Při pokusech na zvířatech je samopodávání formou operantního podmiňování, kdy odměnou je droga. Tuto drogu lze podávat na dálku implantovanou intravenózní linkou nebo intracerebroventrikulární injekcí. Samostatné podávání domněle návykových drog je považováno za jeden z nejplatnějších experimentálních modelů pro zkoumání vyhledávání drog a chování při užívání drog. Čím vyšší je frekvence, s níž testované zvíře vyzařuje operantní chování, tím je zkoušená látka prospěšnější (a možná návyková). Samostatné podávání návykových drog bylo zkoumáno na lidech, subhumánních primátech, myších a nejčastěji na potkanech.
Samostatné podávání heroinu a kokainu se používá k testování drog na možné účinky při snižování chování při užívání drog, zejména opětovné vyhledávání drog po vymření. Léky s tímto účinkem mohou být užitečné pro léčbu lidí s drogovou závislostí tím, že jim pomáhají navázat abstinenci nebo snižují jejich pravděpodobnost nebo opětovný návrat k užívání drog po období abstinence.
V prominentním modelu samopodávání vyvinutém Georgem Koobem se krysám dovoluje podávat si kokain buď 1 hodinu každý den (krátký přístup), nebo 6 hodin každý den (dlouhý přístup). Zvířata, kterým se dovoluje podávat si kokain 6 hodin denně, vykazují chování, o kterém se předpokládá, že připomíná závislost na kokainu, například zvýšení celkové dávky užívané během každého sezení a zvýšení dávky užívané při prvním zpřístupnění kokainu.
Behaviorální paradigma „sebeaplikace“ slouží jako zvířecí behaviorální model lidské patologie závislosti. Během úkolu jsou zvířecí subjekty operantně podmíněny provedením jednoho úkonu, typicky pákového stisku, za účelem podání drogy. K posílení (prostřednictvím užití drogy) dochází v závislosti na tom, že subjekt provede požadované chování. Dávkování léků ve studiích sebeaplikace je závislé na reakci. To je důležitý prvek vytváření modelu onemocnění drogové závislosti u lidí, protože podávání léků nezávislé na reakci je spojeno se zvýšenou toxicitou a různými neurobiologickými, neurochemickými a behaviorálními účinky. Stručně řečeno, účinky dávkování léků závislých na reakci se značně liší od dávkování léků nezávislých na reakci a studie sebeaplikace tento rozdíl vhodně zachycují.
Již v polovině 20. století zkoumali vědci snahu zvířat konzumovat zneužívané drogy, aby lépe porozuměli lidským návykovým procesům. Spragg byl jedním z prvních výzkumníků, kteří vytvořili model chronického morfinismu u šimpanze, aby prozkoumali roli operantního podmiňování ve vztahu k drogové závislosti. Když byli šimpanzi zbaveni potravy i morfinu, opakovaně se pokoušeli vyhledat drogu, kterou si vybrali, dokonce se jim podařilo experimentátora fyzicky vtáhnout do místnosti s morfinem a injekčními stříkačkami. Weeks (1962) publikoval zprávu o prvním skutečném použití paradigmatu intravenózního samopodávání ve studii, jejímž cílem bylo modelovat závislost na morfinu u nespoutaných potkanů. Poprvé sloužila droga zneužívání jako operantní posilovač a potkani si sami podávali morfin k sytosti ve stereotypních vzorcích reakce.
Vědecká komunita rychle přijala paradigma sebeaplikace jako behaviorální prostředek ke zkoumání závislostních procesů a přizpůsobila ho subhumánním primátům. Thompson a Schuster (1964) studovali relativní posilující vlastnosti morfinu u zdrženlivých opic rhesus pomocí intravenózní sebeaplikace. U subjektů závislých na drogách byly pozorovány významné změny v reakci na jiné typy posilovacích látek (tj. potrava, předcházení šokům). V roce 1969 Deneau, Yanagita a Seevers poskytli makakům volný přístup k nejrůznějším drogám zneužívání pro zkoumání, zda subhumánní primáti dobrovolně zahájí sebeaplikaci těchto látek. Zahájení a udržování sebeaplikace vedlo u opic k závislosti a toxicitě, čímž se blíže přiblížily důležité aspekty drogové závislosti u lidí a umožnila se první z moderních studií sebeaplikace.
Postup testování účinnosti farmakologické látky jako výztuže by se brzy stal standardním testem. Nejčastěji byly prováděny studie na subhumánních primátech s cílem zjistit potenciál zneužití, jak to vyžaduje proces vývoje léku. V roce 1983 publikoval Collins a kol. přelomovou studii, ve které byly potkani vystaveni baterii 27 psychoaktivních látek. Tým porovnával míru samopodání testovaného léku s mírou samopodání fyziologického vehikula. Pokud se zvířatům podávalo samopodání v míře výrazně vyšší než vehikulum, byl lék považován za aktivní výztuži s potenciálem zneužití. Až na několik výjimek byla pravděpodobnost zneužití pozorovaná u potkanů srovnatelná s předchozí výzkumy u opic. Ve světle těchto podobností mezi různými zvířecími modely bylo zjištěno, že potenciál zneužití psychoaktivních látek by mohl být zkoumán s použitím potkanů místo subhumánních primátů.
Operant conditioning představuje behaviorální paradigma, z něhož vycházejí studie samopodání. Subjekty jsou trénovány k provedení určité akce, jako je pákový stisk, s očekáváním přijetí posilovače, jako je jídlo nebo voda (za podmínek s omezeným příjmem potravy, respektive vody). Posilovač funguje ke zvýšení budoucí pravděpodobnosti odezvy. Po tomto úvodním tréninku je posilovač nahrazen testovací drogou, která se podává jednou z následujících metod: orální, inhalační, intraperitoneální, intracerebrální, intravenózní.
Nejčastěji se používá intravenózní katetrizace, protože maximalizuje biologickou dostupnost a má rychlý nástup. Navíc se lidé trpící závislostí často uchylují k intravenóznímu užívání drog z podobných důvodů, takže tato cesta podání zvyšuje platnost tváře konstruktu.
Vztah mezi dávkou a odpovědí
Vztah mezi dávkou a odezvou u myší s vlastním podáváním kokainu.
Lidé i zvířata upraví rychlost a počet infuzí drog tak, aby byla zachována stabilní odměňující hladina drog v krvi, jako je kokain. Naředěná dávka kokainu bude podávána intravenózně rychleji než koncentrovaná dávka kokainu.
Kontinuální zesílení: Jediná operantová odpověď spustí podání jedné dávky posilovače, i když to platí pouze teoreticky. Po každé operantové odpovědi následuje období časového limitu, který úspěšně přinese dávku posilovače; během tohoto období operantové odpovědi nevedou k podání léku, což umožňuje předchozí injekce. Časové limity navíc také pomáhají zabránit předávkování subjektů během experimentů s vlastním podáním.
Studie s pevným poměrem vyžadují předem definovaný počet operantových odpovědí k vydání jedné jednotky posilovače. Standardní schémata zesílení s pevným poměrem zahrnují FR5 a FR10, vyžadující 5 a 10 operantových odpovědí k vydání jednotky posilovače.
Plány zesílení s progresivním poměrem využívají multiplikativní zvýšení počtu operantových odpovědí potřebných k vydání jednotky posilovače. Například postupné zkoušky mohou vyžadovat 5 operantních odpovědí na jednotku odměny, pak 10 odpovědí na jednotku odměny, pak 15 a tak dále. Počet operantních odpovědí požadovaných na jednotku výztuže může být změněn po každé zkoušce, každém sezení nebo jakémkoli jiném časovém období, jak je definováno experimentátorem. Schémata výztuže s progresivním poměrem poskytují informace o tom, do jaké míry farmakologická látka vyztuží bod zlomu. Bod zlomu je počet operantních odpovědí, při kterých subjekt přestane sám sebe podávat, definovaný určitou dobou mezi operantními odpověďmi (zpravidla do jedné hodiny).
Schémata s pevným intervalem (FI) vyžadují, aby mezi infuzemi léku uplynula stanovená doba bez ohledu na to, kolikrát je požadovaná odpověď provedena. Tato „refrakterní“ doba může zabránit zvířeti v předávkování lékem.
Rozvrhy s variabilním intervalem (VI) zesílení umožňují experimentátorovi upravit množství času, které uplyne mezi jednotlivými infuzemi léku. V tomto okamžiku se tato metoda ukázala jako účinná pouze u kokainu.
Harmonogramy druhotných posil
Rozvrhy pro posílení druhého řádu vycházejí ze základních rozvrhů pro posílení zavedením podmíněného stimulu, který signalizuje nástup výztuže. Rozvrhy druhého řádu jsou sestaveny ze dvou jednodušších rozvrhů; dokončení prvního rozvrhu vede k prezentaci podmíněného stimulu (jako je barevné světlo), přičemž plán s pevným intervalem následuje po signálu a výsledkem je původní výztuha na konci pevného intervalu. Rozvrhy druhého řádu vedou k velmi vysoké míře operantní odezvy po prezentaci podmíněného stimulu, protože tento signál se stává vlastním výztuží. Výhody tohoto rozvrhu zahrnují schopnost udržet vysokou úroveň odezvy při relativně malém počtu infuzí léků, snížené riziko předávkování vlastní aplikací a vnější platnost pro lidské populace, kde environmentální kontext může poskytnout silný posilující účinek pro užívání drog.
Zánik a znovuobnovení
Opětovné nasazení vyvolané léky: vystavení se posilující droze po vymizení operativního chování vyhledávajícího léky může často obnovit navádění k lékům a může dokonce nastat, když je nová droga vystavení odlišná od původní posilovací látky. Má se za to, že je to silně spojeno se senzibilizací léků
Opětovné nasazení vyvolané léky: environmentální podněty spojené s podáváním léků mohou vyvolat opětovnou nasazení léků tím, že působí jako podmíněné podněty, a to i během abstinence drog
1. Prostředí, stejně jako chování nebo akce spojené s drogami, mohou fungovat jako podněty prostředí.
2. Opětovné nasazení vyvolané stresem: v mnoha případech může stresor obnovit vyhledávání drog u zvířete abstinujícího od drog. To může zahrnovat (mimo jiné) akutní stresory, jako je šok nohou nebo stres ze sociální porážky. V mnoha případech se zdá, že sociální stres může potencovat opětovné nasazení drog stejně silně jako expozice samotnému léku.
Samoobslužný aparát
Back-mount intravenózní myší katetr pro samopodání léku.
Experimenty se samopodáváním na zvířatech se obvykle provádějí ve standardních operantních kondicionérních komorách upravených pro katetry používané k intravenóznímu podání léku. Katetr je ke zvířeti připevněn postrojem nebo zadní deskou a je přivázán k ochrannému vodítku, které se otvorem v horní části komory táhne vzhůru, kde se připojuje k rotačnímu otočnému kolečku na mechanickém rameni, které umožňuje subjektu volně se pohybovat. V komoře jsou umístěny dvě páky: jedna, jejíž stlačení má za následek podání léku, druhá, jejíž stlačení nedělá nic. Aktivita na těchto pákách může být použita k měření podávání léku (prostřednictvím aktivity na páku indukující lék) i změn nespecifického chování, které odrážejí krátkodobé a dlouhodobé účinky léku (prostřednictvím aktivity na páku neindukující lék). Sterilní intravenózní katetr používaný k podání léku do krevního oběhu subjektu se obvykle skládá z pružné plastové, silastické hadičky a nylonové síťky umístěné subkutánně. Je připojen k mechanické pumpě, která může být kalibrována tak, aby dodávala specifické množství léku po stlačení jedné z pák v komoře.
Jiné úpravy komory jsou nutné, pokud má být lék podán ústně nebo inhalací, jako jsou nádoby s tekutinami nebo mechanismus distribuce aerosolu.
Samoobslužné studie byly dlouho považovány za „standard“ ve výzkumu závislostí za použití zvířecích i lidských modelů.
Provádění samoobslužných studií na zvířecích modelech poskytuje mnohem větší míru experimentální flexibility než u lidí, protože zkoumání účinků léčby novými farmakologickými léky představuje výrazně méně etických a praktických bariér. V roce 1999 Pilla a jeho kolegové publikovali v časopise Nature studii dokumentující účinnost částečného D3-agonisty (BP-897) při snižování touhy po kokainu a zranitelnosti vůči relapsu vyvolané environmentálními narážkami. Zajímavým aspektem této studie bylo použití druhohorních posilovacích schémat k identifikaci disociace účinků BP-897 v tom, že droga inhibuje vyhledávání kokainu vyvolaného narážkami, ale nemá žádný primární posilovací účinek. Tento posledně jmenovaný stav je důležitý pro jakoukoli farmakologickou látku, která má být použita při léčbě závislosti – drogy používané k léčbě závislosti by měly být méně posilující než droga, jejíž závislost léčí a optimálně nemají žádné posilující účinky.
Nedávná studie publikovaná v časopise Nature ukázala upregulaci mikroRNA-212 v dorzálním striatu potkanů dříve vystavených kokainu po delší dobu. Zvířata infikovaná virovým vektorem s nadměrnou expresí miR-212 v dorzálním striatu produkovala stejné počáteční úrovně příjmu kokainu; spotřeba drog se však postupně snižovala, jak se zvyšovala čistá expozice kokainu. Autoři studie konstatovali, že zvířata infikovaná virem vykazovala sníženou operantní odezvu během období po infuzi a navrhli, že to prokázalo snížení nutkavého chování při vyhledávání drog.(Hollander a kol.) miR-212 působí prostřednictvím Raf1 ke zvýšení odezvy CREB; CREB-TORC je známý tím, že negativně reguluje posilující účinky kokainu. (Hollander a kol.) Tato studie uvádí jeden příklad (miR-212, vzhledem k jeho zesílení CREB) studie samopodávání, která může poskytnout potenciální terapeutické cíle pro léčbu závislosti na kokainu.
Jeden z nejdůležitějších pokroků, který vyplynul ze studií samopodávání, vychází z behaviorálního modelu závislosti u zvířat. Tento model se opírá o pozorování tří samostatných jevů, aby bylo možné krysu označit za „závislou“:
1) Perzistence v hledání drog: Závisí na pokusech potkanů získat drogu během time-outu nebo bez-periody v samoaplikačním aparátu.
2) Odolnost vůči trestu: Měřeno podle toho, kolik potkani udržují míru sebeaplikace, když je infuze kokainu spárována s elektrickým šokem.
3) Motivace pro lék: Měřeno breakpointem v progresivním posílení poměru. (Deroche-Gamonet et al.)
Výzkumníci použili dodatečný test, aby dále podpořili klasifikaci potkana jako „závislého“ měřením míry relapsů během paradigmat znovuobnovení. Lidé závislí na drogách údajně relabují s mírou > 90% měřenou od počáteční diagnózy. U potkanů, kteří reagovali s vysokou mírou po nějaké formě znovuobnovení vyvolaného podnětem, by bylo možné považovat relaps za pravděpodobný.(Deroche-Gamonet et al.) Tento model poskytl důležitý pokrok pro metodu samopodání, protože umožňuje zvířecím modelům lépe se přiblížit fyziologickým a behaviorálním aspektům drogové závislosti u lidí.
Experimenty se sebepodáváním lze také spárovat s metodami, jako je elektrofyziologie in vitro nebo molekulární biologie, aby bylo možné porozumět účinkům závislosti na nervových obvodech. Studie se sebepodáváním umožnily výzkumníkům lokalizovat ohromující počet změn v mozkové signalizaci, které se vyskytují při závislosti. Jeden z příkladů takové studie zahrnoval zkoumání synaptické plasticity u potkanů, kteří procházejí behaviorálním posunem k závislosti. Za použití kritérií pro klasifikaci potkanů jako „závislých“ nebo „nenázávislých“, jak je uvedli Deroche-Gamonet a kol., bylo zjištěno, že závislí potkani vykazují dlouhotrvající a přetrvávající poruchu u mGluR2/3-dependentní dlouhodobé deprese. I přes vystavení stejnému paradigmatu sebepodávání kontrolní potkani tuto formu synaptické plasticity obnovili. Autoři studie navrhují důležité vysvětlení svých výsledků v tom smyslu, že tato specifická ztráta plasticity po delší dobu je zodpovědná za postupnou ztrátu kontrolovaného užívání drog.(Kasanetz et al.) To představuje potenciální molekulární mechanismus, kterým se mohou závislí lišit od nenázávislých a procházet patologickými procesy učení během vývoje závislosti.
Podobně jako studie na zvířatech, i experimenty na lidech, které spojují studie sebeaplikace s dalšími neurovědeckými technikami, poskytují unikátní vhled do nemoci závislosti. Studie sebeaplikace na lidech nabraly na obrátkách rozšířeným využíváním technologie fMRI k měření BOLD signálů. Snímkování mozku ve spojení se studiemi sebeaplikace na lidech s laboratoří vedly k vývoji třístupňového modelu lidské neuroobvodové závislosti: Binge/Intoxikace, Předtucha/Předtucha a Abstinenční/Negativní efekt. Koob, Lloyd a Mason přezkoumali laboratorní modely přibližující jednotlivé fáze modelu lidské závislosti.(Koob a kol.) Fáze záchvatovité intoxikace byla tradičně modelována sebepodáváním drog nebo alkoholu; psychologické účinky závislosti by mohly být modelovány zvýšenou motivací k sebeaplikaci pozorovanou u zvířat závislých na drogách. Studie sebeaplikace zdatně modelují somatické účinky závislosti, ale mnohé z nejvíce škodlivých účinků souvisejících s drogovou závislostí lze považovat za psychologické povahy. (Koob a kol.) Modely jako ten, který publikoval Deroche-Gamonet a jeho kolegové v roce 2004, lépe přibližují účinky závislosti na fyziologii a psychologii, ale zvířecí modely jsou ve své podstatě omezené ve schopnosti reprodukovat lidské chování.
Využití metodiky sebeaplikace k modelování lidské drogové závislosti poskytuje silný vhled do fyziologických a behaviorálních účinků nemoci. Zatímco experimenty sebeaplikace na lidech nebo zvířatech představují jedinečné překážky pro úplné pochopení závislosti, vědecká komunita nadále investuje velké úsilí do obou cest výzkumu v naději na zlepšení pochopení a léčby závislosti.