ et al. Seguimiento estructurado del refuerzo del alcohol (STAR) para la investigación básica y traslacional del alcohol. Psiquiatría Mol 28, 1585-1598 (2023). https://doi.org/10.1038/s41380-023-01994-4

Descargar cita

Recibido: 05 enero 2022

Revisado: 26 de enero de 2023

Aceptado: 07 febrero 2023

Publicado: 27 febrero 2023

Fecha de emisión: abril de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41380-023-01994-4

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt