Исследования с использованием животных внесли огромный вклад в наше понимание злоупотребления наркотиками и его последствий, профилактики и лечения. Исследования на животных позволили получить фундаментальные представления о том, почему люди злоупотребляют наркотиками и как наркотики вызывают навязчивость и беспорядочное мышление, наблюдаемые при аддикции. Они дают ключ к стратегиям профилактики и лечения злоупотреблений и наркомании. Они также обеспечивают первые испытания безопасности и эффективности потенциальных новых вакцин и лекарств. Поскольку исследования на животных имеют столь важное значение, мы выбрали их в качестве темы для этой вступительной статьи в новом издании Nida Notes Эталонный Ряд. Каждая статья в серии будет обсуждать основную идею или тему в науке о злоупотреблении наркотиками, ссылаясь на статьи Nida Notes в качестве иллюстративных ссылок.
Зачем экспериментировать с животными?
Исследователи полагаются на эксперименты с животными, чтобы ответить на вопросы о том, как наркотики и потенциальные лекарства могут влиять на мозг и не подвергать людей потенциальной токсичности, риску зависимости или инвазивным медицинским процедурам. Эти эксперименты уменьшают или устраняют многие факторы, которые могут сделать исследования с людьми трудными для интерпретации, такие как различия в диете, здоровье, истории наркотиков, генетическом составе, социально-экономических обстоятельствах, понимании и отношениях. Хотя результаты исследований на животных следует с осторожностью экстраполировать на человека, их ценность не поддается исчислению. Исследователи следуют строгим этическим принципам, чтобы свести к минимуму дискомфорт животных и гарантировать, что любые невзгоды, которые испытывают животные, неизбежны и оправданны с точки зрения воспринимаемой важности получаемых знаний.
Животные и зависимость
Аддикция-это болезнь человека; только люди обычно имеют достаточный доступ к наркотикам, чтобы стать зависимыми, и только люди могут сообщить о некоторых характерных переживаниях расстройства, таких как тяга к веществу или попытка и неудача прекратить его употребление. Тем не менее, когда лабораторные животные (крысы, мыши, обезьяны, павианы и некоторые другие виды) подвергаются воздействию аддиктивных веществ в контролируемых условиях, они проявляют эквиваленты некоторых видов поведения, которые мы используем для распознавания и определения злоупотребления и зависимости. Они, как правило, будут:
- Принимайте все больше и больше этого,
- Посвятите много времени и энергии тому, чтобы получить его,
- Продолжайте принимать его несмотря на неблагоприятные последствия,
- Проходят синдром отмены при внезапном прекращении, и
- Рецидив в ответ на воздействие окружающей среды или стрессовых факторов или возобновление воздействия.
Исследователи называют эти модели поведения "животными моделями" соответствующих аспектов аддиктивного поведения человека. Основные процедуры исследования аддикции на животных - это набор протоколов, которые оценивают аддиктивные свойства вещества путем воздействия на животных и наблюдения за тем, проявляют ли они модельное поведение. Каждый протокол фокусируется на одном поведении.
Основные Протоколы
Животные модели аддикции позволяют исследователям переводить вопросы о воздействии вещества на людей в параллельные вопросы о том, будут ли животные, подвергшиеся воздействию вещества, демонстрировать пассивное поведение. Например, вопрос: "даст ли это вещество людям опыт, который они захотят повторить, что приведет к возможному злоупотреблению?"становится", как только животные подвергаются воздействию этого вещества, будут ли они нажимать рычаг, чтобы получить больше?"
Протоколы введения веществ и документирования модельного поведения животных стандартизированы таким образом, чтобы исследователи могли интерпретировать и сравнивать результаты. Количественная оценка поведения необходима: исследователи, стремящиеся определить, является ли вещество, вероятно, злоупотреблять, например, будут использовать компьютер, чтобы подсчитать, сколько раз подопытные животные нажимают рычаг для самостоятельного введения его. Производители научных приборов предоставили специализированное оборудование для измерения значимых поведенческих характеристик. Так, например, исследователи, оценивающие стимулирующее действие вещества, обычно измеряют двигательную активность подопытного животного, помещая его в клетку, оборудованную инфракрасными датчиками, которые автоматически отслеживают его движения.
Наиболее часто задаваемые вопросы о реакции человека на потенциально вызывающие привыкание вещества, соответствующие вопросы о поведении животных и протоколах экспериментов заключаются в следующем:
Есть ли у этого вещества эффекты, которые побудят людей злоупотреблять им?
Исследователи разработали два независимых протокола, каждый из которых использует различные модели животных, чтобы ответить на этот вопрос.
1. Эксперименты по самоуправлению:
как только животное испытало действие вещества, будет ли оно работать, чтобы получить больше?
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи сначала обучают животное получать вознаграждение—обычно пищу—с помощью некоторых добровольных действий, например, нажимая на рычаг. Затем они делают животному первую инъекцию или инфузию рассматриваемого вещества и помещают его в клетку, где он может самостоятельно вводить больше доз тем же самым действием. Оставаясь на примере рычага, теперь необходимо выполнить два условия, чтобы исследователи пришли к выводу, что вещество мотивирует самоуправление:
- Животное упорно толкает рычаг; и
- Животное толкает связанный с лекарством рычаг больше, чем тот же самый рычаг, который не дает ничего вообще или вливаний контрольного вещества, такого как физиологический раствор, который не имеет полезных свойств. Это второе условие гарантирует, что цель животного при нажатии связанного с лекарством рычага состоит в том, чтобы получить лекарство, а не, например, только для физических упражнений (в этом случае ожидается, что он будет одинаково нажимать на оба рычага).
Если поведение подопытных животных соответствует обоим условиям, препарат считается усиливающим, то есть он обеспечивает опыт, который животные стремятся повторить. Исследователи, финансируемые NIDA, недавно использовали эксперимент по самоуправлению, чтобы проверить свою гипотезу о том, что ацетальдегид, компонент табачного дыма, способствует подростковой табачной зависимости.1
2. Эксперименты с обусловленным предпочтением места:
после того, как животное подверглось воздействию вещества, предпочтет ли оно место, где у него был этот опыт, другим местам, где у него его не было?
Для этого протокола исследователи используют тестовую клетку, состоящую из двух камер с заметно отличающимися характеристиками: например, одна камера может быть черной с полом из оргстекла, а другая-белой с полом из проволочной сетки, или они могут иметь характерные ароматы, освещение или звуки. Проход соединяет две камеры, с дверями, которые могут быть открыты или закрыты, чтобы ограничить животное в любой камере или позволить свободное перемещение между ними.
Готовясь к эксперименту, исследователи вводят подопытному животному исследуемое вещество и помещают его в одну камеру. Они могут подвергать животное воздействию один раз или много раз, всегда помещая его в одну и ту же камеру; цель состоит в том, чтобы обучить животное ассоциировать переживание наркотика с этой камерой и ее отличительными чертами.
В день эксперимента исследователи помещают животное, не подвергшееся воздействию, в коридор между двумя камерами и следят за его движениями. Они придут к выводу, что вещество усиливает, если животное проводит большую часть своего времени в камере, которую оно научилось ассоциировать с веществом. Иногда животные предпочитают другую камеру-признак того, что они испытывают отвращение к этому веществу. Как и в экспериментах по самоуправлению, исследователи включают в эти эксперименты условия контроля, чтобы исключить альтернативные объяснения поведения животных. Хотя исследования предпочтения обусловленного места непосредственно не измеряют подкрепление лекарствами, их результаты довольно хорошо совпадают с результатами исследований самостоятельного введения.
Насколько сильно вещество мотивирует дальнейшее употребление?
Сколько усилий затратит животное, чтобы получить дозу вещества?
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи проводят эксперименты по самоуправлению точно так же, как те, которые используются для установления склонности к злоупотреблению, но с одной модификацией: они программируют рычаг таким образом, что животное должно нажимать на него больше раз, чтобы получить каждую последующую инфузию вещества. Обычно животное получает инфузию после первого нажатия, второго, четвертого, восьмого, шестнадцатого и так далее. Сила подкрепления определяется тем, как далеко животное заходит в этой эскалации, прежде чем усилие, необходимое для следующей дозы, превысит его мотивацию, и он прекратит. Также измеряется темп нажатия на рычаг: чем короче интервалы между нажатиями, тем более мотивированным может быть животное.
Будут ли люди мотивированы продолжать принимать препарат, даже если они знают, что это приведет к негативным последствиям?
Будут ли животные продолжать нажимать на рычаг, который доставляет вещество, но сопровождается неприятным ощущением?
Исследователи создали исследования по самоуправлению с еще одной морщиной: когда животное нажимает на рычаг, оно получает вместе с веществом неприятный стимул, такой как зажим хвоста или электрический удар по ноге. Если животное, тем не менее, продолжает нажимать на рычаг, считается вероятным, что люди также могут переоценивать вещество по отношению к своему здоровью и благополучию.
Будут ли люди, принимающие препарат в течение длительного периода времени, испытывать абстиненцию?
Будут ли животные, подвергшиеся интенсивному воздействию этого вещества, проявлять признаки дискомфорта или дисфункции, если они внезапно потеряют к нему доступ?
Человек подвержен риску развития абстинентных симптомов, когда он зависит от какого—либо вещества, то есть физиологически адаптировался к этому веществу и теперь нуждается в нем, чтобы функционировать должным образом. Чтобы воспроизвести это состояние в лабораторных экспериментах, исследователи либо непосредственно вводят вещество животному, либо помещают животное в клетку, где оно может свободно самостоятельно вводить вещество. В последнем случае исследователи будут следить за тем, чтобы животное установилось в устойчивом ритме нажатия на рычаг или неуклонно увеличивало потребление вещества, каждый из которых предполагает, что оно достигло нового физиологического равновесия, которое приспосабливает эффекты вещества. В этот момент ученые отрезают животному доступ к веществу и наблюдают за его реакцией. Абстиненция выводится, если у животного развивается определенное ненормальное поведение. В одном из таких экспериментов, описанном в этом номере, бабуины, хронически подвергавшиеся воздействию клубного препарата GHB-также известного как"жидкий экстази" —развивали Тремор, потерю аппетита и возбуждение, когда прием препарата прекращался.2
Будет ли человек, который становится абстинентным, подвергаться риску рецидива?
Может ли запускающий стимул заставить животное снова начать искать лекарство после того, как оно остановилось?
Эксперименты по тестированию рецидива имеют три основных этапа:
- Установление зависимости: как и в исследованиях по тестированию абстиненции, животное постоянно вводят или помещают в клетку, где оно самостоятельно вводит исследуемое вещество до тех пор, пока его паттерн нажатия рычага не укажет на зависимость;
- Вымирание: исследователи оставляют животное в клетке, но отключают рычаг от механизма доставки вещества. Животное продолжает нажимать на рычаг в течение некоторого времени, но без какого-либо вещества, в конце концов останавливается. Говоря лабораторным языком, поведение животного, нажим на рычаг, теперь "угасает", и оно находится в состоянии, сравнимом с состоянием человека, достигшего воздержания;
- Воздействие триггера рецидива: исследователи теперь подвергают животное воздействию стимула, который, по их мнению, может вызвать рецидив. Если животное возобновляет жадное нажатие рычага, исследователи заключают, что действие вещества включает в себя постоянный потенциал для рецидива.
В экспериментах с рецидивами исследователи тестируют животных со стимулами, соответствующими тем, которые чаще всего вызывают рецидив у людей, воздерживающихся от наркотиков: стресс, сигналы окружающей среды, связанные с опытом употребления наркотиков, и повторное воздействие препарата (например, когда кто-то решает, что не повредит выкурить всего одну сигарету и быстро возвращается к пачке в день). Экологический сигнал, часто используемый в животных моделях рецидива, - это свет, который включается, когда рычаг заряжен для доставки вещества на стадии самостоятельного введения, выключается на стадии исчезновения и снова появляется на последней стадии. Стресс часто вызывается слабыми электрическими разрядами.3
За пределами основных протоколов
Исследования на животных полезны не только для определения того, обладают ли вещества аддиктивными свойствами. Они также направляют разработку новых методов лечения и предоставляют ключевую информацию о том, как наркотики вызывают привыкание и другие эффекты.
Оценка методов лечения
Чтобы оценить, может ли вакцина или лекарство помочь предотвратить или вылечить злоупотребление лекарством, исследователи обычно следуют тем же протоколам, которые они используют для оценки потенциала усиления препарата, но с двумя модификациями. На соответствующей стадии эксперимента они дают некоторым из своих подопытных животных потенциальную вакцину или лекарство, и они используют контрольную группу животных, подвергнутых воздействию наркотиков, но не получавших лечения или плацебо.
Исследования воздействия лекарств внесли большой вклад в наше общее понимание того, как мозг функционирует в таких фундаментальных областях, как обучение и память, мотивация и обработка боли.
В эксперименте по тестированию вакцины исследователи спрашивают: "по сравнению с контрольной группой, будут ли животные, которых мы предварительно обработали вакциной, прежде чем дать им доступ к лекарству, самостоятельно вводить меньше его или демонстрировать меньшее предпочтение клетке, в которой они подвергались воздействию?"4 В исследовании, посвященном оценке потенциального лекарства для уменьшения абстинентных симптомов, они спрашивают: "если животные физически зависимы от препарата, будет ли группа, которая лечится предлагаемым лекарством, показывать меньше признаков абстиненции, чем необработанная группа, когда препарат прекращен?"Если лекарство оценивается на эффективность против рецидива, они спрашивают:" Если мы проведем животных через прогрессирование самоадаптации и вымирания, а затем подвергнем их триггеру рецидива, будут ли лекарственные животные возвращаться к жадному самоадаптации менее охотно, чем контрольная группа?"5
Изучение механизмов действия лекарств
Информация о том, как наркотики воздействуют на мозг, чтобы вызвать злоупотребление и зависимость, обеспечивает основу для целенаправленной разработки лекарств: как только исследования показывают, что наркотик злоупотребления влияет на определенный процесс мозга, фармакологи могут идентифицировать и тестировать лекарства, которые имеют противоположные эффекты. Исследования нейробиологических механизмов злоупотребления и зависимости также проливают свет на генетические и физиологические особенности, которые усиливают или уменьшают уязвимость к злоупотреблению наркотиками. Исследования воздействия лекарств также внесли большой вклад в наше общее понимание того, как мозг функционирует в таких фундаментальных областях, как обучение и память, мотивация и обработка боли.6
Исследователи узнают о механизмах действия лекарств и некоторых эффектах, таких как токсичность, просто подвергая животных воздействию лекарств и анализируя воздействие на структуры и системы мозга.Другие исследования пытаются расшифровать, как биологические эффекты лекарств приводят к поведению, связанному со злоупотреблением и зависимостью: как правило, эти исследования сочетают основные протоколы экспериментов на животных со специализированными методами фармакологических, нейробиологических или генетических исследований.8
Пределы и будущее экспериментов на животных
Эксперименты на животных проливают свет прежде всего на лекарственные реакции, основанные на многочисленных системах и процессах мозга и тела, которые люди разделяют с другими видами. Однако эксперименты на животных никогда не дадут полной картины взаимодействия человека с наркотиками. В то время как эволюция снабдила людей и животных одинаковыми или очень похожими механизмами для многих основных аспектов мотивации и торможения,обучения и памяти, а также реакции на боль, человеческий мозг интегрирует их с речью и письмом, логикой и символическим мышлением. Более того, только у людей социальные факторы, такие как законы, культура, религия и экономика, изменяют вероятность и последствия злоупотребления наркотиками. Соответственно, результаты исследований на животных должны интерпретироваться с осторожностью, и только исследования на людях могут выявить влияние на злоупотребление и зависимость, которые связаны с уникальными человеческими чертами и способностями.
Последние технологические достижения позволяют современным исследователям исследовать некоторые проблемы непосредственно на людях, которые ранее требовали экспериментов на животных. Наиболее ярким примером, возможно, является использование неинвазивных методов визуализации для мониторинга сложных реакций мозга на наркотики, когда они происходят. Те же методы позволяют проводить новые виды экспериментов на животных.9 Другие технологические достижения расширили использование экспериментов на животных в новых областях исследований; например, исследователи теперь могут исследовать роль конкретного гена в злоупотреблении наркотиками с помощью специально выведенных штаммов мышей.Изобретательность исследователей продолжает находить новые способы использования уникальных преимуществ моделей животных для углубления наших знаний о злоупотреблении наркотиками и наркомании.