V pokusoch na zvieratách je samopodávanie formou operantného podmieňovania, pri ktorom je odmenou droga. Tento liek sa môže podávať na diaľku prostredníctvom implantovanej intravenóznej linky alebo intracerebroventrikulárnej injekcie. Samopodávanie údajne návykových drog sa považuje za jeden z najplatnejších experimentálnych modelov na skúmanie správania pri hľadaní a užívaní drog. Čím vyššia je frekvencia, s akou testované zviera emituje operatívne správanie, tým viac sa testovaná látka považuje za odmeňujúcu (a prípadne návykovú). Samopodávanie návykových drog sa skúmalo s použitím ľudí, primátov, myší. a najčastejšie potkanov.
Samopodávanie heroínu a kokaínu sa používa na skríning liekov z hľadiska možných účinkov na zníženie správania pri užívaní drog, najmä na obnovenie vyhľadávania drog po vyhynutí. Lieky s týmto účinkom môžu byť užitočné pri liečbe ľudí s drogovou závislosťou tým, že im pomáhajú zaviesť abstinenciu alebo znižujú pravdepodobnosť, že sa po období abstinencie vrátia k užívaniu drog.
V známom modeli samopodávania, ktorý vyvinul George Koob, si potkany môžu samy podávať kokaín buď 1 hodinu denne (krátky prístup), alebo 6 hodín denne (dlhý prístup). Zvieratá, ktoré si môžu samy podávať kokaín 6 hodín denne, vykazujú správanie, o ktorom sa predpokladá, že sa podobá závislosti od kokaínu, ako napríklad zvyšovanie celkovej dávky prijatej počas každého sedenia a zvyšovanie dávky prijatej pri prvom sprístupnení kokaínu.
Behaviorálna paradigma „samopodávania“ slúži ako zvierací behaviorálny model ľudskej patológie závislosti. Počas tejto úlohy sú pokusné zvieratá operantne podmienené, aby vykonali jednu činnosť, zvyčajne stlačenie páky, s cieľom získať drogu. Posilnenie (prostredníctvom použitia lieku) sa uskutočňuje v závislosti od toho, či subjekt vykoná požadované správanie. Dávkovanie lieku v štúdiách samopodávania je závislé od odpovede. Je to dôležitý prvok pri vytváraní modelu ochorenia závislosti od drog u ľudí, pretože podávanie liekov nezávislé od reakcie sa spája so zvýšenou toxicitou a rôznymi neurobiologickými, neurochemickými a behaviorálnymi účinkami. Súhrnne povedané, účinky dávkovania lieku závislého od odpovede sa výrazne líšia od dávkovania lieku nezávislého od odpovede a štúdie samopodávania tento rozdiel vhodne zachytávajú.
Už v polovici 20. storočia výskumníci skúmali snahu zvierat konzumovať drogy, ktoré sú predmetom zneužívania, aby lepšie pochopili procesy závislosti u ľudí. Spragg bol jedným z prvých výskumníkov, ktorí vytvorili model chronického morfinizmu u šimpanza s cieľom preskúmať úlohu operantného podmieňovania vo vzťahu k drogovej závislosti. Keď boli šimpanzy zbavené potravy aj morfia, opakovane sa pokúšali hľadať zvolenú drogu, dokonca robili toľko, že fyzicky vtiahli experimentátora do miestnosti, kde sa nachádzalo morfium a injekčné striekačky. Weeks (1962) uverejnil správu o prvom skutočnom použití paradigmy intravenózneho samopodávania v štúdii zameranej na modelovanie závislosti od morfínu u nespútaných potkanov. Prvýkrát slúžila droga zneužívania ako operantný posilňovač a potkany si samy podávali morfín do sýtosti v stereotypných vzorcoch reakcií.
Vedecká komunita rýchlo prijala paradigmu samopodávania ako behaviorálny prostriedok na skúmanie procesov závislosti a prispôsobila ju primátom. Thompson a Schuster (1964) skúmali relatívne posilňovacie vlastnosti morfínu u obmedzenej opice Rhesus pomocou intravenózneho samopodania. U subjektov závislých od drog sa pozorovali významné zmeny v reakcii na iné typy posilňovačov (t. j. jedlo, vyhýbanie sa šokom). V roku 1969 Deneau, Yanagita a Seevers poskytli opiciam makakom voľný prístup k rôznym drogám zneužívania na skúmanie toho, či by primáty nehumánne dobrovoľne iniciovali samopodávanie týchto látok. Začatie a udržiavanie samopodávania vyvolalo u opíc závislosť a toxicitu, čím sa viac priblížilo dôležitým aspektom drogovej závislosti u ľudí a umožnilo prvé z moderných štúdií samopodávania.
Postup testovania účinnosti farmakologickej látky ako posilňovača sa čoskoro stal štandardným testom. Najčastejšie sa štúdie vykonávali na primátoch iných ako človek s cieľom identifikovať potenciál zneužívania, ako to vyžaduje proces vývoja liekov. V roku 1983 Collins a kol. uverejnili prelomovú prácu, v ktorej boli potkany vystavené batérii 27 psychoaktívnych látok. Tím porovnával mieru samopodávania testovaných drog s mierou samopodávania fyziologického roztoku. Ak si zvieratá samy podávali drogu v miere výrazne vyššej ako nosič, droga sa považovala za aktívny posilňovač s potenciálom zneužívania. Až na niekoľko výnimiek sa zodpovednosť za zneužívanie pozorovaná u potkanov zhodovala so zodpovednosťou pozorovanou v predchádzajúcom výskume u opíc. Vzhľadom na tieto podobnosti medzi rôznymi zvieracími modelmi sa zistilo, že potenciál zneužívania psychoaktívnych látok by sa mohol skúmať s použitím potkanov namiesto primátov.
Operantné podmieňovanie predstavuje behaviorálnu paradigmu, ktorá je základom štúdií o samopodávaní. Subjekty sú naučené vykonávať určitú činnosť, napríklad stlačiť páku, s očakávaním, že dostanú posilňovač, napríklad jedlo alebo vodu (v podmienkach s obmedzeným prísunom jedla, resp. vody). Posilňovač funguje tak, že zvyšuje pravdepodobnosť budúcej reakcie. Po tomto počiatočnom tréningu sa posilňovač nahradí testovacím liečivom, ktoré sa podá jednou z týchto metód: perorálne, inhalačne, intraperitoneálne, intracerebrálne, intravenózne.
Najčastejšie sa používa intravenózna katetrizácia, pretože maximalizuje biologickú dostupnosť a má rýchly nástup. Okrem toho sa ľudia trpiaci závislosťou často z podobných dôvodov uchyľujú k intravenóznemu užívaniu drog, takže tento spôsob podávania zvyšuje tvárovú validitu konštruktu.
Vzťah medzi dávkou a odozvou
Vzťah medzi dávkou a odpoveďou u myší, ktoré si samy podávajú kokaín.
Ľudia aj zvieratá upravujú rýchlosť a počet infúzií liekov, aby si udržali stabilnú odmeňujúcu hladinu drog v krvi, ako je kokaín. Zriedená dávka kokaínu sa bude intravenózne podávať rýchlejšie ako koncentrovaná dávka kokaínu.
Priebežné spevňovanie: Jediná operantná reakcia vyvolá vydanie jedinej dávky posilňovača, hoci to platí len teoreticky. Po každej operantnej reakcii, ktorá úspešne prinesie dávku posilňovača, nasleduje časový limit; počas tohto obdobia operantné reakcie nevyvolajú podanie lieku, čo umožňuje, aby predchádzajúce injekcie nadobudli účinok. Okrem toho časové prestávky tiež pomáhajú predchádzať predávkovaniu subjektov počas experimentov s vlastným podávaním.
Štúdie s fixným pomerom vyžadujú vopred definovaný počet operantných reakcií na vydanie jednej jednotky posilňovača. Štandardné rozvrhy posilňovania s pevným pomerom zahŕňajú FR5 a FR10, ktoré vyžadujú 5 a 10 operantných reakcií na vydanie jednotky posilňovača.
Pri posilňovacích schémach s progresívnym pomerom sa využíva multiplikatívne zvyšovanie počtu operantných reakcií potrebných na vydanie jednotky posilňovača. Napríklad po sebe nasledujúce pokusy môžu vyžadovať 5 operantných reakcií na jednotku odmeny, potom 10 reakcií na jednotku odmeny, potom 15 atď. Počet operatívnych reakcií potrebných na jednotku posilňovača sa môže meniť po každom pokuse, po každom sedení alebo v akomkoľvek inom časovom období, ktoré určí experimentátor. Rozvrhy progresívneho pomerného posilňovania poskytujú informácie o tom, do akej miery farmakologická látka posilňuje cez bod zlomu. Bod zlomu je počet operatívnych reakcií, pri ktorých sa subjekt prestáva zapájať do samopodávania, vymedzený určitým časovým úsekom medzi operatívnymi reakciami (zvyčajne do jednej hodiny).
Harmonogramy s pevným intervalom (FI) vyžadujú, aby medzi infúziami lieku uplynul stanovený čas bez ohľadu na počet vykonaní požadovanej reakcie. Toto „refraktérne“ obdobie môže zabrániť predávkovaniu zvieraťa liekom.
Rozvrhy posilňovania s premenlivým intervalom (VI) umožňujú experimentátorovi upraviť čas, ktorý uplynie medzi jednotlivými infúziami liečiva. V tejto chvíli sa táto metóda ukázala ako účinná len pri kokaíne.
Harmonogramy sekundárneho posilňovania
Rozvrhy posilňovania druhého rádu nadväzujú na základné rozvrhy posilňovania zavedením podmieneného podnetu, ktorý signalizuje nástup posilňovača. Rozvrhy druhého rádu sú vytvorené z dvoch jednoduchších rozvrhov; dokončenie prvého rozvrhu vedie k prezentácii podmieneného stimulu (napríklad farebného svetla), pričom po podnete nasleduje rozvrh s pevným intervalom, ktorý vedie k pôvodnému posilňovaču na konci pevného intervalu. Rozvrhy druhého rádu vedú k veľmi vysokej miere operatívnej reakcie po prezentácii podmieneného podnetu, pretože tento podnet sa stáva samostatným posilňovačom. Medzi výhody tohto rozvrhu patrí schopnosť udržať vysokú úroveň odpovede pri relatívne malom počte infúzií lieku, znížené riziko predávkovania pri samopodaní a externá platnosť pre ľudskú populáciu, kde kontext prostredia môže poskytovať silný posilňujúci účinok pre užívanie drog.
Vyhasnutie a obnovenie
Drogou indukovaná reinštalácia: vystavenie posilňujúcemu lieku po vymiznutí operatívneho správania, ktoré vyhľadáva drogy, môže často obnoviť vyhľadávanie drog, a to dokonca aj vtedy, keď je nový liek, ktorému je človek vystavený, odlišný od pôvodného posilňovača. Predpokladá sa, že to silne súvisí so senzibilizáciou na drogy
Reinštalácia vyvolaná narážkami: environmentálne narážky spojené s podávaním drog môžu vyvolať reinštaláciu drog tým, že pôsobia ako podmienené podnety, a to aj počas abstinencie od drog
1. Okolité prostredie, ako aj správanie alebo konanie spojené s drogou môžu fungovať ako environmentálne signály.
2. Stresom vyvolaná reinštalácia: v mnohých prípadoch môže stresor obnoviť vyhľadávanie drog u zvierat, ktoré sú abstinentné. Môže ísť o akútne stresory (ale nie je to obmedzené len na ne), ako je napríklad šok z nohy alebo stres zo sociálnej porážky. V mnohých prípadoch sa zdá, že sociálny stres môže zosilniť opätovné vyhľadávanie drog rovnako silno ako samotné vystavenie lieku
Prístroj na samosprávu
Intravenózny katéter pre myši na zadnej strane na samostatné podávanie liekov.
Pokusy so samopodávaním na zvieratách sa zvyčajne vykonávajú v štandardných komorách na podmieňovanie operantov, ktoré sú prispôsobené pre katétre používané na intravenózne podávanie lieku. Katéter je upevnený na zvierati pomocou postroja alebo chrbtovej dosky a je priviazaný k ochrannému vodítku, ktoré sa vysúva hore otvorom v hornej časti komory, kde sa pripája k otočnému kĺbu na mechanickom ramene, ktoré umožňuje subjektu voľný pohyb. V komore sa nachádzajú dve páky: jedna, ktorej stlačenie vedie k podaniu lieku, druhá, ktorej stlačenie nespôsobí nič. Aktivita na týchto pákach sa môže použiť na meranie podávania lieku (prostredníctvom aktivity na páke vyvolávajúcej podávanie lieku), ako aj zmien nešpecifického správania, ktoré odrážajú krátkodobé a dlhodobé účinky lieku (prostredníctvom aktivity na páke nevyvolávajúcej podávanie lieku). Sterilný intravenózny katéter používaný na podanie lieku do krvného obehu subjektu sa zvyčajne skladá z pružnej plastovej, silastickej hadičky a nylonovej sieťky umiestnenej subkutánne. Je pripojený k mechanickej pumpe, ktorú možno kalibrovať tak, aby po stlačení jednej z pák v komore dodala určité množstvo lieku.
Ak sa má liek podávať perorálne alebo inhalačne, sú potrebné ďalšie úpravy komory, napríklad nádoby na tekutiny alebo mechanizmus na distribúciu aerosólu.
Samostatné štúdie sa dlho považovali za „štandard“ vo výskume závislostí s použitím zvieracích aj ľudských modelov.
Vykonávanie štúdií samopodávania na zvieracích modeloch poskytuje oveľa väčšiu úroveň experimentálnej flexibility ako u ľudí, pretože skúmanie účinkov nových farmakologických liečebných postupov predstavuje podstatne menej etických a praktických prekážok. V roku 1999 Pilla a jeho kolegovia publikovali v časopise Nature štúdiu dokumentujúcu účinnosť parciálneho D3-agonistu (BP-897) pri znižovaní túžby po kokaíne vyvolanej environmentálnymi podnetmi a náchylnosti na recidívu. Zaujímavým aspektom tejto štúdie bolo použitie harmonogramov posilňovania druhého rádu na identifikáciu disociácie v účinkoch BP-897 v tom zmysle, že liek inhibuje cue-indukované vyhľadávanie kokaínu, ale nemá primárny účinok na posilnenie. Táto posledná podmienka je dôležitá pre akékoľvek farmakologické činidlo, ktoré sa má používať pri liečbe závislosti – lieky používané na liečbu závislosti by mali byť menej posilňujúce ako droga, ktorej závislosť liečia, a optimálne by nemali mať žiadne posilňujúce účinky.
Nedávna štúdia publikovaná v časopise Nature ukázala zvýšenie regulácie mikroRNA-212 v dorzálnom striate potkanov, ktoré boli predtým dlhodobo vystavené kokaínu. Zvieratá infikované vírusovým vektorom nadmerne exprimujúcim miR-212 v dorzálnom striate produkovali rovnaké počiatočné úrovne príjmu kokaínu; spotreba drog sa však postupne znižovala s rastúcou čistou expozíciou kokaínu. Autori štúdie poznamenali, že vírusom infikované zvieratá vykazovali zníženú operatívnu reakciu počas obdobia po infúzii a navrhli, že to svedčí o znížení nutkavého správania pri hľadaní drog. miR-212 pôsobí prostredníctvom Raf1 na zvýšenie reakcie CREB; je známe, že CREB-TORC negatívne reguluje posilňujúce účinky kokaínu. (Hollander a kol.) Táto štúdia poskytuje jeden príklad (miR-212 vďaka zosilneniu CREB) štúdie samopodávania, ktorý môže poskytnúť potenciálne terapeutické ciele na liečbu závislosti od kokaínu.
Jeden z najdôležitejších pokrokov, ktoré vyplynuli zo štúdií o samopodávaní, pochádza z behaviorálneho modelu závislosti u zvierat. Tento model sa pri klasifikácii potkana ako „závislého“ zakladá na pozorovaní troch samostatných javov: „závislosť od alkoholu“
1) Vytrvalosť vo vyhľadávaní drog: Závisí od pokusov potkanov získať drogu počas časového limitu alebo obdobia bez podávania v aparáte na samopodávanie.
2) Odolnosť voči trestu: Meria sa podľa toho, nakoľko si potkany zachovajú mieru samopodávania, keď je infúzia kokaínu spojená s elektrickým šokom.
3) Motivácia pre drogu: Merané bodom zlomu pri progresívnom pomernom posilňovaní. (Deroche-Gamonet a kol.)
Výskumníci použili dodatočný test, aby ďalej podporili klasifikáciu potkana ako „závislého“ meraním miery recidívy počas paradigiem reštitúcie. Ľudskí drogovo závislí údajne recidivujú s mierou > 90 % meranou od počiatočnej diagnózy. Potkany, ktoré reagovali vysokou mierou po niektorej z foriem cue-indukovanej reinštalácie, sa mohli považovať za pravdepodobné, že budú recidivovať (Deroche-Gamonet a kol.) Tento model poskytol dôležitý pokrok pre metódu samopodávania, pretože umožňuje zvieracím modelom lepšie priblížiť fyziologické a behaviorálne aspekty drogovej závislosti u ľudí.
Experimenty s vlastným podávaním sa môžu spájať aj s metódami, ako je elektrofyziológia in vitro alebo molekulárna biológia, aby sa pochopili účinky závislosti na nervové obvody. Štúdie samopodávania umožnili výskumníkom lokalizovať ohromujúci počet zmien v mozgovej signalizácii, ktoré sa vyskytujú pri závislosti. Jeden príklad takejto štúdie zahŕňal skúmanie synaptickej plasticity u potkanov, ktorí prechádzajú behaviorálnym posunom k závislosti. Použitím kritérií na klasifikáciu potkanov ako „závislých“ alebo „nezávislých“, ktoré stanovili Deroche-Gamonet a kol. sa zistilo, že závislé potkany vykazujú dlhodobé a pretrvávajúce poškodenie mGluR2/3-dependentnej dlhodobej depresie. Napriek vystaveniu tej istej paradigme samopodávania si kontrolné potkany túto formu synaptickej plasticity obnovili. Autori štúdie navrhujú dôležité vysvetlenie svojich výsledkov v tom, že táto špecifická strata plasticity počas dlhšieho obdobia je zodpovedná za postupnú stratu kontrolovaného užívania drog (Kasanetz a kol.) To predstavuje potenciálny molekulárny mechanizmus, ktorým sa závislí môžu líšiť od ľudí, ktorí závislosť nemajú, a počas vývoja závislosti podstupujú patologické procesy učenia.
Podobne ako štúdie na zvieratách, aj experimenty na ľuďoch, ktoré spájajú štúdie samopodávania s ďalšími neurovedeckými technikami, poskytujú jedinečný pohľad na chorobu závislosti. Štúdie samopodávania na ľuďoch získali na intenzite so širokým používaním technológie fMRI na meranie signálov BOLD. Zobrazovanie mozgu v spojení so štúdiami samopodávania u ľudí s laboratóriom viedlo k vytvoreniu trojstupňového modelu neurocircuitry závislosti u ľudí: Binge/Intoxication, Preoccupation/Anticipation a Withdrawal/Negative Effect. Koob, Lloyd a Mason preskúmali laboratórne modely približujúce jednotlivé štádiá modelu ľudskej závislosti (Koob a kol.) Fáza návalu-intoxikácie sa tradične modeluje samopodávaním drog alebo alkoholu; psychologické účinky závislosti by sa mohli modelovať zvýšenou motiváciou k samopodávaniu pozorovanou u zvierat závislých od drog. Štúdie samopodávania dokážu modelovať somatické účinky závislosti, ale mnohé z najškodlivejších účinkov súvisiacich s drogovou závislosťou možno považovať za psychologické povahy. (Koob a kol.) Modely, ako napríklad ten, ktorý publikoval Deroche-Gamonet a jeho kolegovia v roku 2004, lepšie približujú účinky závislosti na fyziológiu a psychológiu, ale zvieracie modely sú vo svojej podstate obmedzené v schopnosti reprodukovať ľudské správanie.
Použitie metodiky samopodávania na modelovanie závislosti od drog u ľudí poskytuje silný pohľad na fyziologické a behaviorálne účinky tohto ochorenia. Hoci experimenty so samopodávaním na ľuďoch alebo zvieratách predstavujú jedinečné prekážky úplného pochopenia závislosti, vedecká komunita naďalej vynakladá veľké úsilie na obe cesty výskumu v nádeji, že sa zlepší pochopenie a liečba závislosti.