用于大鼠的触屏持续注意力任务（SAT）

摘要

持续性注意，即持续监控环境中间歇且不可预测的事件，是认知功能的关键方面。本文详细介绍了如何利用触摸屏操作箱检测大鼠的持续性注意能力。我们展示了雄性和雌性大鼠在该任务中表现相当，表明该方法适用于两性注意力研究。

摘要

持续性注意是指在较长时间内监控间歇性且不可预测事件的能力。这种注意过程支持认知的其他方面，并在某些神经发育性、神经精神和神经退行性疾病中受到破坏。因此，识别损害或改善持续性注意的机制在临床上具有重要意义。这类机制通常首先通过啮齿类动物模型发现。因此，已开发出多种用于测试啮齿类动物持续性注意的行为程序。其中一种方法由 McGaughy 和 Sarter（1995 年）首次描述，称为持续性注意任务（sustained attention task, SAT），训练大鼠区分信号试次（即短暂的灯光呈现）与非信号试次。信号持续时间很短，因此需要集中注意力才能察觉。通过引入干扰刺激（例如闪烁的笼内灯）可进一步增加注意负荷。我们已将该任务改进用于触摸屏操作箱，其配置为在箱体一侧安装触摸屏，可用于呈现刺激并记录反应。本文详细阐述了我们在触摸屏操作箱中实施 SAT 的实验方案。此外，我们提供了雄性和雌性 Sprague-Dawley 大鼠在该任务中的标准行为表现指标。两性在该任务中表现相当，突显了其在注意研究中的适用性，尤其随着越来越多的研究人员在实验设计中纳入雌性啮齿类动物。此外，SAT 在日益普及的触摸屏操作箱中易于实施，进一步提升了其应用价值。

引言

从注意缺陷多动障碍（ADHD）到精神分裂症再到阿尔茨海默病，多种疾病均以注意力受损为共同特征^1,2,3。其中，持续性注意力缺陷——即对间歇性且不可预测事件进行持续监控的能力下降——尤为突出，因为持续性注意力对于选择性注意、分配性注意以及其他认知过程至关重要^4,5。即使在健康人群中，维持注意力困难也会对认知功能产生负面影响，损害日常活动能力⁶。因此，阐明持续性注意力的神经生物学基础及其失调机制，有助于开发改善认知功能的干预措施，从而惠及大量人群。

为了阐明参与正常与受损注意力的神经环路和分子机制，许多研究人员转向了非人动物模型，在这些模型中可以对执行注意力任务时的特定细胞群和分子过程进行操控。这一努力推动了多种操作性注意力任务的发展，可用于评估持续注意力能力^7,8,9,10。其....

方案

所有实验均按照美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）指南进行，并经天普大学（Temple University）机构动物使用与护理委员会批准。本方案采用成年（开始研究时约60日龄）雄性和雌性斯普拉格-道利大鼠（Sprague-Dawley rats，Charles River）进行。

1. 触屏SAT实验材料

1. 确保每个触摸屏实验箱周围设有隔音屏蔽室，并在实验箱内配备室内照明灯、声音发生器、位于实验箱上方的摄像头，以及位于触摸屏对面墙壁上的颗粒分配器和带照明功能的饲喂奖励区。
2. 若计划进行套管或电极植入手术，应使用具有较大开口的饲喂奖励区。使用45 mg的奖励颗粒，并通过面粉筛筛除粉尘，以减少颗粒残渣堵塞饲喂装置的风险。
3. 为每个实验箱安装一块黑色丙烯酸遮罩（厚度3.175 mm，哑光表面），以限制触摸屏上的响应区域。遮罩应制备一个位于中央的圆形开口（直径28.58 mm，距底部107.95 mm，左右居中），用于光刺激显示；并在其下方偏置位置设置两个方形响应区域（均为28.57 mm × 28.57 mm），分别距离左侧边85.73 mm和右侧边85.73 mm，且均距底部34.93 mm。该遮罩的设计示意图可参见文献Wicks, et al.¹⁹。
4. 将遮罩置于触摸屏前方，哑光面朝向实验箱内....

结果

在大多数注意力研究中，大鼠首先在SAT任务中训练至达标标准，随后进行干预以破坏或改善其注意力。通常情况下，研究不会展示获取阶段的数据，但本文展示了雄性和雌性Sprague-Dawley大鼠在SAT任务中的学习获取速度。为此，我们量化了大鼠达到SAT任务标准所需的中位天数（从鼻触阶段开始计算）。需要注意的是，有少数大鼠未能在规定时间内达标（雄性n = 5，雌性n = 1）。雄性（n = 24）和雌性（n = 16）大鼠达到标准所需的中位天数（包括在规定时间内未达标者）分别为54.5天和62天（图1）。两性在获取时间上无显著差异 [U = 165.5, Z = -0.75, p = .469]。值得注意的是，雄性大鼠在获取时间上的变异性似乎大于雌性 [四分位距 (IQR) = 60.25 对比 IQR = 29.50]。

大鼠达到基线水平后，我.......

讨论

持续性注意力缺陷在神经精神、神经发育和神经退行性疾病中均有报道^1,2,3，但影响注意力最佳状态或受损状态的机制尚未得到充分研究。部分原因在于，专用设备限制了啮齿类动物注意力任务的便捷推广。然而，触摸屏实验舱通过使用同一套设备灵活运行多种认知任务，正在解决这一问题^20,22。本文进一步扩展了可用于触摸屏的认知任务列表^20,22，详细阐述了如何在雄性和雌性Sprague-Dawley大鼠中实施触摸屏持续注意力任务（SAT）。对两性间表现的比较显示，其习得速率相当。然而，雄性在达到标准方面表现出比雌性更大的变异性。这一有趣的性别差异可能与Sprague-Dawley大鼠品系中雄性个体特质变异度较高而雌性较低的现象有关

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Bussey-Saksida 大鼠触摸屏实验箱简易安装系统	Lafayette Instrument	80604-20	包含：触摸屏、带穿孔地板的箱体底座、大型喂食器奖励区（44.5 mm 宽 × 92.5 mm 高）、扬声器、笼内照明灯、音调发生器、隔音箱（SAC）；梯形动物操作区域在喂食器处宽 126 mm，在屏幕处宽 240 mm、深 332 mm，高度为 300 mm
隔音箱（SAC）	Lafayette Instrument	80604-20	隔音效果约 35 dB；重量 38 kg；外部尺寸：600 mm 宽 × 670 mm 高 × 352 mm 深；内部尺寸：540 mm 宽 × 610 mm 高 × 532 mm 深
触摸屏用 Abet II 软件	Lafayette Instrument	89505	版本 2.19
Whisker 多媒体系统	Lafayette Instrument	80698-1	Abet II 触摸操作所必需
颗粒分配器	Lafayette Instrument	80209-45	45 mg 可更换颗粒尺寸轮
摄像头	Lafayette Instrument	80600-CAM	针对红外光过滤并聚焦
Microsoft Windows	Microsoft		推荐使用 Windows 7 64 位系统
控制器 PC-触摸屏实验箱	Lafayette Instrument	88530	双核 Pentium 处理器；2.5 GHz 或更高；配备键盘、鼠标和显示器；已安装 PCI 卡、电缆及扩展模块；四个 RS232 端口；四个 VGA 端口
无尘精密颗粒饲料	BioServe	F0165	45 mg
黑色亚克力遮罩	Everything Plastic	定制产品	黑色聚碳酸酯材质，一侧为哑光表面，厚度 3.18 mm；中心圆形开口，直径 28.58 mm，距底部 107.95 mm，左右居中；两个方形响应区域，每个 28.57 mm × 28.57 mm，位于下方且偏心布置，一个距左侧 85.725 mm，另一个距右侧 85.725 mm，两者均距底部 34.925 mm
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