触摸屏持续注意任务 (SAT) 大鼠

摘要

持续的关注, 或持续的监测情况的间歇和不可预知的事件, 是一个关键的方面的认知。在这里, 我们详细介绍了如何使用触摸屏操作室来测试老鼠的持续注意力。我们在雄性和雌性老鼠身上表现出相当的性能, 这使得这项任务对研究两性的注意力很有用。

摘要

持续的关注是在长时间内监测间歇性和不可预知事件的能力。这种注意过程 subserves 了认知的其他方面, 并在某些神经发育、神经精神和退行性疾病中被打乱。因此, 确定损害和改善持续性注意的机制具有重要的临床意义。这种机制往往首先使用啮齿动物模型发现。因此, 一些行为程序的测试方面的持续关注已发展啮齿动物。一, 首先描述的 McGaughy 和 Sarter (1995), 称为持续注意力任务 (SAT), 训练大鼠区分信号 (即, 简短的光表示) 和了无试验。信号是短的, 因此需要仔细注意被察觉。通过引入干扰 (例如, 闪烁 houselight), 可以进一步提高注意力需求。我们已经修改了这项任务的触摸屏行动室, 这是配置在一个墙上的触摸屏, 可以提出刺激和记录的反应。在这里, 我们详细介绍了我们在触摸屏室的协议。此外, 我们提出了标准的性能指标的男性和女性大大鼠。在这项任务中, 男女双方的可比性表现突出了其对注意力研究的使用, 特别是因为越来越多的研究人员在实验设计中包括雌性啮齿动物。此外, 易于实施的 SAT 为越来越流行的触摸屏增加了它的效用。

引言

从注意缺陷多动障碍 (ADHD) 到精神分裂症到老年痴呆症, 分享注意力障碍的功能^1,2,3。持续关注的赤字--持续监测间歇性和不可预知事件的情况的能力--特别具有破坏性, 因为持续的注意力对于选择性和分散注意力以及其他认知进程^4,5。即使在健康人中, 持续关注的困难也会对认知产生负面影响, 损害日常功能⁶。因此, 了解持续关注的神经生物学基础以及它如何成为失调可能会导致干预, 以提高认识, 使许多人受益。

为了描述电路和分子过程, 有助于适当的和中断的注意, 许多研究人员已经转向非人类动物模型, 其中操纵特定的细胞数量和分子过程在注意任务是可能的。这项工作导致了各种操作性注意任务的开发, 它们能够评估持续注意的能力^7,8,9,10。一个这样的范例, 由 McGaughy 和 Sarter (1995) 开发, 被称为持续关注任务 (SAT)。在 SAT 训练的啮齿动物必须区分信号试验, 其中一个信号灯短暂闪烁, 从了无试验。通过引入视觉干扰 (闪烁 houselight)¹⁰, 可以提高注意力需求。在 SAT 评估注意的关键参数是很好的文件, 这项任务已经验证了在男性和女性大鼠和小鼠^10,11,12。一个版本甚至被改编为人类, 突出了 SAT¹³的平移实用程序。重要的是, 这项任务的使用帮助牵连到基底前脑 corticopetal 系统持续关注⁴。具体地说, 基底前脑 Meynert (国家银行)/黑 inominata (SI) 区的胆碱能神经元金鸡投射到前额皮质对命中至关重要, 这是对信号试验的准确反应^{14, 15}。相比之下, 这个地区的 gaba 神经元被认为是在正确的拒绝 (CRs) 中调解性能, 这是对了无试验的准确反应¹⁶。一旦这项任务的基本电路建立, 调节这个电路的因素, 以削弱注意范围从压力荷尔蒙到神经毒素蛋白已被确定^17,18。总的来说, 这些研究突出了 SAT 的效用。

在实验室中实施 SAT 的一个限制是, 原程序要求为任务永久配置的操作室, 具有中心面板指示灯和两个可伸缩拉杆, 一个为命中指定, 一个用于 CRs¹⁰。在信号试验中, 面板灯简要地照亮, 然后杠杆扩展, 以表明4秒的响应窗口。在那窗口期间, 如果被选定的命中杠杆被按, 则老鼠接受奖励 (食物或水)。不正确的杠杆压力机的信号试验, 称为错过, 是没有奖励。在终止试验中, 面板指示灯保持关闭, 然后将杠杆延长。虽然 CR 是奖励, 不正确的杠杆印刷机终止试验, 被称为假警报, 是没有奖励。在响应窗口中没有做出任何响应都算作遗漏。为了扩大 SAT 的可用性, 我们最近修改了触摸屏的工作室的任务, 其中一个墙是一个触摸屏, 既可以显示视觉刺激和记录鼻子戳反应¹⁹。触摸屏是越来越流行, 因为他们的多功能性, 运行各种任务 (例如, 配对学习, 反向学习,等) 与一件设备²⁰。类似于其他触摸屏程序^20,21,22, 我们的 SAT 适应需要使用一个不透明的塑料触摸屏的封面, 称为口罩, 与孔切入。一个中心的圆形孔允许在它后面的屏幕上显示一个白色的刺激信号, 并且两个正方形的响应区域, 一个指定的命中和一个为 CRs, 允许老鼠做触摸响应¹⁹。在传统的腔室中, 4 秒的响应窗口通常是用杠杆的表示来指示的, 但先前的研究表明, 音调也可以用来向响应窗口²³发出信号。在触摸屏上, 我们同样用简短的语气向响应窗口发出信号。其他训练参数 (例如、试验次数、intertrial 间隔、等) 在传统和触摸屏之间保持相似。我们以前评估的性能之间的传统和触摸屏 sat 版本, 并发现它是可比的, 建议触摸屏是一个有效的方法来衡量持续关注¹⁹。触摸屏的修改使 SAT 更加多才多艺, 因为它现在可以适应广泛使用的触摸屏操控箱。

本协议详细说明了如何在实验室中运行触摸屏。培训时间表从我们以前的任务¹⁹报告中略有改变, 以优化雌性大鼠的捕获时间, 这与男性不同, 在以前的日程安排中,²⁴难以前进。结果说明了典型的雄性和雌性大鼠的表现, 以及解决问题的技巧。

方案

所有实验都是按照国家卫生研究院的指导方针进行的, 并得到了寺庙大学机构动物使用和护理委员会的批准。这项协议是与成人 (〜60天的年龄时, 开始研究) 男性和女性大大鼠 (查尔斯河).

1. 用于触摸屏的材料

1. 确保一个声音衰减隔间包围每个触摸屏室, 并且该腔室配备有房子灯、音调发生器、位于会议厅上方的照相机以及一个小球分配器与馈线奖励区 (可以照亮) 在墙壁对面的触摸屏.
2. 如果计划了套管或电极植入器, 则使用带有较大光圈的馈线奖励区域。使用45毫克的奖励颗粒, 已筛选与面粉筛分器, 以减少灰尘, 这可能堵塞馈线.
3. 用黑色丙烯酸面膜 (3.175 毫米厚, 哑光) 来调整每个腔室, 以限制触摸屏上的响应区域。准备一个中央圆圈开口 (28.58 毫米直径, 107.95 毫米从底部, 中心之间的左, 右) 为轻刺激和两个正方形的反应区域 (28.57 毫米 x 28.57 毫米), 每个位置下和下中心 (一个85.73 毫米从左侧和一个85.73 毫米从右边, 和两个34.93 毫米从底部)。在出版物中可以找到掩码的描述, 灯芯、 et al. ¹⁹ .
4. 将掩码放在触摸屏的前面, 将遮罩完成定位到会议厅.

2. 触摸屏的计划设计

注意: 下面的协议详细介绍了如何设置触摸屏的整形和测试计划的参数。所有这些时间表也可根据要求提供。 表 1 描述了计划参数.

1. 鼻子戳整形参数
   1. 设置程序, 以便不显示任何信号, 并且 houselight 保持关闭.
   2. 设置进纸器奖励区域以指示球团的存在, 并使此光在由进纸器端口红外光束确定的颗粒回收后关闭.
   3. 设置程序, 以便在两个响应区域中的鼻戳在固定比例 1 (FR1) 增强计划 ( 即 , 每个适当的响应都得到奖励) 的情况下获得奖励。然而, 设置程序, 以便如果鼻刺的侧差是五或更大, 老鼠必须戳 non-favored 方接受奖励, 以防止发展的一面偏倚.
   4. 将会话设置为在40分钟或120奖励戳后结束。如果他们连续两天在40分钟内完成120鼻戳, 则提前接受培训课程 1.
2. 用于培训计划1、培训计划2和 SAT 的共享参数的说明。
   1. 计划培训计划, 以便 houselight 继续提高注意力需求.
   2. 程序每个会话, 使它包括162试验, 可以分为三块54试验每块与 intertrial 间隔 () 设置在9和 #177; 3 s.
   3. 确保信号和了无试验是 pseudorandomized 的, 这样在三块中的每个区块中都会出现相同数量的信号和了无试验.
   4. 设置程序以提供食物颗粒, 并在每次会话开始时自动打开食物端口指示灯。当红外线光束断裂表明老鼠已经从奖赏区域移走了它的头部, 设置程序关闭食物端口光并开始第一个.
   5. 在每次试验之后 ( 即 、信号或了无), 请将程序设置为用200毫秒、70 dB 音调 (3 赫) 来指示4秒响应窗口.
   6. 如果老鼠正确的回应, 设置程序启动的时候, 老鼠从奖励区移除它的头。如果老鼠不正确的回应, 设置的行动, 以开始跟随的响应。如果 rat 省略 ( 即 , 不进行任何响应), 请将 "时间" 设置为在响应窗口终止后开始.
   7. 对于制衡, 开发这些计划的两个版本, 第一种是为命中 (版本 a) 指定的正确响应区域, 第二个是为命中指定的左响应区域 (版本 B).
3. 培训计划1参数.
   1. 在信号试验中将所有信号持续时间设置为500毫秒
   2. , 设置该程序同时照亮在50% 强度下指定为命中的响应区域, 以及信号, 以绘制鼠和 #39; 注意正确的响应区域.
   3. 将指定区域保留在了无试验中未亮起的正确拒绝.
   4. 设置程序, 以便不正确的响应触发更正试验, 其中前一种试验类型 ( 即 、信号或了无) 再次出现。确保正确的响应或四连续的错误响应结束一系列的更正试验。不要对完成任务所需的162总试验数进行校正试验.
   5. 如果他们至少有70% 次命中、至少70% 次正确的拒绝, 以及三连续的天数少于20% 次的遗漏, 请提前接受培训计划 2.
4. 培训计划2参数.
   1. 将所有信号持续时间设置为500毫秒
   2. 与训练计划1不同, 请设置程序以保持信号测试中未亮的命中的响应区域.
   3. 与培训计划1不同, 不要让程序执行更正试验.
   4. 保持所有其他参数与培训计划1中的相同.
   如果他们有至少70% 命中, 至少70% 个正确的拒绝, 并且少于20% 个遗漏连续三天, 推进主题坐.

SAT 参数.

1. 设置三信号持续时间: 500 毫秒、50毫秒和25毫秒
2. 设置程序以伪随机方式呈现变量信号, 以便在三个试验块中的每一个单元中显示三信号的期间数相等的次数.
3. 将标准性能定义为在500毫秒信号持续时间内至少有70% 次命中, 至少70% 个正确的拒绝, 以及三连续的天数少于20% 个遗漏.

培训计划 1 162 500 Houselight on;矫正试验;响应窗口在信号试验期间亮 50% 训练计划 2 162 Houselight

训练阶段	最大。试用	信号持续时间 (ms)	特殊条件	标准	每阶段中数天
鼻戳形状	120	无事件	Houselight 在	120 试验中40分钟	男性: 2, 女性: 2
			和 #62; 70% 命中, #62; 70% CR, #60; 3 连续天的20% 遗漏	男性:19, 女性:25
			和 #62;70% 命中、#62; 70% CR、#60; 连续3天20% 次遗漏	男性:13, 女性:21
坐	162	500, 50, 25	Houselight 在	和 #62; 70% 命中500毫秒, #62; 70% CR, #60; 20% 遗漏连续3天	男性:18, 女性:12

表 1: 每个计划的培训计划和平均购置时间.

6. 分心的人坐.
   1. 保持块1和3的参数与 SAT 相同.
   2. 程序 houselight, 使其在2块的频率下闪烁0.5 赫兹.
   3. 在分析数据时, 比较块1、2和3之间的性能, 以分析在同一会话中的干扰项之前、期间和之后的性能.
7. 数据抽取程序。
   1. 提取下面的数据为 sat 和分心物 sat 打破了试验块和每一个信号持续时间 (为 VI 和百分比命中):
      1. 通过将命中数和命中数除以组合次数来计算命中的百分比, 然后再进行 multiplying 100.
      2. 通过将正确的拒绝数和假警报的组合数除以错误的数目, 然后乘以100来计算正确拒绝的百分比.
      3. 计算警戒指数 (VI), 一个整体的注意性能衡量指标, 使用以下公式: 其中 h 和 f 是信号命中的比例了无试验和假警报分别。VI 的值范围从-1 到 +1, 值为0表示老鼠无法区分信号和了无试验。在第六项措施中不包括遗漏的试验.
      4. 通过确定未发生响应的试验的百分比来计算遗漏的百分比.

3。在触摸屏上运行大鼠的程序

1. 反向光/暗循环注意事项
   注意: 我们在它们的黑暗周期中测试我们的老鼠, 但是请参阅讨论部分, 以了解有关在光周期中测试的注意事项。
   1. 用于在黑暗周期中进行测试, 在黑暗周期开始后至少30分钟开始行为测试.
   2. 一旦设置了设备, 在所有培训和测试过程中, 在黑暗中保持行为测试室, 以避免干扰老鼠和 #39; 睡眠/唤醒周期.
   3. 在运输过程中用黑色毛巾覆盖鼠笼, 以尽量减少光照.
   4. 使用红色灯亮起的车灯, 在黑暗中不受光照/暗循环的影响.
2. 食品限制程序和计划分配
   1. 不适当的个人防护设备 (PPE; 例如 , 手套, 口罩, 帽子, 实验室大衣, 鞋套, 等 )在处理老鼠之前.
   2. 当老鼠到了蚁群室, 单独或成群的老鼠。在我们的研究中, 大多数老鼠最终被植入插管, 这就需要个人住房.
   3. 每天在研究开始前5天处理大鼠每日5分钟.
   4. 在食物限制之前, 记录每一个鼠和 #39 的免费喂养重量, 并计算他们的目标重量在85% 的免费喂养重量.
   5. 食物在开始整形前3天限制老鼠.
   6. 在整形前, pre-expose 鼠在自家笼子里的15食物奖励颗粒.
   7. 在最初的食物限制之后, 根据需要调整每日的食物量, 以保持注意任务的性能, 并使每只老鼠和 #39 的体重增加 85%; free-feeding 体重随时间的推移 (见指南 ²⁵ )。在开始一个新的时间表之前, 限制大鼠比往常更多, 以增加动力.
   8. 在一个星期的一天, 当老鼠不执行行为, 增加他们的食物至少1.0 克, 以化妆品的热量, 他们会收到, 而在行为任务的奖励.
   9. 在会话完成后记录每个鼠和 #39 的重量.
   10. 在完成会话至少30分钟后才给老鼠喂食, 以避免行为测试停止和喂养时间之间的关联。如果老鼠是群安置的, 给每只老鼠分别喂养1小时, 然后把老鼠放回小组居住条件.
   11. 在研究开始之前, 将每只老鼠随机分配到训练计划的两个版本之一 (a 或 B), 并在整个培训和 SAT 程序中将它们保留在指定的版本中.
3. 每日运行过程
   1. 不适当的 PPE.
   2. 通电的程序室和计算机.
   3. 检查颗粒分配器是否填充了颗粒, 并将掩码插入到触摸屏前.
   4. 确保每个纸盒正常工作, 验证进纸器是否正确分配食物, 屏幕、指示灯和音调是否正常。一个简单的盒子测试计划可以为此目的而编写, 我们可根据要求提供.
   5. 在每个框中加载正确的计划, 密切注意适当的版本 (即 、A 或 B)。输入有关动物 ID, 性别, 实验条件, 用户姓名缩写和其他笔记的相关信息 ( 例如 , 输液日 1).
   6. 从蚁群室中检索老鼠, 并将它们放在适当的框中.
   7. 启动会话.
   8. 在会话开始时通过摄像机设置观看性能, 以确保一切正常运行。定期检查性能.
   9. 会话完成后, 记录汇总数据 ( (如 、命中率、CRs 百分比、遗漏百分比) 和笔记本中的任何问题.
   10. 用10% 乙醇擦拭每个房间, 并将床上用品替换成两组动物.
   11. 当天运行最后一组鼠后, 用10% 乙醇彻底清洁房间, 确保地面网格尽可能干净, 并更换床上用品.
   12. 备份云服务器上的数据并提取任何关键数据.
   13. 关闭设备电源.
   14. 每天在相同的框中同时运行动物.
   15. 每周运行 5-6 天的老鼠 (每周6天).

4。对行为进行故障排除

注意: 当 rat 转换到下一个整形阶段 ( 即 、"鼻子戳" 形状到培训计划1、培训计划1到培训时间表2时, 性能下降是正常的。培训计划2至星期六)。但是, 如果性能没有随着时间的推移而改善或如果一只老鼠表现良好, 然后突然停止表现良好, 通常的问题是与食物的限制.

1. 解决食物限制问题
   1. 如果食物限制是怀疑的问题, 观察鼠执行任务, 以帮助诊断问题所在, 并检查遗漏数字, 特别是在整个会话.
   2. 如果老鼠有高遗漏, 特别是如果他们增加在块 3, 并且镇静地坐在箱子不执行, 降低每日食品量1克, 并监测情况, 以确定是否改善性能.
   3. 如果老鼠有很高的遗漏, 不耐烦地戳着屏幕, 在整个会议期间来回跑到食物港, 增加每日食物量1克, 并监测情况, 以确定是否改善了性能.
   4. 在难以辨别老鼠是否或饱的情况下, 增加2天的食物量并监控性能。如果性能没有改善或变得更糟, 请减少2天的食物量, 并监视性能
   5. 如果在调整食物限制后性能没有改善, 请将 rat 移动到更容易安排的下一个细节.
2. 对不同训练计划的性能进行故障排除
   注: 如果其捕获时间超过两个标准偏差超过了平均天数, 它需要一个相同性别的动物以达到该计划的标准。我们已经根据我们的数据为切断大大鼠提供了建议, 但这些数字可能需要调整不同菌株。
   1. 培训计划 1: 对于培训计划 1, 如果他们在36天后无法获得, 如果在48天后没有获得, 则丢弃大的雄性.
   2. 培训日程安排 2: 如果一只鼠和 #39 的训练计划的绩效2在连续12天的标准下停滞不前, 食物限制问题被排除了, 把老鼠送回训练计划 1, 至少5天, 或者直到达到标准。如果老鼠在12天后没有达到训练计划1的标准, 那就把老鼠从研究中除去。如果老鼠通过训练计划1并且被移动回到训练日程表 2, 但不改进在36和42天以后为男性和女性, 分别, 在最初开始训练日程表2之后, 然后从研究中下落鼠.
   3. sat: 如果一只老鼠和 #39; 在 sat 的表现停滞低于标准连续12天和食品限制的问题已经排除, 移动鼠返回到训练时间表1至少5天或直到他们达到标准。如果老鼠在12天内没有达到附表1的标准, 那就把老鼠从研究中除去。如果老鼠通过训练计划1并且被移动回到坐, 但不改进在41和28天以后为男性和女性, 分别, 在最初开始坐了之后, 从研究中下落鼠.
3. 其他问题的疑难解答
   1. 如果老鼠发展了侧偏置 ( 即 , 始终如一地得分和 #62; 70% 命中和 #60; 40% 在正确的拒绝, 反之亦然) 在训练计划2或坐, 移动鼠训练阶段 1, 其中有鼓励鼠对两个反应区域作出反应的矫正试验。让老鼠在训练计划1至少5天或直到他们达到标准。从研究中删除的老鼠如果训练计划1的标准在12天后没有得到满足.
   2. 如果老鼠停止进食, 发展卟啉, 或以其他方式显示疼痛和苦恼的迹象, 请立即与兽医人员协商.

结果

对于大多数的注意力研究, 老鼠被训练到标准的 SAT, 然后操纵, 以扰乱或提高注意力的执行。采集数据通常不提供, 但我们在这里这样做是为了说明在男性和女性大大鼠的采集率。为此, 我们量化的平均天数, 以达到标准的 SAT (开始在鼻子捅阶段)。注意一些老鼠从来没有做过标准 (n = 5 雄性, n = 1 雌性)。平均天数, 它采取了男性 (n = 24) 和女性 (n = 16) 大鼠达到标准 (包括那些谁没有达到标准在分配的时间) 分别为54.5 天和62天 (图 1)。在获取时间上, 两性之间没有显著差异 [U = 165.5, Z =-0.75, p = 469]。值得注意的是, 在男性 [分范围 (IQR) = 60.25] 比雌性 [IQR = 29.50] 中, 采集时间的变异性更大。

一旦老鼠获得基线, 我们评估了四典型的...

讨论

持续关注的赤字报告在神经精神、神经发育和神经系统退行性疾病^1,2,3, 但有助于最佳与中断注意力的过程理解.这在一定程度上是因为专门的设备限制了啮齿目动物注意任务的容易适应。然而, 触摸屏的房间正在解决这个问题, 提供灵活性运行各种认知任务与一件设备^20,22。在这里, 我们添加到不断增长的认知任务列表可用于触摸^20,22通过详细说明如何实现触摸屏的男性和女性大鼠。对性别表现的比较显示了类似的收购率。然而, 男性在达到标准方面比女性更有变数。这种有趣的性别差异可能与男性, 但不是女性的高性状变异性, 大大鼠菌株⁶ , 肯定需要进一步调查。在达到基线标准后, 男性和女性在信号...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Bussey-Saksida 大鼠触摸屏腔室易安装系统	Lafayette Instrument	80604-20	包括：触摸屏，带有穿孔地板的腔室底座，大型馈线奖励区（44.5毫米宽x 92.5毫米高），扬声器，室内照明，音调发生器，SAC;梯形动物工作区域在进料器处宽 126 毫米，在筛网处宽 240 毫米，深 332 毫米，高度为 300 毫米
声音衰减柜 （SAC）	拉斐特仪器	80604-20	衰减至约 35 分贝;重量 38 公斤;外部尺寸：600 毫米宽 x 670 毫米高 x 352 毫米深;内部尺寸：540 毫米宽 x 610 毫米高 x 532 毫米深
Abet II 触摸屏软件	Lafayette Instrument	89505	版本 2.19
晶须多媒体	Lafayette Instrument	80698-1	需要 Abet II 触摸作
颗粒分配器	Lafayette Instrument	80209-45	45 毫克可互换颗粒大小轮
式相机	Lafayette Instrument	80600-CAM	过滤和聚焦红外光
Microsoft Windows	Microsoft		Windows 7-64 位推荐
控制器 PC 触摸屏 Chambers	Lafayette Instrument	88530	双核 Pentinum 处理器;2.5 GHz 或更高;键盘、鼠标和显示器;已安装 PCI 卡、电缆和扩展;四个 RS232 端口;四个 VGA 端口
无尘精密颗粒	BioServe	F0165	45 毫克
丙烯酸面膜	所有塑料	定制产品	黑色聚碳酸酯，有一个哑光面，厚度 3.18 毫米;中央圆形开口，直径 28.58 毫米，距底部 107.95 毫米，位于左右两侧之间;两个方形响应区域，每个区域 28.57 mm x 28.57 mm，分别位于中心下方和偏心位置，一个距左侧 85.725 mm，一个距右侧 85.725 mm，距底部均 34.925 mm。
实用车	Fisher Scientific	11-954-754	30.75 英寸 x 18.38 英寸 x 33 英寸
黑色毛巾			足够大，可以覆盖动物运输的笼子
带红灯	的大灯 Energizer	HDL33A2E	LED 白光和红光