УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПИЩЕВОГО ПОВЕДЕНИЯ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ НА ЖИВОТНЫХ
DEVICE FOR EXAMINATION OF FEEDING BEHAVIOUR IN ANIMAL EXPERIMENT

Изобретение относится к физиологии и экспериментальной медицине.
Известны устройства для исследования пищевого поведения у животных и связанного с ним уровня пищевой мотивации путем альтернативного выбора испытуемыми предъявляемых кормушек с пищей, имеющих различные по привлекательности вкусовые свойства. Ближайшим к заявляемому устройству аналогом является устройство, в состав которого входит стартовый отсек для испытуемых и рабочий отсек с кормушками для тестируемой жидкой пищи (Smith 1995; Willner e.a., 1990 - прототип устройства). Данное устройство дает возможность оценивать пищевое предпочтение и уровень мотивации испытуемых, основанное лишь на оросенсорой рецепции вкусовых раздражителей, расположенной в ротовой полости.
Недостатками данного устройства являются:
1. Устройство не позволяет осуществлять подачу испытуемым тестируемой пищи в дискретном, пространственно распределенном виде.
2. Устройство не дает возможности экспонировать дистантные натуральные раздражители предъявляемой испытуемым пищи.
3. Устройство не позволяет регулировать объем подаваемой в кормушки пищи в эксперименте.
4. Устройство не позволяет регистрировать время побежки испытуемых к кормушкам с пищей.
5. Устройство не дает возможности разделить один пищевой акт на ряд отдельных, последовательно выполняемых поведенческих пищевых реакций.
6. Устройство не позволяет проводить автоматизированную регистрацию общего объема съеденной пищи и количества пищи, съеденной испытуемым в отдельных локусах кормушки.
7. Устройство не дает возможности исследовать влияние сенсорных сигналов на формирование пищевой мотивации.
8. Устройство не позволяет изучить функциональную роль первичного условно-рефлекторного подкрепления на пищевое предпочтение и уровень мотивации испытуемых.
9. Устройство не обеспечивает возможности изучить динамику формирования мотивационного процесса от момента восприятия дистантного сенсорного раздражителя, сигнализирующего подачу пищи, до акта ее поедания.
10. Устройство не дает возможности исследовать, как процесс разделения одного пищевого акта на ряд отдельных, последовательно исполняемых пищевых реакций, влияет на пищевое предпочтение и мотивацию испытуемых.
11. Устройство не позволяет моделировать в опытах на животных процесс формирования физиологической зависимости испытуемых от сенсорных свойств предъявляемой испытуемым пищевых раздражителей.
12. Устройство не позволяет исследовать физиологические механизмы, лежащие в основе предпочтения пищи в конфликтной ситуации - снижение фактического количества поедаемой пищи на фоне повышения аттрактивных свойств предъявляемой испытуемым пищи.
Цель изобретения - повысить точность экспериментального тестирования пищевого поведения подопытных животных, расширить класс решаемых устройством задач путем расширения оперативных возможностей устройства, автоматизировать процедуру тестирования.
Сущность устройства для исследования пищевого поведения в эксперименте на животных, содержащего стартовый и рабочие отсеки, оснащенные кормушками для подачи жидкой пищи, заключается в том, что в него введены средства автоматизированной подачи пищи, содержащие компьютер, емкостной датчик, формирователь импульсов и соленоид, и средства автоматизированной регистрации, содержащие инфракрасные и тензометрические датчики, мостовую схему, многоканальный усилитель и регистратор, при этом кормушки выполнены в виде брусков, изготовленных из непрозрачного влагостойкого материала, верхняя грань которых содержит несколько расположенных в ряд углублений для размещения пищи, имеющих равные размеры и выполненных в виде цилиндрических отверстий с полусферическими основаниями, углубления снабжены сообщающимися друг с другом трубопроводами, а кормушка - сквозным каналом, расположенным соосно вводу в центральное углубление, и пищепроводным штуцером, выполненным с возможностью передвижения по сквозному каналу для соединения с сообщающимися трубопроводами кормушки или для изолированного соединения с центральным углублением, кроме того кормушка оснащена съемными вставками из непрозрачного влагостойкого материала, содержащими пищевые углубления с меньшими по сравнению с исходными углублениями кормушки размерами, углубления кормушки снабжены съемными вкладышами, выполнеными из влагостойкого материала, которые имитируют вид и количество закладываемой в углубления пищи, а пищепроводный штуцер соединен с пищевым резервуаром, оснащенным соленоидом, связанным с формирователем импульсов, компьютером и регистратором, в стартовом и рабочих отсеках установлены инфракрасные датчики, в центральном углублении размещен емкостной датчик, а в углублениях кормушки - тензометрические датчики, датчики последовательно соединены с многоканальным усилителем и регистратором, обеспечивающим регистрацию времени побежки к кормушкам и количества подаваемой и съеденной пищи, а компьютер с помощью средств автоматизированной подачи пищи обеспечивает изменение размера предъявляемой пищи и интервалов времени между отдельно подаваемыми порциями.
На фиг.1 показана общая схема заявляемого устройства, где
1. Стартовый отсек.
2. Заслонка стартового отсека.
3. Рабочие отсеки.
4. Кормушки с углублениями, наполненными тестируемой жидкой пищей.
5. Инфракрасные (ИФК) датчики.
6. Емкостной датчик
На фиг.2 показано устройство кормушка. А - вид сверху; Б - продольное сечение кормушки, где
7. Корпус кормушки.
8. Углубления на верхней грани кормушки для размещения пищи.
9. Тензодатчики.
10. Винты фиксации.
11. Съемные перфорированные вставки, снабженные пищевыми углублениями.
12. Соединительные трубопроводы.
13. Сквозной канал для размещения пищепроводного штуцера.
14. Пищепроводный штуцер.
На фиг.3 дана блок-схема автоматизированной регистрации показателей мотивированного пищедобывательного поведения (наименования приборов приведены на схеме, стрелками обозначено поступление жидкой пищи из пищевого резервуара и ее последующая подача в пищевые углубления кормушки).
На фиг.1, 2, 3 показана конструкция устройства, содержащего стартовый отсек 1, оснащенный закрывающейся заслонкой 2, и рабочие 3 отсеки с кормушками 4 для подачи испытуемым жидкой пищи. Стартовый 1 и рабочие 3 отсеки оснащены ИФК-датчиками 5, фиксирующими время выхода испытуемого из стартового отсека 1 и выбор рабочего отсека 3 с предпочитаемой пищей. Кормушки 4, 6 выполнены в виде брусков, изготовленных из непрозрачного влагостойкого материала. Верхняя грань кормушек содержит несколько расположенных в ряд углублений 8 для размещения пищи, которые выполнены в виде цилиндрических отверстий с полусферическими основаниями, имеющих во всех локусах равные размеры. Передняя кромка центрального локуса кормушек оснащена емкостным датчиком 6, а задние кромки локусов кормушек тензометрическими датчиками 9. Пищевые локусы кормушки снабжены сообщающимися друг с другом трубопроводами 12, а также резьбовыми сквозным каналом 13 и пищепроводным штуцером 14, которые обеспечивают подачу жидкой пищи в углубления кормушки. Кормушки также оснащены съемными перфорированными вставками 11. Вставки изготовлены перфорированными из непрозрачного влагостойкого материала, которые содержат пищевые углубления с уменьшенными по сравнению с исходными углублениями кормушки размерами. Кормушки также снабжены съемными вкладышами, выполненными из влагостойкого материала, которые имитируют вид и количество закладываемой в углубления пищи. Устройство оснащено средствами автоматизированной подачи пищи, содержащими компьютер, емкостной датчик 6, формирователь импульсов и соленоид, и средствами автоматизированной регистрации, содержащими инфракрасные 5 и тензометрические 9 датчики, мостовую схему, многоканальный усилитель и регистратор. Пищепроводный штуцер 14 кормушки соединен с пищевым резервуаром, оснащенным соленоидом, который соединен с формирователем импульсов, компьютером и регистратором. Стартовый отсек и рабочие отсеки устройства оснащены инфракрасными 5 датчиками, пищевые углубления кормушки - тензометрическими датчиками 9 и мостовой схемой, а центральное углубление кормушки также оснащено емкостным датчиком 6. Датчики последовательно соединены с многоканальным усилителем и регистратором, которые позволяют регистрировать время побежки к кормушкам и количество подаваемой и съеденной испытуемым пищи, а компьютер оснащен программно-аппаратными средствами, позволяющими изменять размер предъявляемой пищи и интервалы времени между отдельно подаваемыми порциями.
Порядок работы с устройством.
Перед осуществлением тестирования пищевого поведения устанавливают конструктивные элементы кормушки в соответствии с выбранным режимом подачи пищи, кормушки в рабочих отсеках заряжают одинаковой по составу жидкой пищей. Испытуемого помещают в стартовый отсек и дают возможность несколько раз посетить оба рабочих отсека. Включают приборы (регистратор, усилители с подключенными инфракрасными датчиками, мостовую схему с тензодатчиками, соленоид, формирователь импульсов, компьютер), предназначенные для автоматизированной подачи тестируемой пищи и регистрации показателей мотивированного пищедобывательного поведения испытуемого. При тестировании пищевого предпочтения и мотивации испытуемому дают возможность посещать лишь один из отсеков с предпочитаемым испытуемым режимом подачи пищи. При использовании в эксперименте дискретного по времени режима подачи пищи размер предъявляемой пищи и интервалы времени между отдельно подаваемыми порциями регулируются соленоидом с помощью программно-аппаратных средств, установленных на компьютере, входящим в состав устройства.
Кормушки заправляют пищей равного объема, одинаковой по составу и концентрации, которую предъявляют в равных по размерам пищевых углублениях двух кормушек, расположенных друг от друга на расстоянии, требующем для поедания пищи в соседнем углублении, завершения текущего пищевого акта и изменения позиции испытуемого. В одной кормушке весь объем пищи подают в одном пищевом углублении, расположенном в центре кормушки, без разделения на отдельные порции, а в альтернативно подаваемой кормушке - тот же объем пищи распределяют равномерно в нескольких, рядом расположенных пищевых углублениях, хорошо видимых испытуемым при подходе к кормушке. Пищевое предпочтение и уровень пищевой мотивации у испытуемых оценивают по числу выборов кормушки с различными режимами подачи пищи, скорости побежки к кормушкам и количеству съеденной пищи, необходимой для насыщения при выборе предпочитаемого режима подачи пищи.
Устройство позволяет исследовать пищевое предпочтение и уровень мотивации испытуемого при различных режимах подачи пищи:
1. Объем пищи в тестируемых кормушках снижают или увеличивают при сохранении исходных геометрических размеров порций пищи в углублениях кормушки.
2. Пищу предъявляют в пищевых углублениях кормушек, выполненных с возможностью съедать испытуемым весь объем предъявляемой в кормушке пищи из одного углубления без подхода к соседним пищевым углублениям кормушки.
3. Пищу, предъявляемую в центральном углублении кормушки, подают в дискретном по времени режиме, отдельными равными порциями, с возможностью изменения интервала времени между дискретно подаваемыми порциями пищи.
4. Пищу в альтернативно подаваемой кормушке закладывают в одно, центрально расположенное углубление, а в остальных локусах пища заменяется искусственно выполненными вкладышами, имитирующими вид и количество тестируемой пищи.
Испытание устройства проводили в экспериментах на крысах линии Long Evans, обученных выбору одной из двух кормушек, которые содержали равную по объему и составу пищу (например, молоко), но предъявлялось испытуемым различным образом: в одной кормушке - одной порцией (без разделения на части), в альтернативно подаваемой кормушке - в дробном виде (пространственно разделенную на отдельные, рядом расположенные равные части).
Показано, что подопытные животные в 5-15% пробах отдают предпочтение выбору подкрепления, предъявляемого в кормушке одной порцией без разделения на части, и в 85-95% - равному по объему подкреплению, предъявляемому одновременно, в дробном виде. У животных, выбравших дробный режим подкрепления, отмечено увеличение скорости побежки к выбранной кормушке и увеличение общего количества съеденной пищи, необходимой испытуемым для насыщения, что свидетельствовало об экспериментально вызванном изменении уровня текущей мотивации испытуемых. Преимущественное предпочтение выбора пищи с дробным подкреплением (75-90% проб) сохранялось у животных при значительном снижении объема пищи в кормушке с дробным подкреплением по сравнению с другой тестируемой кормушкой. При этом показано пропорциональное увеличение скорости побежки к кормушке и количества съеденной испытуемыми пищи от объема пищи в кормушке, регулируемом экспериментатором. У испытуемых также сохранялось предпочтение к выбору кормушки с дискретным режимом подачи пищи, несмотря на возможность съедать весь объем пищи из одного углубления, соединенного с соседними пищевыми углубления сообщающимися трубопроводами, а также при замене пищи в соседних углублениях искусственными вкладышами, имитирующими геометрические размеры и количество тестируемой пищи.
Преимущества заявляемого устройства:
1. Устройство позволяет осуществлять подачу тестируемой испытуемыми пищи в дискретном, пространственно распределенном виде за счет того, что кормушки устройства выполнены в виде брусков, изготовленных из непрозрачного влагостойкого материала, верхняя грань которых содержит несколько расположенных в ряд углублений для размещения пищи, которые выполнены в виде цилиндрических отверстий с полусферическими основаниями, имеющих во всех кормушках равные размеры.
2. Устройство дает возможность экспонировать дистантно действующие натуральные раздражители предъявляемой испытуемым пищи за счет того, что кормушки оснащены несколькими, расположенными в ряд углублениями, содержащими пищу, хорошо видимую испытуемым при подходе к кормушке, а также углубления кормушки оснащены хорошо видимыми искусственными вкладыши, выполненными из влагоустойчивого материала, которые имитируют тестируемую испытуемыми пищу.
3. Устройство позволяет регулировать объем подаваемой в кормушки пищи в ходе эксперимента за счет того, что кормушки устройства оснащены съемными перфорированными вставками, изготовленными из непрозрачного влагостойкого материала, которые содержат углубления с уменьшенными по сравнению с исходными пищевыми углублениями кормушки, размерами.
4. Устройство позволяет испытуемым съедать весь объем предъявляемой в кормушке жидкой пищи из одного углубления кормушки без подхода к соседним углублениям за счет того, что пищевые углубления кормушки снабжены сообщающимися друг с другом сквозными горизонтальными трубопроводами.
5. Устройство позволяет регистрировать время побежки испытуемых к кормушкам с пищей за счет того, что стартовый и рабочие отсеки устройства оснащены инфракрасными датчиками, соединенными с усилителем и регистратором для подсчета времени побежки испытуемых к кормушкам с пищей.
6. Устройство позволяет проводить автоматизированную подачу жидкой пищи в углубления кормушки за счет того, что кормушка снабжена сквозным каналом, расположенным соосно вводу в центральное углубление кормушки, и пищепроводным штуцером, выполненным с возможностью передвижения, для соединения с сообщающимися трубопроводами кормушки.
7. Устройство позволяет проводить дискретную по времени подачу жидкой пищи в центральный углубление кормушки за счет того, что кормушка снабжена сквозным каналом, расположенным соосно вводу в центральное углубление кормушки, и пищепроводным штуцером, выполненным с возможностью передвижения, для изолированного соединения с центральным локусом кормушки, при этом штуцер соединен с пищевым резервуаром, оснащенным соленоидом, который соединен с формирователем импульсов, компьютером и регистратором.
8. Устройство позволяет проводить автоматизированную регистрацию общего объема съеденной пищи, количества пищи, съеденной испытуемым в отдельных пищевых углублениях кормушки, а также регистрировать количество пищедобывательных движений, осуществляемых испытуемыми при подходе к пустым углублениям и углублениям, снабженным вкладышами, имитирующих предъявляемую пищу. Это обеспечивается тем, что пищевые углубления кормушки оснащены тензодатчиками, соединенными с мостовой схемой, усилителем и регистратором для подсчета числа осуществляемых испытуемыми пищедобывательных лизательных движений.
9. Устройство дает возможность исследовать влияние дистантно действующих сенсорных сигналов на формирование пищевой мотивации за счет того, что кормушки заряжают пищей равного объема, одинаковой по составу и концентрации, которую предъявляют в равных по размерам пищевых углублениях кормушек, причем в одной кормушке весь объем пищи подают в одном углублении, расположенном в центре кормушки, без разделения на отдельные порции, а в альтернативно подаваемых кормушках - тот же объем пищи распределяют равномерно в нескольких, рядом расположенных углублениях, содержащих пищу, хорошо видимую испытуемым при подходе к кормушке.
10. Устройство позволяет изучить функциональную роль первичного условно-рефлекторного подкрепления на пищевое предпочтение и уровень мотивации испытуемых. Это обеспечивается тем, что объем предъявляемой пищи распределяют равномерно в нескольких, рядом расположенных углублениях, содержащих пищу, хорошо видимую испытуемым при подходе к кормушке, или закладывают в углубления хорошо видимые вкладыши, имитирующие тестируемую испытуемыми пищу.
11. Устройство обеспечивает возможность изучить динамику формирования мотивационного процесса от момента восприятия дистантного сенсорного раздражителя, сигнализирующего подачу пищи, до окончания акта ее поедания. Это обеспечивается тем, что пищу предъявляют в углублениях кормушек, выполненных с возможностью съедать испытуемым весь объем предъявляемой в кормушке пищи из одного пищевого углубления без подхода к соседним углублениям кормушки.
12. Устройство дает возможность исследовать, как процесс разделения одного пищевого акта на ряд отдельных, последовательно исполняемых пищевых реакций влияет на пищевое предпочтение и мотивацию испытуемых. Это обеспечивается тем, что в одной кормушке весь объем пищи подают в одном углублении, расположенном в центре кормушки, без разделения на отдельные порции, а в альтернативно подаваемых кормушках - тот же объем пищи распределяют равномерно в нескольких, рядом расположенных углублениях, содержащих пищу, хорошо видимую испытуемым при подходе к кормушке, при этом углубления расположены друг от друга на расстоянии, требующем для поедания пищи в соседнем углублении завершения текущего пищевого акта и изменения позиции испытуемого.
13. Устройство позволяет исследовать физиологические механизмы, лежащие в основе предпочтения пищи в конфликтной ситуации - снижение фактического количества поедаемой пищи в тестируемых пробах на фоне повышения аттрактивных свойств предъявляемой испытуемым пищи. Это обеспечивается тем, что объем пищи в тестируемых кормушках снижают при сохранении исходных геометрических размеров порций пищи в углублениях или заменяют пищу в углублениях на вкладыши, имитирующие количество и вид тестируемой пищи.
14. Устройство дает возможность осуществлять тестирование испытуемых в пространственно дискретном режиме. Это обеспечивается тем, что в альтернативно подаваемых кормушках пищу распределяют равномерно в нескольких, равных по размерам, рядом расположенных углублениях, содержащих пищу, хорошо видимую испытуемым при подходе к кормушке, при этом углубления кормушки расположены друг от друга на расстоянии, требующем для поедания пищи в соседнем углублении кормушки завершения текущего пищевого акта и изменения позиции испытуемого.
15. Устройство позволяет осуществлять тестирование испытуемых в дискретном по времени режиме за счет того, что пища подается в центральном углублении кормушки отдельными равными порциями, с возможностью изменения интервала времени между дискретно подаваемыми порциями пищи.
16. Устройство позволяет моделировать в опытах на животных процесс формирования физиологической зависимости испытуемых от сенсорных свойств предъявляемой испытуемым пищи. Это обеспечивается тем, что аттрактивные свойства предъявляемой испытуемым пищи определяются не составом и концентрацией тестируемой пищи, а изменением экспериментатором ее сенсорных свойств, воспринимаемых испытуемым: в одной кормушке весь объем пищи подают в одном углублении, расположенном в центре кормушки, без разделения на отдельные порции, а в альтернативно подаваемых кормушках - тот же объем пищи распределяют равномерно в нескольких, рядом расположенных углублениях, содержащих пищу, хорошо видимую испытуемым при подходе к кормушке, при этом объем пищи в тестируемых кормушек снижают или увеличивают при сохранении геометрических размеров порций пищи в углублениях кормушки.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Smith G.P. Dopamine and Food Reward // Progress in Neurobiology and Physiological Psychology, 1995, v.16: pp.83-144.
2. Willner P., Papp M., Phillips G., Malesh M., Muskat R. Pimozide does not impair sweetness discrimination//Psychopharmacology, 1990, 102 (2). pp.272-282 (устройство - прототип).