Developing a method and software for modeling gambling- and risk-associated states in rodents during intracranial self-stimulation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Background: Intracranial self-stimulation is widely used to study reward and addiction mechanisms in laboratory animals.

Aim: The work aimed to evaluate the effectiveness of a newly developed and tested hard- and software system for intracranial self-stimulation experiments in rats, providing flexible stimulation modes that simulate gambling and risk-associated conditions observed in humans.

Methods: A custom C# (.NET) real-time application was created to control a microcontroller-based stimulator via a USB interface. Male Wistar rats were implanted with electrodes in the ventral tegmental area (VTA) at the following coordinates: AP = –5.0 mm (from bregma); L = –0.9 mm; H = –8.4 mm from the skull surface. The animals were trained to perform self-stimulation in a two-lever Skinner box using a fixed-ratio (FR1-3) schedule at threshold current intensity. After training, one lever was switched to a variable-ratio (VR3-6) schedule with a 15% increase in current intensity. The behavior was assessed once the self-stimulation response had stabilized.

Results: The newly developed software provided stable long-term generation of bipolar pulses (1–1000 µA, 100 Hz) with precise time stamping. Depending on stimulation parameters, the animals preferred either the variable-ratio (VR3-6) or fixed-ratio (FR1-3) schedule. A decrease in the probability of reinforcement in the variable-ratio (VR) schedule led to a shift in preference toward the fixed-ratio (FR) lever. A 7-day course of intraperitoneal paroxetine, a selective serotonin reuptake inhibitor, at a dose of 1 mg/kg/day resulted in a shift in the lever-press ratio toward preference for the fixed-ratio (FR1-3) schedule in a single-trial experiment.

Conclusion: The developed system allows for effective assessment of rodent states resembling human gambling and risk-taking during the formation of addictive behavior. A course of paroxetine, a selective serotonin reuptake inhibitor, led to a decrease in the frequency of risk-related choices, resembling gambling and risk-taking behavior in humans.

About the authors

Ivan A. Balaganskiy

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: balaganskiiivan@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-1752-0785
Russian Federation, 12 Akademika Pavlova st, Saint Petersburg, 197022

Andrei A. Lebedev

Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State University

Email: aalebedev-iem@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-0297-0425
SPIN-code: 4998-5204

Dr. Sci. (Biology), Professor

Russian Federation, 12 Akademika Pavlova st, Saint Petersburg, 197022; Saint Petersburg

Sarng S. Pyurveev

Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State Pediatric Medical University

Email: dr.purveev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4467-2269
SPIN-code: 5915-9767

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, 12 Akademika Pavlova st, Saint Petersburg, 197022; Saint Petersburg

Elena E. Lyakso

Saint Petersburg State University

Email: lyakso@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6073-0393
SPIN-code: 8669-2483

Dr. Sci. (Biology), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Anna V. Radeeva

Institute of Experimental Medicine

Email: anyawinteranya@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6152-4276
SPIN-code: 4735-4292
Russian Federation, 12 Akademika Pavlova st, Saint Petersburg, 197022

Evgenii R. Bychkov

Institute of Experimental Medicine

Email: bychkov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8911-6805
SPIN-code: 9408-0799

MD, Dr. Sci. (Medicine)

Russian Federation, 12 Akademika Pavlova st, Saint Petersburg, 197022

Petr D. Shabanov

Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State University

Email: pdshabanov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1464-1127
SPIN-code: 8974-7477

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, 12 Akademika Pavlova st, Saint Petersburg, 197022; Saint Petersburg

References

  1. Olds J, Milner P. Positive reinforcement produced by electrical stimulation of septal area and other regions of rat brain. J Comp Physiol Psychol. 1954;47(6):419–427. doi: 10.1037/h0058775
  2. Wise RA. Addictive drugs and brain stimulation reward. Annu Rev Neurosci. 1996;19:319–340. doi: 10.1146/annurev.ne.19.030196.001535
  3. Registration of changes in the level of extracellular dopamine in the nucleus accumbens by fast-scan cyclic voltammetry during stimulation of the zone of the ventral tegmentаl area, which also caused a self-stimulation. Russian Journal of Physiology. 2022;108(10):1316–1328. doi: 10.31857/S0869813922100107 EDN: HVMITZ
  4. Carlezon WA Jr, Chartoff EH. Intracranial self-stimulation (ICSS) in rodents to study the neurobiology of motivation. Nat Protoc. 2007;2(11):2987–2995. doi: 10.1038/nprot.2007.441 EDN: XUUMSB
  5. Wagner U, Goldenberg R, Huston JP. A computerized system for monitoring and controlling intracranial electrical self-stimulation behavior. Behavior Research Methods, Instruments, & Computers. 1990;22:499–506. doi: 10.3758/BF03204433
  6. med-associates.com [Internet]. Intracranial Self-Stimulation Package — Product Description. Available from: med-associates.com/products/icss-package Accessed: 10.04.2025.
  7. Sizov VV, Lebedev AA, Pyurveev SS, et al. A method for training rats to electrical self-stimulation in response to raising the head using a telemetry apparatus to record extracellular dopamine levels. Neuroscience and Behavioral Physiology. 2024;54(1):52–60. doi: 10.1007/s11055-024-01568-z EDN: LVFWOC
  8. Madden GJ, Ewan EE, Lagorio CH. Toward an animal model of gambling: delay discounting and the allure of unpredictable outcomes. J Gambl Stud. 2007;23(1):63–83. doi: 10.1007/s10899-006-9041-5 EDN: YRLOQV
  9. Clark L, Zack M. Engineered highs: reward variability and frequency as potential prerequisites of behavioural addiction. Addict Behav. 2023;140:107626. doi: 10.1016/j.addbeh.2023.107626 EDN: YWPHSG
  10. Rokosik SL, Napier TC. Intracranial self-stimulation as a positive reinforcer to study impulsivity in a probability discounting paradigm. J Neurosci Methods. 2011;198(2):260–269. doi: 10.1016/j.jneumeth.2011.04.025
  11. Pyurveev SS, Sizov VV, Lebedev AA. Registration of changes in the level of extracellular dopamine in the nucleus accumbens by fast-scan cyclic voltammetry during stimulation of the zone of the ventral tegmental area, which also caused a self-stimulation. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology. 2022;58(5):1613–1622. doi: 10.1134/S0022093022050295 EDN: FWBURZ
  12. Ramshur JT, Morshed BI, de Jongh Curry AL, et al. Telemetry-controlled simultaneous stimulation-and-recording device (SRD) for cortical circuits in freely-moving rats. BMC Biomed Eng. 2019;1:19. doi: 10.1186/s42490-019-0019-7
  13. Persons AL, Tedford SE, Napier TC. Mirtazapine and ketanserin alter preference for gambling-like schedules of reinforcement in rats. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 2017;77:178–184. doi: 10.1016/j.pnpbp.2017.03.027
  14. Egorov AY. Non-chemical (behavioral) addictions: typology, diagnosis and classification issues. Journal of Addiction Problems. 2020;4(187):7–20. doi: 10.47877/0234-0623_2020_4_7 EDN: JKXZWR
  15. Lebedev AA, Pyurveev SS, Sexte EA, et al. Studying the involvement of ghrelin in the mechanism of gambling addiction in rats after exposure to psychogenic stressors in early ontogenesis. J Evol Biochem Physiol. 2023;59(4):1402–1413. doi: 10.1134/s1234567823040316 EDN: WUGJEH
  16. Lippmann M, Bress A, Nemeroff CB, et al. Long-term behavioral and molecular alterations associated with maternal separation in rats. Eur J Neurosci. 2007;25(10):3091–3098. doi: 10.1111/j.1460-9568.2007.05522.x
  17. Hall FS, Wilkinson LS, Humby T, et al. Isolation rearing in rats: pre- and postsynaptic changes in striatal dopaminergic systems. Pharmacol Biochem Behav. 1998;59(4):859–872. doi: 10.1016/s0091-3057(97)00510-8

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».